[轉]C#泛型程式設計
阿新 • • 發佈:2019-02-02
泛型:通過引數化型別來實現在同一份程式碼上操作多種資料型別。利用“引數化型別”將型別抽象化,從而實現靈活的複用。
例子程式碼:
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
int obj = 2;
Test<int> test = new Test<int>(obj);
Console.WriteLine("int:" + test.obj);
string obj2 = "hello world";
Test<string> test1 = new Test <string>(obj2);
Console.WriteLine("String:" + test1.obj);
Console.Read();
}
}
class Test<T>
{
public T obj;
public Test(T obj)
{
this.obj = obj;
}
}
輸出結果是:
int:2
String:hello world
程式分析:
1、 Test 是一個泛型類。T是要例項化的範型型別。如果T被例項化為int型,那麼成員變數obj就是int型的,如果T被例項化為string型,那麼obj就是string型別的。
2、 根據不同的型別,上面的程式顯示出不同的值。
C#泛型機制:
C#泛型能力有CLR在執行時支援:C#泛型程式碼在編譯為IL程式碼和元資料時,採用特殊的佔位符來表示範型型別,並用專有的IL指令支援泛型操作。而真正的泛型例項化工作以“on-demand”的方式,發生在JIT編譯時。
看看剛才的程式碼中Main函式的元資料
.method private hidebysig static void Main(string[] args) cil managed
{
.entrypoint
// Code size 79 (0x4f)
.maxstack 2
.locals init ([0] int32 obj,
[1] class CSharpStudy1.Test`1<int32> test,
[2] string obj2,
[3] class CSharpStudy1.Test`1<string> test1)
IL_0000: nop
IL_0001: ldc.i4.2
IL_0002: stloc.0
IL_0003: ldloc.0
IL_0004: newobj instance void class CSharpStudy1.Test`1<int32>::.ctor(!0)
IL_0009: stloc.1
IL_000a: ldstr "int:"
IL_000f: ldloc.1
IL_0010: ldfld !0 class CSharpStudy1.Test`1<int32>::obj
IL_0015: box [mscorlib]System.Int32
IL_001a: call string [mscorlib]System.String::Concat(object,
object)
IL_001f: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
IL_0024: nop
IL_0025: ldstr "hello world"
IL_002a: stloc.2
IL_002b: ldloc.2
IL_002c: newobj instance void class CSharpStudy1.Test`1<string>::.ctor(!0)
IL_0031: stloc.3
IL_0032: ldstr "String:"
IL_0037: ldloc.3
IL_0038: ldfld !0 class CSharpStudy1.Test`1<string>::obj
IL_003d: call string [mscorlib]System.String::Concat(string,
string)
IL_0042: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
IL_0047: nop
IL_0048: call int32 [mscorlib]System.Console::Read()
IL_004d: pop
IL_004e: ret
} // end of method Program::Main
再來看看Test類中建構函式的元資料
.method public hidebysig specialname rtspecialname
instance void .ctor(!T obj) cil managed
{
// Code size 17 (0x11)
.maxstack 8
IL_0000: ldarg.0
IL_0001: call instance void [mscorlib]System.Object::.ctor()
IL_0006: nop
IL_0007: nop
IL_0008: ldarg.0
IL_0009: ldarg.1
IL_000a: stfld !0 class ConsoleCSharpTest1.Test`1<!T>::obj
IL_000f: nop
IL_0010: ret
} // end of method Test`1::.ctor
1、第一輪編譯時,編譯器只為Test<T>型別產生“泛型版”的IL程式碼與元資料——並不進行泛型的例項化,T在中間只充當佔位符。例如:Test型別元資料中顯示的<!T>
2、JIT編譯時,當JIT編譯器第一次遇到Test<int>時,將用int替換“範型版”IL程式碼與元資料中的T——進行泛型型別的例項化。例如:Main函式中顯示的<int>
3、CLR為所有型別引數為“引用型別”的泛型型別產生同一份程式碼;但是如果型別引數為“值型別”,對每一個不同的“值型別”,CLR將為其產生一份獨立的程式碼。因為例項化一個引用型別的泛型,它在記憶體中分配的大小是一樣的,但是當例項化一個值型別的時候,在記憶體中分配的大小是不一樣的。
C#泛型特點:
1、如果例項化泛型型別的引數相同,那麼JIT編輯器會重複使用該型別,因此C#的動態泛型能力避免了C++靜態模板可能導致的程式碼膨脹的問題。
2、C#泛型型別攜帶有豐富的元資料,因此C#的泛型型別可以應用於強大的反射技術。
3、C#的泛型採用“基類、介面、構造器,值型別/引用型別”的約束方式來實現對型別引數的“顯示約束”,提高了型別安全的同時,也喪失了C++模板基於“簽名”的隱式約束所具有的高靈活性
C#泛型繼承:
C#除了可以單獨宣告泛型型別(包括類與結構)外,也可以在基類中包含泛型型別的宣告。但基類如果是泛型類,它的型別要麼以例項化,要麼來源於子類(同樣是泛型型別)宣告的型別引數,看如下型別
class C<U,V>
class D:C<string,int>
class E<U,V>:C<U,V>
class F<U,V>:C<string,int>
class G:C<U,V> //非法
