C#之泛型详解

目录

• 一.泛型的特性
• 1.性能
• 2.类型安全
• 3.二进制代码的重用
• 4.代码的扩展
• 5.命名约定
• 二.使用类型
• 1.先创建一个非泛型的简化链表类。
• 2.下面编写一个泛型版本
• 三.泛型类的功能
• 1.默认值
• 2.约束
• 3.继承
• 4.静态成员
• 四.泛型接口
• 五.泛型结构
• 六.泛型方法
• 1.带约束的泛型方法
• 2.带委托的泛型方法
• 3.泛型方法规范

泛型不仅是C#的一部分，而且与程序集中的IL代码紧密地集成。有了泛型，就可以创建独立于被包含类型的类和方法。这样就可以不必给不同的类型编写功能相同的许多方法或类，只创建一个方法或类即可。
另一个减少代码的选项是使用Object类，因为Object类是不安全的。
泛型类使用泛型类型，并可以根据需要用特定的类型替换泛型类型。这就保证了类型安全性：如果某个类型不支持泛型类，编译器就会出现错误。
泛型不仅限于类，接口和方法也可以使用泛型。
泛型并不是一个全新的结构，在C++中模版就和泛型相似。泛型不仅是C#的一种结构，而且是CLR定义的。所以，即使泛型类在C#中定义，也可以VB中用一个特定的类型实例化该泛型。

一.泛型的特性

1.性能

对值类型使用非泛型集合类，在把值类型转换为引用类型，和把引用类型转换为值类型时，需要进行装箱和拆箱操作。虽然操作很容易，但性能损失比较大：

　　var list = new ArrayList();
　　list.Add(4);//装箱操作，ArrayList的Add方法参数是Object
　　foreach(int i in list)
　　{
　　　　Console.WriteLine(i);//拆箱
　　}

System.Collections和System.Collections.Generic是非泛型和泛型集合类。System.Collections.Generic中的List<T>类不使用对象，而是在使用时定义类型。

　　var list = new List<int>();
　　list.Add(4);
　　foreach(int i in list)
　　{
　　　　Console.WriteLine(i);
　　}

2.类型安全

使用ArrayList类在集合中可以添加任意类型。

　　var list = new ArrayList();
　　list.Add(4);
　　list.Add(“66”);

在遍历时就会出现异常，因为不是所有元素都可以强制装换为INT类型：

　　foreach(int i in list)
　　{
　　　　Console.WriteLine(i);
　　}

错误应尽早发现。使用泛型类List<T>，泛型类型T定义了允许使用特定的类型。有了List<int>的定义，就只能把整数类型添加到集合中。

　　var list = new ArrayList();
　　list.Add(4);
　　list.Add(66);

3.二进制代码的重用

泛型允许更好的重用二进制代码。泛型类可以定义一次，并且可以用许多不同的类型实例化。例如List<T>类可以用int，string，自定义类来实例化。
泛型类可以在一种语言中定义，在任何其它.NET语言中使用。

4.代码的扩展

因为泛型类的定义放在程序集中，所以用特定类型实例化泛型类不会在IL代码中复制这些类。但是，在JIT编译器把泛型类编译为本地代码时，会给每个值类型创建一个新类。引用类型共享一个本地类的所有相同的实现代码。这是因为引用类型在实例化的泛型类中只需要4个字节的内存地址（32为系统），就可以引用一个引用类型。值类型包含在实例化的泛型类的内存中，同时因为每个值类型对内存的要求不同，所以要为每个值类型实例化一个新类。

5.命名约定

在程序中使用泛型，在区分泛型类型和非泛型类型时使用命名约定就会有一定帮助。
泛型类型的命名规则：

• *泛型类型的名称用字母T作为前缀。
• *如果没有特殊的要求，泛型类型允许用任意类代替，且如果只能使用一个泛型类型，就可以用T作为泛型类型的名称。
  Public class Person{}
• *如果泛型类型有特定的要求（比如它必须实现某个接口或派生自基类），或者使用了两个或多个泛型类型，就应给泛型类型使用描述性的名称：
  public class SortedList{}

二.使用类型

1.先创建一个非泛型的简化链表类。

public class LinkedListNode
    {
        public LinkedListNode(object value)
        {
            this.Value = value;
        }

        public object Value { get; private set; }//value对外密封，只可以读取，设置值通过构造函数
        public LinkedListNode Next { get; internal set; }//记录当前节点的下一节点
        public LinkedListNode Prev { get; internal set; }//记录当前节点的上一节点
    }

public class LinkedList : IEnumerable
    {
        public LinkedListNode First { get; private set; }//记录链表的第一个节点，外部只可以读取，设置值通过内部方法
        public LinkedListNode Last { get; private set; }

        public LinkedListNode AddLast(object node)
        {
            //实例化一个LinkedListNode
            var newNode = new LinkedListNode(node);

