30分钟泛型教程

来源:liulun 的博客

一、泛型入门:

我们先来看一个最为常见的泛型类型List<T>的定义
(真正的定义比这个要复杂的多,我这里删掉了很多东西)

List后面紧跟着一个<T>表示它操作的是一个未指定的数据类型
(T代表着一个未指定的数据类型)

可以把T看作一个变量名,T代表着一个类型,
在List<T>的源代码中任何地方都能使用T

T被用作方法的参数和返回值
Add方法接收T类型的参数,ToArray方法返回一个T类型的数组

注意:

泛型参数必须以T开头,要么就叫T,要么就叫TKey或者TValue;
这跟接口要以I开头是一样的,这是约定。

下面来看一段使用泛型类型的代码

请注意上面代码里的注释

二、泛型的作用(1):

作为程序员,写代码时刻不忘代码重用。
代码重用可以分成很多类,其中算法重用就是非常重要的一类

假设你要为一组整型数据写一个排序算法,又要为一组浮点型数据写一个排序算法
如果没有泛型类型,你会怎么做呢?

你可能想到了方法的重载
写两个同名方法,一个方法接收整型数组,另一个方法接收浮点型的数组

但有了泛型,你就完全不必这么做,只要设计一个方法就够用了,你甚至可以用这个方法为一组字符串数据排序

三、泛型的作用(2):

假设你是一个方法的设计者,
这个方法需要有一个输入参数,但你并能确定这个输入参数的类型
那么你会怎么做呢?

有一部分人可能会马上反驳:“不可能有这种时候!”
那么我会跟你说,编程是一门经验型的工作,你的经验还不够,还没有碰到过类似的地方。

另一部分人可能考虑把这个参数的类型设置成Object的
这确实是一种可行的方案
但会造成下面两个问题

如果我给这个方法传递整形的数据
(值类型的数据都一样)
就会产生额外的装箱、拆箱操作
造成性能损耗

如果你这个方法里的处理逻辑不适用于字符串的参数
而使用者又传了一个字符串进来
编译器是不会报错的,
只有在运行期才会报错
(如果质管部门没有测出这个运行期BUG,那么不知道要造成多大的损失呢)
这就是我们常说的:类型不安全

四、泛型的示例:

像List<T>和Dictionary<TKey,TValue>之类的泛型类型我们经常用到
下面我介绍几个不常用到的泛型类型

ObservableCollection<T>
当这个集合发生改变后会有相应的事件得到通知
请看如下代码:

使用这个集合需要引用如下两个名称空间

 

BlockingCollection<int>是线程安全的集合
来看看下面这段代码

输出结果为:

BlockingCollection<int>还可以设置CompleteAdding和IsCompleted属性来拒绝加入新元素
.NET类库还提供了很多的泛型类型,在这里就不一一例举了

五、泛型的继承:

在.net中一切都继承字Object
泛型也不例外
泛型类型可以继承自其他类型
来看一下如下代码

泛型类型MyOtherType<T>成功的重写了非泛型类型MyType的方法
如果我试图按如下方式从MyOtherType<T>类型派生子类型就会导致编译器错误

但是如果写成这种方式,就不会出错

注意:

如果按照如上写法,会造成类型不统一的问题
如果一个方法接收MyThirdType类型的参数,
那么不能将一个MyOtherType<int>的实例传递给这个方法
然而一个方法如果接收MyOtherType<int>类型的参数
却可以把MyThirdType类型的实例传递给这个方法
这是CLR内部实现机制造成的
这看起来确实很怪异!

写成如下方式也不会出错

此中诀窍,只可意会,不可言传

六、泛型接口

.NET类库里有很多泛型的接口
比如:IEnumerator<T>、IList<T>等
这里不对这些接口做详细描述了
值说说为什么要有泛型接口。

其实泛型接口出现的原因和泛型出现的原因类似
拿IComparable这个接口来说,
此接口只描述了一个方法:

大家看到,如果是值类型的参数,势必会导致装箱和拆箱操作
同时,也不是强类型的,不能在编译期确定参数的类型
有了IComparable<T>就解决掉这个问题了

七、泛型委托

委托描述方法,
泛型委托的由来和泛型接口类似

定义一个泛型委托也比较简单:

这个委托描述一类方法
这类方法接收T类型的参数,没有返回值
来看看使用这个委托的方法

由于定义委托比较繁琐
.NET类库在System名称空间,下定义了三种比较常用的泛型委托

Predicate<T>委托:

这个委托描述的方法为接收一个T类型的参数,返回一个BOOL类型的值,一般用于比较方法

Action<T>委托

这个委托描述的方法,接收一个或多个T类型的参数(最多16个,我这里只写了两种类型的定义方式),没有返回值

Func<T>委托

这个委托描述的方法,接收零个或多个T类型的参数(最多16个,我这里只写了两种类型的定义方式),
与Action委托不同的是,它有一个返回值,返回值的类型为TResult类型的

