C#銳利體驗2.0：泛型程式設計

C#銳利體驗2.0：泛型程式設計

Agenda.C#泛型及機制
.泛型型別
.泛型方法
.泛型約束
.講座總結
.Q&A

C#泛型示範

class Stack<T> {
private T[] store;
private int size;
public Stack() {
store = new T[10]; size = 0;
}
public void Push(T x) {

store[size++] = x; }
public T Pop() {
return store[--size];
}
}

C#泛型簡介
Stack<int> x = new Stack<int>();
x.Push(17);
. 所謂泛型，即通過參數化型別來實現在同一份代
碼上操作多種資料類型。泛型程式設計是一種編程範
式，它利用“參數化型別”將類型抽象化，從而實
現更為靈活的複用。
.C# 泛型賦予了代碼更強的型別安全，更好的複
用，更高的效率，更清晰的約束。

C#泛型機制簡介
.C# 泛型能力由CLR在運行時支援，區別於C++的
編譯時間模板機制，和Java的編譯時間“搽拭法”。這
使得泛型能力可以在各個支援CLR的語言之間進
行無縫的互操作。
.C# 泛型代碼在被編譯為IL代碼和中繼資料時，採用
特殊的預留位置來表示泛型型別，並用專有的IL指
令支援泛型操作。而真正的泛型執行個體化工作以
“on-demand” 的方式，發生在JIT編譯時間。

泛型IL代碼與中繼資料

C#泛型編譯機制
. 第一輪編譯時間，編譯器只為Stack<T>類型產生“泛
型版”的IL代碼與中繼資料——並不進行泛型型別的
執行個體化，T在中間只充當預留位置
.JIT 編譯時，當JIT編譯器第一次遇到Stack<int>
時，將用int替換“泛型版”IL代碼與中繼資料中的T—
—進行泛型型別的執行個體化。
.CLR 為所有型別參數為“參考型別”的泛型型別產
生同一份代碼；但如果型別參數為“實值型別”，對
每一個不同的“實值型別”，CLR將為其產生一份獨
立的代碼

C#泛型的幾個特點
. 如果執行個體化泛型型別的參數相同，那麼JIT編譯器
會重複使用該類型，因此C#的動態泛型能力避免
了C++靜態模板可能導致的代碼膨脹的問題。
.C# 泛型型別攜帶有豐富的中繼資料，因此C#的泛型
類型可以應用於強大的反射技術。
.C# 的泛型採用“基類, 介面, 構造器, 實值型別/引用類
型”的約束方式來實現對型別參數的“顯式約束”，
提高了型別安全的同時，也喪失了C++模板基於
“簽名”的隱式約束所具有的高靈活性。

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C#泛型類與結構
class C<U, V> {} //合法
class D: C<string,int>{} //合法
class E<U, V>: C<U, V> {} //合法
class F<U, V>: C<string, int> {} //合法
class G : C<U, V> { } //非法
C#除可單獨聲明泛型型別（包括類與結構）外，
也可在基類中包含泛型型別的聲明。但基類如果
是泛型類，它的型別參數要麼已執行個體化，要麼來
源於子類（同樣是泛型型別）聲明的型別參數。

泛型型別的成員
class C<V>{
public V f1; // 聲明欄位
public D<V> f2; // 作為其他泛型型別的參數
public C(V x) {
this.f1 = x;
}
}
泛型型別的成員可以使用泛型型別聲明中的類型
參數。但型別參數如果沒有任何約束，則只能在
該類型上使用從System.Object繼承的公有成員。

泛型介面

interface IList<T> {
T[] GetElements();

}

interface IDictionary<K,V> {
void Add(K key, V value);

}

// 泛型介面的型別參數要麼已執行個體化，

// 要麼來源於實作類別聲明的型別參數

class List<T> : IList<T>, IDictionary<int, T> {
public T[] GetElements() { return null; }
public void Add(int index, T value) { }

}

泛型委派

delegate bool Predicate<T>(T value);

class X {
static bool F(int i) {...}
static bool G(string s) {...}
static void Main() {

