C#8.0本质论第十二章--泛型

C#8.0本质论第十二章–泛型

C#通过泛型来促进代码重用，在词义上等价于C++模板。

在泛型编程中，数据类型也是一种参数。

12.1如果C#没有泛型

为object的方法使用值类型时，“运行时”将自动对它进行装箱，获取值类型的实例时则需要显式拆箱。

12.2捕捉异常

C#的设计者采用了与C++模板相似的语法。所以C#泛型类和结构要求开发者声明泛型类型参数以及提供泛型类型实参。

12.2.1使用泛型类

12.2.2定义简单泛型类

12.2.3泛型的优点

泛型促进了类型安全。

编译时类型检查减少了在运行时发生InvalidCastException异常的概率。

为泛型类成员使用值类型，不再造成到object的装箱转换。

C#泛型缓解了代码膨胀。

性能得以提升.

内存消耗减少，由于避免了装箱，因此减少了在堆上的内存消耗。

代码可读性更好。

12.2.4类型参数命名规范

为了强调类型参数，名称应包含T前缀。

12.2.5泛型接口和结构

12.2.6定义构造函数和终结器

泛型类或结构的构造函数（和终结器）不要求类型参数。

12.2.7用default操作符指定默认值

假定有一个结构体类型Pair的构造函数，实例化时只对数的一半进行初始化，字段Second处于未初始化的状态，会造成编译错误，我们无法给Second设置初始值，因为在编写构造函数时还不知道它的类型T具体是什么。

为应对这样的局面，C#提供了default操作符。

public struct Pair<T> : IPair<T>
{public Pair(T first){First = first;Second = default;// ...}
}

12.2.8多个类型参数

类型参数的数量（或称为元数，即arity）区分了同名类，仅元数不同的泛型应放到同一个C#文件中。

方法可以通过“参数数组”获取任意数量的实参，但泛型类型不可以。每个泛型类型的元数都必须固定。

12.2.9嵌套泛型类型

避免在嵌套类型中用同名参数隐藏外层类型的类型参数。

12.3约束

为避免异常，而是生成编译时的错误，C#允许为泛型类中声明的每个类型参数提供可选的约束列表。需要使用where关键字，后跟一对“参数：要求”

12.3.1接口约束

规定某个数据类型必须实现某个接口。

12.3.2类型参数约束

有时要求将类型实参转换为特定的类型。

假如同时指定了多个约束，那么类类型约束必须第一个出现。和接口约束不同的是不允许多个类类型约束。

12.3.3非托管约束

从C#8.0开始，结构也可以是泛型的。

12.3.4非空约束

notnull即非空约束，不能和struct和class约束共用。

12.3.5struct/class约束

将类型参数限制为任何非可空值类型或任何引用类型。

12.3.6多个约束

如果有多个类型参数，每个类型参数前面都要使用where关键字。两个where子句之间并不存在逗号。

public class EntityDictionary<TKey, TValue>: System.Collections.Generic.Dictionary<TKey, TValue>where TKey : notnullwhere TValue : EntityBase
{// ...
}

12.3.7构造函数约束

并非所有对象都肯定有公共默认构造函数，所以编译器不允许为未约束的类型参数调用默认构造函数。要在其他所有约束之后添加new()。只能对默认构造函数进行约束。

12.3.8约束继承

无论泛型类型参数，还是它们的约束，都不会被派生类继承，因为泛型类型参数不是成员。

12.4泛型方法

12.4.1泛型方法类型推断

未避免多余的编码，当编译器可以逻辑推断出想要的类型参数时，调用时可以不指定类型实参。这称为方法类型推断。

12.4.2指定约束

12.5协变性和逆变性

刚接触泛型类型的人经常问一个问题：为什么不能将List类型的表达式赋给List类型的变量。既然string能转换成object，string列表应该也应兼容于object列表呀？实际情况并非如此，这个赋值动作既不类型安全，也不合法。因为他们不是协变量(covariant).

“协变量”借鉴自范畴论的术语。假定两个类型X和Y具有特殊关系，即每个X类型的值都能转换成Y类型.

使用仅一个参数的泛型类型时，可以简单地说“I是协变的”，从I想I的转换称为协变转换。

为什么不合法：

// ...
// Error: Cannot convert type ...
Pair<PdaItem> pair = (Pair<PdaItem>)new Pair<Contact>();
IPair<PdaItem> duple = (IPair<PdaItem>)new Pair<Contact>();

// ...
Contact contact1 = new("Princess Buttercup");
Contact contact2 = new("Inigo Montoya");
Pair<Contact> contacts = new(contact1, contact2);// This gives an error: Cannot convert type ...
// But suppose it did not
IPair<PdaItem> pdaPair = (IPair<PdaItem>) contacts;
// This is perfectly legal, but not type-safe
pdaPair.First = new Address("123 Sesame Street");

先在应该很清楚为什么字符串列表不能作为对象列表使用了。在字符串列表中不能插入整数，但在对象列表中可以。

12.5.1使用out类型参数修饰符允许协变性

从C#4开始加入了对安全协变性的支持。要指出泛型接口应该对它的某个类型参数协变，就用out修饰符来修饰改类型参数。

用out修饰IReadOnlyPair接口的类型参数，会导致编译器验证T是否真的只用作“输出”，且永远不用于形参或属性的赋值方法。

协变转换有一些重要限制：

只有泛型接口和泛型委托才能协变。泛型类和结构永远不是协变的。

提供给“来源”和“目标”泛型类型的类型实参必须是引用类型，不能是值类型。

接口或委托必须声明为支持协变，编译器必须验证协变所针对的类型参数确实只用在“输出”位置。

12.5.2使用in类型参数修饰符允许协变性

协变性的反方向称为逆变性(contravariance)。假定X和Y类型彼此相关，每个X类型的值都能转换成Y类型。如果I和I类型总是具有相反的特殊关系–也就是说I类型的每个值都能转换成I类型–就说“I对T逆变”。

12.5.3数组对不安全协变性的支持

12.6泛型的内部机制

事实上，泛型类的“类型参数”成了元数据，“运行时“在需要时会利用它们构造恰当的类。为避免装箱，对于基于值的类型参数，其泛型实现和引用类型参数的泛型实现是不同的。

用值类型作为类型参数首次构造一个泛型类型时，”运行时“会将指定的类型参数放到CIL中合适的位置，从而创建一个具体化的泛型类型。每当代码用到时，都重用已经生成的具体化的类。

对于引用类型，泛型的工作方式稍有不同。使用引用类型作为类型参数首次构造一个泛型类型时，”运行时“会在CIL代码中用object引用替换类型参数来创建一个具体的泛型类型（而不是基于所提供的类型实参）。以后，每次引用类型参数实例化一个构造好的类型，”运行时“都重用之前生成好的泛型类型的版本–即使提供的引用类型与第一次不同。