詳解C#泛型特性及相關執行個體

本文将為大家講述.NET中最常見的一種特性，C#泛型。希望通過本文能幫助大家更好的學習和了解C#泛型，在平時的開發工作中起到事半功倍的效果。

　　泛型，.NET的這個特性相信大家都已經很熟悉了，提起泛型，不能不首先提到C++中的模闆，C++中模闆的引入大大提高了代碼的重用性，是以也得到了許多程式員的喜愛。是以，在同為強類型語言平台的.NET 2.0和Java 1.5中，它們也都不約而同的引入了泛型的對語言和平台的支援。不過雖然三種語言最終都提供了将類型參數化的功能，然而這個功能在三個平台或語言中的實作卻大大不同。相對來說，C++的模闆功能是三者中最為強大的，不過由于.Net和Java對類型安全和穩定性要求更高，它們對泛型的支援要稍微簡單，不過即使如此，二者對泛型特性的實作也引起了兩個陣營中程式員們的争論，不過最終普遍認為Java的僞泛型(擦拭法)要比.NET的JIT級别的真正的泛型性能要差(java仍然有裝箱，拆箱操作)。當然這些是後話，下面我們來看看.NET的泛型到底如何使用吧!

　　基本介紹

　　.NET 2.0以後以後支援在很多類型上使用泛型，包括類、結構、接口、委托和方法成員，在這些類型上使用泛型和在類上使用是一樣的。它甚至支援同一個接口但不同泛型類型的實作，這有點類似重載在類級别的實作。最後.NET允許你同時定義多個泛型類型。

　　在泛型方法中的泛型類型基本跟在類中使用情況一樣，不過泛型方法有一個友善程式員的地方就是它的類型推斷功能，這意味着程式員可以即能和使用普通方法一樣使用這些方法，同時又能享受泛型帶來的友善。e.g.

　　代碼

static void Test<T, U>(T t, U u) { }static void main(){    //在函數中我們可以不用聲明參數類型，編譯器會自動根據實際資料     //自動推斷類型    Test(10, "20");Test(1.1, 2.2);}

　　下面我們來看看泛型在.NET中使用的一些需要注意的地方。

　　1. 泛型在嵌套類中的使用。嵌套的子類會自動繼承(?)包裹類的泛型類型，當然，你也可以在嵌套類中覆寫掉包裹類的類型，不過編譯器會在編譯的時候發出警告來提醒使用者注意避免誤寫。e.g.

class Container<T, U>{    //編譯器會在這裡發出警告    //告訴使用者這裡的泛型和包裹類相同    class Nested<U>{ void Method(T p0, U p1) { }}}

　　2. 協變和逆變的問題。關于協變和逆變的定義簡單來說就是泛型類型是否允許子類和父類之間轉換，這裡不做詳細讨論，讀者如果有興趣可以參考這篇文章。在.net 4.0以前是不支援協變和逆變的，這也讓我們的代碼有些時候實作起來很别扭。下面可以看個簡單的例子(注:這個例子僅作說明用，不一定恰當)。

　　首先我們定義兩個資料類型，IData和IOperation:

interface IData{void method();}   interface IOperation where  T : IData{ void Run(T data);}

　　然後我們分别定義不同類型的資料和操作類:

　　代碼

class AddData : IData{public int A1, A2;    public void method() { }}class Add : IOperation<AddData>    {public void Run(AddData d)    {Console.WriteLine(d.A1 + d.A2);}}    class ComplexData : IData{public void method() { }    public int A1, A2, B1, B2;}    class ComplexAdd : IOperation<ComplexData>{    public void Run(ComplexData d){Console.WriteLine("{0}+{1}    i",d.A1 + d.A2,d.B1+d.B2);}}

　　這裡如果能這樣使用我們認為應該是安全的：

IOperation<IData> opr = new Add();opr.Run(data1);    opr = new ComplexAdd();opr.Run(data2);

　　然而這樣的代碼是無法通過編譯的，盡管我們知道它們的使用絕對安全的，因為AddData或ComplexData是IData的子類。幸運的是，在.Net4.0中程式員将不會有這個煩惱了。

       3. 泛型不支援操作符。在C++中模闆支援操作符，然而，由于操作符是靜态的并且是編譯時決定的(參看這篇文章)，是以作為運作時的泛型無法實作類型間的該項操作，雖然你可以通過接口來達到同樣功能，但友善的操作符終究無法在泛型中得到支援。這可以算是C#泛型的一個缺點，因為在很多時候它确實很有用。

　　4. 泛型的類型轉換問題。泛型無法從其他類型(object除外)直接強制轉換，這個時候如果需要将其他類型轉換為泛型對象時有兩種方式，一種是該泛型限制是class或基類，這時候可以通過as 操作符來轉換，如 return somevalue as T。但是有時候如果我們不知道該泛型的類型或者該泛型類型是struct該如何轉換呢?答案是通過兩次類型轉換，首先我們把待轉換對象轉換為object對象，然後直接對該object對象強制轉換為T,e.g. return (T)(object)someVar。具體例子你可以參考這篇文章。

　　最後，在泛型中有個關鍵字--default，顧名思義，它是在引用類型和值類型沒有初始化的時候提供預設值的。對引用類型預設值是null,值類型則是0.

