C#泛型編程介紹
例子代碼：
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
int obj = 2;
Test<int> test = new Test<int>(obj);
Console.WriteLine("int:" + test.obj);
string obj2 = "hello world";
Test<string> test1 = new Test<string>(obj2);
Console.WriteLine("String:" + test1.obj);
Console.Read();
}
}
class Test<T>
{
public T obj;
public Test(T obj)
{
this.obj = obj;
}
}
輸出結(jié)果是：
int:2
String:hello world
程序分析：
1、 Test是一個泛型類。T是要實(shí)例化的范型類型。如果T被實(shí)例化為int型，那么成員變量obj就是int型的，如果T被實(shí)例化為string型，那么obj就是string類型的。
2、 根據(jù)不同的類型，上面的程序顯示出不同的值。
C#泛型機(jī)制：
C#泛型能力有CLR在運(yùn)行時支持：C#泛型代碼在編譯為IL代碼和元數(shù)據(jù)時，采用特殊的占位符來表示范型類型，并用專有的IL指令支持泛型操作。而真正的泛型實(shí)例化工作以“on-demand”的方式，發(fā)生在JIT編譯時。
看看剛才的代碼中Main函數(shù)的元數(shù)據(jù)
.method private hidebysig static void Main(string[] args) cil managed
{
.entrypoint
// Code size 79 (0x4f)
.maxstack 2
.locals init ([0] int32 obj,
[1] class CSharpStudy1.Test`1<int32> test,
[2] string obj2,
[3] class CSharpStudy1.Test`1<string> test1)
IL_0000: nop
IL_0001: ldc.i4.2
IL_0002: stloc.0
IL_0003: ldloc.0
IL_0004: newobj instance void class CSharpStudy1.Test`1<int32>::.ctor(!0)
IL_0009: stloc.1
IL_000a: ldstr "int:"
IL_ 000f: ldloc.1
IL_0010: ldfld !0 class CSharpStudy1.Test`1<int32>::obj
IL_0015: box [mscorlib]System.Int32
IL_ 001a: call string [mscorlib]System.String::Concat(object,
object)
IL_ 001f: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
IL_0024: nop
IL_0025: ldstr "hello world"
IL_ 002a: stloc.2
IL_002b: ldloc.2
IL_ 002c: newobj instance void class CSharpStudy1.Test`1<string>::.ctor(!0)
IL_0031: stloc.3
IL_0032: ldstr "String:"
IL_0037: ldloc.3
IL_0038: ldfld !0 class CSharpStudy1.Test`1<string>::obj
IL_003d: call string [mscorlib]System.String::Concat(string,
string)
IL_0042: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
IL_0047: nop
IL_0048: call int32 [mscorlib]System.Console::Read()
IL_004d: pop
IL_004e: ret
} // end of method Program::Main
再來看看Test類中構(gòu)造函數(shù)的元數(shù)據(jù)
.method public hidebysig specialname rtspecialname
instance void .ctor(!T obj) cil managed
{
// Code size 17 (0x11)
.maxstack 8
IL_0000: ldarg.0
IL_0001: call instance void [mscorlib]System.Object::.ctor()
IL_0006: nop
IL_0007: nop
IL_0008: ldarg.0