关于委托的描述,您还可以看我这篇文章
30分钟LINQ教程

八、泛型方法

泛型类型中的T可以用在这个类型的任何地方
然而有些时候,我们不希望在使用类型的时候就指定T的类型
我们希望在使用这个类型的方法时,再指定T的类型
来看看如下代码:

上面的代码中MyClass并不是一个泛型类型
但这个类型中的CompareTo<TParam>()却是一个泛型方法
TParam可以用在这个方法中的任何地方。

使用泛型方法一般用如下代码就可以了:

然而,你可以写的更简单一些,写成如下的方式

有人会问:“这不可能,没有指定CompareTo方法的TParam类型,肯定会编译出错的”
我告诉你:不会的,编译器可以帮你完成类型推断的工作。

注意:
如果你为一个方法指定了两个泛型参数,而且这两个参数的类型都是T,
那么如果你想使用类型推断,你必须传递两个相同类型的参数给这个方法
不能一个参数用string类型,另一个用object类型,这会导致编译错误。

九、泛型约束

我们设计了一个泛型类型
很多时候,我们不希望使用者传入任意类型的参数
也就是说,我们希望“约束”一下T的类型
来看看如下代码:

上面的代码要求T类型必须实现了IComparable<T>接口
如你所见:泛型的约束通过关键字where来实现。

泛型方法当然也可以通过类似的方式对泛型参数进行约束
请看如下代码

上面代码中用了class关键字约束泛型参数TParam;具体稍后解释。

注意1:
如果我有一个类型也定义为MyClass<T>但没有做约束,
那么这个时候,做过约束的MyClass<T>将与没做约束的MyClass<T>冲突,编译无法通过

注意2:
当你重写一个泛型方法时,如果这个方法指定了约束
在重写这个方法时,不能再指定约束了

注意3:
虽然我上面的例子写的是接口约束,但你完全可以写一个类型,比如说BaseClass
而且,只要是继承自BaseClass的类型都可以当作T类型使用,你不要试图约束T为Object类型,编译不会通过的。(傻子才这么干)

注意4:
有两个特殊的约束:class和struct。
where T : class   约束T类型必须为引用类型
where T : struct  约束T类型必须为值类型

注意5:
如果你没有对T进行class约束,
那么你不能写这样的代码:T obj = null;  这无法通过编译,因为T有可能是值类型的。
如果你没有对T进行struct约束,也没有对T进行new约束
那么你不能写这样的代码:T obj = new T();  这无法通过编译,因为值类型肯定有无参数构造器,而引用类型就不一定了。
如果你对T进行了new约束:where T : new();  那么new T()就是正确的,因为new约束要求T类型有一个公共无参构造器。

注意6:
就算没有对T进行任何约束,也有一个办法来处理值类型和引用类型的问题
T temp = default(T);
如果T为引用类型,那么temp就是null;如果T为值类型,那么temp就是0;

注意7:
试图对T类型的变量进行强制转化,一般情况下会报编译期错误。
但你可以先把T转化成object再把object转化成你要的类型(一般不推荐这么做,你应该考虑把T转化成一个约束兼容的类型)
你也可以考虑用as操作符进行类型转化,这一般不会报错,但只能转化成引用类型。

关于泛型约束的内容,我在这篇文章里也有提到
30分钟linq教程

十、逆变和协变

一般情况下,我们使用泛型时,由T标记的泛型类型是不能更改的
也就是说,如下两种写法都是错误的

注意:这里没有写强制转换,即使写了强制转换也是错误的,编译就无法通过

然而泛型提供了逆变和协变的特性,
有了这两种特性,这种转换就成为了可能。

逆变:
泛型类型T可以从基类型更改为该类的派生类型,
用in关键字标记逆变形式的类型参数,
而且这个参数一般作输入参数。

协变:
泛型类型T可以从派生类型更改为它的基类型,
用out关键字来标记协变形式的类型参数,
而且这个参数一般作为返回值

如果我们定义了一个这样的委托:

那么,就可以让如下代码通过编译(不用强制转换)

这就是逆变和协变的威力。

参考资料

Mgen的博客
CLR VIA C#(第三版)

修改记录:

2013.4.21完成了一半的内容

2013.4.28完成了全部内容,修改了一些错别字

2013.4.29增加了一大部分内容,修改了排版样式

 

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最新评论
  • 翁秀豪   2013/05/06

    1.基本类型不能作为泛型吧?
    2.把不同类型的排序通过泛型以单个方法来完成,这种做法还不如重载。

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