　　泛型限制

　　如果.Net僅僅出現泛型而沒有泛型限制，我想泛型的功能一定會大打折扣的，正是有了泛型限制，才讓我們在操作這些類型更加規範和準确。這也是同為強類型的C#比C++的模闆更安全的一點。

　　和類聲明繼承關系時一樣，泛型限制可以聲明多個接口和最多一個基類限制，并且如果聲明了基類限制，類限制必須放在限制條件的首位，這和我們聲明類的繼承關系要求一樣。另外，聲明限制的類不能是密封類或某些特殊的結構(如Nullable)，如我們不能聲明限制類為string或System.Nullable.最後，與我們在類聲明多個接口繼承關系一樣，泛型的限制間是AND而非OR關系，也就是說，如果你添加了多個限制，那麼泛型使用必須滿足所有的限制條件。

　　我們可以通過關鍵字class和struct來限定類型是值類型還是引用類型，不過由于基類限制已經表明了泛型類型是類還是結構，是以我們不能同時将class或struct限制和基類(結構)限制一起使用，e.g.class ClassAwhere T:BaseClass,class 是不允許的。另外一個需要注意的就是class和struct限制也必須在其他任何限制條件之前。

　　另外一個值得注意的限制關鍵字是new(), new 關鍵字意味着泛型對象必須提供一個無參構造函數，需要注意的是，new()限制必須放在所有限制的最後面。這個限制有時會有用，不過有時看起來更像雞肋。首先，new()限制雖然表明你可以在類中對泛型對象使用new()操作符執行個體化對象，然而在CIL對該對象的執行個體化仍然是通過反射來實作的，即T a=new T()相當于T a = System. Activator. CreateInstance();這樣程式效率會有所降低。另一方面，目前new限制僅僅支援無參構造函數的限制，而無法支援使用者自定義參數的構造函數限制，雖然使用者可以自己通過工廠方法來傳遞參數，但終究不夠自由，這讓new()限制有時沒太大用武之地。

　　限制不支援委托和枚舉類型，例如，你不能這樣定義:class ClassA where T:Delegate. 這是由于委托和枚舉被認為是特殊的類，它無法被指定為類型參數。編譯器無法根據Delegate來完成編譯器的類型檢查。

　　最後類型限制支援繼承，但同時你必須在子類定義泛型的時候再重新聲明一遍父類的所有限制。設計者的出發點是讓程式員能清楚子類中限制從何而來，減少疑惑。但從另外個角度來講，這樣反而會讓程式員不得不多添加一些重複的代碼，即使你已經知道它的限制條件都有哪些。

　　泛型内部實作

　　泛型在.NET中真正做到了平台級别的支援，在C#中，泛型同樣是對象。事實上，編譯器會在編譯的時候将泛型參數轉換為特殊的中繼資料，CLR會根據需要生成其實際的類型。為避免裝箱和拆箱，值類型的泛型實作和引用類型的是不一樣的。下面我們來具體看看它們有和不同。

　　1. 值類型的泛型對象執行個體化

　　第一次用值類型作為參數來構造泛型類型時，運作庫會建立專用泛型類型，将提供的參數代入到 MSIL 中的适合位置。對于每個用作參數的唯一值類型，都會建立一次專用C# 泛型類型。這種特定類型的泛型類其實就相當于包含特定值類型的本地代碼，它将對性能提升很有幫助。

　　2. 引用類型的泛型對象執行個體化

　　對于引用類型,泛型的工作方式略有不同。第一次使用任何引用類型構造泛型類型時,運作庫會建立專用泛型類型。用對象引用(或者說指針更好)替換MSIL中的參數.然後,每次使用對象的引用作為參數來執行個體化。構造類型時，無論引用類型的詳細類型是什麼，運作庫都會重用以前建立的泛型類型的專用版本。之是以可以這樣, 是因為所有對象引用的大小相同 。

　　總結

　　在.NET類庫中處處都可以看到泛型的身影，尤其是數組和集合中，泛型的存在也大大提高了程式員的開發效率。更重要的是，C#的泛型比C++的模闆使用更加安全，并且通過避免裝箱和拆箱操作來達到性能提升的目的。是以，我們很有必要掌握并善用這個強大的語言特性。