C#2.0学习6--泛型

 

C#泛型演示

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];

}

}

一、C#泛型简介

Stack<int> x = new Stack<int>();

x.Push(17);

• 所谓泛型，即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。泛型编程是一种编程范式，它利用“参数化类型”将类型抽象化，从而实现更为灵活的复用。

• 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。

二、C#泛型机制简介

• 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。

 

泛型IL代码与元数据

1．C#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。

• 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

2．C#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。

 

三、C#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

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。

1．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。

2．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) { }

}

3．泛型委托

delegate bool Predicate<T>(T value);

class X {

static bool F(int i) {...}

static bool G(string s) {...}

static void Main() {

Predicate<string> p2 = G;

Predicate<int> p1 = new Predicate<int>(F);

}

}

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。

 

四、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;

}

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 {}

}

 

五、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。

1．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

….

}

2．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

….

}

3．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

4．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

 

 

附：示例

例1.缺乏类型安全的ArrayList

using System;
using System.Collections;
namespace TestApp
{
　class Test
　{
　　[STAThread]
　　static void Main(string[] args)
　　{
　　　ArrayList list = new ArrayList();
　　　list.Add(3);
　　　list.Add(4);
　　　//list.Add(5.0);
　　　int total = 0;
　　　foreach(int val in list)
　　　{
　　　　total = total + val;
　　　}
　　　Console.WriteLine("Total is {0}", total);
　　}
　}
} 　　本例中，我们建立了一个ArrayList的实例，并把3和4添加给它。然后我循环遍历该ArrayList，从中取出整型值然后把它们相加。这个程序将产生结果"Total is 7"。现在,如果我注释掉下面这句:

list.Add(5.0);

程序将产生如下的运行时刻异常:

Unhandled Exception: System.InvalidCastException: Specified cast is not valid.
AtTestApp.Test.Main(String[]args)in :workareatestappclass1.cs:line 17

　　哪里出错了呢？记住ArrayList拥有一个集合的对象。当你把3加到ArrayList上时，你已把值3装箱了。当你循环该列表时，你是把元素拆箱成int型。然而,当你添加值5.0时，你在装箱一个double型值。在第17行，那个double值被拆箱成一个int型。这就是失败的原因。

　　注意：上面的实例,如果是用VB.net书写的话，是不会失败的。原因在于，VB.NET不使用装箱机制，它激活一个把该double转换成整型的方法。但是，如果ArrayList中的值是不能转换成整型的，VB.NET代码还会失败。

　　作为一个习惯于使用语言提供的类型安全的程序员，你希望这样的问题在编译期间浮出水面，而不是在运行时刻。这正是泛型产生的原因。

使用泛型集合

　　.NET 2.0的System.Collections.Generics 命名空间包含了泛型集合定义。各种不同的集合/容器类都被"参数化"了。为使用它们,只需简单地指定参数化的类型即可。

例2.类型安全的泛型列表

List<int> aList = new List<int>();
aList.Add(3);
aList.Add(4);
// aList.Add(5.0);
int total = 0;
foreach(int val in aList)
{
　total = total + val;
}
Console.WriteLine("Total is {0}", total);