类型参数化-泛型
中間因?yàn)楸容^忙，空了那么多天，都感覺有點(diǎn)罪過了。話不多說，這一篇主要是要講C#2.0提出的一個(gè)新特性，那就是泛型。（現(xiàn)在都C#6.0了。囧囧）
1、什么是泛型？
C#1.0中的委托特性使方法可作為其他方法的參數(shù)來傳遞，而C#2.0中提出的泛型特性則使類型可以被參數(shù)化，從而不必再為不同的類型提供特殊版本的方法實(shí)現(xiàn)。從字面上來的意思來講，泛型代表的就是“通用類型”,它可以代替任意的數(shù)據(jù)類型，使類型參數(shù)化，從而達(dá)到只實(shí)現(xiàn)一個(gè)方法就可以操作多種數(shù)據(jù)類型的目的，將實(shí)現(xiàn)行為與方法操作的數(shù)據(jù)類型分離，實(shí)現(xiàn)了代碼的重用。下面通過.NET類庫中的泛型來說明到底什么是泛型。
clas program
{
static void Main(string[] args)
{
//用int作為實(shí)際參數(shù)來初始化泛型類型
List<int> intList=new List<int>();
//從int列表添加元素3
intList.Add(3);
//用string作為實(shí)際參數(shù)來初始化泛型類型
List<string> stringList=new List<string>();
//從string列表添加元素
stringList.Add("learninghard");
}
}
在以上代碼中，List<T>是.NET類庫中實(shí)現(xiàn)的泛型參數(shù)，T是泛型參數(shù)，可以理解為形參。如果想實(shí)例化一個(gè)泛型類型，必須傳入實(shí)際的類型參數(shù)，如上面代碼中的int和string，就是實(shí)際的額類型參數(shù)。同時(shí)你也可以自己實(shí)現(xiàn)泛型類型，下面會介紹泛型類型的實(shí)現(xiàn)方法。
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2、C# 2.0為什么要引入泛型？
這個(gè)就需要用代碼來解釋了。
public class Compare
{
//比較兩個(gè)整數(shù)大小的方法，方法返回較大的那個(gè)整數(shù)
public static int compareInt(int i1,int i2)
{
if(i1.CompareTo(i2)>0)
{
return i1;
}
else
{
return i2;
}
}
}
以上的代碼實(shí)現(xiàn)對于int類型數(shù)據(jù)來說完全是沒有問題的，但是當(dāng)客戶說我想實(shí)現(xiàn)兩個(gè)字符串大小的比較，你就必須再添加一個(gè)比較字符串的大小了。如果客戶說還想添加一個(gè)比較浮點(diǎn)數(shù)的大小，那你肯定又只能添加一個(gè)方法啦。顯然，這種方式是一種比較low的方式，其實(shí)方法的代碼都非常的相似，所以我們完全可以只定義一個(gè)比較方法就能比較所有不同類型的大小。
這時(shí)，泛型就派上用場了，就是為這種情況而生，所以，微軟就在C#2.0中提出了泛型的特性。
//Compare<T>為泛型類，T為類型參數(shù)
public class Compare<T> where T:IComparable
{
//使用泛型實(shí)現(xiàn)的比較方法
public static T compareGeneric(T t1,T t2)
{
if(t1.CompareTo(t2)>0)
{
return t1;
}
else
{
return t2;
}
}
}
在以上的代碼中，我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)自定義的泛型類，其中T是泛型的類型參數(shù)，compareGeneric是實(shí)現(xiàn)的泛型方法，代碼中的where語句是類型參數(shù)的約束，它用來使類型參數(shù)可以適用于CompareTo方法。有了泛型之后，就不需要針對每種數(shù)據(jù)類型重復(fù)實(shí)現(xiàn)相似的比較方法了。
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//調(diào)用泛型方法
Console.WriteLine(Compare<int>.compareGeneric(3,4));
Console.WriteLine(Compare<string>.compareGeneric("abc","a"));
Console.ReadKey();
}
}
泛型除了可以實(shí)現(xiàn)代碼重用外，還提供了更好的性能和類型安全特性。
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3、全面解析泛型
3.1 類型參數(shù)
在前面的泛型代碼中，就是類型參數(shù)。無論調(diào)用類型方法還是初始化泛型實(shí)例，都需要用真實(shí)類型來代替T，可以把T理解為類型的一個(gè)占位符，即告訴編譯器，在調(diào)用泛型時(shí)必須為其指定一個(gè)實(shí)際類型。
根據(jù)泛型類型參數(shù)是否提供實(shí)際類型，又可把泛型分為兩類：未綁定的泛型和已構(gòu)造的泛型。如果沒有為類型參數(shù)提供實(shí)際類型，此時(shí)的泛型稱為未綁定的泛型；而如果已指定了實(shí)際類型作為參數(shù)，則此時(shí)的泛型稱為已構(gòu)造的泛型。
