《C#2.0锐利体验系列课程》第一讲——泛型



一个简单的泛型示例:

定义:

class Stack<T> {
        private T[] store;
        private int size;
        public Stack()

       {
                store = new T[10]; size = 0;
        }
        public void Push(T x) {
               store[size++] = x; }
        public T Pop() {
               return store[–size];
        }
}

 



调用:

Stack<int> x = new Stack<int>();       //类型初始化,并产生一个泛型实例;
x.Push(17);

 

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。

 

C#泛型赋予了代码更强的类型安全,更好的复用,更高的效率,更清晰的约束。

 

优势:C#泛型能力由CLR在运行时支持,区别于C++的编译时模板机制,和Java的编译时“搽拭法”。这使得泛型能力可以在各个支持CLR的语言之间进行无缝的互操作。

 

C#泛型代码在被编译为IL代码和元数据时,采用特殊的占位符来表示泛型类型,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。

JIT——Just In Time,即运行时编译机制

注:on-demand——即需要时再实例化,也就是说如果代码中有这样的实例化代码,但在运行时却从未用到这样的实例,则这样的类型永远不会被实例化;

 

泛型编译机制

第一轮编译时,编译器只为Stack<T>类型产生“泛型版”的IL代码与元数据——并不进行泛型类型的实例化,T在中间只充当占位符;

 

JIT编译时,当JIT编译器第一次遇到Stack<int>时,将用int替换“泛型版”IL代码与元数据中的T——进行泛型类型的实例化。

 

注意: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

 

泛型的几个特点:

如果实例化泛型类型的参数相同,那么JIT编译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。

 

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。

 

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”,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。

 

泛型类与结构:

class C<U, V> {} //合法
class D: C<string,int>{} //合法
class E<U, V>: C<U, V> {} //合法
class F<U, V>: C<string, int> {} //合法
class G : C<U, V> { } //非法——也就是说,基类的类型必须是确定的


 

C#除可单独声明泛型类型(包括类与结构)外,也可在基类中包含泛型类型的声明。但基类如果是泛型类,它的类型参数要么已实例化,要么来源于子类(同样是泛型类型)声明的类型参数。

 

泛型类型的成员:

class C<V>{
public V f1; //声明字段
public D<V> f2; //作为其他泛型类型的参数
public C(V x) {
this.f1 = x;
}
}
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


 

泛型接口

interface IList<T> {
T[] GetElements();
}
interface IDictionary<K,V> {
void Add(K key, V value);
}
// 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
class List<T> : IList<T>, IDictionary<int, T> {
  public T[] GetElements() { return null; }
  public void Add(int index, T value) { }
}


 

泛型方法简介

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

 

 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

 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

 

 

泛型方法的声明与调用:

public class Finder {
// 泛型方法的声明
public static int Find<T> ( T[] items, T item) {
for(int i=0;i<items.Length;i++){
if (items[i].Equals(item)) { return i; }
}
return -1;
}
}
// 泛型方法的调用
int i=Finder.Find<int> ( new int[]{1,3,4,5,6,8,9}, 6);

 

泛型方法的重载:

class MyClass {
void F1<T>(T[] a, int i); // 不可以构成重载方法
void F1<U>(U[] a, int i);
void F2<T>(int x); //可以构成重载方法
void F2(int x);
void F3<T>(T t) where T : A; //不可以构成重载方法
void F3<T>(T t) where T : B;
}

当方法定义格式从语法上无法区分时,编译器认为这样类似的定义不能构成重载方法,因为它们无从区分;

 

泛型方法的重写:

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 Derived: Base{
//合法的重写,约束被默认继承
public override X F<X,Y>(X x, Y y) { }
//非法的重写,指定任何约束都是多余的
public override T G<T>(T t) where T: IComparable {}
}

 

泛型约束简介:

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。

 “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。

“显式约束”并非必须,如果没有指定“显式约束”,泛型类型参数将只能访问System.Object类型中的公有方法。

 

基类约束:

class A { public void F1() {…} }
class B { public void F2() {…} }

class C<S,T>
where S: A // S继承自A
where T: B // T继承自B
{
// 可以在类型为S的变量上调用F1,
// 可以在类型为T的变量上调用F2
….
}

 

接口约束:

interface IPrintable { void Print(); }
interface IComparable<T> { int CompareTo(T v);}
interface IKeyProvider<T> { T GetKey(); }

class Dictionary<K,V>
where K: IComparable<K>
where V: IPrintable, IKeyProvider<K>
{
// 可以在类型为K的变量上调用CompareTo,
// 可以在类型为V的变量上调用Print和GetKey
….

 

构造器约束:
class A { public A() { } }
class B { public B(int i) { } }

class C<T>
where T : new()
{
//可以在其中使用T t=new T();
….
}
C<A> c=new C<A>(); //可以,A有无参构造器
C<B> c=new C<B>(); //错误,B没有无参构造器
}

 

值类型/引用类型约束:
public struct A { … }
public class B { … }

class C<T>
where T : struct
{
// T在这里面是一个值类型

}
C<A> c=new C<A>(); //可以,A是一个值类型
C<B> c=new C<B>(); //错误,B是一个引用类型



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