Predicate<string> p2 = G;
Predicate<int> p1 = new Predicate<int>(F);
}
}

泛型委派支援在委託傳回值和參數上應用參數類
型，這些參數類型同樣可以附帶合法的約束。

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泛型方法簡介
.C# 泛型機制只支援“在方法聲明上包含類型參
數”——即泛型方法
.C# 泛型機制不支援在除方法外的其他成員（包括
屬性、事件、索引器、構造器、析構器）的聲明
上包含型別參數，但這些成員本身可以包含在泛
型類型中，並使用泛型型別的型別參數
. 泛型方法既可以包含在泛型型別中，也可以包含
在非泛型型別中

泛型方法的聲明與調用

public class Finder {
// 泛型方法的聲明
public static int Find<T> ( T[] items, T item) {

for(int i=0;i<items.Length;i++){

if (items[i].Equals(item)) { return i; }
}
return -1;

}
}
// 泛型方法的調用
int i=Finder.Find<int> ( new int[]{1,3,4,5,6,8,9}, 6);

泛型方法的重載

class MyClass {

void F1<T>(T[] a, int i); // 不可以構成重載方法

void F1<U>(U[] a, int i);

void F2<T>(int x); //可以構成重載方法

void F2(int x);

void F3<T>(T t) where T : A; //不可以構成重載方法
void F3<T>(T t) where T : B;

}

泛型方法的重寫

abstract class Base

{

public abstract T F<T,U>(T t, U u) where U: T;

public abstract T G<T>(T t) where T: IComparable;
}
class Derived: Base{

//合法的重寫，約束被預設繼承

public override X F<X,Y>(X x, Y y) { }

//非法的重寫，指定任何約束都是多餘的

public override T G<T>(T t) where T: IComparable {}
}

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泛型約束簡介
.C# 泛型要求對“所有泛型型別或泛型方法的類型參
數”的任何假定，都要基於“顯式的約束”，以維護
C#所要求的型別安全。
.“顯式約束”由where子句表達，可以指定“基類約
束”，“介面約束”，“構造器約束”，“實值型別/引用類
型約束”共四種約束。
.“顯式約束”並非必須，如果沒有指定“顯式約束”，
泛型型別參數將只能訪問System.Object類型中的
公有方法。

基類約束
class A { public void F1() {…} }
class B { public void F2() {…} }
class C<S,T>
where S: A // S繼承自A
where T: B // T繼承自B
{
// 可以在類型為S的變數上調用F1，
// 可以在類型為T的變數上調用F2
….
}

介面約束

interface IPrintable { void Print(); }
interface IComparable<T> { int CompareTo(T v);}
interface IKeyProvider<T> { T GetKey(); }

class Dictionary<K,V>
where K: IComparable<K>
where V: IPrintable, IKeyProvider<K>

{
// 可以在類型為K的變數上調用CompareTo，
// 可以在類型為V的變數上調用Print和GetKey
….

}

構造器約束

class A { public A() { } }
class B { public B(int i) { } }

class C<T>
where T : new()

{
//可以在其中使用T t=new T();
….

}
C<A> c=new C<A>(); //可以，A有無參構造器
C<B> c=new C<B>(); //錯誤，B沒有無參構造器

實值型別/參考型別約束
public struct A { … }
public class B { … }
class C<T>
where T : struct
{
// T在這裡面是一個實值型別
…
}
C<A> c=new C<A>(); //可以，A是一個實值型別
C<B> c=new C<B>(); //錯誤，B是一個參考型別

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講座總結
.C# 的泛型能力由CLR在運行時支援，它既不同於
C++在編譯時間所支援的靜態模板，也不同於Java
在編譯器層面使用“搽拭法”支援的簡單的泛型。
.C# 的泛型支援包括類、結構、介面、委託共四種
泛型型別，以及方法成員。
.C# 的泛型採用“基類, 介面, 構造器, 實值型別/引用類
型”的約束方式來實現對型別參數的“顯式約束”，
它不支援C++模板那樣的基於簽名的隱式約束。

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Q&A
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