c#泛型的使用(轉)

 

在2005年底微软公司正式发布了C# 2.0，与C# 1.x相比，新版本增加了很多新特性，其中最重要的是对泛型的支持。通过泛型，我们可以定义类型安全的数据结构，而无需使用实际的数据类型。这能显著提高性能并得到更高质量的代码。泛型并不是什么新鲜的东西，他在功能上类似于C++的模板，模板多年前就已存在C++上了，并且在C++上有大量成熟应用。 　　本文讨论泛型使用的一般问题，比如为什么要使用泛型、泛型的编写方法、泛型中数据类型的约束、泛型中静态成员使用要注意的问题、泛型中方法重载的问、泛型方法等，通过这些使我们可以大致了解泛型并掌握泛型的一般应用，编写出更简单、通用、高效的应用系统。 　　什么是泛型 　　我们在编写程序时，经常遇到两个模块的功能非常相似，只是一个是处理int数据，另一个是处理string数据，或者其他自定义的数据类型，但我们没有办法，只能分别写多个方法处理每个数据类型，因为方法的参数类型不同。有没有一种办法，在方法中传入通用的数据类型，这样不就可以合并代码了吗？泛型的出现就是专门解决这个问题的。读完本篇文章，你会对泛型有更深的了解。 　　为什么要使用泛型     泛型是 2.0 版 C# 语言和公共语言运行库 (CLR) 中的一个新功能。泛型将类型参数的概念引入 .NET Framework，类型参数使得设计如下类和方法成为可能：这些类和方法将一个或多个类型的指定推迟到客户端代码声明并实例化该类或方法的时候。例如，通过使用泛型类型参数 T，您可以编写其他客户端代码能够使用的单个类，而不致引入运行时强制转换或装箱操作的成本或风险 　　为了了解这个问题，我们先看下面的代码，代码省略了一些内容，但功能是实现一个栈，这个栈只能处理int数据类型： public class Stack { 　private int[] items; private int count; public Stack(int size) {      items = new int[size];      count = 0; } 　public void Push(int x) {      //为了代码清晰及只简单熟悉泛型因此不考虑堆栈时超出数组大小的情况      items[count++]=x; } 　public int Pop() {      //为了代码清晰及只简单熟悉泛型因此不考虑出栈时超出数组已为空的情况      return items[--count]; } } class Test { static void Main() {      Stack s = new Stack(10);      s.Push(111);      s.Push(222);      Console.WriteLine(s.Pop()+s.Pop()) } } 　　上面代码运行的很好，但是，当我们需要一个栈来保存string类型时，该怎么办呢？很多人都会想到把上面的代码复制一份，把int改成string不就行了。当然，这样做本身是没有任何问题的，但一个优秀的程序是不会这样做的，因为他想到若以后再需要long、Node类型的栈该怎样做呢？还要再复制吗？优秀的程序员会想到用一个通用的数据类型object来实现这个栈： public class Stack { 　private object[] items; private int count; public Stack(int size) {      items = new object[size];      count = 0; } 　public void Push(object x) {      items[count++]=x; } 　public object Pop() {      return items[--count]; } } class Test { static void Main() {      Stack s = new Stack(10);      s.Push("111");      s.Push("222");      Console.WriteLine((string)s.Pop()+(string)s.Pop()) } } 　　这个栈写的不错，他非常灵活，可以接收任何数据类型，可以说是一劳永逸。但全面地讲，也不是没有缺陷的，主要表现在： 　　当Stack处理值类型时，会出现装箱、折箱操作，这将在托管堆上分配和回收大量的变量，若数据量大，则性能损失非常严重。在处理引用类型时，虽然没有装箱和折箱操作，但将用到数据类型的强制转换操作，增加处理器的负担。 在数据类型的强制转换上还有更严重的问题（假设stack是Stack的一个实例）： Node1 n1 = new Node1(); stack.Push(n1); Node2 n2 = (Node2)stack.Pop(); 上面的代码在编译时是完全没问题的，但由于Push了一个Node1类型的数据，但在Pop时却要求转换为Node2类型，这将出现程序运行时的类型转换异常，但却逃离了编译器的检查。 　　针对object类型栈的问题，我们引入泛型，他可以优雅地解决这些问题。