已構(gòu)造泛型又可分為開放類型和密封類型。其中，開放類型是指包含類型參數(shù)的泛型，所有未綁定的泛型類型都屬于開放類型；而封閉類型則是指那些已經(jīng)為每一個(gè)類型參數(shù)都傳遞了實(shí)際數(shù)據(jù)類型的泛型。
用以下代碼可以判斷泛型類型是開放還是封閉的。
public class DictionaryStringKey<T>:Dictionary<string,T>{}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//Dictionary<,>是一個(gè)開放類型，它有兩個(gè)類型參數(shù)
Type t=typeof(Dictionary<,>);
Console.WriteLine("是否為開放類型："+t.ContainsGenericParameters);
//DictionaryStringKey<>也是一個(gè)開放類型，但它只有一個(gè)類型參數(shù)
t=typeof(DictionaryStringKey<>);
Console.WriteLine("是否為開放類型："+t.ContainGenericParameters);
//DictionaryStringKey<int>
t=typeof(DictionaryStringKey<int>);
Console.WriteLine("是否為開放類型："+t.ContainGnericParameters);
}
}
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3.2 泛型中的靜態(tài)字段和靜態(tài)函數(shù)問題
每個(gè)封閉的泛型類型中都有僅屬于它自己的靜態(tài)數(shù)據(jù)。
//泛型類型，具有一個(gè)類型參數(shù)
public static class TypeWithStaticField<T>
{
//靜態(tài)字段
public static string field;
//靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)
public static void OutField()
{
Console.WirteLine(field+":"+typeof(T).Name);
}
}
//非泛型類
public static class NoGenericTypeWithStaticField
{
public static string field;
public static void OutField()
{
Console.WriteLine(field);
}
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//使用不同類型實(shí)參來實(shí)例化泛型實(shí)例
TypeWithStaticField<int>.field="一";
TypeWithStaticField<string>.field="一";
TypeWithStaticField<Guid>.field="一";
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//對于非泛型類型，此時(shí)field只會一個(gè)值，每次賦值都改變了原來的值
NoGenericTypeWithStaticField.field="非泛型類靜態(tài)字段一";
NoGenericTypeWithStaticField.field="非泛型類靜態(tài)字段二";
NoGenericTypeWithStaticField.field="非泛型類靜態(tài)字段三";
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NoGenericTypeWithStaticField.OutField();
TypeWithStaticField<int>.OutField();
TypeWithStaticField<string>.OutField();
TypeWithStaticField<Guid>.OutField();
Console.ReadKey();
}
}
結(jié)果如下：
從圖中結(jié)果可以看出，每個(gè)封閉的泛型類型都有屬于它的靜態(tài)字段。這是因?yàn)?#xff0c;在使用實(shí)際類型參數(shù)代替泛型參數(shù)時(shí)，編譯器會根據(jù)不同的類型實(shí)參，重新生成類型。
對于編譯器來說，每個(gè)封閉泛型類型都是一個(gè)不一樣的類型，所以它們都有屬于它自己的靜態(tài)字段。靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)也一樣，每個(gè)封閉的泛型類型都有一個(gè)靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)。
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3.3 類型參數(shù)的推斷
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
int n1=1;
int n2=2;
genericMethod(ref n1,ref n2);
Console.WriteLine("n1的值現(xiàn)在為："+n1);
Console.WriteLine("n2的值現(xiàn)在為："+n2);
}
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//泛型方法
