分析?C#?2.0?新特性?--?范型（Generics)
作者：梁振[MS-MVP]
?
范型是提高面向?qū)ο蟪绦蚨鄳B(tài)性設(shè)計衍生的。
１，C#?多態(tài)性設(shè)計回顧和展望
在引入范型這個概念之前，回顧一下1.0或1.1中關(guān)于的Object類型的定義：
Object類型是.NET?Framework中System.Object的一個別名，可以分配任何類型給Object類型的變量。
通過object類型的引入，實現(xiàn)了.NET對于面向?qū)ο蟪绦蚨鄳B(tài)設(shè)計。
因為Object本身是一個引用類型，是存放在Heap(堆）上的。對于其他引用類型和Object轉(zhuǎn)換很容易實現(xiàn)。
而值類型和Object類型轉(zhuǎn)換需要引入兩個用于object類型和值類型轉(zhuǎn)換概念boxing和unboxing.
(1)boxing?裝包
??將轉(zhuǎn)換一個值類型到Object類型，
??例如：int?i?=?1;????????????//存儲在棧上
????????object?o?=?(object)?i;//存儲在堆上
??上面的代碼在IL中將會是box?[mscorlib]System.Int32
　將Int32和1同時裝入一個Object對象中，結(jié)構(gòu)如下：
　object[{Int32}-{1}];//前者表示boxing類型，后者表示其值
(2)unboxing?拆包
　將一個已裝包為Obect類型的值類型轉(zhuǎn)換回值類型
　操作分為兩部分組成：
　a,首先檢查是否轉(zhuǎn)換回的類型是裝包的類型，如果不是拋出一個InvalidCastException運行時錯誤．
　b,復制Object類型中的值到目標值類型變量；
　例如：
　　　int?i?=?1;
??????object?o?=?(object)?i;?//boxing
??????int?j?=?(int)o?????????//unboxing
??????//double?d?=?(double)o?,出現(xiàn)運行時錯誤
　
通過上面的可以看到在.NET?Framework?1.0?中使用object對象設(shè)計的多態(tài)性比C++的template(一種基于類似宏的編
譯時替換)執(zhí)行效率增加了大量的copy的開銷。所以在.NET?Framewrok?2.0中引入范型來提高高面向?qū)ο蟪绦蚨鄳B(tài)性
設(shè)計。

２，范型概念和特點：
范型的設(shè)計是為了解決上面提到過的Object的多態(tài)性設(shè)計中的兩個問題：
(1)，性能上面的，boxing和unboxing需要大量的復制開銷；
(2)，安全性上面的，在上面一個例子看到了如果unboxing類型不同會拋出一個InvalidCastException異常;
范型的設(shè)計格式是使用<和>封閉其中一個范型參數(shù)，例如：
public?class?Stack<T>;
范型的實例化格式是使用需要使用的類型替換<和>封閉其中一個范型參數(shù),例如：
Stack<char>?char_Stack?=?new?Stack<char>();
多范型類定義格式，在<和>封閉多個范型參數(shù)，例如：
class?Node<K,T>
對于C++程序員，看上面關(guān)于范型的格式很快聯(lián)系到了ISO?C++當中的Template;
的確兩者語法上面非常相似，但是兩者的多態(tài)性編譯和實現(xiàn)有很大不同．
在C++的Template編譯后，沒有編譯帶有Template的代碼．而是通過一種宏的方式進行的替換過程．
每次使用Template類型，編譯器都會生成一個對應的類型代碼．而不管是否個類型代碼已經(jīng)使用過了．
在C#2.0中范型是在中間語言(IL)和公共語言運行時(CLR)支持的．
對于值類型：會在JIT編譯時候替換參數(shù)類型，如果存在以及編譯特定類型的機器代碼，將直接返回這段代碼．
這樣避免了在ISO?C++中Template可能帶來代碼膨脹．
對于引用類型：會直接在JIT編譯時候替換參數(shù)類型．
理解C#?2.0范型是在實現(xiàn)是基于CLR支持的很重要啊，因為.NET的本質(zhì)是和語言無關(guān)的．任何語言最后都是編譯為中
間語言，這樣基于IL和CLR支持的范型可以運用到所有基于CLR實現(xiàn)的語言，例如：Visual?Basic?2005等等．
３，范型和其他類型執(zhí)行效率對比例子
下面分別是使用Int,Object和范型構(gòu)造的３個棧的類
?///?<summary>
?///?Int類型實現(xiàn)的棧
?///?</summary>
?class?IntStack
?{
??private?int[]?data;
??private?int?current;
??private?int?length;
??public?IntStack(int?Length)
??{
???length?=?Length;
???current?=?0;
???data?=?new?int[length];
??}
??public?int?Top()
??{
???return?data[current?-?1];
??}
??public?void?Push(int?Data)
??{
???if?(current?<?length)
???{
????data[current++]?=?Data;
???}
??}
??public?void?Pop()
??{
???if?(current?>?0)
???{
????current--;
???}
??}
?}
?///?<summary>
?///?范型的棧
?///?</summary>
?///?<typeparam?name="T">范型</typeparam>
?class?TemplateStack<T>
?{
??private?int?length;
??private?int?current;
??private?T[]?data;
??public?TemplateStack(int?Length)
??{
???current?=?0;
???length?=?Length;
???data?=?new?T[length];
??}
??public?T?Top()
??{
???return?data[current?-?1];
??}
??public?void?Push(T?Data)
??{
???if?(current?<?length)
???{
????data[current++]?=?Data;
???}
??}
??public?void?Pop()
??{
???if?(current?>?0)
???{
????current--;
???}
??}
?}
?///?<summary>
?///?Object的棧
?///?</summary>
?class?ObjectStack
?{
??private?object[]?data;
??private?int?current;
??private?int?length;
??public?ObjectStack(int?Length)
??{
???length?=?Length;
???current?=?0;
???data?=?new?object[length];
??}
??public?object?Top()
??{
???return?data[current-1];
??}
??public?void?Push(object?Data)
??{
???if?(current?<?length)
???{
????data[current++]?=?Data;
???}
??}
??public?void?Pop()
??{
???if?(current?>?0)
???{
????current--;
???}
??}
?}
通過測試直接使用Int的棧和范型構(gòu)造Int棧的開銷接近．
而比較前面兩個Object每增加一次unboxig開銷是增加的2倍．

４，附錄.NET?2.0?Framework?范型容器列表：
Comparer<T>?　　　　　Comparer??　比較
Dictionary<K,T>??　　?HashTable?　hash表
LinkedList<T>?????????LinkList??　鏈表
List<T>???????????????ArrayList?　數(shù)組鏈表
Queue<T>??????????????Queue?　　　隊列
SortedDictionary<K,T>?SortedList　排序鏈表
Stack<T>??????????????Stack?　　　棧
ICollection<T>??ICollection?　　　容器接口
IComparable<T>??System.IComparable比較接口
IDictionary<K,T>??IDictionary??　?字典接口
IEnumerable<T>??IEnumerable?　　　枚舉接口
IEnumerator<T>??IEnumerator?　　　跌代接口
IList<T>??IList?　　　　　　　　　鏈表接口
?
參考資料：
《Design?and?Implementation?of?Generics?for?the?.NET?Common?Language?Runtime》?
??---Andrew?Kennedy?Don?Syme?(Microsoft?Research,?Cambridge,?U.K.)
《An?Introduction?to?C#?Generics》
??---Juval?Lowy?IDesign?(MSDN?Online)
《C#?Programmer's?Reference》
??---MSDN?Library??(MSDN?Online)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的分析 C# 2.0 新特性 -- 范型（Generics)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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