.NET Core CSharp 初級篇 1 8 本節內容為泛型為什麼需要泛型泛型是一個非常有趣的東西，他的出現對於減少代碼復用率有了很大的幫助。比如說遇到兩個模塊的功能非常相似，只是一個是處理int數據，另一個是處理string數據，或者其他自定義的數據類型，但我們沒有辦法，只能分別寫多個方法 ...

.NET Core CSharp初級篇 1-8

本節內容為泛型

為什麼需要泛型

泛型是一個非常有趣的東西，他的出現對於減少代碼復用率有了很大的幫助。比如說遇到兩個模塊的功能非常相似，只是一個是處理int數據，另一個是處理string數據，或者其他自定義的數據類型，但我們沒有辦法，只能分別寫多個方法處理每個數據類型，因為方法的參數類型不同。有沒有一種辦法，在方法中傳入通用的數據類型，這樣不就可以合併代碼了嗎？

泛型簡介

在我們的C#中，使用泛型對允許您延遲編寫類或方法中的編程元素的數據類型的規範，直到實際在程式中使用它的時候。換句話說，泛型允許您編寫一個可以與任何數據類型一起工作的類或方法。泛型的定義非常簡單，在類或函數名後使用作為占位符即可，這個T也可以換成其他的字母代替。

註意：屬性和索引器不能指定自己的泛型參數，它們只能使用所屬類中定義的泛型參數進行操作。
你可以通過下麵這個例子得到一些關於泛型定義的方法。

值得註意的是泛型是在運行時進行動態變化，並不是在編譯時發生。

泛型類與泛型函數

泛型類和泛型函數在使用上基本上是一樣的，只不過定義後的範圍不一樣。對於泛型類，泛型的範圍是整個類，泛型函數則是在函數內部。

例如這個例子

class A<T>
{
    public T getSomething<X>(X m,T n)
    {
        return n;
    }
    public static U test<U>(U x)
    {
        return x;
    }
}
// 實例泛型類必須指定類型
A<string> a = new A<string>()
//泛型推斷
A.test<int>(1);//原式
A.test(1);//推斷

在泛型函數的調用中，有一個語法糖，它就是泛型類型推斷。這非常好理解,C#的編譯器足夠聰明，它可以根據你傳入的參數類型，調用gettype方法進行類型的推斷。因此你可以在泛型函數中不顯式的指定類型。
類型推理的相同規則適用於靜態方法和實例方法。編譯器可基於傳入的方法參數推斷類型參數；而無法僅根據約束或返回值推斷類型參數。因此，類型推理不適用於不具有參數的方法。類型推理髮生在編譯時，之後編譯器嘗試解析重載的方法簽名。編譯器將類型推理邏輯應用於共用同一名稱的所有泛型方法。在重載解決方案步驟中，編譯器僅包含在其上類型推理成功的泛型方法。

泛型的範圍則是包含關係。包含在泛型類中的泛型函數可以自由的訪問泛型類中的泛型，但是類不可以訪問泛型函數中指定的泛型。

泛型約束

如果我們使用了泛型，那麼必定面臨的一個問題就是許可權問題。例如class A，假定我希望某些類型不可以作為泛型傳入，那麼我們就應當使用我們的泛型約束。
泛型約束的使用如下例：

class A : T where T:class
{
    
}

泛型約束通常有下麵幾類：

where T : struct：類型參數必須是值類型。可以指定除 Nullable 以外的任何值類型。
where T : class 類型參數必須是引用類型。此約束還應用於任何類、介面、委托或數組類型。
where T : unmanaged 類型參數不能是引用類型，並且任何嵌套級別均不能包含任何引用類型成員。
where T : new() 類型參數必須具有公共無參數構造函數。與其他約束一起使用時，new() 約束必須最後指定。
where T : <基類名> 類型參數必須是指定的基類或派生自指定的基類。
where T : <介面名稱> 類型參數必須是指定的介面或實現指定的介面。可指定多個介面約束。約束介面也可以是泛型。
where T : U 為 T 提供的類型參數必須是為 U 提供的參數或派生自為 U 提供的參數。

某些約束是互斥的。所有值類型必須具有可訪問的無參數構造函數。 struct 約束包含 new() 約束，且 new() 約束不能與 struct 約束結合使用。 unmanaged 約束包含 struct 約束。 unmanaged 約束不能與 struct 或 new() 約束結合使用。使用的時候稍加註意即可。