private static void genericMethod<T>(ref T t1,ref T t2)
{
T temp=t1;
t1=t2;
t2=temp;
}
}
在以上的代碼中，編譯器會根據(jù)傳遞的方法實(shí)參來判斷傳入的實(shí)際類型參數(shù)。如果編譯器根據(jù)傳入的參數(shù)不能推斷出實(shí)際參數(shù)類型，就會出現(xiàn)編譯時(shí)錯(cuò)誤。
注意：類型推斷只能用于泛型方法，它對泛型類則并不適用，因?yàn)榫幾g器不能通過泛型類的構(gòu)造函數(shù)推斷出實(shí)際的類型參數(shù)。
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3.4 類型參數(shù)的約束
不知大家是否注意過，前面的代碼中曾經(jīng)出現(xiàn)過where T：IComparable的代碼，這個(gè)where語句用來使類型參數(shù)繼承于IComparable接口，從而對類型參數(shù)進(jìn)行約束。
前面的比大小中，如果沒有進(jìn)行約束，代碼編譯的時(shí)候就會出現(xiàn)錯(cuò)誤，編譯通不過，所以，對類型參數(shù)進(jìn)行約束是必須的。
C#中有4種約束可以使用，它們的語法類似：約束要放在泛型方法或類型聲明的末尾，并且要使用where關(guān)鍵字。
（1）引用類型約束
表現(xiàn)形式為T:class，它確保傳遞的類型實(shí)參必須是引用類型。
注意，約束的類型參數(shù)和類型本身沒有關(guān)系，即在定義一個(gè)泛型結(jié)構(gòu)體時(shí)，泛型類型一樣可以被約束為引用類型。其中有幾個(gè)特殊的引用類型是不能用的：System.Array、System.Delegate、System.MulticastDelegate、System.ValueType、System.Enum、System.Void。
下面代碼定義的泛型類：
public class samplehere<T> where T:Stream
{
public void Test(T stream)
{
strem.Close();
}
}
從以上的代碼中，類型參數(shù)T設(shè)置了引用類型約束。where T :Stream的意思是告訴編譯器：傳入的類型實(shí)參必須是System.IO.System，或者是從Stream派生的一個(gè)類型。
如果一個(gè)類型參數(shù)沒有指定約束，則默認(rèn)T為System.Object類型。但若你在代碼中顯式地指定了System.Object約束，則編譯器會報(bào)錯(cuò)。
（2）值類型約束
值類型約束的表示形式為T:Struct,它確保傳遞的類型實(shí)參是值類型，包括枚舉。但這里的值類型不包括可空類型。
public class samplevaluetype<T>:struct
{
public static T Test()
{
return new T();
}
}
在上面的代碼中，new T()是可以通過編譯的，因?yàn)門是一個(gè)值類型，而所有值類型都有一個(gè)公共的無參構(gòu)造函數(shù)。但如果不對T進(jìn)行約束，或約束為引用類型，上面的代碼就會報(bào)錯(cuò)。
（3）構(gòu)造函數(shù)類型約束
構(gòu)造函數(shù)類型約束的表示形似為T:new（），如果類型參數(shù)有多個(gè)約束，則此約束必須最后指定。構(gòu)造函數(shù)類型約束確保指定的類型參數(shù)有一個(gè)公共無參構(gòu)造函數(shù)的非抽象類型。
這里需要注意一點(diǎn)：如果同時(shí)指定構(gòu)造器約束和struct約束，C#編譯器會認(rèn)為這是一個(gè)錯(cuò)誤。因?yàn)檫@樣的指定是多余的，所有值類型都隱式地提供了一個(gè)無參公共構(gòu)造函數(shù)。
（4）轉(zhuǎn)換類型約束
轉(zhuǎn)換類型約束的表示形式為T:基類名、T:接口名或T:U。T:基類名確保指定的類型實(shí)參必須是基類或派生自基類的子類；T:接口名確保指定的類型實(shí)參必須是接口或?qū)崿F(xiàn)了該接口的類；而T:U則確保T提供的類型實(shí)參必須是U提供的類型實(shí)參或派生于U提供的類型實(shí)參，即前面一個(gè)類型實(shí)參必須是后面的類型實(shí)參或后面類型的實(shí)參子類。
（5）組合約束
組合約束是將多個(gè)不同種類的約束合并在一起的情況。這里就需要注意，沒有任何一種類型既是引用類型，又是值類型，所以引用約束和值約束不能同時(shí)使用。如果存在多個(gè)轉(zhuǎn)換類型約束，其其中一個(gè)是類，則必須放在接口的前面。不同類型參數(shù)可以有不同的約束，但每種類型參數(shù)必須分別使用一個(gè)單獨(dú)的where關(guān)鍵字。
class Sample<T> where T:class,Disposable,new();
class Sample<T,U> where T:class where U:struct?
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總結(jié)：至此，泛型已經(jīng)講完了，應(yīng)該有一個(gè)全面的認(rèn)識了。不過還是要多敲代碼，不斷實(shí)踐，才能提高。
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總結(jié)
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