<NET CLR via c# 第4版>筆記第12章泛型

泛型優勢: 源代碼保護使用泛型演算法的開發人員不需要訪問演算法的源代碼.(使用c++模板的泛型技術,演算法的源代碼必須提供給使用演算法的用戶) 類型安全向實例添加一個String對象會報錯. 更清晰的代碼減少了源代碼中必須進行的強制類型轉換次數,使代碼更容易編寫和維護. 更佳的性能對於值類型實例, ...

泛型優勢:

源代碼保護 使用泛型演算法的開發人員不需要訪問演算法的源代碼.(使用c++模板的泛型技術,演算法的源代碼必須提供給使用演算法的用戶)
類型安全 向List<DateTime>實例添加一個String對象會報錯.
更清晰的代碼 減少了源代碼中必須進行的強制類型轉換次數,使代碼更容易編寫和維護.
更佳的性能 對於值類型實例,可以減少裝箱拆箱次數.

12.1 FCL中的泛型

12.2 泛型基礎結構

12.2.1 開放類型和封閉類型

具有泛型類型參數的類型稱為開放類型,CLR禁止構造開放類型的任何實例.
為所有類型參數都傳遞了實際的數據類型,類型就成為封閉類型.CLR允許構造封閉類型的實例.
每個封閉類型/封閉類型對象都有自己的靜態欄位.這些欄位不會在一個List<DateTime>和一個List<String>之間共用.
假如泛型類型定義了靜態構造器,那麼針對每個封閉類型,這個構造器都會執行一次.泛型類型定義靜態構造器的目的是保證傳遞的類型實參滿足特定條件.比如可以通過這樣定義只能處理枚舉類型的泛型類型:
```
internal sealed class GenericTypeThatRequiresAnEnum<T>
{
    static GenericTypeThatRequiresAnEnum()
    {
        if (!typeof(T).IsEnum)
            throw new ArgumentException("T must be an enumerated type");
    }
}
```

12.2.2 泛型類型和繼承

12.2.3 泛型類型同一性

絕對不要單純出於增強源碼可讀性的目的來定義一個新類.如:internal sealed class DateTimeList:List<DateTime>{ }

12.2.4 代碼爆炸

CLR為應對代碼爆炸的一些優化措施:

如果一個程式集使用List<DateTime>,一個完全不同的程式集(載入到同一個AppDomain中)也使用List<DateTime>,CLR只為List<DateTime>編譯一次方法.
CLR認為所有引用類型實參都完全相同,代碼能夠共用.但如果類型實參是值類型,CLR就必須專門為那個值類型生成本機代碼.因為引用類型的實參或變數實際只是指向堆上對象的指針,大小固定;而值類型的大小不定.

12.3 泛型介面

12.4 泛型委托

12.5 委托和介面的逆變和協變泛型類型實參

泛型類型參數可以是以下任何一種形式:

不變數(invariant) 意味著泛型類型參數不能更改.
逆變數(contravariant) 意味著泛型類型參數可以從一個類更改為它的某個派生類.c#是用 in 關鍵字標記逆變數形式的泛型類型參數.逆變數泛型類型參數只出現在輸入位置,比如作為方法的參數.
協變數(covariant) 意味著泛型類型參數可以從一個類更改為它的某個基類. c#是用 out 關鍵字標記協變數形式的泛型類型參數.協變數泛型類型參數只能出現在輸出位置,比如作為方法的返回類型.

    public delegate TResult Func<int T, out TResult>(T arg);

    Func<Object, ArgumentException> fn1=null;

    Func<string, Exception> fn2 = fn1; //不需要顯式轉型
    Exception e = fn2("");

只有編譯器能驗證類型之間存在引用轉換,這些可變性才有用.換言之,由於需要裝箱,所以值類型不具有這種可變性.
對於泛型類型參數,如果要將該類型的實參傳給使用 out 或 ref 關鍵字的方法,便不允許可變性.
使用要獲取泛型參數和返回值的委托時,或者具有泛型參數的介面,建議儘量為逆變性和協變性指定in和out關鍵字.

