泛型的概述和具体使用

一、泛型概述

      泛型类和泛型方法兼复用性、类型安全和高效率于一身，是与之对应的非泛型的类和方法所不及。泛型广泛用于容器（collections）和对容器操作的方法中。.NET Framework 2.0的类库提供一个新的命名空间System.Collections.Generic，其中包含了一些新的基于泛型的容器类。

1. 泛型的可变类型参数：通常用T,但也可以用任意非关键字和保留字；

2. 所有的可变类型T在编译时，都采用占位符的形式，在运行时将由实际传入的类型来替换的所有的点位符；

 

二、泛型的优点

针对早期版本的通用语言运行时和C#语言的局限，泛型提供了一个解决方案。以前类型的泛化（generalization）是靠类型与全局基类System.Object的相互转换来实现。 .NET Framework 基础类库的ArrayList容器类，就是这种局限的一个例子。ArrayList是一个很方便的容器类，使用中无需更改就可以存储任何引用类型或值类型。

ArrayList list = new ArrayList();
list.Add(1);
list.Add(175.50);
list.Add("hello kitty");

double sum = 0;
foreach(int value in list)
{
     sum += value;
}

缺点：

      便利是有代价的，这需要把任何一个加入ArrayList的引用类型或值类型都隐式地向上转换成System.Object。如果这些元素是值类型，那么当加入到列表中时，它们必须被装箱；当重新取回它们时，要拆箱。类型转换和装箱、拆箱的操作都降低了性能；在必须迭代（iterate）大容器的情况下，装箱和拆箱的影响可能十分显著。另一个局限是缺乏编译时的类型检查，当一个ArrayList把任何类型都转换为Object，就无法在编译时预防客户代码中类似sum+=vlaue这样的错误；

在System.Collections.Generic命名空间中的泛型List容器里，同样是把元素加入容器的操作，类似这样：

    List listInt = new List();
     listInt.Add(100);
     listInt.Add(200);
     listInt.Add(123.112); //编译报错
     listInt.Add("heel");  //编译报错

    double sum = 0;
     foreach (int value in list)
     {
         sum += value;
     }

与ArrayList相比，在客户代码中唯一增加的List语法是声明和实例化中的类型参数。代码略微复杂的回报是，你创建的表不仅比ArrayList更安全，而且明显地更加快速，尤其当表中的元素是值类型的时候。

三、泛型的类型参数

      泛型类型或泛型方法的定义中，类型参数是一个占位符（placeholder），通常为一个大写字母(也可以使用任意非关键字和保留字的名字)，如T。在客户代码声明、实例化该类型的变量时，把T替换为客户代码所指定的数据类型。泛型类，如泛型中给出的List类，不能用作as-is，原因在于它不是一个真正的类型，而更像是一个类型的蓝图。要使用MyList，客户代码必须在尖括号内指定一个类型参数，来声明并实例化一个已构造类型（constructed type）。这个特定类的类型参数可以是编译器识别的任何类型。可以创建任意数量的已构造类型实例，每个使用不同的类型参数，如下：

List listInt = new List();
List listFloat = new List();
List listString = new List();

 

四、泛型类型参数的约束

泛型提供了下列五种约束：

约束	描述
where T : struct	参数类型必须为值类型
where T : class	参数类型必须为引用类型
where T : new()	参数类型必须有一个公有的无参构造函数。当与其它约束联合使用时，new()约束必须放在最后。
where T :	参数类型必须为指定的基类型或派生自指定基类型的子类
where T :	参数类型必须为指定的接口或指定接口的实现。可指定多个接口的约束。接口约束也可以是泛型的。

无限制类型参数：

1. 不能使用!=和==对可变类型的实例进行比较，因为无法保证具体的类型参数支持这些运算符；

2. 它们可以与System.Object相互转换，也可显式地转换成任何接口类型；

3. 可以与null比较。如果一个无限制类型参数与null比较，当此类型参数为值类型时，比较的结果总为false。

无类型约束：当约束是一个泛型类型参数时，它就叫无类型约束(Naked type constraints)。

class List
{
     void Add(List items) where U : T
     {
     }
}

在上面的示例中， Add方法的上下文中的T，就是一个无类型约束；而List类的上下文中的T，则是一个无限制类型参数。

无类型约束也可以用在泛型类的定义中。注意，无类型约束一定也要和其它类型参数一起在尖括号中声明：

//naked type constraint

public class MyClass where T : V

因为编译器只认为无类型约束是从System.Object继承而来，所以带有无类型约束的泛型类的用途十分有限。当你希望强制两个类型参数具有继承关系时，可对泛型类使用无类型约束。

五、泛型类

泛型类封装了不针对任何特定数据类型的操作。泛型类常用于容器类，如链表、哈希表、栈、队列、树等等。这些类中的操作，如对容器添加、删除元素，不论所存储的数据是何种类型，都执行几乎同样的操作。

通常，从一个已有的具体类来创建泛型类，并每次把一个类型改为类型参数，直至达到一般性和可用性的最佳平衡。当创建你自己的泛型类时，需要重点考虑的事项有：

• 哪些类型应泛化为类型参数。一般的规律是，用参数表示的类型越多，代码的灵活性和复用性也就越大。过多的泛化会导致代码难以被其它的开发人员理解。

• 如果有约束，那么类型参数需要什么样约束。一个良好的习惯是，尽可能使用最大的约束，同时保证可以处理所有需要处理的类型。例如，如果你知道你的泛型类只打算使用引用类型，那么就应用这个类的约束。这样可以防止无意中使用值类型，同时可以对T使用as运算符，并且检查空引用；