            //判断链表是否含有元素，如果没有就把newNode设置为链表的第一个元素
            if (First == null)
            {
                First = newNode;
                Last = newNode;
            }
            else
            {
                LinkedListNode previous = Last;//获取链表的最后一个元素
                Last.Next = newNode;//将newNode赋予最后一个元素的下一个元素
                Last = newNode;//重新设置链表的最后一个元素
                Last.Prev = previous;//newNode成为链表的最后一个元素，将原来的最后一个元素设置为newNode的上一个元素

                //注意上述顺序
            }
            return newNode;
        }

        //实现IEnumerable接口的GetEnumerator()方法，这样外部代码就可以用foreach语句遍历链表
        public IEnumerator GetEnumerator()
        {
            LinkedListNode current = First;
            while (current != null)
            {
                yield return current.Value;//yield创建一个枚举器的状态机
                current = current.Next;
            }
        }
    }

客户端代码：

　　var list1 = new LinkedList();
　　list1.AddLast(2);
　　list1.AddLast(4);
　　list1.AddLast("22");

　　foreach (object i in list1)
　　{
　　　　Console.WriteLine(i.ToString());
　　}

需要进行装箱拆箱操作。

2.下面编写一个泛型版本

public class LinkedListNode<T>
    {
        public LinkedListNode(T value)
        {
            this.Value = value;
        }

        public T Value { get; private set; }//value对外密封，只可以读取，设置值通过构造函数
        public LinkedListNode<T> Next { get; internal set; }//记录当前节点的下一节点
        public LinkedListNode<T> Prev { get; internal set; }//记录当前节点的上一节点
    }

//该类实现IEnumerable<T>接口,IEnumerable<T>继承自IEnumerable接口，所以需要实现GetEnumerator()方法和IEnumerator<T> GetEnumerator()方法
public class LinkedList<T> : IEnumerable<T>
    {
        public LinkedListNode<T> First { get; private set; }//记录链表的第一个节点，外部只可以读取，设置值通过内部方法
        public LinkedListNode<T> Last { get; private set; }

        public LinkedListNode<T> AddLast(T node)
        {
            //实例化一个LinkedListNode
            var newNode = new LinkedListNode<T>(node);

            //判断链表是否含有元素，如果没有就把newNode设置为链表的第一个元素
            if (First == null)
            {
                First = newNode;
                Last = newNode;
            }
            else
            {
                LinkedListNode<T> previous = Last;//获取链表的最后一个元素
                Last.Next = newNode;//将newNode赋予最后一个元素的下一个元素
                Last = newNode;//重新设置链表的最后一个元素
                Last.Prev = previous;//newNode成为链表的最后一个元素，将原来的最后一个元素设置为newNode的上一个元素

                //注意上述顺序
            }
            return newNode;
        }

        //IEnumerable<T>接口继承IEnumerable
        //实现IEnumerable<T>接口的GetEnumerator()方法，这样外部代码就可以用foreach语句遍历链表
        public IEnumerator<T> GetEnumerator()
        {
            LinkedListNode<T> current = First;
            while (current != null)
            {
                yield return current.Value;//yield创建一个枚举器的状态机
                current = current.Next;
            }
        }

        //实现IEnumerable接口的GetEnumerator()方法
        IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
        {
            return GetEnumerator();
        }
    }

客户端代码：

　　var list2 = new LinkedList<int>();
　　list2.AddLast(2);
　　list2.AddLast(4);
　　list2.AddLast(44);

　　foreach (int i in list2)
　　{
　　　　Console.WriteLine(i);
　　}

三.泛型类的功能

在创建泛型类时，有时需要一些C#关键字。
通过一个例子来介绍这些关键字：

public class DocumentManager<TDocument>
      where TDocument : IDocument
  {
    private readonly Queue<TDocument> documentQueue = new Queue<TDocument>();

    public void AddDocument(TDocument doc)
    {
      lock (this)
      {
        documentQueue.Enqueue(doc);
      }
    }

    public bool IsDocumentAvailable
    {
      get { return documentQueue.Count > 0; }
    }

    public void DisplayAllDocuments()
    {
      foreach (TDocument doc in documentQueue)
      {
        Console.WriteLine(doc.Title);
      }
    }

    public TDocument GetDocument()
    {
      TDocument doc = default(TDocument);
      lock (this)
      {
        doc = documentQueue.Dequeue();
      }
      return doc;
    }

  }

1.默认值

在GetDocument()方法中，需要把TDocument指定为null。但是，不能把null赋予泛型类型。因为泛型类型也可以实例化为值类型，而null只能用于引用类型。为了解决这个问题，可以使用default关键字。通过default，将null赋予引用类型，将0赋予值类型。