12.6 泛型方法

c#編譯器支持在調用泛型方法時進行類型推斷.

    private static void Swap<T>(ref T o1, ref T o2)
    {
        T temp = o1;
        o1 = o2;
        o2 = temp;
    }

    private static void CallingSwapUsingInference() {
        int n1 = 1, n2 = 2;
        Swap(ref n1, ref n2);   //調用Swap<int>

        string s1 = "Aidan";
        object s2 = "Grant";
        Swap(ref s1,ref s2);    //錯誤,不能推斷類型
    }

類型可定義多個方法,讓其中一個方法接受具體數據類型,讓另一個接受泛型類型參數.編譯器會優先考慮較明確的匹配,再考慮泛型匹配.

12.7 泛型和其它成員

在C#中,屬性\索引器\事件\操作符方法\構造器和終結器本身不能有類型參數.但它們能在泛型類型中定義,而且這些成員中的代碼能使用類型的類型參數.

12.8 可驗證性和約束

        //C#的where關鍵字告訴編譯器,為T指定的任何類型都必須實現
        //同類型(T)的泛型IComparable介面.
        private static T Min<T>(T o1, T o2) where T : IComparable<T>
        {
            if (o1.CompareTo(o2) < 0) return o1;
            return o2;
        }

CLR 不允許基於類型參數名稱或約束來進行重載;只能基於元數(類型參數個數)對類型或方法進行重載.
重寫帶有泛型約束的虛方法時,不必(也不允許)為重寫方法的類型參數指定任何約束.但類型參數的名稱是可以改變的.

12.8.1 主要約束

類型參數可以指定零個或者一個主要約束.主要約束可以是代表非密封類的一個引用類型.不能指定以下特殊引用類型:System.Object,System.Array,System.Delegate,System.MulticastDelegate,System.ValueType,System.Enum或者System.Void
```
//一個指定的類型實參要麼是與約束類型相同的類型,要麼是從約束類型派生的類型.
internal sealed class PrimaryConstraintOfStream<T> where T : Stream 
{
    public void M(T stream) {
        stream.Close(); //正確
    }
}
```
有兩個特殊的主要約束:class和struct. 其中, class 約束向編譯器承諾類型實參是引用類型.任何類類型,介面類型,委托類型或者數組類型都滿足這個約束.
```
internal sealed class PrimaryConstraintOfClass<T> where T : class
{
    public void M() {
        T temp = null;   //允許,因為T肯定是引用類型
    }
}
```

struct 約束向編譯器承諾類型實參是值類型.但不包括System.Nullable<T>.

internal sealed class PrimaryConstraintOfStruct<T> where T : struct
{
    public static T Factory () {
        //允許. 因為所有值類型都隱式有一個公共無參構造器.
        return new T();
    }
}

12.8.2 次要約束

類型參數可以指定零個或者多個次要約束,次要約束代表介面類型.

internal sealed class ConstraintOfClass<T> where T : class, IComparable, IComparable<T>
{
    public int CompareTo(T o1, T o2)
    {
        return o1.CompareTo(o2); //正確
    }
}

12.8.3 構造器約束

類型參數可指定零個或一個構造器約束,它向編譯器承諾類型實參是實現了公共無參構造器的非抽象類.

internal sealed class ConstructorConstraint<T> where T : new()
{
    public static T Factory()
    {
        //允許. 因為所有值類型都隱式有一個公共無參構造器.
        //而如果指定的是引用類型,約束也要求它提供公共無參構造器
        return new T();
    }
}

12.8.4 其它可驗證性問題

可以使用 T temp = default(T) 的方式為T類型的變數設置預設值.如果T是引用類型,就將temp設為null;如果是值類型,就將temp的所有位設為0.
無論泛型類型是否被約束,使用==或!=操作符將泛型類型變數與 null 進行比較都是合法的:
```
    private static void ComparingAGenericTypeVariableWithNull<T>(T obj)
    {
        if (obj == null) { /*對於值類型,永遠都不會執行*/}
    }
```
但如果T被約束成struct,c#編譯器會報錯.值類型的變數不能與null進行比較,因為結果始終一樣.
如果泛型類型參數不能肯定是引用類型,對同一個泛型類型的兩個變數進行比較是非法的:
```
private static void ComparingTwoGenericTypeVariables<T>(T o1, T o2) 
{
    if (o1 == o2) {  }  //錯誤
}
```
T被約束成class能編譯通過; 但如果約束成struct ,編譯器會報錯.
不能將應用於基元類型的操作符(比如+,-,*和/)應用於泛型類型的變數.

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