IL_0009: ldarg.1
IL_ 000a: stfld !0 class ConsoleCSharpTest1.Test`1<!T>::obj
IL_ 000f: nop
IL_0010: ret
} // end of method Test`1::.ctor
1、第一輪編譯時，編譯器只為Test<T>類型產(chǎn)生“泛型版”的IL代碼與元數(shù)據(jù)——并不進(jìn)行泛型的實(shí)例化，T在中間只充當(dāng)占位符。例如：Test類型元數(shù)據(jù)中顯示的<!T>
2、JIT編譯時，當(dāng)JIT編譯器第一次遇到Test<int>時，將用int替換“范型版”IL代碼與元數(shù)據(jù)中的T——進(jìn)行泛型類型的實(shí)例化。例如：Main函數(shù)中顯示的<int>
3、CLR為所有類型參數(shù)為“引用類型”的泛型類型產(chǎn)生同一份代碼；但是如果類型參數(shù)為“值類型”，對每一個不同的“值類型”，CLR將為其產(chǎn)生一份獨(dú)立的代碼。因?yàn)閷?shí)例化一個引用類型的泛型，它在內(nèi)存中分配的大小是一樣的，但是當(dāng)實(shí)例化一個值類型的時候，在內(nèi)存中分配的大小是不一樣的。
C#泛型特點(diǎn)：
1、如果實(shí)例化泛型類型的參數(shù)相同，那么JIT編輯器會重復(fù)使用該類型，因此C#的動態(tài)泛型能力避免了C++靜態(tài)模板可能導(dǎo)致的代碼膨脹的問題。
2、C#泛型類型攜帶有豐富的元數(shù)據(jù)，因此C#的泛型類型可以應(yīng)用于強(qiáng)大的反射技術(shù)。
3、C#的泛型采用“基類、接口、構(gòu)造器，值類型/引用類型”的約束方式來實(shí)現(xiàn)對類型參數(shù)的“顯示約束”，提高了類型安全的同時，也喪失了C++模板基于“簽名”的隱式約束所具有的高靈活性
C#泛型繼承：
C#除了可以單獨(dú)聲明泛型類型（包括類與結(jié)構(gòu)）外，也可以在基類中包含泛型類型的聲明。但基類如果是泛型類，它的類型要么以實(shí)例化，要么來源于子類（同樣是泛型類型）聲明的類型參數(shù)，看如下類型
class C<U,V>
class D:C<string,int>
class E<U,V>:C<U,V>
class F<U,V>:C<string,int>
class G:C<U,V> //非法
E類型為C類型提供了U、V，也就是上面說的來源于子類
F類型繼承于C<string,int>，個人認(rèn)為可以看成F繼承一個非泛型的類
G類型為非法的，因?yàn)镚類型不是泛型，C是泛型，G無法給C提供泛型的實(shí)例化
泛型類型的成員：
泛型類型的成員可以使用泛型類型聲明中的類型參數(shù)。但類型參數(shù)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。如下圖：
泛型接口：
泛型接口的類型參數(shù)要么已實(shí)例化，要么來源于實(shí)現(xiàn)類聲明的類型參數(shù)
泛型委托：
泛型委托支持在委托返回值和參數(shù)上應(yīng)用參數(shù)類型，這些參數(shù)類型同樣可以附帶合法的約束
delegate bool MyDelegate<T>(T value);
class MyClass
{
static bool F(int i){...}
static bool G(string s){...}
static void Main()
{
MyDelegate<string> p2 = G;
MyDelegate<int> p1 = new MyDelegate<int>(F);
}
}
泛型方法：
1、C#泛型機(jī)制只支持“在方法聲明上包含類型參數(shù)”——即泛型方法。
2、C#泛型機(jī)制不支持在除方法外的其他成員（包括屬性、事件、索引器、構(gòu)造器、析構(gòu)器）的聲明上包含類型參數(shù)，但這些成員本身可以包含在泛型類型中，并使用泛型類型的類型參數(shù)。
3、泛型方法既可以包含在泛型類型中，也可以包含在非泛型類型中。
泛型方法聲明：如下
public static int FunctionName<T>(T value){...}
泛型方法的重載：
public void Function1<T>(T a);
public void Function1<U>(U a);
這樣是不能構(gòu)成泛型方法的重載。因?yàn)榫幾g器無法確定泛型類型T和U是否不同，也就無法確定這兩個方法是否不同
public void Function1<T>(int x);
public void Function1(int x);
這樣可以構(gòu)成重載
public void Function1<T>(T t) where T:A;
public void Function1<T>(T t) where T:B;
