浅谈C#泛型的用处-c# 泛型

为什么要使用C#泛型?

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[] m_item;  
        public int Pop(){...}  
        public void Push(int item){...}  
        public Stack(int i)  
        {  
            this.m_item = new int[i];  
        }  
}

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[] m_item;  
        public object Pop(){...}  
        public void Push(object item){...}  
        public Stack(int i)  
        {  
            this.m_item = new[i];  
        }  
    }

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 x = new Node1();  
            stack.Push(x);  
         Node2 y = (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C#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[] m_item;  
        public T Pop(){...}  
        public void Push(T item){...}  
        public Stack(int i)  
        {  
            this.m_item = new T[i];  
        }  
}

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  
Stack a = new Stack(100);  
      a.Push(10);  
      a.Push("8888"); //这一行编译不通过，因为类a只接收int类型的数据  
      int x = a.Pop();  
//实例化只能保存string类型的类  
Stack b = new Stack(100);  
b.Push(10);    //这一行编译不通过，因为类b只接收string类型的数据  
      b.Push("8888");  
string y = b.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。

理论知识：

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#泛型编译机制如下：

***轮编译时，编译器只为Stack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***次遇到Stack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。

这样泛型不仅更加灵活，也同时将代码的简便和提高到一个层次！不用再为具体不同的重载方法写具体的代码了！

C# 泛型是开发工具库中的一个无价之宝。它们可以提高性能、类型安全和质量，减少重复性的编程任务，简化总体编程模型，而这一切都是通过优雅的、可读性强的语法完成的。尽管 C# 泛型的根基是 C++ 模板，但 C# 通过提供编译时安全和支持将泛型提高到了一个新水平。C# 利用了两阶段编译、元数据以及诸如约束和一般方法之类的创新性的概念。毫无疑问，C# 的将来版本将继续发展泛型，以便添加新的功能，并且将泛型扩展到诸如数据访问或本地化之类的其他 .NET Framework 领域。

当然，C#的泛型还很多应用，现在我还只是了解了它的机制和原理，在接下来的学习中我会系统得学习泛型所支持的抽象泛型，接口泛型，结构和委托等！

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