2.约束

如果泛型类需要调用泛型类型中的方法，就必须添加约束。

public interface IDocument
  {
    string Title { get; set; }
    string Content { get; set; }
  }

  public class Document : IDocument
  {
    public Document()
    {
    }

    public Document(string title, string content)
    {
      this.Title = title;
      this.Content = content;
    }

    public string Title { get; set; }
    public string Content { get; set; }
  }

在方法中遍历显示时，需要使用Document类的属性Title，这就需要约束泛型类型TDocument中包含这个属性，这里使用泛型类型TDocument必须实现IDocument接口。where子句指定了该约束。

泛型支持的约束类型：

使用泛型类型也可以合并多个约束。where T:IFoo,new(),MyClass

3.继承

泛型类型可以实现泛型接口，也可以派生自一个类。泛型类可以派生自泛型基类。要求是必须重复接口的泛型类型，或者必须指定基类的类型。
派生类可以是泛型类或非泛型类。

4.静态成员

泛型类的静态成员和非泛型类的静态成员有区别，泛型类的静态成员只能在类的一个实例中共享：

　　public class StaticDemo<T>
　　{
　　　　public static int x;
　　}

客户端代码：

　　StaticDemo<string>.x = 4;
　　StaticDemo<int>.x = 5;
　　//存在两组静态字段。

四.泛型接口

使用泛型可以定义接口，在接口中定义的方法可以带泛型参数。

五.泛型结构

泛型结构类似于泛型类，只是没有继承特性。

六.泛型方法

在泛型方法中，泛型类型用方法来定义。泛型方法可以在非泛型类中定义。

　　void Swap<T>(ref T x,ref T y)
　　{
　　　　T temp;
　　　　temp = x;
　　　　x=y;
　　　　y=temp;
　　}

　　int i=4;
　　int j = 5;
　　Swap<int>(ref i,ref j)；

因为C#编译器会通过调用Swap()方法来获取参数的类型，所以不需要把泛型类型赋予方法调用：

　　int i=4;
　　int j = 5;
　　Swap(ref i,ref j)；

1.带约束的泛型方法

　　public static class Algorithm
　　{

　　　　public static decimal Accumulate<TAccount>(IEnumerable<TAccount> source)
　　　　where TAccount : IAccount
　　　　{
　　　　　　decimal sum = 0;

　　　　　　foreach (TAccount a in source)
　　　　　　{
　　　　　　　　sum += a.Balance;
　　　　　　}
　　　　　　return sum;
　　　　}

　　}

　　public interface IAccount
　　{
　　　　decimal Balance { get; }
　　　　string Name { get; }
　　}

　　public class Account : IAccount
　　{
　　　　public string Name { get; private set; }
　　　　public decimal Balance { get; private set; }

　　　　public Account(string name, Decimal balance)
　　　　{
　　　　　　this.Name = name;
　　　　　　this.Balance = balance;
　　　　}
　　}

客户端代码：

　　var accounts = new List<Account>()
　　{
　　　　new Account("Christian", 1500),
　　　　new Account("Stephanie", 2200),
　　　　new Account("Angela", 1800),
　　　　new Account("Matthias", 2400)
　　};

　　decimal amount = Algorithm.Accumulate<Account>(accounts);

2.带委托的泛型方法

　　public static class Algorithm
　　{
　　　　public static T2 Accumulate<T1, T2>(IEnumerable<T1> source, Func<T1, T2, T2> action)
　　　　{
　　　　　　T2 sum = default(T2);
　　　　　　foreach (T1 item in source)
　　　　　　{
　　　　　　　　sum = action(item, sum);
　　　　　　}
　　　　　　return sum;
　　　　}

　　}

　　decimal amount = Algorithm.Accumulate<Account, decimal>(accounts, (item, sum) => sum += item.Balance);

3.泛型方法规范

泛型方法可以重载，为特定的类型定义规范。这样适用于带参数的方法。

　　public class MethodOverloads
　　{
　　　　public void Foo<T>(T obj)
　　　　{
　　　　　　Console.WriteLine("Foo<T>(T obj), obj type: {0}", obj.GetType().Name);
　　　　}

　　　　public void Foo(int x)
　　　　{
　　　　　　Console.WriteLine("Foo(int x)");
　　　　}

　　　　public void Bar<T>(T obj)
　　　　{
　　　　　　Foo(obj);
　　　　}
　　}

如果传递了一个int，就选择带int参数的方法。对于其它参数类型，编译器会选择泛型方法。

　　var test = new MethodOverloads();
　　test.Foo(33);
　　test.Foo("abc");

输出：

Foo(int x)
Foo<T>(T obj), obj type: String

所调用的方法是在编译期间定义的，而不是运行期间。

test.Bar(44);

输出：

Foo<T>(T obj), obj type: Int32

Bar()方法选择了泛型Foo()方法，而不是int参数重载的方法。因为编译器是在编译期间选择Bar()方法调用的Foo()方法。由于Bar()方法定义了一个泛型参数，而且泛型Foo()方法匹配这个类型，所以调用Foo()方法。

到此这篇关于C#之泛型的文章就介绍到这了。希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持我们。