浅谈.NET中泛型的基本原理

　1 .NET为什么要引入泛型？

　　说到.NET泛型，应该都不陌生，毕竟泛型是.NET 2.0中就推出的特性，各位博友应该都知道引入泛型的最主要目的是为了解决装箱、拆箱带来的性能损失，说的当然没有错，但是不够“太具体”，确切来讲泛型解决了原先无法避免的容器操作的装箱拆箱问题。

　　目的就说这么多吧，言简意赅，该说的说了，多说无益。

　　2.浅谈.NET泛型原理

　　有过C++编程经验的博友对C++中的模板，一定不陌生，泛型的语法和概念和C++中的模板极其类似，在C++中模板的目的是为了设计更加通用的类型，在.NET中也是这样，当然还有另外一个重要的作用，就是前面所说的：避免容器操作中的装箱和拆箱操作！

　　先写一个一段简单的代码来示例下，代码如下：

using System;

namespace 浅谈泛型的示例
{
    /// <summary>
    /// DebugLZQ
    /// http://www.cnblogs.com/DebugLZQ
    /// 定义一个简单泛型类
    /// </summary>
    public class SimpleGenericClass<T>
    {
        T my;
        public SimpleGenericClass(T t)
        {
            my = t;
        }
        public override string ToString()
        {
            return my.ToString();
        }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            SimpleGenericClass<string> genericClass = new SimpleGenericClass<string>("DebugLZQ");
            Console.WriteLine(genericClass);

            Console.ReadKey();
        }
    }
}

　　程序运行结果如下：

　　首先，程序申明了一个泛型(类型)SimpleGenericClass<T>。注意编码规范：和所有的接口名称都以I开头一样所有的泛型参数都以T开头。

　　不要被泛型表面的复杂迷惑，和.NET其他类型一样，带泛型参数的类型同样是一个确定的类型，在不被指定的情况下，它直接继承自System.Object类型，并且可以派生出其他类型。
　　但是泛型类型和普通的类型还是有一定的区别的。通常泛型类型被称为“开放式类型”，.NET机制规定开放式类型不能被实例化，这样就确保了泛型（开放式类型）在参数类型被指定之前，不能被实例化成任何对象。　实际上，.NET也没有办法进行实例化，因为不能确定需要分配多少内存给开放式类型。　

　　然后在Main方法中，指定了开放类型(泛型)的参数，这个时候重新定义了一个新的封闭类型SimpleGenericClass<string> ，针对该类型的所有实例化都是合法的。注意，虽然为开放类型提供泛型的参数导致了一个新的封闭类型的生成，但这不代表新的封闭类型和开放类型由任何派生继承的关系，事实上，两者在类结构上处于同一个层次，并且两者没有任何关系。

　　最后说明下:在System.Collections.Generic名称空间下定义了一些诸如List<>、Dictionary<,>等泛型容器，并且在System.Array中定义了一些静态的泛型方法，MS鼓励使用新的泛型容器来代替.NET版中的容器和方法，以提高程序的性能。

　　3.CLR层面上的泛型

　　下面是lz回复博友清风的，内容大概是lz从CLR层面上理解的泛型。大家批评指正下：

　　@清風揚諰
　　你给出了lz一个不同的理解切入点，清风你这个是要把泛型的CLR本质拉出来啊，关于.NET泛型的原理lz暂切写到这，同时lz建议清风兄整理下，lz拜读~这样叫lz来讲的话，估计我只能说个大概而且不一定正确，lz肯定需要去翻clr via c#之类的参考书了~
　　如果一定要从CLR层面来讲的话，lz的理解大概是这样的：泛型是基于JIT的，由CLR运行时支持的。代码经过第一次C#编译器编译后，产生的IL是并没有为T指定一个特定的类型，这个lz在文中有说过泛型这种开放类型，不能被实例化，当然这时候T还是T。真正的泛型实例化，发生在JIT编译时，产生的机器码取决于给T传入的类型。
　　对于值类型，JIT把IL中的参数T，替换为传入的值类型，并且编译为本机代码。由于值类型的操作，就是操作数据本身。JIT不会为不知道大小的参数生成相同的本机代码，因此在以后的场合中，JIT都会去寻找是否存在了相同的代码，如果是就不会重新编译，而是引用现有的代码（注意如果传入的是不同的值类型参数，当然生成不同的代码！）。因为是引用也就没有了C++中的代码内联造成的“代码爆炸”问题。
对于引用类型，JIT把T替换为Object，由于引用类型变量就是一个指向（托管）堆的某个地址的指针，对于不同指针的操作完全可以采用相同的方式，因为都是指针。因此引用类型共用一个代码。
　　总之：参数是值类型的是不同的类型生成不同的代码，生成某个类型代码后，使用引用；引用类型是共用一个代码，指针操作嘛！同时lz前面说到：泛型，是基于JIT的，也就意味着无论是值类型还是引用类型都将共用一个占位符，引用的是同一个类型下的方法和方法槽表。
　　就这么大概得回复下清风吧，觉得大家交流起来还是很有意思的嘛~

　　4.一点补充

　　下面是博友 kennywangjin的一些补充：

作一点补充，献丑：
　　事实上，泛型对性能的提升仅仅对值类型有效，对引用类型几乎可以忽略不计，因为引用类型不需要装箱拆箱（不严谨）。
引用类型的泛型可以共用代码，而对于值类型来说，JIT会为每种值类型生成各自的封闭类型，并不会节省代码量，事实上，还会加重JIT编译的负担——尽管几乎可以忽略不计。
　　个人认为，泛型真正的优势在于编译时类型安全，结合IDE的智能提示，极大地提高了编码效率，至于性能，试想下，我们有多少情况会用到纯粹值类型的泛型呢？大部分情况下都还是引用类型的泛型。
　　甚至在某些极端情况下，泛型有略微降低性能的情况——对于引用类型来说。但这些依然不能妨碍其成为.NET平台最有意义的一次升级之一。