第1讲：泛型编程

2005.8.10 李建忠

Agenda

C#泛型及机制

泛型类型

泛型方法

泛型约束

讲座总结

 

C#泛型演示

我们也可以直接用object类型来做到，但是由于性能问题和类型安全问题，泛型还是一种更好的选择方式。

泛型中的T就是泛型类型参数，它是一个晚绑定的类型，在C#编译的时候并不确定T的类型。

 

C#泛型简介

如果我们不把T替换成具体的int，它就是一个更高层次的抽象类型，它不能被使用，必须经过泛型类型的实例化，成为一个具体的类型。

所谓泛型，即通过参数化类型来实现在同一份代码上操作多种数据类型。泛型编程是一种编程范式，它利用“参数化类型”将类型抽象化，从而实现更为灵活的复用。

这其实是一种类型的多态。

C#泛型赋予了代码更强的类型安全，更好的复用，更高的效率，更清晰的约束。

 

C#泛型机制简介

C#泛型能力由CLR在运行时支持，区别于C++的编译时模板机制，和Java的编译时“搽拭法”。这使得泛型能力可以在各个支持CLR的语言之间进行无缝的互操作

C++所有的泛型的处理都是在编译时，在运行时将看不到泛型，只能看到具体的类型，因为它在编译的时候已经把所有的泛型处理掉了。Java的泛型也不能获得更高的效率，它背后还是用的object来表达。C#的泛型是运行时支持的泛型

C#泛型代码在被编译为IL代码和元数据时，采用特殊的占位符来表示泛型类型，并用专有的IL指令支持泛型操作。而真正的泛型实例化工作以"on-demand"（按需所取）的方式，发生在JIT编译时

 

泛型IL代码与元数据

左边的Stack是编译出的泛型类型，T没有被实例化，而右边的void方法里面就把泛型实例化了，只有实例化后的泛型才能调用newobj。

 

C#泛型编译机制

第一轮编译时，编译器只为Stack<T>类型产生“泛型版”的IL代码与元数据——并不进行泛型类型的实例化，T在中间只充当占位符

JIT编译时（只有用到的代码会进行JIT编译），当JIT编译器第一次遇到Stack<int>时，将用int替换“泛型版”IL代码与元数据中的T——进行泛型类型的实例化

这个类型是动态生成在于内存中的，如果第二次还是遇到Stack<int>，那么就不需要再次实例化了，但如果是Stack<byte>，就又会新生成一个类型于内存中

CLR为所有类型参数为“引用类型”的泛型类型产生同一份代码；但如果类型参数为“值类型”，对每一个不同的“值类型”，CLR将为其产生一份独立的代码

这其实类似于Java的搽拭法，引用类型本身不保存变量的值，只保存地址，它引用的只是保存在托管堆中的对象。如果Stack的泛型类型是引用类型的话，它的类型始终就是一个内存地址的值，因为引用类型是确定了T占多少位的，32位机器就占32位，64位机器就占64位，因此引用类型只用共享同一份代码。采用搽拭法不会影响效率。（Java把值类型也用搽拭法就会影响效率）

 

C#泛型的几个特点

如果实例化泛型类型的参数相同，那么JIT编译器会重复使用该类型，因此C#的动态泛型能力避免了C++静态模板可能导致的代码膨胀的问题。

C#泛型类型携带有丰富的元数据，因此C#的泛型类型可以应用于强大的反射技术。

C#的泛型采用“基类，接口，构造器，值类型/引用类型”的约束方式来实现对类型参数的“显示约束”，提高了类型安全的同时，也丧失了C++模板基于“签名”的隐式约束所具有的高灵活性。

 

C#泛型类与结构

C#除可单独声明泛型类型（包括类与结构）外，也可在基类中包含泛型类型的声明。但基类如果是泛型类，它的类型参数要么已实例化，要么来源于子类（同样是泛型类型）声明的类型参数。

 

泛型类型的成员

泛型类型的成员可以使用泛型类型声明中的类型参数。但类型参数如果没有任何约束，则只能在该类型上使用从System.Object继承的公有成员。

 

泛型接口

 

泛型委托

泛型委托支持在委托返回值和参数上应用参数类型，这些参数类型同样可以附带合法的约束。

 

泛型方法简介

C#泛型机制只支持“在方法声明上包含类型参数”——即泛型方法。

C#泛型机制不支持在除方法外的其他成员（包括属性、事件、索引器、构造器、析构器）的声明上包含类型参数，但这些成员本身可以包含在泛型类型中，并使用泛型类型的类型参数。

泛型方法既可以包含在泛型类型中，也可以包含在非泛型类型中。

 

泛型方法的声明与调用

Finder类不是泛型类，但是它带了一个泛型方法，因为方法需要泛型参数。实例化泛型的时候，泛型参数放在方法后面，而不是类后面。

 

泛型方法的重载

 

泛型方法的重写

重写的时候约束会被默认继承，想添加新的约束也是不可以的。

 

泛型约束简介

C#泛型要求对“所有泛型类型或泛型方法的类型参数”的任何假定，都要基于“显示的约束”，以维护C#所要求的类型安全。

“显示约束”由where子句表达，可以指定“基类约束”，“接口约束”，“构造器约束”，“值类型/引用类型约束”共四种约束。

“显示约束”并非必须，如果没有指定“显示约束”，泛型类型参数将只能访问System.Object类型中的公有方法。

因为C#把实例化放到了运行时，这不同于C++的模板，C++可以在编译时进行检查约束。如果C#到JIT时才检查，就会出现方法找不到等问题，因此C#提出这些约束要求与其动态实例化机制密切相关。

 

基类约束

 

接口约束

 

构造器约束

C#只支持无参的构造器。构造器约束主要是为了保证传来的参数化类型有可能使用它的对象。

 

值类型/引用类型约束

 

讲座总结

C#的泛型能力由CLR在运行时支持，它既不同于C++在编译时所支持的静态模板，也不同于Java在编译器层面使用“搽拭法”支持的简单的泛型。

C#的泛型支持包括类、结构、接口、委托共四种泛型支持，以及方法成员。

C#的泛型采用“基类，接口，构造器，值类型/引用类型”的约束方式来实现对类型参数的“显示约束”，它不支持C++模板那样的基于签名的隐式约束。

2010.10.26