泛型用用一个通过的数据类型T来代替object，在类实例化时指定T的类型，运行时（Runtime）自动编译为本地代码，运行效率和代码质量都有很大提高，并且保证数据类型安全。 　　使用泛型 　　下面是用泛型来重写上面的栈，用一个通用的数据类型T来作为一个占位符，等待在实例化时用一个实际的类型来代替。让我们来看看泛型的威力： public class Stack { 　private T[] items; private int count; public Stack(int size) {      items = new T[size];      count = 0; } 　public void Push(T x) {      items[count++]=x; } 　public T Pop() {      return items[--count]; } } 类的写法不变，只是引入了通用数据类型T就可以适用于任何数据类型，并且类型安全的。这个类的调用方法： //实例化只能保存int类型的类 class Test { static void Main() {      Stack s = new Stack(10);      s.Push(111);      s.Push(222);      Console.WriteLine(s.Pop()+s.Pop()) } } //实例化只能保存string类型的类 class Test { static void Main() {      Stack s = new Stack(10);      s.Push("111");      s.Push("222");      Console.WriteLine(s.Pop()+s.Pop()) } } 这个类和object实现的类有截然不同的区别： 1. 他是类型安全的。实例化了int类型的栈，就不能处理string类型的数据，其他数据类型也一样。 2. 无需装箱和折箱。这个类在实例化时，按照所传入的数据类型生成本地代码，本地代码数据类型已确定，所以无需装箱和折箱。 3. 无需类型转换。 　　泛型概述 1.使用泛型类型可以最大限度地重用代码、保护类型的安全以及提高性能。 2.泛型最常见的用途是创建集合类。 3..NET Framework 类库在 System.Collections.Generic 命名空间中包含几个新的泛型集合类。应尽可能地使用这些类来代替普通的类，如 System.Collections 命名空间中的 ArrayList。 4.您可以创建自己的泛型接口、泛型类、泛型方法、泛型事件和泛型委托。 5.可以对泛型类进行约束以访问特定数据类型的方法。 6.关于泛型数据类型中使用的类型的信息可在运行时通过反射获取。   //上面的示例已简单说明了泛型的特性如欲想深入了解可以看下面的理论及扩展知识 　　泛型类实例化的理论 　　C#泛型类在编译时，先生成中间代码IL，通用类型T只是一个占位符。在实例化类时，根据用户指定的数据类型代替T并由即时编译器（JIT）生成本地代码，这个本地代码中已经使用了实际的数据类型，等同于用实际类型写的类，所以不同的封闭类的本地代码是不一样的。按照这个原理，我们可以这样认为： 　　泛型类的不同的封闭类是分别不同的数据类型。 　　例：Stack和Stack是两个完全没有任何关系的类，你可以把他看成类A和类B，这个解释对泛型类的静态成员的理解有很大帮助。 　　泛型类中数据类型的约束 　　程序员在编写泛型类时，总是会对通用数据类型T进行有意或无意地有假想，也就是说这个T一般来说是不能适应所有类型，但怎样限制调用者传入的数据类型呢？这就需要对传入的数据类型进行约束，约束的方式是指定T的祖先，即继承的接口或类。因为C#的单根继承性，所以约束可以有多个接口，但最多只能有一个类，并且类必须在接口之前。这时就用到了C#2.0的新增关键字：   public class Node where T : Stack, IComparable where V: Stack {...} 　　以上的泛型类的约束表明，T必须是从Stack和IComparable继承，V必须是Stack或从Stack继承，否则将无法通过编译器的类型检查，编译失败。 　　通用类型T没有特指，但因为C#中所有的类都是从object继承来，所以他在类Node的编写中只能调用object类的方法，这给程序的编写造成了困难。比如你的类设计只需要支持两种数据类型int和string，并且在类中需要对T类型的变量比较大小，但这些却无法实现，因为object是没有比较大小的方法的。了解决这个问题，只需对T进行IComparable约束，这时在类Node里就可以对T的实例执行CompareTo方法了。这个问题可以扩展到其他用户自定义的数据类型。 　　如果在类Node里需要对T重新进行实例化该怎么办呢？因为类Node中不知道类T到底有哪些构造函数。为了解决这个问题，需要用到new约束： public class Node where T : Stack, new() where V: IComparable 　　需要注意的是，