泛型，.NET的這個(gè)特性相信大家都已經(jīng)很熟悉了，提起泛型，不能不首先提到C++中的模板，C++中模板的引入大大提高了代碼的重用性，因此也得到了許多程序員的喜愛(ài)。因此，在同為強(qiáng)類(lèi)型語(yǔ)言平臺(tái)的.NET 2.0和Java 1.5中，它們也都不約而同的引入了泛型的對(duì)語(yǔ)言和平臺(tái)的支持。不過(guò)雖然三種語(yǔ)言最終都提供了將類(lèi)型參數(shù)化的功能，然而這個(gè)功能在三個(gè)平臺(tái)或語(yǔ)言中的實(shí)現(xiàn)卻大大不同。相對(duì)來(lái)說(shuō)，C++的模板功能是三者中最為強(qiáng)大的，不過(guò)由于.Net和Java對(duì)類(lèi)型安全和穩(wěn)定性要求更高，它們對(duì)泛型的支持要稍微簡(jiǎn)單，不過(guò)即使如此，二者對(duì)泛型特性的實(shí)現(xiàn)也引起了兩個(gè)陣營(yíng)中程序員們的爭(zhēng)論，不過(guò)最終普遍認(rèn)為Java的偽泛型(擦拭法)要比.NET的JIT級(jí)別的真正的泛型性能要差(java仍然有裝箱，拆箱操作)。當(dāng)然這些是后話，下面我們來(lái)看看.NET的泛型到底如何使用吧！

基本介紹

      .NET 2.0以后以后支持在很多類(lèi)型上使用泛型，包括類(lèi)、結(jié)構(gòu)、接口、委托和方法成員，在這些類(lèi)型上使用泛型和在類(lèi)上使用是一樣的。它甚至支持同一個(gè)接口但不同泛型類(lèi)型的實(shí)現(xiàn)，這有點(diǎn)類(lèi)似重載在類(lèi)級(jí)別的實(shí)現(xiàn)。最后.NET允許你同時(shí)定義多個(gè)泛型類(lèi)型。

     在泛型方法中的泛型類(lèi)型基本跟在類(lèi)中使用情況一樣，不過(guò)泛型方法有一個(gè)方便程序員的地方就是它的類(lèi)型推斷功能，這意味著程序員可以即能和使用普通方法一樣使用這些方法，同時(shí)又能享受泛型帶來(lái)的方便。e.g.

代碼

        static void Test<T, U>(T t, U u) { }
        static void main()
        {//在函數(shù)中我們可以不用聲明參數(shù)類(lèi)型，編譯器會(huì)自動(dòng)根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)
         //自動(dòng)推斷類(lèi)型
            Test(10, "20");
            Test(1.1, 2.2);
        }

     下面我們來(lái)看看泛型在.NET中使用的一些需要注意的地方。

    1. 泛型在嵌套類(lèi)中的使用。嵌套的子類(lèi)會(huì)自動(dòng)繼承(?)包裹類(lèi)的泛型類(lèi)型，當(dāng)然，你也可以在嵌套類(lèi)中覆蓋掉包裹類(lèi)的類(lèi)型，不過(guò)編譯器會(huì)在編譯的時(shí)候發(fā)出警告來(lái)提醒用戶注意避免誤寫(xiě)。e.g.

class Container<T, U>
{
  //編譯器會(huì)在這里發(fā)出警告
  //告訴用戶這里的泛型和包裹類(lèi)相同
  class Nested<U>
  {
     void Method(T p0, U p1)                          
     {
     }
  }
}

    2. 協(xié)變和逆變的問(wèn)題。關(guān)于協(xié)變和逆變的定義簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是泛型類(lèi)型是否允許子類(lèi)和父類(lèi)之間轉(zhuǎn)換，這里不做詳細(xì)討論，讀者如果有興趣可以參考這篇文章。在.net 4.0以前是不支持協(xié)變和逆變的，這也讓我們的代碼有些時(shí)候?qū)崿F(xiàn)起來(lái)很別扭。下面可以看個(gè)簡(jiǎn)單的例子(注:這個(gè)例子僅作說(shuō)明用，不一定恰當(dāng))。

      首先我們定義兩個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型，IData和IOperation:

    interface IData{void method();}
    interface IOperation<T> where T : IData{ void Run(T data);}

      然后我們分別定義不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)和操作類(lèi):

代碼

class AddData : IData{
        public int A1, A2;
        public void method() { }