你也可以指定多個類型占位符，並且單獨為他們進行約束，如：

class A<T,U> 
        where T:struct
        where U:class

甚至你可以進行泛型自我約束，例如：

class A<T,U,K> 
        where T:struct
        where U:K

協變和逆變

這三個名詞來自於數學和物理，很多初學者都難以理解這些名詞。但事實上在C#上，這些詞是用於標示類型與類型之間的綁定。可變性是以一種類型安全的方式，將一個對象當做另一個對象來使用。如果不能將一個類型替換為另一個類型，那麼這個類型就稱之為：不變。

協變

如果某個返回的類型可以由其派生類型替換，那麼這個類型就是支持協變的。直白的說，協變就是合理的變化，例如貓->動物，這個看上去絲毫沒有問題。這就是協變，從小變大。

例如：

// Cat:Animal
//這種變化毫無問題
Cat c = new Cat();
Animal a = c;
//報錯，因為List<Cat>不繼承於List<Animal>
List<Cat> d = new List<Cat>();
List<Animal> = d;

對於泛型的參數，我們可以使用到我們之前講函數參數的時候所遇到的 in，out 關鍵字。In代表輸入，體現的就是逆變，Out代表輸出，代表的是協變。對於Out輸出的東西，自然不可以對他進行輸入操作，他只能作為結果返回，因此它不會被修改。因此進行隱式轉換的時候，編譯器認為該轉換是安全的（返回值不變）。

例如

    IEnumerable<Cat> c = new List<Cat>();

    IEnumerable<Animal> a = c;

很多人可能不不能很好地理解這些來自於物理和數學的名詞。我們無需去瞭解他們的數學定義，但是至少應該能分清協變和逆變。實際上這個詞來源於類型和類型之間的綁定。我們從數組開始理解。數組其實就是一種和具體類型之間發生綁定的類型。數組類型Int32[]就對應於Int32這個原本的類型。任何類型T都有其對應的數組類型T[]。那麼我們的問題就來了，如果兩個類型T和U之間存在一種安全的隱式轉換，那麼對應的數組類型T[]和U[]之間是否也存在這種轉換呢？這就牽扯到了將原本類型上存在的類型轉換映射到他們的數組類型上的能力，這種能力就稱為“可變性（Variance）”。在.NET世界中，唯一允許可變性的類型轉換就是由繼承關係帶來的“子類引用->父類引用”轉換。舉個例子，就是String類型繼承自Object類型，所以任何String的引用都可以安全地轉換為Object引用。我們發現String[]數組類型的引用也繼承了這種轉換能力，它可以轉換成Object[]數組類型的引用，數組這種與原始類型轉換方向相同的可變性就稱作協變

逆變

逆變則恰恰與協變完全相反，逆變是指代類型往更小的派生類中進行轉換，顯然這有可能是不安全的，因為有可能會導致數據的丟失。在C#中使用逆變式的方法是使用In關鍵字，這意味著這個參數只能作為返回值返回，那麼我們就有可能對傳入的參數進行修改，因此使用強制轉換有可能是不合法的。
例如：

public interface IMyList<in T>
{
    T GetElement();
    void ChangeT(T t);
}

public class MyList<T> : IMyList<T>
{
    public T GetElement()
    {
        return default(T);
    }
    public void ChangeT(T t)
    {
        //Change T
    }
}

這段代碼無法通過編譯，因為GetElement是將T返回，這顯然不符合逆變的定義。逆變的參數只允許輸入而不允許輸出。

對於逆變的實踐，各位可以去參閱下IList介面與IEnumerable介面的實現。這兩個介面很好的體現了在集合中的逆變與協變。

（缺少舉例說明，後續補上）

總結

對於泛型，並沒有太多的奇技淫巧可言，因為泛型的出現已經就是一個奇技淫巧了。泛型最常用的地方是泛型數組。並且C#對於不確定類型和大小的數組會使用一個非常好用的類，叫做List類，我們將會在中級篇中進行詳細的介紹。

如果我的文章幫助了您，請您在github .NET Core Guide項目幫我點一個star，在博客園中點一個關註和推薦。

Github

BiliBili主頁

WarrenRyan's Blog

博客園

.NET Core CSharp初級篇 1-8泛型、逆變與協變