C#高级静态语言效率利器之泛型详解

时间:2023-03-23 微小冷人气:0

引入

所谓泛型，就是创建一个函数，对所有数据类型都生效。最常见的例子就是运算符，毕竟1+1=2，1.0+1.0=2.0，足以看出+是对多种数据类型起作用的。

但是，如想创建一个函数add(int a, int b)，那么输入add(1.0, 1.0)是肯定要报错的，VS直接就给标红了。

泛型的出现，就很好地解决了这个尴尬的问题

T add<T>(T a, T b) 
{
    dynamic d1 = a;
    dynamic d2 = b;
    return (T)(d1 + d2);
}

Console.WriteLine(add<int>(1, 1));
Console.WriteLine(add<double>(1.0, 1.0));

上面代码中，T表示某种数据类型，在调用函数add时，根据add后面的<>加以声明。

但如果就此就写return a+b显然也是不行的，因为+这种运算符并没有对T进行重载，编辑器并不会允许两种未知的类型相加。

这个时候就需要用到dynamic，用来让编辑器放弃类型检查，将任何可能发生的错误都留给运行阶段。

最后，运行结果为

2
2

类型约束

dynamic用着确实爽，但后果就是责任自负，这玩意要是用在团队协作的场合，简直就是灾难，毕竟并非所有对象都可以驾驭加法。

所以，C#的泛型，是可以被约束的泛型，关键就是where，将上述代码写为

T add<T>(T a, T b) where T : struct{
    dynamic d1 = a;
    dynamic d2 = b;
    return (T)(d1 + d2);
}

where T : struct表示T必须是数值类型的一种，所以编译器的类型检查仍会发挥作用，在调用add时，如果T不是数值类型，就会报错。

C#一共有5种约束方案，列表如下

类别	条件
struct	T必须是值类型
class	T必须是引用类型
new()	T必须有无参数的构造函数
基类名	T必须是基类或派生自基类
接口名	T必须是指定接口
裸类型

不同类型的约束，或相同类型不同种类的约束，一般是可以混用的，如果不能混用，编译器会提醒。比如struct几乎不能和其他类型混用。如果new()参与了约束，则放在最后。

子类泛型

除了函数可以采用泛型，类当然也可以，不仅可以，而且还能继承。

class MyList<T>
{
    public T[] a;
    public MyList(){}       //无参数的构造函数，用于继承
    public MyList(int n){
        a = new T[n];
    }
    public T this[int index]{
        get => a[index];
        set => a[index] = value;
    }

}

MyList相当于是给数组套了一层壳，其构造函数并不存在什么难以理解的地方，唯一有些问题的可能是下面的索引器public T this[int index]，这种写法可以实现方括号形式的索引。

可以测试一下

var a = new MyList<int>(5);
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
    a[i] = i;
    Console.WriteLine(a[i]);
}

结果就不粘贴了，接下来新建一个子类

class MyStack<T> : MyList<T>
{
    public MyStack(int n)
    {
        a = new T[n];
    }
    public T Pop()
    {
        T p = a[a.Length- 1];
        a = a[0..(a.Length-1)];
        return p;
    }
}

然后测试一下

var a = new MyStack<int>(3);
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
    a[i] = i;
}

for (int i = 0; i < 3; i++)
{
    Console.WriteLine(a.Pop());
}

结果为

2
1
0

常用的泛型数据结构

C#通过泛型定义了很多数据结构，例如在讲解switch...case时提到的字典

Dictionary<int, string> card = new Dictionary<int, string>
{
    {1,"A" },
    {11, "J" },
    {12, "Q" },
    {13, "K" }
};

这种<U, V>的写法，正是泛型的特点，其中U, V就是可以随意声明的变量。如果查看字典的类型参数，可以发现其定义方法是这样的

public class Dictionary<TKey, TValue> : ICollection<KeyValuePair<TKey, TValue>>, ... where TKey : notnull

考虑到本节并不是为了将面向对象，所以字典继承的那一大坨类就省略了，关键是where Tkey:notnull，也就是说，字典对键值对的要求只有一个，就是键不得为null。

除了字典之外，还有一些常见的数据结构采用了泛型，列表如下，没事儿可以练习练习。

数据结构	说明	常用方法
List<T>	泛型列表	Add, Remove, RemoveAt
LinkedList<T>	双端链表	AddFirst, AddLast, RemoveFirst, RemoveLast
Queue<T>	先进先出列表	Enqueue, Dequeue
Stack<T>	栈，先进后出	Push, Pop

泛型委托

委托，是函数的函数；泛型，可以让函数的参数类型更加灵活，二者结合在一起，就是更加灵活的函数的函数，即泛型委托。

只要学过了泛型和委托，那么对泛型委托将毫无理解上的难度，回想前面定义的运算符委托

delegate int Op(int a, int b);

再回想定义泛型时的<T>，那么泛型委托可以非常简单地定义出来

delegate T Op<T>(T a, T b);

然后就可以根据委托，建立一个泛型函数

T add<T>(T a, T b)
{
    dynamic d1 = a;
    dynamic d2 = b;
    return (T)(d1 + d2);
}
var addTest = new Op<int>(add<int>);
//也可以省略add后的<int>，写成下面的形式
//var addTest = new Op<int>(add);
Console.WriteLine(addTest(3, 5));

运行之后控制台出现了8，就是这么简单。

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