E型別為C型別提供了U、V,也就是上面說的來源於子類
F型別繼承於C<string,int>,個人認為可以看成F繼承一個非泛型的類
G型別為非法的,因為G型別不是泛型,C是泛型,G無法給C提供泛型的例項化
泛型型別的成員:
泛型型別的成員可以使用泛型型別宣告中的型別引數。但型別引數如果沒有任何約束,則只能在該型別上使用從System.Object繼承的公有成員。如下圖:
泛型介面:
泛型介面的型別引數要麼已例項化,要麼來源於實現類宣告的型別引數
泛型委託:
泛型委託支援在委託返回值和引數上應用引數型別,這些引數型別同樣可以附帶合法的約束
delegate bool MyDelegate<T>(T value);
class MyClass
{
static bool F(int i){...}
static bool G(string s){...}
static void Main()
{
MyDelegate<string> p2 = G;
MyDelegate<int> p1 = new MyDelegate<int>(F);
}
}
泛型方法:
1、C#泛型機制只支援“在方法宣告上包含型別引數”——即泛型方法。
2、C#泛型機制不支援在除方法外的其他成員(包括屬性、事件、索引器、構造器、析構器)的宣告上包含型別引數,但這些成員本身可以包含在泛型型別中,並使用泛型型別的型別引數。
3、泛型方法既可以包含在泛型型別中,也可以包含在非泛型型別中。
泛型方法宣告:如下
public static int FunctionName<T>(T value){...}
泛型方法的過載:
public void Function1<T>(T a);
public void Function1<U>(U a);
這樣是不能構成泛型方法的過載。因為編譯器無法確定泛型型別T和U是否不同,也就無法確定這兩個方法是否不同
public void Function1<T>(int x);
public void Function1(int x);
這樣可以構成過載
public void Function1<T>(T t) where T:A;
public void Function1<T>(T t) where T:B;
這樣不能構成泛型方法的過載。因為編譯器無法確定約束條件中的A和B是否不同,也就無法確定這兩個方法是否不同
泛型方法重寫:
在重寫的過程中,抽象類中的抽象方法的約束是被預設繼承的。如下:
abstract class Base
{
public abstract T F<T,U>(T t,U u) where U:T;
public abstract T G<T>(T t) where T:IComparable;
}
class MyClass:Base
{
public override X F<X,Y>(X x,Y y){...}
public override T G<T>(T t) where T:IComparable{}
}
對於MyClass中兩個重寫的方法來說
F方法是合法的,約束被預設繼承
G方法是非法的,指定任何約束都是多餘的
泛型約束:
1、C#泛型要求對“所有泛型型別或泛型方法的型別引數”的任何假定,都要基於“顯式的約束”,以維護C#所要求的型別安全。
2、“顯式約束”由where子句表達,可以指定“基類約束”,“介面約束”,“構造器約束”,“值型別/引用型別約束”共四種約束。
3、“顯式約束”並非必須,如果沒有指定“顯式約束”,範型型別引數將只能訪問System.Object型別中的公有方法。例如:在開始的例子中,定義的那個obj成員變數。比如我們在開始的那個例子中加入一個Test1類,在它當中定義兩個公共方法Func1、Func2,如下圖:
基類約束:
class A
{
public void Func1()
{ }
}
class B
{
public void Func2()
{ }
}
class C<S, T>
where S : A
where T : B
{
public C(S s,T t)
{
//S的變數可以呼叫Func1方法
s.Func1();
//T的變數可以呼叫Func2方法
t.Func2();
}
}
介面約束:
interface IA<T>
{
T Func1();
}
interface IB
{
void Func2();
}
interface IC<T>
{
T Func3();
}
class MyClass<T, V>
where T : IA<T>
where V : IB, IC<V>
{
public MyClass(T t,V v)
{
//T的物件可以呼叫Func1
t.Func1();
//V的物件可以呼叫Func2和Func3
v.Func2();
v.Func3();
}
}
構造器約束:
class A
{
public A()
{ }
}
class B
{
public B(int i)
{ }
}
class C<T> where T : new()
{
T t;
public C()
{
t = new T();
}
}
class D
{
public void Func()
{
C<A> c = new C<A>();
C<B> d = new C<B>();
}
}
d物件在編譯時報錯:The type B must have a public parameterless constructor in order to use it as parameter 'T' in the generic type or method C<T>
注意:C#現在只支援無參的構造器約束
此時由於我們為B型別寫入了一個有參構造器,使得系統不會再為B自動建立一個無參的構造器,但是如果我們將B型別中加一個無參構造器,那麼物件d的例項化就不會報錯了。B型別定義如下:
class B
{
public B()
{ }
public B(int i)
{ }
}
值型別/引用型別:
public struct A { }
public class B { }
public class C<T> where T : struct
{
}
C<A> c1 = new C<A>();
C<B> c2 = new C<B>();
c2物件在編譯時報錯:The type 'B' must be a non-nullable value type in order to use it as parameter 'T' in the generic type or methor 'C<T>'
總結:
1、C#的泛型能力由CLR在執行時支援,它既不同於C++在編譯時所支援的靜態模板,也不同於Java在編譯器層面使用“擦拭法”支援的簡單的泛型。
2、C#的泛型支援包括類、結構、介面、委託四種泛型型別,以及方法成員。
3、C#的泛型採用“基類,介面,構造器,值型別/引用型別”的約束方式來實現對型別引數的“顯式約束”,它不支援C++模板那樣的基於簽名的隱式約束。
下面就開始分析這些約束:
下面就開始分析這些約束: