C#中的泛型

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泛型（generic）是C#语言2.0和通用语言运行时（CLR）的一个新特性。泛型为.NET框架引入了类型参数（type parameters）的概念。类型参数使得设计类和方法时，不必确定一个或多个具体参数，其的具体参数可延迟到客户代码中声明、实现。这意味着使用泛型的类型参数T，写一个类MyList<T>，客户代码可以这样调用：MyList<int>， MyList<string>或 MyList<MyClass>。这避免了运行时类型转换或装箱操作的代价和风险。

C# 中的泛型. 1

一、泛型概述. 2

二、泛型的优点. 5

三、泛型类型参数. 7

四、类型参数的约束. 8

五、泛型类. 11

六、泛型接口. 13

七、泛型方法. 19

八、泛型委托. 21

九、泛型代码中的default 关键字. 23

十、C++ 模板和C# 泛型的区别. 24

十一、运行时中的泛型. 25

十二、基础类库中的泛型. 27

一、泛型概述

泛型类和泛型方法兼复用性、类型安全和高效率于一身，是与之对应的非泛型的类和方法所不及。泛型广泛用于容器（collections）和对容器操作的方法中。.NET框架2.0的类库提供一个新的命名空间System.Collections.Generic，其中包含了一些新的基于泛型的容器类。要查找新的泛型容器类（collection classes）的示例代码，请参见基础类库中的泛型。当然，你也可以创建自己的泛型类和方法，以提供你自己的泛化的方案和设计模式，这是类型安全且高效的。下面的示例代码以一个简单的泛型链表类作为示范。（多数情况下，推荐使用由.NET框架类库提供的List<T>类，而不是创建自己的表。）类型参数T在多处使用，具体类型通常在这些地方来指明表中元素的类型。类型参数T有以下几种用法：

l 在AddHead方法中，作为方法参数的类型。

l 在公共方法GetNext中，以及嵌套类Node的 Data属性中作为返回值的类型。

l 在嵌套类中，作为私有成员data的类型。

注意一点，T对嵌套的类Node也是有效的。当用一个具体类来实现MyList<T>时——如MyList<int>——每个出现过的T都要用int代替。

using System;

using System.Collections.Generic;

public class MyList<T> //type parameter T in angle brackets

{

private Node head;

// The nested type is also generic on T.

private class Node

{

private Node next;

//T as private member data type:

private T data;

//T used in non-generic constructor:

public Node(T t)

{

next = null;

data = t;

}

public Node Next

{

get { return next; }

set { next = value; }

}

//T as return type of property:

public T Data

{

get { return data; }

set { data = value; }

}

public MyList()

{

head = null;

}

//T as method parameter type:

public void AddHead(T t)

{

Node n = new Node(t);

n.Next = head;

head = n;

}

public IEnumerator<T> GetEnumerator()

{

Node current = head;

while (current != null)

{

yield return current.Data;

current = current.Next;

}

下面的示例代码演示了客户代码如何使用泛型类MyList<T>，来创建一个整数表。通过简单地改变参数的类型，很容易改写下面的代码，以创建字符串或其他自定义类型的表。

class Program

{

static void Main(string[] args)

{

//int is the type argument.

MyList<int> list = new MyList<int>();

for (int x = 0; x < 10; x++)

list.AddHead(x);

foreach (int i in list)

{

Console.WriteLine(i);

}

Console.WriteLine("Done");

}

二、泛型的优点

针对早期版本的通用语言运行时和C#语言的局限，泛型提供了一个解决方案。以前类型的泛化（generalization）是靠类型与全局基类System.Object的相互转换来实现。.NET框架基础类库的ArrayList容器类，就是这种局限的一个例子。ArrayList是一个很方便的容器类，使用中无需更改就可以存储任何引用类型或值类型。

//The .NET Framework 1.1 way of creating a list

ArrayList list1 = new ArrayList();

list1.Add(3);

list1.Add(105);

//...

ArrayList list2 = new ArrayList();

list2.Add(“It is raining in Redmond.”);

list2.Add("It is snowing in the mountains.");

//...

