《CLR Via C# 第3版》笔记之（十三） 泛型基础

.net2.0开始就引入了泛型的机制，泛型有助于我们实现“算法重用”。

借助于泛型机制，我们可以少定义一些重载函数，同时还能保证类型安全性。泛型的语法非常简单，下面通过例子来演示泛型的一些应用。

主要内容：

• 减少装箱/拆箱（提高性能）
• 限制泛型参数的类型
• 节点类型不同的链表

1. 减少装箱/拆箱（提高性能）

我们都知道，.net中的额装箱/拆箱操作非常损害性能，通过使用泛型，可以有效的减少我们代码中的装箱拆箱操作，从而提高代码的性能。

实例代码如下：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Collections;

class CLRviaCSharp_13
{
    static void Main(string[] args)
    {
        List<Int32> lst = new List<int>();
        lst.Add(1);
        Int32 i = lst[0];

        ArrayList arr = new ArrayList();
        arr.Add(1);
        // 此处必须强制转型，否则报错，
        // 因为ArrayList中的元素都是Object类型的。
        i = (Int32) arr[0];
    }
}

代码非常简单，分别用泛型List和ArrayList来存储值类型，然后在取出值类型。

使用泛型List的话，不会出现装箱/拆箱的操作。具体证据还是看下面的IL代码：

.method private static hidebysig 
	void Main (
		string[] args
	) cil managed 
{
	// Method begins at RVA 0x217c
	// Code size 56 (0x38)
	.maxstack 2
	.entrypoint
	.locals init (
		[0] class [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<int32> lst
		[1] int32 i
		[2] class [mscorlib]System.Collections.ArrayList arr
	)

	IL_0000: nop
	IL_0001: newobj instance void [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<int32>::.ctor()
	IL_0006: stloc.0
	IL_0007: ldloc.0
	IL_0008: ldc.i4.1
	IL_0009: callvirt instance void [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<int32>::Add(!!0)
	IL_000e: nop
	IL_000f: ldloc.0
	IL_0010: ldc.i4.0
	IL_0011: callvirt instance !!0 [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<int32>::get_Item(int32)
	IL_0016: stloc.1
	IL_0017: newobj instance void [mscorlib]System.Collections.ArrayList::.ctor()
	IL_001c: stloc.2
	IL_001d: ldloc.2
	IL_001e: ldc.i4.1
	IL_001f: box int32
	IL_0024: callvirt instance int32 [mscorlib]System.Collections.ArrayList::Add(object)
	IL_0029: pop
	IL_002a: ldloc.2
	IL_002b: ldc.i4.0
	IL_002c: callvirt instance object [mscorlib]System.Collections.ArrayList::get_Item(int32)
	IL_0031: unbox.any int32
	IL_0036: stloc.1
	IL_0037: ret
} // End of method CLRviaCSharp_13.Main

其中IL_0001~IL_0016是泛型List的相关操作

IL_0017~IL_0036是ArrayList的操作，包含的损害性能的装箱(IL_001f: box int32)和拆箱(IL_0031: unbox.any int32)操作。

2.  限制泛型参数的类型

首先有一点需要说明，泛型类型和普通类型在静态构造函数上有一点不同。

对于普通类型，静态构造函数只在此类型第一次初始化的时候才会执行，

而泛型类型的静态构造函数会在 每种特定类型(即泛型参数T被替换为Int32或者String等等)的第一次初始化的时候执行。

描述的有些拗口，还是看代码吧：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Collections;
using System.Threading;


class CLRviaCSharp_13
{
    static void Main(string[] args)
    {
        /*
         * 非泛型的类：虽然有3次初始化，但是静态构造函数只执行一次
         */
        // 第一次初始化，会执行静态构造函数
        NormalClass nc = new NormalClass();
        // 第二次初始化，不会执行静态构造函数
        NormalClass nc2 = new NormalClass();
        // 第三次初始化，不会执行静态构造函数
        NormalClass nc3 = new NormalClass();

        /*
         * 泛型的类：泛型参数类型改变的话，会再次执行静态构造函数
         */
        // 对泛型参数(string)来说是第一次初始化，会执行静态构造函数
        GenericClass<string> gc = new GenericClass<string>();
        // 对泛型参数(string)来说是第二次初始化，不会执行静态构造函数
        GenericClass<string> gc2 = new GenericClass<string>();
        // 对泛型参数(Int32)来说是第一次初始化，会执行静态构造函数
        GenericClass<Int32> gc3 = new GenericClass<Int32>();

        Console.ReadKey(true);
    }
}

public class GenericClass<T>
{
    static GenericClass()
    {
        Thread.Sleep(1000);
        Console.WriteLine("GenericClass<" + typeof(T) + "> is initialized at : " + DateTime.Now.ToString("yyyy/MM/dd HH:mm:ss fff"));
    }
}

public class NormalClass
{
    static NormalClass()
    {
        Thread.Sleep(1000);
        Console.WriteLine("NormalClass is initialized at : " + DateTime.Now.ToString("yyyy/MM/dd HH:mm:ss fff"));
    }
}

以上代码的执行结果为：

根据泛型类型的静态构造的特点，我们可以通过泛型类型的静态构造函数来限制泛型参数(T)的类型。

比如以下代码，通过泛型类型的静态构造函数来限制泛型参数(T)只能为值类型

using System;

class CLRviaCSharp_13
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 对于引用类型的泛型参数，会抛出异常
        GenericClass<string> gc = new GenericClass<string>();
        // 对于值类型的泛型参数，都能正常初始化
        GenericClass<Int32> gc2 = new GenericClass<Int32>();
        GenericClass<Double> gc3 = new GenericClass<Double>();
        GenericClass<DateTime> gc4 = new GenericClass<DateTime>();

        Console.ReadKey(true);
    }
}

public class GenericClass<T>
{
    static GenericClass()
    {
        if (!typeof(T).IsValueType)
        {
            throw new ArgumentException("T must be a Enum type!");
        }

        Console.WriteLine("Type " + typeof(T).ToString() + " is initilized!");
    }
}

注释掉 GenericClass<string> gc = new GenericClass<string>(); 就能正常执行。

关于泛型参数(T)的限制，将在下一篇 泛型高级 中有更进一步的阐释。

3.  节点类型不同的链表

链表是一种常用的数据结构，以往构造链表时，每个节点往往都是相同的类型，否则取出节点后我们无法还原其本身的类型。

但是现在借助于泛型，我们可以构造出节点类型不同的链表，而且链表中每个节点都是强类型(不是Object类型)的，从而满足日益复杂的需求。

代码如下：

using System;

class CLRviaCSharp_13
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Node header = new TypedNode<Char>('.');
        header = new TypedNode<string>("hello world", header);
        header = new TypedNode<Int32>(100, header);
        header = new TypedNode<DateTime>(DateTime.Now, header);

        Console.WriteLine(header.ToString());
        Console.ReadKey(true);
    }
}

public class Node
{
    protected Node _next;

    public Node(Node next)
    {
        _next = next;
    }
}

public sealed class TypedNode<T> : Node
{
    public T _data;
    public TypedNode(T data) : this(data, null)
    {}

    public TypedNode(T data, Node next) : base(next)
    {
        _data = data;
    }

    public override string ToString()
    {
        return _data.ToString() + "\n" +
            ((_next != null) ? _next.ToString() : null);
    }
}

这个例子是《CLR via C#》上的，每次都是从链表头部增加一个节点。实际应用时也可以根据需求修改为从链表尾部追加节点。

执行结果如下：