通過執行個體學習C#開發中的泛型

C#中所謂泛型：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的編譯時間的“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。

　　C#泛型編譯機制

　　第一輪編譯時間，編譯器只為Stack類型產生“泛型版”的IL代碼和中繼資料，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編譯時間，當JIT編譯器第一次遇到Stack時，將用int類型替換“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#的泛型型別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/參考型別”的約束方式來實現對型別參數的“顯示約束”，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。

　　C#泛型類與結構

　　class C{} //合法

　　class D:C{} //合法

　　class E:C{} //合法

　　class F:C{} //合法

　　class G:C{} //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，他的型別參數要麼已執行個體化，要麼來源子類(同樣是泛型型別)聲明的型別參數。

　　泛型型別的成員

class C
　　{
　　public V f1; //聲明欄位
　　public D f2; //作為其他泛型型別 的參數
　　public C
　　{
　　this.f1 = x;
　　}
　　}

　　泛型型別的成員可以使用泛型型別聲明中的型別參數。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繼承的共有成員。

　　泛型介面

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

　　泛型委派

delegate bool Predicate(T value);
　　class X
　　{
　　static bool F(int i){...}
　　static bool G(string s){...}
　　static void Main()
　　{
　　Predicate p2 = G;
　　Predicate p1 = new Predicate(F);
　　}
　　}

　　泛型委派支援傳回值和參數哂納感應用參數類型，這些參數類型同樣可以附帶合法的約束。

　　泛型方法的簡介

　　C#泛型機制只支援“在方法聲明上包含型別參數” -- 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型別中，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[] items,T item)
　　{
　　for(int i=0;i
　　{
　　if(items[i].Equals(item)
　　{
　　return i;
　　}
　　}
　　return -1;
　　}
　　}
　　// 泛型方法的調用
　　int i = Finder.Find(new int[]{1,3,4,5,6,8,9},6);

　　泛型程式設計

　　泛型方法的重載

class MyClass
　　{
　　void F1(T[] a,int i); // 不可以構成重載方法
　　void F1(U[] a,int i);
　　void F2(int x); // 可以構成重載方法
　　void F2(int x);
　　void F3(T t) where T : A; // 不可以構成重載方法
　　void F3(T t) where T : B;
　　}

　　泛型方法的重寫

　　abstract class Base
　　{
　　public abstract T F(T t,U u) where U : T;
　　public abstract T G(T t) where U : 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) where T : Comparable{}
　　}

　　泛型約束簡介

　　C#泛型要求對"所有泛型型別或泛型方法的型別參數"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"有where字句表達,可以指定"基類約束","介面約束","構造器約束","實值型別/參考型別約束"共四中約束.

　　"顯示約束"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{coid Print();}
　　interface IComparable{int CompareTo(T v);}
　　interface IKeyProvider{T HetKey();}
　　class Dictionary
　　where K:IComparable
　　where V:IPrintable,IKeyProvider
　　{
　　// 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
　　where T:new()
　　{
　　// 可以在其中使用T t = new T();
　　}
　　C c = new C(); // 可以,A有無參數構造器
　　C c = new C(); // 錯誤,B沒有無參數構造器

　　實值型別/參考型別約束

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

　　總結

　　C#的泛型能力有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"檫拭法"支援的簡單的類型.

　　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/參考型別"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顯式約束.