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詳解C#泛型特性及相關(guān)實(shí)例

本文將為大家講述.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(xué)習(xí)和理解C#泛型，在平時(shí)的開發(fā)工作中起到事半功倍的效果。

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#T#

泛型，.NET的這個(gè)特性相信大家都已經(jīng)很熟悉了，提起泛型，不能不首先提到C++中的模板，C++中模板的引入大大提高了代碼的重用性，因此也得到了許多程序員的喜愛。因此，在同為強(qiáng)類型語言平臺(tái)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(duì)語言和平臺(tái)的支持。不過雖然三種語言最終都提供了將類型參數(shù)化的功能，然而這個(gè)功能在三個(gè)平臺(tái)或語言中的實(shí)現(xiàn)卻大大不同。相對(duì)來說，C++的模板功能是三者中最為強(qiáng)大的，不過由于.Net和Java對(duì)類型安全和穩(wěn)定性要求更高，它們對(duì)泛型的支持要稍微簡單，不過即使如此，二者對(duì)泛型特性的實(shí)現(xiàn)也引起了兩個(gè)陣營中程序員們的爭論，不過最終普遍認(rèn)為Java的偽泛型(擦拭法)要比.NET的JIT級(jí)別的真正的泛型性能要差(java仍然有裝箱，拆箱操作)。當(dāng)然這些是后話，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以后以后支持在很多類型上使用泛型，包括類、結(jié)構(gòu)、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。它甚至支持同一個(gè)接口但不同泛型類型的實(shí)現(xiàn)，這有點(diǎn)類似重載在類級(jí)別的實(shí)現(xiàn)。***.NET允許你同時(shí)定義多個(gè)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(gè)方便程序員的地方就是它的類型推斷功能，這意味著程序員可以即能和使用普通方法一樣使用這些方法，同時(shí)又能享受泛型帶來的方便。e.g.

代碼

 
   
  static void Test(T t, U u) { }static void main(){    
  //在函數(shù)中我們可以不用聲明參數(shù)類型，編譯器會(huì)自動(dòng)根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)     
  //自動(dòng)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(huì)自動(dòng)繼承(?)包裹類的泛型類型，當(dāng)然，你也可以在嵌套類中覆蓋掉包裹類的類型，不過編譯器會(huì)在編譯的時(shí)候發(fā)出警告來提醒用戶注意避免誤寫。e.g.

 
   
  class Container{    
  //編譯器會(huì)在這里發(fā)出警告    
  //告訴用戶這里的泛型和包裹類相同    
  class Nested{ void Method(T p0, U p1) { }}}

2. 協(xié)變和逆變的問題。關(guān)于協(xié)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(zhuǎn)換，這里不做詳細(xì)討論，讀者如果有興趣可以參考這篇文章。在.net 4.0以前是不支持協(xié)變和逆變的，這也讓我們的代碼有些時(shí)候?qū)崿F(xiàn)起來很別扭。下面可以看個(gè)簡單的例子(注:這個(gè)例子僅作說明用，不一定恰當(dāng))。

首先我們定義兩個(gè)數(shù)據(jù)類型，IData和IOperation:

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

然后我們分別定義不同類型的數(shù)據(jù)和操作類:

代碼

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

這里如果能這樣使用我們認(rèn)為應(yīng)該是安全的：

 
   
  IOperation 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(duì)安全的，因?yàn)锳ddData或ComplexData是IData的子類。幸運(yùn)的是，在.Net4.0中程序員將不會(huì)有這個(gè)煩惱了。

3. 泛型不支持操作符。在C++中模板支持操作符，然而，由于操作符是靜態(tài)的并且是編譯時(shí)決定的(參看這篇文章)，因此作為運(yùn)行時(shí)的泛型無法實(shí)現(xiàn)類型間的該項(xiàng)操作，雖然你可以通過接口來達(dá)到同樣功能，但方便的操作符終究無法在泛型中得到支持。這可以算是C#泛型的一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)樵诤芏鄷r(shí)候它確實(shí)很有用。

4. 泛型的類型轉(zhuǎn)換問題。泛型無法從其他類型(object除外)直接強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，這個(gè)時(shí)候如果需要將其他類型轉(zhuǎn)換為泛型對(duì)象時(shí)有兩種方式，一種是該泛型約束是class或基類，這時(shí)候可以通過as 操作符來轉(zhuǎn)換，如 return somevalue as T。但是有時(shí)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(zhuǎn)換呢？答案是通過兩次類型轉(zhuǎn)換，首先我們把待轉(zhuǎn)換對(duì)象轉(zhuǎn)換為object對(duì)象，然后直接對(duì)該object對(duì)象強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為T,e.g. return (T)(object)someVar。具體例子你可以參考這篇文章。

***，在泛型中有個(gè)關(guān)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(shí)候提供默認(rèn)值的。對(duì)引用類型默認(rèn)值是null,值類型則是0.