這樣不能構(gòu)成泛型方法的重載。因?yàn)榫幾g器無法確定約束條件中的A和B是否不同，也就無法確定這兩個方法是否不同
泛型方法重寫：
在重寫的過程中，抽象類中的抽象方法的約束是被默認(rèn)繼承的。如下：
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 MyClass:Base
{
public override X F<X,Y>(X x,Y y){...}
public override T G<T>(T t) where T:IComparable{}
}
對于MyClass中兩個重寫的方法來說
F方法是合法的，約束被默認(rèn)繼承
G方法是非法的，指定任何約束都是多余的
泛型約束：
1、C#泛型要求對“所有泛型類型或泛型方法的類型參數(shù)”的任何假定，都要基于“顯式的約束”，以維護(hù)C#所要求的類型安全。
2、“顯式約束”由where子句表達(dá)，可以指定“基類約束”，“接口約束”，“構(gòu)造器約束”，“值類型/引用類型約束”共四種約束。
3、“顯式約束”并非必須，如果沒有指定“顯式約束”，范型類型參數(shù)將只能訪問System.Object類型中的公有方法。例如：在開始的例子中，定義的那個obj成員變量。比如我們在開始的那個例子中加入一個Test1類，在它當(dāng)中定義兩個公共方法Func1、Func2，如下圖：
下面就開始分析這些約束：
基類約束：
class A
{
public void Func1()
{ }
}
class B
{
public void Func2()
{ }
}
class C<S, T>
where S : A
where T : B
{
public C(S s,T t)
{
//S的變量可以調(diào)用Func1方法
s.Func1();
//T的變量可以調(diào)用Func2方法
t.Func2();
}
}
接口約束：
interface IA<T>
{
T Func1();
}
interface IB
{
void Func2();
}
interface IC<T>
{
T Func3();
}
class MyClass<T, V>
where T : IA<T>
where V : IB, IC<V>
{
public MyClass(T t,V v)
{
//T的對象可以調(diào)用Func1
t.Func1();
//V的對象可以調(diào)用Func2和Func3
v.Func2();
v.Func3();
}
}
構(gòu)造器約束：
class A
{
public A()
{ }
}
class B
{
public B(int i)
{ }
}
class C<T> where T : new()
{
T t;
public C()
{
t = new T();
}
}
class D
{
public void Func()
{
C<A> c = new C<A>();
C<B> d = new C<B>();
}
}
d對象在編譯時報錯：The type B must have a public parameterless constructor in order to use it as parameter 'T' in the generic type or method C<T>
注意：C#現(xiàn)在只支持無參的構(gòu)造器約束
此時由于我們?yōu)锽類型寫入了一個有參構(gòu)造器，使得系統(tǒng)不會再為B自動創(chuàng)建一個無參的構(gòu)造器，但是如果我們將B類型中加一個無參構(gòu)造器，那么對象d的實(shí)例化就不會報錯了。B類型定義如下：
class B
{
public B()
{ }
public B(int i)
{ }
}
值類型/引用類型：
public struct A { }
public class B { }
public class C<T> where T : struct
{
}
C<A> c1 = new C<A>();
C<B> c2 = new C<B>();
c2對象在編譯時報錯：The type 'B' must be a non-nullable value type in order to use it as parameter 'T' in the generic type or methor 'C<T>'
總結(jié)：
1、C#的泛型能力由CLR在運(yùn)行時支持，它既不同于C++在編譯時所支持的靜態(tài)模板，也不同于Java在編譯器層面使用“擦拭法”支持的簡單的泛型。
2、C#的泛型支持包括類、結(jié)構(gòu)、接口、委托四種泛型類型，以及方法成員。
3、C#的泛型采用“基類，接口，構(gòu)造器，值類型/引用類型”的約束方式來實(shí)現(xiàn)對類型參數(shù)的“顯式約束”，它不支持C++模板那樣的基于簽名的隱式約束。
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