    }
    class Add : IOperation<AddData>{
        public void Run(AddData d)
        {
            Console.WriteLine(d.A1 + d.A2);
        }
    }
    class ComplexData : IData{
        public void method() { }
        public int A1, A2, B1, B2;
    }
    class ComplexAdd : IOperation<ComplexData>{
        public void Run(ComplexData d)
        {
            Console.WriteLine("{0}+{1}i",d.A1 + d.A2,d.B1+d.B2);
        }
    }

     這里如果能這樣使用我們認(rèn)為應(yīng)該是安全的：

    IOperation<IData> opr = new Add();
    opr.Run(data1);
    opr = new ComplexAdd();
    opr.Run(data2);

     然而這樣的代碼是無(wú)法通過(guò)編譯的，盡管我們知道它們的使用絕對(duì)安全的，因?yàn)锳ddData或ComplexData是IData的子類(lèi)。幸運(yùn)的是，在.Net4.0中程序員將不會(huì)有這個(gè)煩惱了。

       3. 泛型不支持操作符。在C++中模板支持操作符，然而，由于操作符是靜態(tài)的并且是編譯時(shí)決定的(參看這篇文章)，因此作為運(yùn)行時(shí)的泛型無(wú)法實(shí)現(xiàn)類(lèi)型間的該項(xiàng)操作，雖然你可以通過(guò)接口來(lái)達(dá)到同樣功能，但方便的操作符終究無(wú)法在泛型中得到支持。這可以算是C#泛型的一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)樵诤芏鄷r(shí)候它確實(shí)很有用。

        4. 泛型的類(lèi)型轉(zhuǎn)換問(wèn)題。泛型無(wú)法從其他類(lèi)型(object除外)直接強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，這個(gè)時(shí)候如果需要將其他類(lèi)型轉(zhuǎn)換為泛型對(duì)象時(shí)有兩種方式，一種是該泛型約束是class或基類(lèi)，這時(shí)候可以通過(guò)as 操作符來(lái)轉(zhuǎn)換，如 return somevalue as T。但是有時(shí)候如果我們不知道該泛型的類(lèi)型或者該泛型類(lèi)型是struct該如何轉(zhuǎn)換呢？答案是通過(guò)兩次類(lèi)型轉(zhuǎn)換，首先我們把待轉(zhuǎn)換對(duì)象轉(zhuǎn)換為object對(duì)象，然后直接對(duì)該object對(duì)象強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為T(mén),e.g. return (T)(object)someVar。具體例子你可以參考這篇文章。

        最后，在泛型中有個(gè)關(guān)鍵字--default，顧名思義，它是在引用類(lèi)型和值類(lèi)型沒(méi)有初始化的時(shí)候提供默認(rèn)值的。對(duì)引用類(lèi)型默認(rèn)值是null,值類(lèi)型則是0.

泛型約束

  如果.Net僅僅出現(xiàn)泛型而沒(méi)有泛型約束，我想泛型的功能一定會(huì)大打折扣的，正是有了泛型約束，才讓我們?cè)诓僮鬟@些類(lèi)型更加規(guī)范和準(zhǔn)確。這也是同為強(qiáng)類(lèi)型的C#比C++的模板更安全的一點(diǎn)。

       和類(lèi)聲明繼承關(guān)系時(shí)一樣，泛型約束可以聲明多個(gè)接口和最多一個(gè)基類(lèi)約束，并且如果聲明了基類(lèi)約束，類(lèi)約束必須放在約束條件的首位，這和我們聲明類(lèi)的繼承關(guān)系要求一樣。另外，聲明約束的類(lèi)不能是密封類(lèi)或某些特殊的結(jié)構(gòu)(如Nullable<T>)，如我們不能聲明約束類(lèi)為string或System.Nullable<T>.最后，與我們?cè)陬?lèi)聲明多個(gè)接口繼承關(guān)系一樣，泛型的約束間是AND而非OR關(guān)系，也就是說(shuō)，如果你添加了多個(gè)約束，那么泛型使用必須滿足所有的約束條件。

     我們可以通過(guò)關(guān)鍵字class和struct來(lái)限定類(lèi)型是值類(lèi)型還是引用類(lèi)型，不過(guò)由于基類(lèi)約束已經(jīng)表明了泛型類(lèi)型是類(lèi)還是結(jié)構(gòu)，所以我們不能同時(shí)將class或struct約束和基類(lèi)(結(jié)構(gòu))約束一起使用，e.g.class ClassA<T>where T:BaseClass,class 是不允許的。另外一個(gè)需要注意的就是class和struct約束也必須在其他任何約束條件之前。

