【導讀】注冊商標或商標。本文提及的其他產品和公司名稱可能是其各自所有者的商標。為什么要使用泛型？

　　

【正文】 便易用。 為什么要使用泛型？ 如果沒有泛型 ， 通用數(shù)據(jù)結構可通過使用類型 object 實現(xiàn)任何數(shù)據(jù)類型的存儲。例如，下面是一個簡單的 Stack 類，它將數(shù)據(jù)存儲在一個 object 數(shù)組中，它的兩個方法 Push 和 Pop 分別使用 object 接受和返回數(shù)據(jù)： C 規(guī)范 版 2 版權所有 ? Microsoft Corporation 19992020。 保留所有權利。 public class Stack { object[] items。 int count。 public void Push(object item) {...} public object Pop() {...} } 雖然使用類型 object 使得 Stack 類非常靈活 ， 但這種方式仍存在某些缺陷。例如，我們可以將任何類型的值（例如一個 Customer 實例）推入堆棧。但是，當從堆棧中檢索某個值時，必須將 Pop 方法的結果顯式強制轉換回相應的類型，這樣的代碼編寫起來頗為繁瑣，而且在運行時執(zhí)行的類型檢查會造成額外的開銷從而影響性能： Stack stack = new Stack()。 (new Customer())。 Customer c = (Customer)()。 再比如 ， 當我們將一個值類型 （ 例如 int） 的值傳遞給 Push 方法時 ， 則該值將自動被裝箱。當以后檢索該 int 時，必須使用顯式類型強制轉換將其取消裝箱： Stack stack = new Stack()。 (3)。 int i = (int)()。 這樣的裝箱和取消裝箱操作由于涉及動態(tài)內存分配和運行時類型檢查而額外增加了性能開銷。 上述 Stack 類還有一個潛在的問題就是我們無法對放到堆棧上的數(shù)據(jù)的種類施加限 制。實際上，可能會發(fā)生這種情況：將一個 Customer 實例推入堆棧，而在檢索到該實例之后卻意外地將它強制轉換為錯誤的類型： Stack stack = new Stack()。 (new Customer())。 string s = (string)()。 雖然上面的代碼錯誤使用了 Stack 類 ， 但是從技術角度講該代碼可以視作是正確的 ， 編譯器不會報告編譯時錯誤。這個問題在該代碼被執(zhí)行之前不會暴露出來，但在執(zhí)行該代碼時會引發(fā) InvalidCastException。 顯然 ， 如果能夠指定元素類型 ， Stack 類將能夠從中受益。有了泛型，我們便可以做到這一點。 創(chuàng)建和使用泛型 泛型提供了一種新的創(chuàng)建類型的機制 ， 使用泛型創(chuàng)建的類型將帶有類型形參 (type parameter)。下面的示例聲明一個帶有類型形參 T 的泛型 Stack 類。類型形參在 和 分隔符中指定并放置在類名后。StackT 的實例的類型由創(chuàng)建時所指定的類型確定，該實例將存儲該類型的數(shù)據(jù)而不進行數(shù)據(jù)類型轉換。這有別于同 object 之間的相互轉換。類型形參 T 只起占位符的作用，直到在使 用時為其指定了實際類型。注意，這里的 T 用作內部項數(shù)組的元素類型、傳遞給 Push 方法的參數(shù)類型和 Pop 方法的返回類型： public class StackT { T[] items。 int count。 public void Push(T item) {...} public T Pop() {...} } 第 錯誤 !使用“開始”選項卡將 Heading 1 應用于要在此處顯示的文字。 章 錯誤 !使用“開始”選項卡將 Heading 1 應用于要在此處顯示的文字。 版權所有 ? Microsoft Corporation 19992020。 保留所有權利。 3 在使用泛型類 StackT 時 ， 將指定用于替換 T 的實際類型。在下面的示例中，指定了 int 作為 T 的類型實參 (type argument)： Stackint stack = new Stackint()。 (3)。 int x = ()。 Stackint 類型稱為構造類型 (constructed type)。