C#基本功之泛型
一、没有泛型之前
在没有泛型之前,我们是怎么处理不同类型的相同操作的:
示例1
//下面是一个处理string类型的集合类型
public class MyStringList
{
string[] _list;
public void Add(string x)
{
//将x添加到_list中,省略实现
}
public string this[int index]
{
get { return _list[index]; }
}
}
//调用
MyStringList myStringList = new MyStringList();
myStringList.Add("abc");
var str = myStringList[0];
示例2
//如果我们需要处理int类型就需要复制粘贴然后把string类型替换为int类型:
public class MyIntList
{
int [] _list;
public void Add(int x)
{
//将x添加到_list中,省略实现
}
public int this[int index]
{
get { return _list[index]; }
}
}
//调用
MyIntList myIntList = new MyIntList();
myIntList.Add(100);
var num = myIntList[0];
可以看得出我们的代码大部分是重复的,而作为有追求的程序员是不允许发生这样的事情的。
于是乎,我们做了如下改变:
示例3
public class MyObjList
{
object[] _list;
public void Add(object x)
{
//将x添加到_list中,省略实现
}
public object this[int index]
{
get { return _list[index]; }
}
}
//调用
MyObjList myObjList = new MyObjList();
myObjList.Add(100);
var num = (int)myObjList[0];
从上面这三段代码中,我们可以看出一些问题:
- int和string集合类型的代码大量重复(维护难度大)。
- object集合类型发生了装箱和拆箱(损耗性能)。
- object集合类型是存在安全隐患的(类型不安全)。
问题1,虽然代码重复但是没有装箱、拆箱而且类型是安全的
问题2,发生了装箱和拆箱,是损耗性能影响执行效率的。
问题3,如果add的类型不是int类型,在编译器是不会检查出来的(编译通过),运行期就会报错,MyObjList类似于我们熟知的ArrayList
现在,我们必须解决如下问题
1、避免代码重复
2、避免装箱和拆箱
3、保证类型安全
范型为我们提供了完美的解决方案
二、什么是泛型
如果你理解类是对象的模板(类是具有相同属性和行为的对象的抽象),那么泛型就很好理解了。
泛型:generic paradigm(通用的范式),generic这个单词也很好的说明了模板这个概念:通用的,标准的。
泛型是类型的模板
不同的是:作为模板的类是通过实例化产生不同的对象,而泛型是通过不同的类型实参产生不同的类型
泛型的基本概念介绍完,我们来看看泛型到底是怎么帮我们解决问题的
如何解决代码重复:提取代码相同的部分,封装变换的部分——封装变化,而示例1和示例2中变换的部分就是int和string类型本身,如何将类型抽象呢
示例4
//将示例3改装下
public class MyList<T>
{
T [] _list;
public void Add(T x)
{
//将x添加到_list中,省略实现
}
public T this[int index]
{
get { return _list[index]; }
}
}
类型参数 T
类型参数可以理解为泛型的"形参"("形参"一般用来形容方法的),有“形参”就会有实参。如我们声明的List
通过类型参数解决了代码重复的问题
如何解决装箱、拆箱以及类型安全的问题:
//示例5
List<int> list = new List<int>();
list.Add(100);//强类型无需装箱
//list.Add("ABC"); 编译期安全检查报错
int num = list[0];//无需拆箱
声明泛型类型时,因为确定了类型实参,所以操作泛型类型不需要装箱、拆箱,而且泛型将大量安全检查从运行时转移到了编译时进行,保证了类型安全。
注:C#为我们提供了5种泛型:类、结构、接口、委托和方法。
在示例4中,自定义泛型集合只是添加和获取类型参数的实例,除此之外,没有对类型参数实例的成员做任何操作。C#的所有类型都继承自Object类型,也就是说,我们目前只能操作Object中的成员(Equals,GetType,ToString等)。但是,我自定义的泛型很多时候是需要操作类型更多的成员
新需求,打印员工的信息
示例6
public class Person
{
public string Name { get; set; }
public int Age{ get; set; }
}
public class Employee : Person { }
public class PrintEmployeeInfo<T>
{
public void Print(T t)
{
Console.WriteLine(t.Name);//报错
}
}
如果我们可以将类型参数T限定为Person类型,那么在泛型内部就可以操作Person类型的成员了。
三、泛型的约束
表格来至微软官方文档
约束 | 描述 |
---|---|
where T:结构 | 类型参数必须是值类型。 可以指定除 Nullable 以外的任何值类型。 |
where T:类 | 类型参数必须是引用类型;这同样适用于所有类、接口、委托或数组类型。 |
where T:new() | 类型参数必须具有公共无参数构造函数。 与其他约束一起使用时,new() 约束必须最后指定。 |
where T:<基类名称> | 类型参数必须是指定的基类或派生自指定的基类。 |
where T:<接口名称> | 类型参数必须是指定的接口或实现指定的接口。 可指定多个接口约束。 约束接口也可以是泛型。 |
where T:U | 为 T 提供的类型参数必须是为 U 提供的参数或派生自为 U 提供的参数。 |
示例7
public class PrintEmployeeInfo<T> where T:Person
{
public void Print(T t)
{
Console.WriteLine(t.Name);
}
}
四、协变和逆变很简单
有一定工作经验的开发人员一定遇到过下面这样的情况:
示例8
List<Employee> list = new List<Employee>();
list.Add(new Employee() { Age = 20, Name = "小明" });
IEnumerable<Person> perList;
perList = list;
foreach (var item in perList)
{
Console.WriteLine("名字:" + item.Name + ",年龄:" + item.Age);
}
不是说,不同类型实参构造的泛型也是不同的吗,为啥可以将List
示例9
public static void PrintEmployee(Person item)
{
Console.WriteLine("名字:" + item.Name + ",年龄:" + item.Age);
}
Action<Employee> empAction = PrintEmployee;
empAction(new Employee() { Age = 20, Name = "小明" });
Action<Person> perAction = PrintEmployee;
perAction(new Employee() { Age = 20, Name = "小明" });
执行结果正常输出
为什么可以将参数类型为Person的方法分别赋值给Action
- 类型参数分为输入参数(in)、输出参数(out)和不变参数(没有关键字)
- 设计原则:里氏替换原则——派生类(子类)对象能够替换其基类(超类)对象被使用
IEnumerable的定义
public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable
示例8中IEnumerable
方法PrintEmployee需要的参数类型是Employee,而Action的输入参数是Person,显然Person不一定是Employee
注:in和out关键字只适用于接口和委托类型
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