但是这种便利是有代价的，这需要把任何一个加入ArrayList的引用类型或值类型都隐式地向上转换成System.Object。如果这些元素是值类型，那么当加入到列表中时，它们必须被装箱；当重新取回它们时，要拆箱。类型转换和装箱、拆箱的操作都降低了性能；在必须迭代（iterate）大容器的情况下，装箱和拆箱的影响可能十分显著。

另一个局限是缺乏编译时的类型检查，当一个ArrayList把任何类型都转换为Object，就无法在编译时预防客户代码类似这样的操作：

ArrayList list = new ArrayList();

//Okay.

list.Add(3);

//Okay, but did you really want to do this?

list.Add(.“It is raining in Redmond.”);

int t = 0;

//This causes an InvalidCastException to be returned.

foreach(int x in list)

{

t += x;

}

虽然这样完全合法，并且有时是有意这样创建一个包含不同类型元素的容器，但是把string和int变量放在一个ArrayList中，几乎是在制造错误，而这个错误直到运行的时候才会被发现。

在1.0版和1.1版的C#语言中，你只有通过编写自己的特定类型容器，才能避免.NET框架类库的容器类中泛化代码（generalized code）的危险。当然，因为这样的类无法被其他的数据类型复用，也就失去泛型的优点，你必须为每个需要存储的类型重写该类。

ArrayList和其他相似的类真正需要的是一种途径，能让客户代码在实例化之前指定所需的特定数据类型。这样就不需要向上类型转换为Object，而且编译器可以同时进行类型检查。换句话说，ArrayList需要一个类型参数。这正是泛型所提供的。在System.Collections.Generic命名空间中的泛型List<T>容器里，同样是把元素加入容器的操作，类似这样：

The .NET Framework 2.0 way of creating a list

List<int> list1 = new List<int>();

//No boxing, no casting:

list1.Add(3);

//Compile-time error:

list1.Add("It is raining in Redmond.");

与ArrayList相比，在客户代码中唯一增加的List<T>语法是声明和实例化中的类型参数。代码略微复杂的回报是，你创建的表不仅比ArrayList更安全，而且明显地更加快速，尤其当表中的元素是值类型的时候。

三、泛型类型参数

在泛型类型或泛型方法的定义中，类型参数是一个占位符（placeholder），通常为一个大写字母，如T。在客户代码声明、实例化该类型的变量时，把T替换为客户代码所指定的数据类型。泛型类，如泛型概述中给出的MyList<T>类，不能用作as-is，原因在于它不是一个真正的类型，而更像是一个类型的蓝图。要使用MyList<T>，客户代码必须在尖括号内指定一个类型参数，来声明并实例化一个已构造类型（constructed type）。这个特定类的类型参数可以是编译器识别的任何类型。可以创建任意数量的已构造类型实例，每个使用不同的类型参数，如下：

MyList<MyClass> list1 = new MyList<MyClass>();

MyList<float> list2 = new MyList<float>();

MyList<SomeStruct> list3 = new MyList<SomeStruct>();

在这些MyList<T>的实例中，类中出现的每个T都将在运行的时候被类型参数所取代。依靠这样的替换，我们仅用定义类的代码，就创建了三个独立的类型安全且高效的对象。有关CLR执行替换的详细信息，请参见运行时中的泛型。

四、类型参数的约束

若要检查表中的一个元素，以确定它是否合法或是否可以与其他元素相比较，那么编译器必须保证：客户代码中可能出现的所有类型参数，都要支持所需调用的操作或方法。这种保证是通过在泛型类的定义中，应用一个或多个约束而得到的。一个约束类型是一种基类约束，它通知编译器，只有这个类型的对象或从这个类型派生的对象，可被用作类型参数。一旦编译器得到这样的保证，它就允许在泛型类中调用这个类型的方法。上下文关键字where用以实现约束。下面的示例代码说明了应用基类约束，为MyList<T>类增加功能。

public class Employee

{

public class Employee

{

private string name;

private int id;

public Employee(string s, int i)

{

name = s;

id = i;

}

public string Name

{

get { return name; }

set { name = value; }

}

public int ID

{

get { return id; }

set { id = value; }

}

class MyList<T> where T: Employee

{

//Rest of class as before.

public T FindFirstOccurrence(string s)

{

T t = null;

Reset();

while (HasItems())

{

if (current != null)

{

//The constraint enables this:

if (current.Data.Name == s)

{

t = current.Data;

break;

}

else

{

current = current.Next;

}

} //end if

} // end while

return t;

}

约束使得泛型类能够使用Employee.Name属性，因为所有为类型T的元素，都是一个Employee对象或是一个继承自Employee的对象。

同一个类型参数可应用多个约束。约束自身也可以是泛型类，如下：

class MyList<T> where T: Employee, IEmployee, IComparable<T>, new()

{…}

下表列出了五类约束：

约束	描述
where T: struct	类型参数必须为值类型。
where T : class	类型参数必须为类型。
where T : new()	类型参数必须有一个公有、无参的构造函数。当于其它约束联合使用时,new()约束必须放在最后。
where T : <base class name>	类型参数必须是指定的基类型或是派生自指定的基类型。
where T : <interface name>	类型参数必须是指定的接口或是指定接口的实现。可以指定多个接口约束。接口约束也可以是泛型的。