C# 參考：泛型(2) — 什麼是泛型？ 泛型實現？ 泛型的好處？

 什麼是泛型？

    通過泛型可以定義型別安全類，而不會損害型別安全、效能或工作效率。
    您只須一次性地將伺服器實現為一般伺服器，同時可以用任何類型來聲明和使用它。
    為此，需要使用  < 和 > 括弧，以便將一般型別參數括起來。

例如，可以按如下方式定義和使用一般堆棧：public class Stack
{
   T[] m_Items; 
   public void Push(T item)
   {}
   public T Pop()
   {}
}
Stack stack = new Stack();
stack.Push(1);
stack.Push(2);
int number = stack.Pop();

    代碼塊 2 顯示一般堆棧的完整實現。
    將代碼塊 1 (上篇《C#泛型簡介》)與代碼塊 2 進行比較，您會看到，好像 代碼塊 1 中每個使用 Object 的地方在代碼塊 2 中都被替換成了 T，除了使用一般型別參數 T 定義 Stack 以外：public class Stack
{}

在使用一般堆棧時，必須通知編譯器使用哪個類型來代替一般型別參數 T（無論是在聲明變數時，還是在執行個體化變數時）： Stack stack = new Stack();

編譯器和運行庫負責完成其餘工作。所有接受或返回 T 的方法（或屬性）都將改為使用指定的類型（在上述樣本中為整型）。
代碼塊 2. 一般堆棧

public class Stack
{
   readonly int m_Size; 
   int m_StackPointer = 0;
   T[] m_Items;
   public Stack():this(100)
   {}
   public Stack(int size)
   {
      m_Size = size;
      m_Items = new T[m_Size];
   }
   public void Push(T item)
   {
      if(m_StackPointer >= m_Size) 
         throw new StackOverflowException();
      m_Items[m_StackPointer] = item;
      m_StackPointer++;
   }
   public T Pop()
   {
      m_StackPointer--;
      if(m_StackPointer >= 0)
      {
         return m_Items[m_StackPointer];
      }
      else
      {
         m_StackPointer = 0;
         throw new InvalidOperationException("Cannot pop an empty stack");
      }
   }
}

注 T 是一般型別參數（或型別參數），而一般類型為 Stack。Stack 中的 int 為類型實參。
該編程模型的優點在於，內部演算法和資料操作保持不變，而實際資料類型可以基於用戶端使用伺服器代碼的方式變更。

泛型實現：

    表面上，C# 泛型的文法看起來與 C++ 範本類似，但是編譯器實現和支援它們的方式存在重要差異。正如您將在後文中看到的那樣，這對於泛型的使用方式具有重大意義。

    注 在本文中，當提到 C++ 時，指的是傳統 C++，而不是帶有託管擴充的 Microsoft C++。

    與 C++ 範本相比，C# 泛型可以提供增強的安全性，但是在功能方面也受到某種程度的限制。

    在一些 C++ 編譯器中，在您通過特定類型使用模板類之前，編譯器甚至不會編譯模板代碼。當您確實指定了類型時，編譯器會以內聯方式插入代碼，並且將每個出現一般型別參數的地方替換為指定的類型。此外，每當您使用特定類型時，編譯器都會插入特定於該類型的代碼，而不管您是否已經在應用程式中的其他某個位置為模板類指定了該類型。C++ 連結器負責解決該問題，並且並不總是有效。這可能會導致代碼膨脹，從而增加載入時間和記憶體足跡。

    在 .NET 2.0 中，泛型在 IL（中繼語言）和 CLR 本身中具有本機支援。在編譯一般 C# 伺服器端代碼時，編譯器會將其編譯為 IL，就像其他任何類型一樣。但是，IL 只包含實際特定類型的參數或預留位置。此外，一般伺服器的中繼資料套件含一般資訊。

    用戶端編譯器使用該一般中繼資料來支援型別安全。當用戶端提供特定類型而不是一般型別參數時，用戶端的編譯器將用指定的類型實參來替換伺服器中繼資料中的一般型別參數。這會向用戶端的編譯器提供類型特定的伺服器定義，就好像從未涉及到泛型一樣。這樣，用戶端編譯器就可以確保方法參數的正確性，實施型別安全檢查，甚至執行類型特定的 IntelliSense。

    有趣的問題是，.NET 如何將伺服器的一般 IL 編譯為機器碼。原來，所產生的實際機器碼取決於指定的類型是實值型別還是參考型別。如果用戶端指定實值型別，則 JIT 編譯器將 IL 中的一般型別參數替換為特定的實值型別，並且將其編譯為機器碼。但是，JIT 編譯器會跟蹤它已經產生的類型特定的伺服器代碼。如果請求 JIT 編譯器用它已經編譯為機器碼的實值型別編譯一般伺服器，則它只是返回對該伺服器代碼的引用。因為 JIT 編譯器在以後的所有場合中都將使用相同的實值型別特定的伺服器代碼，所以不存在代碼膨脹問題。

    如果用戶端指定參考型別，則 JIT 編譯器將伺服器 IL 中的一般參數替換為 Object，並將其編譯為機器碼。在以後的任何針對參考型別而不是一般型別參數的請求中，都將使用該代碼。請注意，採用這種方式，JIT 編譯器只會重新使用實際代碼。執行個體仍然按照它們離開託管堆的大小分配空間，並且沒有強制類型轉換。
 
泛型的好處：
    .NET 中的泛型使您可以重用代碼以及在實現它時付出的努力。類型和內部資料可以在不導致代碼膨脹的情況下更改，而不管您使用的是實值型別還是參考型別。您可以一次性地開發、測試和部署代碼，通過任何類型（包括將來的類型）來重用它，並且全部具有編譯器支援和型別安全。因為一般代碼不會強行對實值型別進行裝箱和unboxing，或者對參考型別進行向下強制類型轉換，所以效能得到顯著提高。對於實值型別，效能通常會提高 200%；對於參考型別，在訪問該類型時，可以預期效能最多提高 100%（當然，整個應用程式的效能可能會提高，也可能不會提高）。本文隨附的原始碼包含一個微型基準應用程式，它在緊密迴圈中執行堆棧。該應用程式使您可以在基於 Object 的堆棧和一般堆棧上實驗實值型別和參考型別，以及更改迴圈迭代的次數以查看泛型對效能產生的影響。