C#泛型編程

2019-11-17 04:02:39

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泛型：通過參數(shù)化類型來實現(xiàn)在同一份代碼上操作多種數(shù)據(jù)類型。利用“參數(shù)化類型”將類型抽象化，從而實現(xiàn)靈活的復用。

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;

 }

}

 輸出結果是：

 int:2

String:hello world

程序分析：

1、 Test是一個泛型類。T是要實例化的范型類型。如果T被實例化為int型，那么成員變量obj就是int型的，如果T被實例化為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#泛型機制：

C#泛型能力有CLR在運行時支持：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>類型產生“泛型版”的IL代碼與元數(shù)據(jù)——并不進行泛型的實例化，T在中間只充當占位符。例如：Test類型元數(shù)據(jù)中顯示的<!T>

2、JIT編譯時，當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——進行泛型類型的實例化。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將為其產生一份獨立的代碼。因為實例化一個引用類型的泛型，它在內存中分配的大小是一樣的，但是當實例化一個值類型的時候，在內存中分配的大小是不一樣的。

C#泛型特點：

1、如果實例化泛型類型的參數(shù)相同，那么JIT編輯器會重復使用該類型，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#的泛型類型可以應用于強大的反射技術。

3、C#的泛型采用“基類、接口、構造器，值類型/引用類型”的約束方式來實現(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#除了可以單獨聲明泛型類型（包括類與結構）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>，個人認為可以看成F繼承一個非泛型的類

G類型為非法的，因為G類型不是泛型，C是泛型，G無法給C提供泛型的實例化

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)要么已實例化，要么來源于實現(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#泛型機制不支持在除方法外的其他成員（包括屬性、事件、索引器、構造器、析構器）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 a);

這樣是不能構成泛型方法的重載。因為編譯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;

這樣不能構成泛型方法的重載。因為編譯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C#所要求的類型安全。

2、“顯式約束”由where子句表達，可以指定“基類約束”，“接口約束”，“構造器約束”，“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的變量可以調用Func1方法

 s.Func1();

 //T的變量可以調用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的對象可以調用Func1

 t.Func1();

 //V的對象可以調用Func2和Func3

 v.Func2();

 v.Func3();

 }

 }

構造器約束：

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 d = new C();

 }

 }

 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)在只支持無參的構造器約束

 此時由于我們?yōu)锽類型寫入了一個有參構造器，使得系統(tǒng)不會再為B自動創(chuàng)建一個無參的構造器，但是如果我們將B類型中加一個無參構造器，那么對象d的實例化就不會報錯了。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 c2 = new C();

 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：

1、C#的泛型能力由CLR在運行時支持，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、結構、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，構造器，值類型/引用類型”的約束方式來實現(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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