• 把泛型行为放在基类中还是子类中。泛型类可以做基类。同样非泛型类的设计中也应考虑这一点。泛型基类的继承规则；

• 是否实现一个或多个泛型接口。例如，要设计一个在基于泛型的容器中创建元素的类，可能需要实现类似IComparable的接口，其中T是该类的参数。

对于一个泛型类Node，客户代码既可指定一个类型参数来创建一个封闭构造类型(Node),也可保留类型参数未指定，例如指定一个泛型基类来创建开放构造类型(Node)。泛型类可以继承自具体类、封闭构造类型或开放构造类型：

// concrete type
class Node : BaseNode
//closed constructed type
class Node : BaseNode
//open constructed type
class Node : BaseNode

非泛型的具体类可以继承自封闭构造基类，但不能继承自开放构造基类。这是因为客户代码无法提供基类所需的类型参数：

//No error.
class Node : BaseNode
//Generates an error.
class Node : BaseNode

泛型的具体类可以继承自开放构造类型。除了与子类共用的类型参数外，必须为所有的类型参数指定类型：

//Generates an error.
class Node : BaseNode {…}
//Okay.
class Node : BaseNode {…}

继承自开放结构类型的泛型类，必须指定参数类型和约束：

class NodeItem where T : IComparable, new() {…}
class MyNodeItem : NodeItem where T : IComparable, new() {…}

泛型类型可以使用多种类型参数和约束：

class KeyType {…}
class SuperKeyType where U : IComparable, where V : new() {…}

开放结构和封闭构造类型可以用作方法的参数：

void Swap(List list1, List list2) {…}
void Swap(List list1, List list2) {…}

 

六、泛型接口

当一个接口被指定为类型参数的约束时，只有实现该接口的类型可被用作类型参数。

可以在一个类型指定多个接口作为约束，如下:

class Stack where T : IComparable, IMyStack1{}

一个接口可以定义多个类型参数，如下:

IDictionary

接口和类的继承规则相同：

//Okay.
IMyInterface: IBaseInterface
//Okay.
IMyInterface : IBaseInterface
//Okay.
IMyInterface: IBaseInterface
//Error.
IMyInterface : IBaseInterface2

具体类可以实现封闭构造接口，如下:

class MyClass : IBaseInterface

泛型类可以实现泛型接口或封闭构造接口，只要类的参数列表提供了接口需要的所有参数，如下:

//Okay.
class MyClass : IBaseInterface
//Okay.
class MyClass : IBaseInterface

泛型类、泛型结构，泛型接口都具有同样方法重载的规则。

 

七、泛型方法

泛型方法是声名了类型参数的方法，如下：

void Swap(ref T lhs, ref T rhs)
{
     T temp;
     temp = lhs;
     lhs = rhs;
     rhs = temp;
}

下面的示例代码显示了一个以int作为类型参数，来调用方法的例子：

int a = 1;
int b = 2;
//…
Swap(a, b);

也可以忽略类型参数，编译器会去推断它。下面调用Swap的代码与上面的例子等价：

Swap(a, b);

静态方法和实例方法有着同样的类型推断规则。编译器能够根据传入的方法参数来推断类型参数；而无法单独根据约束或返回值来判断。因此类型推断对没有参数的方法是无效的。类型推断发生在编译的时候，且在编译器解析重载方法标志之前。编译器对所有同名的泛型方法应用类型推断逻辑。在决定（resolution）重载的阶段，编译器只包含那些类型推断成功的泛型类。

在泛型类中，非泛型方法能访问所在类中的类型参数：

class List
{
     void Swap(ref T lhs, ref T rhs) { ... }
}

在泛型类中，定义一个泛型方法，和其所在的类具有相同的类型参数；试图这样做，编译器会产生警告CS0693。

class List
{
     void Swap(ref T lhs, ref T rhs) {  }
}

warning CS0693: 类型参数“T”与外部类型“List”中的类型参数同名

在泛型类中，定义一个泛型方法，可定义一个泛型类中未定义的类型参数：（不常用，一般配合约束使用）

class List
{
     void Swap(ref T lhs, ref T rhs) {  }   //不常用

    void Add(List items) where U : T{}  //常用
}

泛型方法通过多个类型参数来重载。例如，下面的这些方法可以放在同一个类中：

void DoSomething() { }
void DoSomething() { }
void DoSomething() { }

 

八、泛型中的default关键字

在泛型类和泛型方法中会出现的一个问题是，如何把缺省值赋给参数化类型，此时无法预先知道以下两点：

1. T将是值类型还是引用类型

2. 如果T是值类型，那么T将是数值还是结构

对于一个参数化类型T的变量t，仅当T是引用类型时，t = null语句才是合法的； t = 0只对数值的有效，而对结构则不行。这个问题的解决办法是用default关键字，它对引用类型返回空，对值类型的数值型返回零。而对于结构，它将返回结构每个成员，并根据成员是值类型还是引用类型，返回零或空。

class GenericClass
{
     T GetElement()
     {
         return default(T);
     }
}

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