C#泛型编程

叁歲伎倆 2022-09-19 12:13 162阅读 0赞

泛型：通过参数化类型来实现在同一份代码上操作多种数据类型。利用“参数化类型”将类型抽象化，从而实现灵活的复用。

**例子代码：**

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;

**    输出结果是：**

int:2

String:hello world

**程序分析：**

1、  **Test是一个泛型类。T是要实例化的范型类型。**如果T被实例化为int型，那么成员变量obj就是int型的，如果T被实例化为string型，那么obj就是string类型的。

2、  根据不同的类型，上面的程序显示出不同的值。

**C\#泛型机制：**

C\#泛型能力有CLR在运行时支持：C\#泛型代码在编译为IL代码和元数据时，采用特殊的占位符来表示范型类型，并用专有的IL指令支持泛型操作。而真正的泛型实例化工作以“on-demand”的方式，发生在JIT编译时。

看看刚才的代码中Main函数的元数据

.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

再来看看Test类中构造函数的元数据

.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、第一轮编译时，编译器只为Test<T>类型产生“泛型版”的IL代码与元数据——并不进行泛型的实例化，T在中间只充当占位符。例如：Test类型元数据中显示的<!T>

2、JIT编译时，当JIT编译器第一次遇到Test<int>时，将用int替换“范型版”IL代码与元数据中的T——进行泛型类型的实例化。例如：Main函数中显示的<int>

3、CLR为所有类型参数为“引用类型”的泛型类型产生同一份代码；但是如果类型参数为“值类型”，对每一个不同的“值类型”，CLR将为其产生一份独立的代码。因为实例化一个引用类型的泛型，它在内存中分配的大小是一样的，但是当实例化一个值类型的时候，在内存中分配的大小是不一样的。

**C\#泛型特点：**

1、如果实例化泛型类型的参数相同，那么JIT编辑器会重复使用该类型，因此C\#的动态泛型能力避免了C++静态模板可能导致的代码膨胀的问题。

2、C\#泛型类型携带有丰富的元数据，因此C\#的泛型类型可以应用于强大的反射技术。

3、C\#的泛型采用“基类、接口、构造器，值类型/引用类型”的约束方式来实现对类型参数的“显示约束”，提高了类型安全的同时，也丧失了C++模板基于“签名”的隐式约束所具有的高灵活性

**C\#泛型继承：**

C\#除了可以单独声明泛型类型（包括类与结构）外，也可以在基类中包含泛型类型的声明。但基类如果是泛型类，它的类型要么以实例化，要么来源于子类（同样是泛型类型）声明的类型参数，看如下类型

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类型为C类型提供了U、V，也就是上面说的来源于子类

F类型继承于C<string,int>，个人认为可以看成F继承一个非泛型的类

G类型为非法的，因为G类型不是泛型，C是泛型，G无法给C提供泛型的实例化

泛型类型的成员：

泛型类型的成员可以使用泛型类型声明中的类型参数。但类型参数如果没有任何约束，则只能在该类型上使用从System.Object继承的公有成员。如下图：

![C1.JPG][]

**泛型接口：**

泛型接口的类型参数要么已实例化，要么来源于实现类声明的类型参数

**泛型委托：**

泛型委托支持在委托返回值和参数上应用参数类型，这些参数类型同样可以附带合法的约束

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\#泛型机制只支持“在方法声明上包含类型参数”——即泛型方法。

2、C\#泛型机制不支持在除方法外的其他成员（包括属性、事件、索引器、构造器、析构器）的声明上包含类型参数，但这些成员本身可以包含在泛型类型中，并使用泛型类型的类型参数。

3、泛型方法既可以包含在泛型类型中，也可以包含在非泛型类型中。

泛型方法声明：如下

public static int FunctionName<T>(T value)\{...\}

泛型方法的重载：

public void Function1<T>(T a);

public void Function1(U a);

这样是不能构成泛型方法的重载。因为编译器无法确定泛型类型T和U是否不同，也就无法确定这两个方法是否不同

public void Function1<T>(int x);

public void Function1(int x);

这样可以构成重载

public void Function1<T>(T t) where T:A;

public void Function1<T>(T t) where T:B;

这样不能构成泛型方法的重载。因为编译器无法确定约束条件中的A和B是否不同，也就无法确定这两个方法是否不同

泛型方法重写：

在重写的过程中，抽象类中的抽象方法的约束是被默认继承的。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\{\}

对于MyClass中两个重写的方法来说

F方法是合法的，约束被默认继承

G方法是非法的，指定任何约束都是多余的

**泛型约束：**

1、C\#泛型要求对“所有泛型类型或泛型方法的类型参数”的任何假定，都要基于“显式的约束”，以维护C\#所要求的类型安全。

2、“显式约束”由where子句表达，可以指定“基类约束”，“接口约束”，“构造器约束”，“值类型/引用类型约束”共四种约束。

3、“显式约束”并非必须，如果没有指定“显式约束”，范型类型参数将只能访问System.Object类型中的公有方法。例如：在开始的例子中，定义的那个obj成员变量。比如我们在开始的那个例子中加入一个Test1类，在它当中定义两个公共方法Func1、Func2，如下图：

![C2.JPG][]

下面就开始分析这些约束：

基类约束：

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的变量可以调用Func1方法

s.Func1();

//T的变量可以调用Func2方法

t.Func2();

接口约束：

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的对象可以调用Func1

t.Func1();

//V的对象可以调用Func2和Func3

v.Func2();

v.Func3();

构造器约束：

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 d = new C();

d对象在编译时报错：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\#现在只支持无参的构造器约束**

此时由于我们为B类型写入了一个有参构造器，使得系统不会再为B自动创建一个无参的构造器，但是如果我们将B类型中加一个无参构造器，那么对象d的实例化就不会报错了。B类型定义如下：

class B

public B()

\{ \}

public B(int i)

\{ \}

值类型/引用类型：

public struct A \{ \}

public class B \{ \}

public class C<T> where T : struct

C<A> c1 = new C<A>();

C c2 = new C();

c2对象在编译时报错：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>'

**总结：**

1、C\#的泛型能力由CLR在运行时支持，它既不同于C++在编译时所支持的静态模板，也不同于Java在编译器层面使用“擦拭法”支持的简单的泛型。

2、C\#的泛型支持包括类、结构、接口、委托四种泛型类型，以及方法成员。

3、C\#的泛型采用“基类，接口，构造器，值类型/引用类型”的约束方式来实现对类型参数的“显式约束”，它不支持C++模板那样的基于签名的隐式约束。

[C1.JPG]: /images/20220828/b2016e21dc6c4279925acc2a5b553b19.png
[C2.JPG]: /images/20220828/be9bf273daa34154ae5e2caf69654459.png

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