C#泛型编程

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：
[align=left]class Program[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] static void Main(string[] args)[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] int obj = 2;[/align]
[align=left] Test<int> test = new Test<int>(obj);[/align]
[align=left] Console.WriteLine("int:" + test.obj);[/align]
[align=left] string obj2 = "hello world";[/align]
[align=left] Test<string> test1 = new Test<string>(obj2);[/align]
[align=left] Console.WriteLine("String:" + test1.obj);[/align]
[align=left] Console.Read();[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] class Test<T>[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] public T obj;[/align]
[align=left] public Test(T obj)[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] this.obj = obj;[/align]
[align=left] }[/align]
}
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
[align=left].method private hidebysig static void Main(string[] args) cil managed[/align]
[align=left]{[/align]
[align=left] .entrypoint[/align]
[align=left] // Code size 79 (0x4f)[/align]
[align=left] .maxstack 2[/align]
[align=left] .locals init ([0] int32 obj,[/align]
[align=left] [1] class CSharpStudy1.Test`1<int32> test,[/align]
[align=left] [2] string obj2,[/align]
[align=left] [3] class CSharpStudy1.Test`1<string> test1)[/align]
[align=left] IL_0000: nop[/align]
[align=left] IL_0001: ldc.i4.2[/align]
[align=left] IL_0002: stloc.0[/align]
[align=left] IL_0003: ldloc.0[/align]
[align=left] IL_0004: newobj instance void class CSharpStudy1.Test`1<int32>::.ctor(!0)[/align]
[align=left] IL_0009: stloc.1[/align]
[align=left] IL_000a: ldstr "int:"[/align]
[align=left] IL_000f: ldloc.1[/align]
[align=left] IL_0010: ldfld !0 class CSharpStudy1.Test`1<int32>::obj[/align]
[align=left] IL_0015: box [mscorlib]System.Int32[/align]
[align=left] IL_001a: call string [mscorlib]System.String::Concat(object,[/align]
[align=left] object)[/align]
[align=left] IL_001f: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)[/align]
[align=left] IL_0024: nop[/align]
[align=left] IL_0025: ldstr "hello world"[/align]
[align=left] IL_002a: stloc.2[/align]
[align=left] IL_002b: ldloc.2[/align]
[align=left] IL_002c: newobj instance void class CSharpStudy1.Test`1<string>::.ctor(!0)[/align]
[align=left] IL_0031: stloc.3[/align]
[align=left] IL_0032: ldstr "String:"[/align]
[align=left] IL_0037: ldloc.3[/align]
[align=left] IL_0038: ldfld !0 class CSharpStudy1.Test`1<string>::obj[/align]
[align=left] IL_003d: call string [mscorlib]System.String::Concat(string,[/align]
[align=left] string)[/align]
[align=left] IL_0042: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)[/align]
[align=left] IL_0047: nop[/align]
[align=left] IL_0048: call int32 [mscorlib]System.Console::Read()[/align]
[align=left] IL_004d: pop[/align]
[align=left] IL_004e: ret[/align]
[align=left]} // end of method Program::Main[/align]

再来看看Test类中构造函数的元数据
[align=left].method public hidebysig specialname rtspecialname [/align]
[align=left] instance void .ctor(!T obj) cil managed[/align]
[align=left]{[/align]
[align=left] // Code size 17 (0x11)[/align]
[align=left] .maxstack 8[/align]
[align=left] IL_0000: ldarg.0[/align]
[align=left] IL_0001: call instance void [mscorlib]System.Object::.ctor()[/align]
[align=left] IL_0006: nop[/align]
[align=left] IL_0007: nop[/align]
[align=left] IL_0008: ldarg.0[/align]
[align=left] IL_0009: ldarg.1[/align]
[align=left] IL_000a: stfld !0 class ConsoleCSharpTest1.Test`1<!T>::obj[/align]
[align=left] IL_000f: nop[/align]
[align=left] IL_0010: ret[/align]
[align=left]} // end of method Test`1::.ctor[/align]
[align=left] [/align]
[align=left]1、第一轮编译时，编译器只为Test<T>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<!T>[/align]
[align=left]2、JIT编译时，当JIT编译器第一次遇到Test<int>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<int>[/align]
[align=left]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。[/align]

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<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<string,int>，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>(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>(T value){...}

泛型方法的重载：
public void Function1<T>(T a);
public void Function1<U>(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<T>(int x);
public void Function1(int x);
这样可以构成重载

public void Function1<T>(T t) where T:A;
public void Function1<T>(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,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{}
}
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：

基类约束：
[align=left]class A[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] public void Func1()[/align]
[align=left] { }[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] class B[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] public void Func2()[/align]
[align=left] { }[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] class C<S, T>[/align]
[align=left] where S : A[/align]
[align=left] where T : B[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] public C(S s,T t)[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] //S的变量可以调用Func1方法[/align]
[align=left] s.Func1();[/align]
[align=left] //T的变量可以调用Func2方法[/align]
[align=left] t.Func2();[/align]
[align=left] }[/align]
}
接口约束：
[align=left]interface IA<T>[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] T Func1();[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] interface IB[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] void Func2();[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] interface IC<T>[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] T Func3();[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] class MyClass<T, V>[/align]
[align=left] where T : IA<T>[/align]
[align=left] where V : IB, IC<V>[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] public MyClass(T t,V v)[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] //T的对象可以调用Func1[/align]
[align=left] t.Func1();[/align]
[align=left] //V的对象可以调用Func2和Func3[/align]
[align=left] v.Func2();[/align]
[align=left] v.Func3();[/align]
[align=left] }[/align]
}
构造器约束：
[align=left]class A[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] public A()[/align]
[align=left] { }[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] class B[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] public B(int i)[/align]
[align=left] { }[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] class C<T> where T : new()[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] T t;[/align]
[align=left] public C()[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] t = new T();[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] class D[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] public void Func()[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] C<A> c = new C<A>();[/align]
[align=left] C<B> d = new C<B>();[/align]
[align=left] }[/align]
}
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<T>
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：
[align=left] class B[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] public B()[/align]
[align=left] { }[/align]
[align=left] public B(int i)[/align]
[align=left] { }[/align]
}
值类型/引用类型：
[align=left]public struct A { }[/align]
[align=left] public class B { }[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] public class C<T> where T : struct[/align]
[align=left] {[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] }[/align]
[align=left] [/align]
[align=left] C<A> c1 = new C<A>();[/align]
C<B> c2 = new C<B>();
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<T>'

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



下面就开始分析这些约束：