在 Stackint 類型中 ， 出現(xiàn)的每個 T 都被替換為類型實參 int。在創(chuàng)建 Stackint 的實例后 ， items 數(shù)組的本機存儲是 int[] 而不是 object[]。無疑，這比非泛型的 Stack 提供了更高的存儲效率。同樣， Stackint 的 Push 和 Pop 方法所操作的也是 int 類型的值。如果將其他類型的值推入堆棧則產生編譯時錯誤。而且在檢索值時也不再需要將它們顯式強制轉換為原始類型。 泛型提供了強類型機制 ， 這意味著如果將一個 int 值推入 Customer 對象的堆棧將導致錯誤。正如 Stackint 僅限于操作 int 值一樣， StackCustomer 僅限于操作 Customer 對象，編譯器將對下面示例中的最后兩行報告錯誤： StackCustomer stack = new StackCustomer()。 (new Customer())。 Customer c = ()。 (3)。 // Type mismatch error int x = ()。 // Type mismatch error 泛型類型聲明可以含有任意數(shù)目的類型形參。上面的 StackT 示例只有一個類型形參，而一個泛型 Dictionary 類可能具有兩個類型形參，一個用于鍵的類型，一個用于值的類型： public class DictionaryK,V { public void Add(K key, V value) {...} public V this[K key] {...} } 在使用上述 DictionaryK,V 時 ， 必須提供兩個類型實參 ： Dictionarystring,Customer dict = new Dictionarystring,Customer()。 (Peter, new Customer())。 Customer c = dict[Peter]。 泛型類型實例化 與非泛型類型類似 ， 泛型類型的編 譯表示形式也是中間語言 (IL) 指令和元數(shù)據(jù)。當然，泛型類型的表示形式還要對類型形參的存在和使用進行編碼。 在應用程序第一次創(chuàng)建構造泛型類型 （ 例如 Stackint） 的實例時 ， .NET 公共語言運行庫的實時 (JIT) 編譯器將泛型 IL 和元數(shù)據(jù)轉換為本機代碼 ， 并在該過程中將類型形參替換為實際類型。然后，對該構造泛型類型的后續(xù)引用將使用相同的本機代碼。從泛型類型創(chuàng)建特定構造類型的過程稱為泛型類型實例化 (generic type instantiation)。 對于值類型 ， .NET 公共語言運行庫為 每次泛型類型實例化單獨創(chuàng)建專用的本機代碼副本。而對于所有的引用類型，則共享該本機代碼的單個副本（因為在本機代碼級別，引用不過是具有相同表示形式的 指針）。 C 規(guī)范 版 4 版權所有 ? Microsoft Corporation 19992020。 保留所有權利。 約束 通常 ， 泛型類的作用并不僅僅是根據(jù)類型形參存儲數(shù)據(jù)。泛型類常常需要調用對象上的方法，對象的類型由類型形參給出。例如， DictionaryK,V 類中的 Add 方法可能需要使用 CompareTo 方法對鍵進行比較： public class DictionaryK,V { public void Add(K key, V value) { ... if ((x) 0) {...} // Error, no CompareTo method ... } } 由于為 K 指定的類型實參可以是任何類型 ， 對于 key 參數(shù) ， 能夠假設存在的成員僅限于類型 object 聲明的成員 ， 例如 Equals、 GetHashCode 和 ToString； 因此上面的示例將發(fā)生編譯時錯誤。當然，我們可以將 key 參數(shù)強制轉換為含有 CompareTo 方法的類型。例如，可以將 key 參數(shù)強制轉換為 IComparable： public class DictionaryK,V { public void Add(K key, V value) { ... if (((IComparable)key).CompareTo(x) 0) {...} ... } } 雖然這種解決方案可行 ， 但它需要在運行時動態(tài)檢查類型 ， 因此會增加開銷。