C# 图解教程 第5版 —— 第18章 泛型

18.1 什么是泛型

​ 泛型可以将重构代码并且额外添加一个抽象层，是专门为多段代码在不同的数据类型上执行相同指令而设计的。

18.2 C# 中的泛型

​ 泛型不是类型，而是类型的模板。

图 18.1 泛型是类型的模板

​ C# 提供了以下 5 种泛型：

1. 类
2. 结构
3. 接口
4. 委托
5. 方法

​ 其中 1 ~ 4 是类型，5 是成员。

图 18.2 泛型和用户定义类型

18.3 泛型类

​ 泛型类不是实际的类，而是类的模板，因此必须先从它们构建实际的类，然后创建类的引用和实例。

1. 在某些类型上使用一个占位符来声明一个类。
2. 为占位符提供真实类型（构造类型）。
3. 创建构造类型的实例。

图 18.3 从泛型类创建实例

18.3.1 声明泛型类

1. 在类名之后放置一组尖括号。
2. 在尖括号中用逗号分隔占位符字符串，用于表示需要提供的类型（类型参数）。
3. 在泛型类声明的主体中使用类型参数来表示替代类型。

18.3.2 创建构造类型

​ 声明泛型类后，就可以告诉编译器使用哪些真实类型来替代占位符，编译器将获取这些真实类型并创建构造类型（用来创建真实类对象的模板）。

图 18.4 为泛型类的所有类型参数提供类型实参，让编译器产生一个可以用来创建真实类对象的构造类

• 泛型类声明上的类型参数用作类型的占位符。
• 在创建构造类型时提供的真实类型是类型实参。

图 18.5 类型参数与类型实参

18.3.3 创建变量和实例

​ 和非泛型类一样，引用和实例可以分开创建。

图 18.6 使用构造类型来创建引用和实例

18.3.4 使用泛型的示例

图 18.7 从泛型类创建的两个构造类

18.3.5 比较泛型和非泛型栈

表 18.1 非泛型栈和泛型栈之间的区别 图 18.8 非泛型栈和泛型栈

18.4 类型参数的约束

​ 要让泛型更加有用，需要提供额外的信息让编译器直到参数可以接受哪些类型，这些额外的信息称为约束。

18.4.1 Where 子句

• 每个有约束的类型参数都有自己的 where 子句。
• 如果形参有多个约束，则使用逗号分隔。

​ 有关 where 子句的要点如下：

1. 在类型参数列表的关闭尖括号后列出。
2. 不使用分隔符。
3. 可以随意次序列出。
4. where 是上下文关键字，可以在其他上下文使用。

18.4.2 约束类型和次序

表 18.2 约束类型

• 最多只能有一个主约束，必须放在第一位。
• 可以有任意个接口名称约束。
• 如果存在构造函数约束，必须放在最后。

图 18.9 如果类型参数有多个约束，则必须遵守的顺序

18.5 泛型方法

​ 泛型方法可以在泛型 / 非泛型类、结构和接口中声明。

图 18.10 泛型方法可以声明在泛型类型和非泛型类型中

18.5.1 声明泛型方法

• 泛型方法有两个参数列表。
  • 方法参数列表（圆括号内）。
  • 类型参数列表（尖括号内）。
• 方法参数列表后放置可选的约束子句。

18.5.2 调用泛型方法

​ 编译器使用每个构造函数实例产生方法的不同版本。

图 18.11 有两个实例的泛型方法

​ 编译器有时可以从方法参数推断类型参数。例如，对于如下的方法声明：

​ 编译器可以从 myInt 参数的类型推断出 T 为 int，因此可以省略尖括号。

18.5.3 泛型方法的示例（*）

18.6 扩展方法和泛型类

​ 和非泛型类一样，泛型类的扩展方法必须满足如下条件：

1. 声明为 static。
2. 是静态类的成员。
3. 第一个参数类型中必须有关键字 this，后面是扩展的泛型类的名字。

18.7 泛型结构

​ 泛型结构的规则和条件与泛型类一致。

18.8 泛型委托

​ C# LINQ 特性大量使用泛型委托。

18.9 泛型接口

​ 泛型接口的声明和非泛型接口的声明类似，但是要在接口名称后的尖括号中放置类型参数。

18.9.1 使用泛型接口的示例（*）

18.9.2 泛型接口的实现必须唯一

​ 必须保证类型实参的组合不会在类型中产生两个重复的接口。

​ 例如，对于下面的泛型接口，会产生潜在的冲突：S 可能用作 int 类型，此时会有两个相同类型的接口，这将不被允许。

• 泛型结构的名称不会和非泛型冲突。

18.10 协变和逆变

18.10.1 协变（out）

​ 给出如下例子：

​ 我么知道，Dog 类型的变量可以作为 Animal 类型的引用，因为 Dog 由 Animal 派生而来，这里发生了隐式类型转换。

图 18.12 赋值兼容性意味着可以将派生类型的引用赋值给基类变量

​ 进行扩展，添加 Factory 泛型委托、MakeDog 方法，并且 MakeDog 方法可以匹配 Factory 委托。

​ Main 函数的第二行尝试将 Factory<Dog> 类型赋给 Factory<Animal>类型，这将产生报错。

​ 问题的原因在于，委托 Factory<Dog> 并没有从 Factory<Animal> 派生得到。

图 18.13 赋值兼容性不使用，因为两个委托没有继承关系

​ 我们仅希望传递 Dog 给 Factory<Animal> 委托时，代码对 Dog 类型中的 Animal 部分进行操作，这并不会发生越界访问，是完全合理的。为了完成我们的期望，可以通过添加 out 关键字改变委托声明。

图 18.14 协变关系允许程度更高的派生类型处于返回及输出位置

18.10.2 逆变

​ 与协变相反，如果类型参数只用于方法中的输入参数，那么可以传入更高程度的派生类引用，因为委托的方法中只对其基类部分进行操作。

​ 调用委托时，调用代码为方法 ActOnAnimal 传入的 Dog 类型的变量，而其期望的是 Animal 对象，因此可以进行操作。

图 18.15 逆变允许程度更高的派生类型作为输入参数

18.10.3 协变和逆变的不同

图 18.16 协变和逆变

18.10.4 接口的协变和逆变

​ 相同的原则也适用于接口。

18.10.5 关于可变性的更多内容

​ 前面的内容讲解了显式的协变和逆变。实际上，编译器可以自动识别某个已构建的委托是协变还是逆变，并且自动进行类型强制转换，但这通常发生在没有为对象的类型赋值的时候。

• Main 第一行创建了 Factory<Animal> 类型的委托，并直接将方法 MakeDog 赋值给它。由于没有创建 Factory<Dog> 委托，因此编译器清楚这是协变关系，允许这种赋值，哪怕委托中没有 out 标识符。
• 到 Main 第三行时，由于第二行已经创建了 Factory<Dog> 委托，因此后面的协变关系赋值需要 out 标识符才能完成。

• 可变性只适用于引用类型，不使用与值类型。
• in、out 关键字的显式变化只适用于委托和接口，不适用于类、结构和方法。
• 不使用 int、out 关键字的委托和接口类型参数是不变的。