泛型程序设计详解（一）

前言

泛型是C#和.Net的一个重要概念，泛型不仅是C#编程语言中的一部分，而且与程序集中的IL(Intermediate Language)代码紧密的集成。

在平时编程过程中，常常会出现编写一些差不多的代码块，不同的仅是处理不同的数据类型。比如一个处理int数据的方法，现在新加了string类型的数据。是不是把之前的方法复制一遍，然后修改类型int为string。当然这样的方法是没有错的，那么后面又新增了其他的许多类型怎么办？还是复制修改吗？这样代码看上去很冗余，很复杂。这时候泛型就出现了。下面我们看下为何使用泛型吧。

优点

下面介绍下泛型的优点，尤其是下面几个：

• l 性能
• l 类型安全
• l 二进制代码重用

一、性能

　　　　泛型的一个主要优点就是性能，在泛型集合类和非泛型集合类中，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的时候，需要进行装箱和拆箱的操作（前面的文章中讲到了拆箱和装箱会造成一定的性能损失），当集合数据量大的时候造成的性能损失也就随之的增大了。

使用非泛型集合时：

 var list = new ArrayList();
            list.Add(100);//装箱  int-object
            int i = (int)list[0];//拆箱  object-int
            foreach (int item in list)
            {
                Console.WriteLine(item);//遍历拆箱输出
            } 

使用泛型集合类时：

var list = new List<int>();
            list.Add(100);//无装箱操作 
            int i =  list[0];//无拆箱拆箱 
            foreach (int item in list)
            {
                Console.WriteLine(item);//无拆箱操作
            } 

减少装箱拆箱操作，节省了性能消耗。这也就是泛型的主要优点了。

二、类型安全

泛型另一个优点就是类型安全，这里我们还是使用非泛型集合类ArrayList()和泛型集合类List<T>来做案例。

非泛型集合类ArrayList():

 var list = new ArrayList();
            list.Add(100);// 添加一个int类型
            list.Add("string");//添加一个string类型
            foreach (int item in list)
            {
                Console.WriteLine(item);//遍历循环输出
 }

这里允许输出和抛出异常：

System.InvalidCastException:“Unable to cast object of type 'System.String' to type 'System.Int32'.” 

无法强制把”string”转换成int类型。

我们再看泛型集合类：

            list.Add(100);// 添加一个int类型 list.Add("string");//添加一个string类型,编译器报错，无法从string转换到int
            foreach (int item in list)
            {
                Console.WriteLine(item);//遍历循环输出 }

在添加”string”类型的时候编译器报错，无法添加。这里也就杜绝了后续的错误。这也就是保证了类型的安全。

三、二进制代码重用

泛型允许更好的重用二进制代码，泛型类型可以定义一次，并且可以再许多不同的类型实例化，相比C++来说，不用每次访问源代码。

例如上面使用的泛型集合类，using System.Collections.Generic; 中的List<T>类，可以用int，string，自定义类去实例化。

泛型类型还可以在一种语言定义，然后再其他任何.Net语言中使用。

泛型类的功能

这里我们可以来了解下创建泛型类了之后，泛型类有哪些功能呢？

• l 默认值
• l 约束
• l 继承
• l 静态成员

一、默认值

在我们定义了泛型类型之后如何赋值呢？

public class Tclass<T> { public static T Get()
        {
            T a = default; return a;
        }

    }

因为在泛型中初始给值不好给，你说给null吧，null是给引用类型的，你是给0吧，这又是给值类型的，这时候出现了default，当时引用类型调用时就给null，当时值类型时就0。

二、约束

说到泛型类型的约束时，不得不提关键字where，where是用来限制参数的范围的，如果不符合where条件指定的参数范围，编译是不允许通过的。

这里泛型类型的约束主要可以分为以下6中

• l Where T: class（类型参数必须是引用类型）
• l Where T:struct（类型参数必须是值类型）

 public class Tclass<T,U>
        where T:class //类型参数为引用类型
        where U:struct  //类型参数为值类型
             {} 

• • l Where T：<接口名称>（类型参数必须是指定的接口或者实现指定的接口）

/// <summary>
    /// 接口 /// </summary>
    interface Itest
    {
    } /// <summary>
    /// 定义一个字典类型 /// </summary>
    /// <typeparam name="TK"></typeparam>
    /// <typeparam name="TV"></typeparam>
    class Dictionary<TK, TV>
      where TK : IComparable, IEnumerable where TV : Itest
    { public void Add(TK key, TV val)
        {
        }
    }

• • l Where T:<基类名>（参数必须是指定的基类或者是派生自指定的基类）

class Ttest { } class Tclass<T> where T:Ttest
    {

    }

• • l Where T:new ()（这是一个构造函数的约束，指定参数类型必须有一个默认构造函数，当与其他约束一起使用时必须放在其最后）

　　class EmployeeList<T> where T : Employee, IEmployee, System.IComparable<T>, new()
　　{
    　　// ... }

• • l Where T1:T2（这个约束指定类型T1派生自泛型类型T2，也就是说T1的参数类型要和T2一样）

<pre style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: "Courier New"; font-size: 12px; margin: 5px 8px; padding: 5px;">　　public class Tclass<T> where T:IComparable { }</pre>

三、继承

泛型类型的继承与普通类的继承相似但不同。

 /// <summary>
    /// 抽象基类，泛型类型 /// </summary>
    /// <typeparam name="T"></typeparam>
    public abstract class Ttest<T> { public abstract T Add(T x, T y);
    } /// <summary>
   /// 继承抽象基类，实现int类型 /// </summary>
   /// <typeparam name="T"></typeparam>
    class Tclass<T> : Ttest<int> { public override int Add(int x, int y) => x + y;  

    }

四、静态成员

泛型类型的静态成员需要特殊的关注，泛型类的静态成员只能在类的一个实例中共享。

 /// <summary>
    /// 泛型类型，静态字段x /// </summary>
    /// <typeparam name="T"></typeparam>
    public class Ttest<T> { public static int x;
    } class Program
    { static void Main(string[] args)
        {
            Ttest<string>.x = 111;
            Ttest<int>.x = 222;
            Console.WriteLine(Ttest<string>.x);
        }

    }

上面事例中最后输出的为111，

总结

这里我们主要是介绍了泛型的优点及泛型类型的功能。在我们日常的编程中会发现很多地方可以使用泛型。提高代码的扩展性及重用性。同时也可以减少对object类型的使用，采用泛型类型的使用来替代。较少对性能的消耗。我们下一节主要是对泛型类型的协变及抗变进行一定的理解。

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只要认为是对的就去做，坚持去做，不要在乎别人的看法，哪怕是错，至少你有去做过证明曾经你努力过。