C#泛型编程

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 test = new test(obj);

            console.writeline("int:" + test.obj);

            string obj2 = "hello world";

            test test1 = new test(obj2);

            console.writeline("string:" + test1.obj);

            console.read();

        }

    }



    class test

    {

        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 test,

           [2] string obj2,

           [3] class csharpstudy1.test`1 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::.ctor(!0)

  il_0009:  stloc.1

  il_000a:  ldstr      "int:"

  il_000f:  ldloc.1

  il_0010:  ldfld      !0 class csharpstudy1.test`1::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::.ctor(!0)

  il_0031:  stloc.3

  il_0032:  ldstr      "string:"

  il_0037:  ldloc.3

  il_0038:  ldfld      !0 class csharpstudy1.test`1::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::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

2、jit编译时，当jit编译器第一次遇到test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

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

class d:c

class e:c

class f:c

class g:c  //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，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：




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 value);

class myclass

{

    static bool f(int i){...}

    static bool g(string s){...}

    static void main()

    {

        mydelegate p2 = g;

        mydelegate p1 = new mydelegate(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 value){...}



泛型方法的重载：

public void function1(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(int x);

public void function1(int x);

这样可以构成重载



public void function1(t t) where t:a;

public void function1(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 t,u u) where u:t;

    public abstract t g(t t) where t:icomparable;

}



class myclass:base

{

    public override x f(x x,y y){...}

    public override t g(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：






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

        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 func1();

    }



    interface ib

    {

        void func2();

    }



    interface ic

    {

        t func3();

    }



    class myclass

        where t : ia

        where v : ib, ic

    {

        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 where t : new()

        {

            t t;

            public c()

            {

                t = new t();

            }

        }



        class d

        {

            public void func()

            {

                c c = new c();

                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

    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 where t : struct

        {



        }



        c c1 = new c();

        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'

    

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。

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