        另外一個(gè)值得注意的約束關(guān)鍵字是new(), new 關(guān)鍵字意味著泛型對(duì)象必須提供一個(gè)無(wú)參構(gòu)造函數(shù)，需要注意的是，new()約束必須放在所有約束的最后面。這個(gè)約束有時(shí)會(huì)有用，不過(guò)有時(shí)看起來(lái)更像雞肋。首先，new()約束雖然表明你可以在類(lèi)中對(duì)泛型對(duì)象使用new()操作符實(shí)例化對(duì)象，然而在CIL對(duì)該對(duì)象的實(shí)例化仍然是通過(guò)反射來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即T a=new T()相當(dāng)于T a = System. Activator. CreateInstance<T>();這樣程序效率會(huì)有所降低。另一方面，目前new約束僅僅支持無(wú)參構(gòu)造函數(shù)的約束，而無(wú)法支持用戶自定義參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)約束，雖然用戶可以自己通過(guò)工廠方法來(lái)傳遞參數(shù)，但終究不夠自由，這讓new()約束有時(shí)沒(méi)太大用武之地。

         約束不支持委托和枚舉類(lèi)型，例如，你不能這樣定義:class ClassA<T> where T:Delegate. 這是由于委托和枚舉被認(rèn)為是特殊的類(lèi)，它無(wú)法被指定為類(lèi)型參數(shù)。編譯器無(wú)法根據(jù)Delegate來(lái)完成編譯器的類(lèi)型檢查。

     最后類(lèi)型約束支持繼承，但同時(shí)你必須在子類(lèi)定義泛型的時(shí)候再重新聲明一遍父類(lèi)的所有約束。設(shè)計(jì)者的出發(fā)點(diǎn)是讓程序員能清楚子類(lèi)中約束從何而來(lái)，減少疑惑。但從另外個(gè)角度來(lái)講，這樣反而會(huì)讓程序員不得不多添加一些重復(fù)的代碼，即使你已經(jīng)知道它的約束條件都有哪些。

泛型內(nèi)部實(shí)現(xiàn)

    泛型在.NET中真正做到了平臺(tái)級(jí)別的支持，在C#中，泛型同樣是對(duì)象。事實(shí)上，編譯器會(huì)在編譯的時(shí)候?qū)⒎盒蛥��?shù)轉(zhuǎn)換為特殊的元數(shù)據(jù)，CLR會(huì)根據(jù)需要生成其實(shí)際的類(lèi)型。為避免裝箱和拆箱，值類(lèi)型的泛型實(shí)現(xiàn)和引用類(lèi)型的是不一樣的。下面我們來(lái)具體看看它們有和不同。

1. 值類(lèi)型的泛型對(duì)象實(shí)例化

     第一次用值類(lèi)型作為參數(shù)來(lái)構(gòu)造泛型類(lèi)型時(shí)，運(yùn)行庫(kù)會(huì)創(chuàng)建專用泛型類(lèi)型，將提供的參數(shù)代入到 MSIL 中的適合位置。對(duì)于每個(gè)用作參數(shù)的唯一值類(lèi)型，都會(huì)創(chuàng)建一次專用C# 泛型類(lèi)型。這種特定類(lèi)型的泛型類(lèi)其實(shí)就相當(dāng)于包含特定值類(lèi)型的本地代碼，它將對(duì)性能提升很有幫助。

2. 引用類(lèi)型的泛型對(duì)象實(shí)例化

    對(duì)于引用類(lèi)型,泛型的工作方式略有不同。第一次使用任何引用類(lèi)型構(gòu)造泛型類(lèi)型時(shí),運(yùn)行庫(kù)會(huì)創(chuàng)建專用泛型類(lèi)型。用對(duì)象引用(或者說(shuō)指針更好)替換MSIL中的參數(shù).然后,每次使用對(duì)象的引用作為參數(shù)來(lái)實(shí)例化。構(gòu)造類(lèi)型時(shí)，無(wú)論引用類(lèi)型的詳細(xì)類(lèi)型是什么，運(yùn)行庫(kù)都會(huì)重用以前創(chuàng)建的泛型類(lèi)型的專用版本。之所以可以這樣, 是因?yàn)樗�有�?duì)象引用的大小相同 。

總結(jié)

    在.NET類(lèi)庫(kù)中處處都可以看到泛型的身影，尤其是數(shù)組和集合中，泛型的存在也大大提高了程序員的開(kāi)發(fā)效率。更重要的是，C#的泛型比C++的模板使用更加安全，并且通過(guò)避免裝箱和拆箱操作來(lái)達(dá)到性能提升的目的。因此，我們很有必要掌握并善用這個(gè)強(qiáng)大的語(yǔ)言特性。

參考書(shū)籍：

Essential C# 2.0 By Mark Michaelis July 13, 2006