泛型約束

如果.Net僅僅出現(xiàn)泛型而沒有泛型約束，我想泛型的功能一定會(huì)大打折扣的，正是有了泛型約束，才讓我們在操作這些類型更加規(guī)范和準(zhǔn)確。這也是同為強(qiáng)類型的C#比C++的模板更安全的一點(diǎn)。

和類聲明繼承關(guān)系時(shí)一樣，泛型約束可以聲明多個(gè)接口和最多一個(gè)基類約束，并且如果聲明了基類約束，類約束必須放在約束條件的首位，這和我們聲明類的繼承關(guān)系要求一樣。另外，聲明約束的類不能是密封類或某些特殊的結(jié)構(gòu)(如Nullable)，如我們不能聲明約束類為string或System.Nullable.***，與我們在類聲明多個(gè)接口繼承關(guān)系一樣，泛型的約束間是AND而非OR關(guān)系，也就是說，如果你添加了多個(gè)約束，那么泛型使用必須滿足所有的約束條件。

我們可以通過關(guān)鍵字class和struct來限定類型是值類型還是引用類型，不過由于基類約束已經(jīng)表明了泛型類型是類還是結(jié)構(gòu)，所以我們不能同時(shí)將class或struct約束和基類(結(jié)構(gòu))約束一起使用，e.g.class ClassAwhere T:BaseClass,class 是不允許的。另外一個(gè)需要注意的就是class和struct約束也必須在其他任何約束條件之前。

另外一個(gè)值得注意的約束關(guān)鍵字是new(), new 關(guān)鍵字意味著泛型對(duì)象必須提供一個(gè)無參構(gòu)造函數(shù)，需要注意的是，new()約束必須放在所有約束的***面。這個(gè)約束有時(shí)會(huì)有用，不過有時(shí)看起來更像雞肋。首先，new()約束雖然表明你可以在類中對(duì)泛型對(duì)象使用new()操作符實(shí)例化對(duì)象，然而在CIL對(duì)該對(duì)象的實(shí)例化仍然是通過反射來實(shí)現(xiàn)的，即T a=new T()相當(dāng)于T a = System. Activator. CreateInstance();這樣程序效率會(huì)有所降低。另一方面，目前new約束僅僅支持無參構(gòu)造函數(shù)的約束，而無法支持用戶自定義參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)約束，雖然用戶可以自己通過工廠方法來傳遞參數(shù)，但終究不夠自由，這讓new()約束有時(shí)沒太大用武之地。

約束不支持委托和枚舉類型，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(rèn)為是特殊的類，它無法被指定為類型參數(shù)。編譯器無法根據(jù)Delegate來完成編譯器的類型檢查。

***類型約束支持繼承，但同時(shí)你必須在子類定義泛型的時(shí)候再重新聲明一遍父類的所有約束。設(shè)計(jì)者的出發(fā)點(diǎn)是讓程序員能清楚子類中約束從何而來，減少疑惑。但從另外個(gè)角度來講，這樣反而會(huì)讓程序員不得不多添加一些重復(fù)的代碼，即使你已經(jīng)知道它的約束條件都有哪些。

泛型內(nèi)部實(shí)現(xiàn)

泛型在.NET中真正做到了平臺(tái)級(jí)別的支持，在C#中，泛型同樣是對(duì)象。事實(shí)上，編譯器會(huì)在編譯的時(shí)候?qū)⒎盒蛥?shù)轉(zhuǎn)換為特殊的元數(shù)據(jù)，CLR會(huì)根據(jù)需要生成其實(shí)際的類型。為避免裝箱和拆箱，值類型的泛型實(shí)現(xiàn)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(duì)象實(shí)例化

***次用值類型作為參數(shù)來構(gòu)造泛型類型時(shí)，運(yùn)行庫會(huì)創(chuàng)建專用泛型類型，將提供的參數(shù)代入到 MSIL 中的適合位置。對(duì)于每個(gè)用作參數(shù)的唯一值類型，都會(huì)創(chuàng)建一次專用C# 泛型類型。這種特定類型的泛型類其實(shí)就相當(dāng)于包含特定值類型的本地代碼，它將對(duì)性能提升很有幫助。

2. 引用類型的泛型對(duì)象實(shí)例化

對(duì)于引用類型,泛型的工作方式略有不同。***次使用任何引用類型構(gòu)造泛型類型時(shí),運(yùn)行庫會(huì)創(chuàng)建專用泛型類型。用對(duì)象引用(或者說指針更好)替換MSIL中的參數(shù).然后,每次使用對(duì)象的引用作為參數(shù)來實(shí)例化。構(gòu)造類型時(shí)，無論引用類型的詳細(xì)類型是什么，運(yùn)行庫都會(huì)重用以前創(chuàng)建的泛型類型的專用版本。之所以可以這樣, 是因?yàn)樗袑?duì)象引用的大小相同。

總結(jié)

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

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