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C# 2.0 泛型编程

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C#泛型演示

class Stack<T> { private T[] store; private int size public Stack() { store = new T[10]; size = 0; }

public void Push(T x) { store[size++] = x; }

public void T Pop() { return store[--size]; } }

Stack<int> x = new Stack<int>(); x.Push(17);

泛型简介

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。

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的编译时的“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#泛型代码在被编译为IL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”的方式,发生在JIT编译时。

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代码和元数据,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,当JIT编译器第一次遇到Stack<int>时,将用int类型替换“泛型版”IL代码与元数据中的T -- 进行泛型类型的实例化。

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。

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

class C<U,V>{} //合法 class D:C<string,int>{} //合法 class E<U,V>:C<U,V>{} //合法 class F<U,V>:C<string,int>{} //合法 class G:C<U,V>{} //非法

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,他的类型参数要么已实例化,要么来源子类(同样是泛型类型)声明的类型参数。

泛型类型的成员

class C<V> { public V f1; //声明字段 public D<V> f2; //作为其他泛型类型的参数 public C<V x> { this.f1 = x; } }

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继承的共有成员。

泛型接口

interface IList<T> { T[] GetElements(); } interface IDictionary<K,V> { void Add(K key,V value); } //泛型接口的类型参数要么已实例化 //要么来源于实现类声明的类型参数

class List<T>:IList<T>,IDictionary<int,T> { public T[] GetElements{} { return null; } public void Add(int index,T value){} }

泛型委托

delegate bool Predicate<T>(T value); class X { static bool F(int i){...} static bool G(string s){...} static void Main() { Predicate<string> p2 = G; Predicate<int> p1 = new Predicate<int>(F); } } 泛型委托支持返回值和参数哂纳感应用参数类型,这些参数类型同样可以附带合法的约束。

泛型方法的简介

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

public class Finder { // 泛型方法的声明 public static int Find<T>(T[] items,T item) { for(int i=0;i<items.Length;i++) { if(items[i].Equals(item) { return i; } } return -1; } }

// 泛型方法的调用 int i = Finder.Find<T>(new int[]{1,3,4,5,6,8,9},6);

泛型编程

泛型方法的重载

class MyClass { void F1<T>(T[] a,int i); // 不可以构成重载方法 void F1<U>(U[] a,int i);

void F2<T>(int x); // 可以构成重载方法 void F2(int x);

void F3<T>(T t) where T : A; // 不可以构成重载方法 void F3<T>(T t) where T : B; }

泛型方法的重写

abstract class Base { public abstract T F<T,U>(T t,U u) where U : T; public abstract T G<T>(T t) where U : IComparable; } class Derived:Base { // 合法的重写,约束被默认继承 public override X F(X,Y)(X x,Y y){}

// 非法的重写,指定任何约束都是多余的 public override T G<T>(T t) where T : Comparable{} }

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"显式的约束",以维护C#所要求的类型安全.

"显式约束"有where字句表达,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"共四中约束.

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

基类约束

class A { public void F1(){} } class B { public void F2(){} }

class C(S,T) where S:A // S继承自A where T:B // T继承自B { // 可以在类型为S的变量上调用F1 // 可以在类型为T的变量上调用F2 }

接口约束

interface IPrintable{coid Print();} interface IComparable<T>{int CompareTo(T v);} interface IKeyProvider<T>{T HetKey();}

class Dictionary<K,V> where K:IComparable<K> where V:IPrintable,IKeyProvider<K> { // 可以在类型为K的变量上调用CompareTo // 可以在类型为V的变量上调用Print和GetKey }

构造器约束

class A { public A(){} } class B { public B(int i)() }

class C<T> where T:new() { // 可以在其中使用T t = new T(); } C<A> c = new C<A>(); // 可以,A有无参数构造器 C<B> c = new C<B>(); // 错误,B没有无参数构造器

值类型/引用类型约束

public struct A{...} public class B{...}

class C<T> where T : struct { // T在这里面是一个值类型 } C<A> c = new C<A>(); // 可以,A是一个值类型 C<B> c = new C<B>(); // 错误,B是一个引用类型

总结

C#的泛型能力有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"檫拭法"支持的简单的类型.

C#的泛型支持包括类,结构,接口,委托共四种泛型类型,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"显式约束",它不支持C++模板那样的基于签名的显式约束.

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