《C#高级编程（第六版）》泛型学习笔记（一）：泛型优点和特性

原文出处:http://www.cnblogs.com/xun126/archive/2011/01/13/1933838.html

泛型是CLR 2.0的一个新特性，在CLR 1.0中，要创建一个灵活的类或方法，但该类或方法在编译期间不知道使用什么类，就得以Object类为基础。而Object在编译期间没有类型安全性，因此必须进行强制类型转换，同时，给值类型使用Object类会有性能损失。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，编译器就会报错。

　　一、泛型有以下几个优点：

　　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。装箱和拆箱的操作很容易实现，但是性能损失较大。假如使用泛型，就可以避免装箱和拆箱操作。

1 ArrayList list=new ArrayList(); 2 list.Add(20); //装箱，list存放的是object类型元素，须将值类型转化为引用类型 3 int i=(int)list[0]; //拆箱，list[0]的类型是object，要赋值就得把引用类型转化为值类型

　　如果换成泛型编程，就不会有装箱和拆箱的性能损失。

1 List<T> list=new List<int>(); 2 list.Add(20); //因为指定了用int来实例化，因此不必装箱 3 int i=list[0]; //同样地，访问时也不需要拆箱

　　

　　2）类型安全

　　与ArrayList类一样，如果使用对象，可以在这个集合中添加任意类型。

　　如果使用非泛型编程，如下代码，就有可能在某些情况下会发生异常。

1 ArrayList list=new ArrayList(); 2 list.Add(20); 3 list.Add("string"); 4 list.Add(new MyClass()); 5 6  foreach(int i in list) 7 { 8 Console.WriteLine(i); //这里会有个异常，因为并不是集合中的所有元素都可以转化为int 9  }

　　如果该用泛型编程，则可以避免这种异常，让编译器检查出错误。

1 List<int> list=new List<int>(); 2 list.Add(20); 3 lsit.Add("string"); //编译时报错，只能报整数类型添加到集合中 4 list.Add(new MyClass()); //同上

　　

　　3)二进制代码重用

　　泛型可以定义一次，用许多不同的类型实例化，不需要像C++模板那样访问源代码。泛型可以在一种语言中定义，在另一种.NET语言中使用。

 

　　4）代码的扩展

　　因为泛型类的定义会放在程序集中，所以用某个类型实例化泛型泛型类不会在IL代码中复制这些类。但是，在JIT编译器把泛型类编译为内部代码时，会给每个值类型创建一个新类。引用类型共享同一个内部类的所有实现代码。这是因为引用类型在实例化的泛型类中只需要4字节的内存单元（32位系统），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。而每个值类型对内存的要求都不同，所以要为每个值类型实例化一个新类。

 

　　二、泛型类的特性

　　1）默认值

      在给类型T初始化时，要注意不能把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，可以用default关键字。通过default关键字，将null赋予引用类型，将0赋予值类型。

1 public T GetDoucumet() 2 { 3 T doc=default(T); 4 lock(this) 5 { 6 doc=documentQueue.Dequeue(); 7 } 8 return doc; 9 }

     补充：default关键字根据上下文可以有多种含义。switch语句使用default定义默认情况。在泛型中，根据泛型类型是引用类型还是值类型，default关键字用于将泛型类型初始化为null或0。

 

　　2）约束

　　如果泛型类需要调用泛型类型上的方法，就必须添加约束。   

1 public class DocumentManager<T> 2 { 3 private readonly Queue<T> documentQueue=new Queue<T>(); 4 5 public void AddDocument(T doc) 6 { 7 lock(this) 8 { 9 documentQueue.Enqueue(doc); 10 } 11 } 12 13 public bool IsDocumentAvailable 14 { 15 get 16 { 17 return documentQueue.Count>0; 18 } 19 } 20 } 21 22  public interface IDocument 23 { 24 string Title{get;set;} 25 string Content{get;set;} 26 } 27 28  public class Document:IDocument 29 { 30 public Document() 31 { 32 } 33 34 public Document(string title,string content) 35 { 36 this.title=title; 37 this.content=content; 38 } 39 40 public string Title{get;set;} 41 public string Content{get;set;} 42 }

　　如果使用DocumentManager<T>类显示文档，可以将类型T强制转换为IDocument接口

1 public void DisplayAllDocument() 2 { 3 foreach(T doc in documentQueue) 4 { 5 Console.WriteLine(((IDocument)doc).Title); 6 } 7 }

　　假如类型T没有执行IDocument接口，这个类型转换就会生成一个异常，因此需给DocumentManager<T>类定义一个约束：T必须执行IDocument接口，为了在泛型类型的名称中指定该要求，将T改为TDocument。wherer子句指定了执行IDocument接口的要求。 

1 public class DocumentManager<TDocument>where TDocument:IDocument 2 { 3 .... 4 }

　　这样编写foreach语句就可以让类型T包含Title属性。

1 public void DisplayAllDocument() 2 { 3 foreach(TDocument doc in documentQueue) 4 { 5 Console.WriteLine(doc.Title); 6 } 7 }

　　在Main()方法中，DocumentManager<T>类用Document类型来实例化，而Document类型执行了需要的IDocument接口。

1 static void Main() 2 { 3 DocumentManager<Document> dm=new DocumentManager<Document>(); 4 dm.AddDocument(new Document("Title A","A")); 5 dm.AddDocument(new Document("Title B","B")); 6 dm.DisplayAllDocument();

 

 　　除此之外，泛型还有几种约束类型。如下：

　　1）where T:struct　　使用结构约束。类型T必须是值类型

　　2）where T:class　　类约束指定，类型T必须是引用类型

　　3）where T:IFoo　　指定类型T必须执行接口IFoo

　　4）where T:Foo　　指定类型T必须派生于基类Foo

　　5）where T:new()　　构造函数约束，指定类型T必须有一个默认构造函数

　　6）where T:U　　类型T1派生于泛型类型T2。该约束也成为裸类型约束。

　　注意：使用泛型类型还可以合并多个约束。where T:IFoo,new()约束和MyClass<T>声明指定，类型T必须执行IFoo接口，且必须有一个默认构造函数。

1 public class MyClass<T>where t:IFoo,new() 2 { 3 ... 4 }

　　

　　3）继承

 　　 泛型类型可以执行泛型接口，也可以派生于一个类。泛型类可以派生于泛型基类：

1 public class Base<T> 2 { 3 4 } 5 6  public class Derived<T>:Base<T> 7 { 8 9 }

　　要求必须重复接口的泛型类型，或者必须指定基类的类型。

1 public class Base<T> 2 { 3 4 } 5 6  public class Derived<T>:Base<string> 7 { 8 9 }

　　所以，派生类可以是泛型类或非泛型类。如可以定义一个抽象的泛型基类，它在派生类中用一个具体的类型实现。

1 public abstract class Calc<T> 2 { 3 public abstract T Add(T x,T y); 4 public abstract T Sub(T x,T y); 5 } 6 7  public class SimpleCalc:Calc<int> 8 { 9 public override int Add(int x,int y) 10 { 11 return x+y; 12 } 13 14 public override int Sub(int x,int y) 15 { 16 return x-y; 17 } 18 }

 

　　4）静态成员

 

 　　泛型类的静态成员需要特别关注。泛型类的静态成员只能在类的一个实例中共享。

1 public class StaticDemo<T> 2 { 3 public static int x; 4 }

　　对一个string类型和一个int类型使用了StaticDemo<T>类，所以存在两组静态字段：

1 StaticDemo<string>.x=4; 2 StaticDemo<int>.x=5; 3 Console.WrileLine(StaticDemo<string>.x); //将会输出4