5.5 泛型

泛型是一种特殊的类，其最主要的应用就是创建集合类。C#中的数据类型有多种，用来处理不同的数据。而泛型替代了C#中的数据类型，泛型在定义时并不使用数据类型，而在使用时另外定义其数据类型。

5.5.1 泛型概述

计算机处理数据，需要依据数据类型来执行，方便计算机内部的运转。而泛型使用符号T作为数据类型，替代所需要使用的数据类型。在调用前，需要为T定义一个数据类型，以供程序执行。

在C#中，类和方法均可以定义为泛型类型，使用尖括号和包含在内的符号＜T＞。如定义一个泛型类，名称为List，使用如下语句：

    public class List＜T＞{}

使用泛型可以减少数据类型的转化，尤其是在需要装箱和拆箱的时候。装箱和拆箱很容易操作，但多余的操作使得系统性能损失，其特点如下所示。

（1）使用泛型集合类可以提供更高的类型安全性。

（2）使用泛型类型可以最大限度地重用代码、保护类型的安全以及提高性能。

（3）泛型最常见的用途是创建集合类。

（4）可以对泛型类进行约束以访问特定数据类型的方法。

（5）关于泛型数据类型中使用的类型的信息可在运行时通过反射获取。

泛型类和泛型方法同时具备可重用性、类型安全和效率，泛型通常用在集合和在集合上运行的方法中。.NET Framework类库提供了命名空间System.Collections.Generic，包含几个新的基于泛型的集合类，如List类。

泛型同样支持用户自定义，创建自定义的泛型类和方法，设计类型安全的高效模式以满足需求。

在通常使用具体类型来指示列表中所存储项的类型时，使用类型参数T。它的使用方法如下。

（1）在AddHead()方法中作为方法参数的类型。

（2）在Node嵌套类中作为公共方法GetNext()和Data属性的返回类型。

（3）在嵌套类中作为私有成员数据的类型。

5.5.2 泛型类

泛型类常用于自定义集合，如List集合中元素的添加、移除等操作的执行与元素的数据类型无关，泛型类针对的就是不特定于具体数据类型的操作。

在.NET Framework类库中提供了泛型集合类，可以直接使用。这些泛型类大多在System.Collections.Generic命名空间下。其常用泛型集合类及其说明如表5-18所示。

表5-18 泛型类

前几节讲述的集合类ArrayList集合、Hashtable集合、Queue集合、Stack集合和SortedList集合，可以使用对应的泛型类替换。将集合类对应到泛型类，对应效果如下。

（1）ArrayList对应List。

（2）Hashtable对应Dictionary。

（3）Queue对应Queue。

（4）Stack对应Stack。

（5）SortedList对应SortedList。

泛型类的创建可以从一个现有的具体类开始，逐一将每个类型改为类型参数，但要求更改后的类成员既要通用化，又要实际可用。自定义泛型类时，需要注意以下几点。

（1）能够参数化的类型越多，代码就会变得越灵活，重用性就越好。但是，太多的通用化会使其他开发人员难以阅读或理解代码。

（2）应用尽可能多的约束，但仍能够处理需要处理的类型。例如，如果泛型类仅用于引用类型，则应用类约束。这可以防止类被意外地用于值类型，并允许对T使用as运算符以及检查空值。

（3）由于泛型类可以作为基类使用，此处适用的设计注意事项与集合类相同。

（4）判断是否需要实现一个或多个泛型接口。

如系统内置的泛型类List类，List类内部使用字符T替换了数据类型名称。但如果对List类的类型T使用引用类型，则两个类的行为是完全相同的；如果对类型T使用值类型，则需要考虑实现和装箱问题。

类List继承了多个泛型接口和非泛型接口，其声明语句如下：

    public class List＜T＞：IList＜T＞, ICollection＜T＞, IEnumerable＜T＞, IList, 
    ICollection, IEnumerable

5.5.3 泛型方法和参数

泛型方法是使用泛型类型参数声明的方法，而方法中参数的类型需要在调用时指定。同泛型类的声明一样，泛型方法在声明或定义时添加＜T＞，并在泛型参数前使用符号T。

并不是只有在泛型类中才能创建泛型方法，泛型方法可用于泛型类和非泛型类。泛型方法的类型及泛型参数的类型可以省略，编译器将根据传入的参数确定方法及参数的类型。

泛型方法也支持重载，当参数数据类型不同时，需要使用不同的字符表示。如方法swap中的两个参数数据类型不同，则可以定义为下面的语句：

    void swap＜T,R＞(T a,R b);

这里的泛型参数并不是指方法的参数，而是用来定义类型的参数，也可称作类型参数。在泛型类和方法的定义中，类型参数是实例化时，泛型类型变量所指定的类型，是特定类型的占位符。

泛型类实际上并不是一个类型，而是一个类型的蓝图，需要在指定了尖括号＜＞内的类型参数后成为一个具体的类型。泛型参数有以下几个特点。

（1）类型参数可以是编译器能够识别的任何类型。

（2）可以创建任意多个不同类型的泛型类的实例。

（3）指定了类型参数后，编译器在运行时将每个T替换为相应的类型参数。

（4）泛型参数在指定后不能够更改。

泛型类和方法中，泛型参数可以不止定义一个，不同的泛型参数要使用不同的名称，泛型参数的命名通常满足以下几个特点。

（1）使用描述性的名称命名，使人明白参数含义。

（2）将T作为描述性类型参数名的前缀。

（3）在泛型参数名中指示对此泛型参数的约束。

（4）若只有一个泛型参数，使用T作为泛型参数名。

非泛型类中可以定义泛型方法，在实例化非泛型类时不需要指明类型参数，但泛型类在实例化时必须指明类型参数，并且该实例的成员必须遵循这样的类型参数，不能修改。如定义泛型类如下：

    public class Num＜T＞
    {
        public void numshow＜T＞(T num)
        {
            Console.WriteLine(num);
        }
    }

则实例化时，若使用语句Num＜int＞ num = new Num＜int＞();实例化类，则num对象的numshow()方法必须使用int类型。

5.5.4 类型参数的约束

编译器能够识别的类型有很多，但在定义泛型类时，可以对类型参数添加约束来限制类型参数的取值范围。对于有类型参数约束的类，使用不被允许的类型初始化，会产生编译错误。这就是本节要讲的约束。

泛型参数的范围很广，但不同的类型并不能肯定适合特定的泛型类，约束的定义能够保证指定的类型值被支持。一个类型参数可以使用一个或多个约束，并且约束自身可以是泛型类型。

类型参数的约束使用where关键字指定，但与where语句不同。参数类型的约束有6种类型，如表5-19所示。

表5-19 类型参数约束