另外它還將錯誤報告推遲到運行時，當鍵未實現(xiàn) IComparable 時引發(fā) InvalidCastException。 為了提供更強的編譯時類型檢查并減少類型強制轉 換 ， C 允許為每個類型形參提供一個可選的約束 (constraint) 列表。類型形參約束指定了一個要求，類型必須滿足該要求才能用作該類型形參的實參。約束使用單詞 where 進行聲明，后跟一個類型形參和一個冒號，再跟著一個逗號分隔的列表，列表項可以是類類型、接口類型甚或類型形參（還可以是特殊引用類型、值類型和構造函數(shù)約束 ）。 為了讓 DictionaryK,V 類能夠確保鍵總是實現(xiàn) IComparable， 可在類聲明中為類型形參 K 指定一個約束 ， 如下所示 ： public class DictionaryK,V where K: IComparable { public void Add(K key, V value) { ... if ((x) 0) {...} ... } } 有了這個聲明后 ， 編譯器將確保為 K 提供的任何類型實參均為一個實現(xiàn)了 IComparable 的類型。不僅如此，此約束聲明還避免了在調用 CompareTo 方法之前顯式將鍵參數(shù)強制轉換為 IComparable；滿 足此類型形參約束的類型的所有成員都可作為該類型形參類型的值直接使用。 第 錯誤 !使用“開始”選項卡將 Heading 1 應用于要在此處顯示的文字。 章 錯誤 !使用“開始”選項卡將 Heading 1 應用于要在此處顯示的文字。 版權所有 ? Microsoft Corporation 19992020。 保留所有權利。 5 對于一個給定的類型形參 ， 作為約束的接口和類型形參的數(shù)目不受限制 ， 但只能有一個類。每個受約束的類型形參具有單獨的 where 子句。在下面的示例中，類型形參 K 具有兩個接口約束，而類型形參 E 具有一個類類型約束和一個構造函數(shù)約束： public class EntityTableK,E where K: IComparableK, IPersistable where E: Entity, new() { public void Add(K key, E entity) { ... if ((x) 0) {...} ... } } 在上面示例中 ， 構造函數(shù)約束 new() 確保用作 E 的類型實參的類型具有無參數(shù)的公共構造函數(shù) ， 這樣 ， 泛型類便可以使用 new E() 創(chuàng)建該類型的實例。 需指出的是 ， 類型形參約束應該謹慎使用。雖然它們提供更強的編譯時類型檢查 ， 并在某些情況下改進了性能 ， 但是它們也使泛型類型的使用受到限制。例如，泛型類 ListT 可能約束 T 必須實現(xiàn) IComparable，以便 List 的 Sort 方法能夠對項進行比較。但是，即使在某些情形下 Sort 方法根本沒有被調用，也會由于上述約束的存在而導致未實現(xiàn) IComparable 的類型無法使用 ListT。 泛型方法 在有些情況下 ， 并不是整個類都需要某個類型形參 ， 而是僅在某個特定方法中需要。通常，在創(chuàng)建采用泛型類型作為形參的方法時會遇到這種情況。例如，在使用上述 StackT 類時，常見的使用模式可能是使用一行代碼將多個值推入堆棧，我們可以很方便地編寫一個方法在單個調用中完成此任務。對于特定的構造 類型，例如 Stackint，該方法如下所示： void PushMultiple(Stackint stack, params int[] values) { foreach (int value in values) (value)。 } 然后 ， 可以使用此方法將多個 int 值推入 Stackint： Stackint stack = new Stackint()。 PushMultiple(stack, 1, 2, 3, 4)。 但是 ， 上面的方法僅適用于特定的 構造類型 Stackint。為了將其用于任何 StackT，必須將該方法編寫為一個泛型方法 (generic method)。泛型方法在方法名后面的 和 分隔符中指定了一個或多個類型形參。這些類型形參可以在形參列表、返回類型和方法體內使用。泛型 PushMultiple 方法如下 所示 ： void PushMultipleT(