图解C#高级教程（三）：泛型

本讲用许多代码示例介绍了 C# 语言当中的泛型，主要包括泛型类、接口、结构、委托和方法。

1. 为什么需要泛型？

在之前的教程中，我们使用的自定义类都是具有具体的类型。如果对类型进行抽象，该类型就是泛型，即一种广泛的类型。例如，我们有一个水果篮，水果篮中可以放不同种类的水果，例如苹果、香蕉、菠萝等等。这个水果篮可以放置的水果就是一种泛型，水果可以代指很多不同种类的水果。

为什么需要泛型？泛型的好处之一就是能够提高代码的复用性。例如，我们有一种栈数据结构，栈当中的类型可以是 int、float等等，但很多操作都是相同的：入栈、出栈、获取栈大小，所不同的是数据类型的不同。利用泛型，我们只需要实现一套代码，而不需要针对不同的数据类型分别实现各自的一套栈代码。

在 C# 中，泛型又称为参数化类型。泛型可以作用在类、函数、结构、委托和接口，由此衍生出泛型类、泛型函数、泛型结构、泛型委托和泛型接口的概念。

2. 泛型类的定义

2.1 泛型类的定义

2.2 使用泛型类创建变量和实例

在使用泛型类创建变量时，可以使用关键字 var，让编译器根据 = 右边的类型自动推断变量的类型。

using System;class SomeClass<T1, T2>
{public T1 Property1 { get; set; }public T2 Property2 { get; set; }// Constructorpublic SomeClass(T1 property1, T2 property2){Property1 = property1;Property2 = property2;}
}
class Program
{static void Main(string[] args){SomeClass<int, float> sc = new SomeClass<int, float>(10, 3.14f);var sc2 = new SomeClass<string, bool>("Hello", true);  // 让编译器推断类型Console.WriteLine(sc.Property1);Console.WriteLine(sc.Property2);Console.WriteLine(sc2.Property1);Console.WriteLine(sc2.Property2);}
}

输出：

10
3.14
Hello
true

需要注意的是，为具体类分配的内存是存储在堆上的。

3. 使用泛型类实现一个简单的栈

using System;namespace GenericStackExample
{// 定义一个泛型栈类  public class Stack<T>{// 使用数组来存储栈中的元素  private T[] _items;// 栈顶元素的索引（初始化为-1表示栈为空）  private int _top;// 栈的容量  private int _capacity;// 构造函数，初始化栈的容量  public Stack(int capacity = 10){_capacity = capacity;_items = new T[capacity];_top = -1;}// 检查栈是否为空  public bool IsEmpty(){return _top == -1;}// 检查栈是否已满  public bool IsFull(){return _top == _capacity - 1;}// 入栈操作  public void Push(T item){if (IsFull()){throw new InvalidOperationException("Stack is full.");}_items[++_top] = item;}// 出栈操作  public T Pop(){if (IsEmpty()){throw new InvalidOperationException("Stack is empty.");}return _items[_top--];}// 查看栈顶元素（不移除）  public T Peek(){if (IsEmpty()){throw new InvalidOperationException("Stack is empty.");}return _items[_top];}// 获取栈的大小（元素数量）  public int Size(){return _top + 1;}}class Program{static void Main(string[] args){Stack<int> intStack = new Stack<int>(5); // 创建一个整型栈  // 入栈操作  intStack.Push(1);intStack.Push(2);intStack.Push(3);// 访问栈顶元素  Console.WriteLine($"栈顶元素是: {intStack.Peek()}");// 出栈操作  Console.WriteLine($"出栈元素: {intStack.Pop()}");// 获取栈的大小  Console.WriteLine($"栈的大小是: {intStack.Size()}");// 尝试在空栈上执行出栈操作以演示异常  try{intStack.Pop();}catch (InvalidOperationException ex){Console.WriteLine(ex.Message);}}}
}

3.1 类型参数的约束

现在我们能够设计出泛型类，但是泛型类型它本身提供什么方法，我们是不知道的。例如下面的泛型类：

class Simple<T>
{static public bool LessThan(T i1, T i2){return i1 < i2;}
}
...

但不是所有类型 T 都实现了小于运算符，所以会报出错误：

为此，我们需要告诉编译器关于泛型类型的额外信息，让其知道参数可以接受哪些类型。这些额外的信息叫做约束（constrain）。没有任何约束的类型参数称为未绑定的类型参数（unbounded type parameter）。

3.2 Where 子句

约束使用 where 子句列出：

3.3 约束类型和次序

共有 5 种类型的约束，如下表所示：

约束类型	描述
某个具体的类名	只有这个类型的类或从它继承的类才能用作类型参数
class	任何引用类型，包括类、数组、委托和接口都可以用作类型参数
struct	任何值类型都可以用作类型参数
接口名	只有这个接口或实现这个接口的类型才能用作类型参数
new()	任何带有无参公共构造函数的类型都可以用作类型参数。这叫做构造函数约束

对不同类型的 where 约束可以以任何顺序列出。但是，where 子句内的约束必须遵循一定的顺序：

• 最多只能具有一个主约束，有的话必须放到第一位；
• 可以有任意多的接口名约束；
• 如果存在构造函数约束，则必须放到最后。
  
  下面是一些例子：

class SortedList<S>where S: IComparable<S>
{ }class LinkedList<M, N>where M: IComparable<M>where N: ICloneable
{ }class MyDictionary<KeyType, ValueType>where KeyType: IComparable<KeyType>,new()
{ }

4. 泛型方法

泛型方法的定义如下：

泛型方法的使用：

void DoStuff<T1, T2> (T1 t1, T2 t2)
{T1 someVar = t1;T2 otherVar = t2;
}DoStuff<int, string>(10, "Hello");
DoStuff<int, long>(iVal, lVal);

当参数类型列表的类型和方法列表中的类型相同时，在使用泛型方法时可以省略对参数类型的指定，例如：

public void MyMethod<T> (T val) {}
int myInt = 5;
MyMethod(myInt);

泛型方法的使用示例：

class Simple
{static public void ReverseAndPrint<T>(T[] arr){Array.Reverse(arr);foreach (var item in arr){Console.Write("{0}, ", item.ToString());Console.WriteLine();}}
}class Program
{static void Main(){// 创建整数、字符串、浮点型数组  int[] intArray = { 1, 2, 3, 4, 5 };string[] stringArray = { "hello", "world" };float[] floatArray = { 1.1f, 2.2f, 3.3f };// 调用泛型方法，反转并打印数组  Simple.ReverseAndPrint(intArray);Simple.ReverseAndPrint<int>(intArray);Simple.ReverseAndPrint(stringArray);Simple.ReverseAndPrint<string>(stringArray);Simple.ReverseAndPrint(floatArray);Simple.ReverseAndPrint<float>(floatArray);}
}

输出结果：

5. 泛型结构

泛型结构和泛型类的定义类似，直接给出例子。

struct PieceOfData<T>
{public T _data { get; set; }public PieceOfData(T data){_data = data;}
}class Program
{static void Main(){PieceOfData<int> piece1 = new PieceOfData<int>(10);PieceOfData<string> piece2 = new PieceOfData<string>("Hello");Console.WriteLine(piece1._data);Console.WriteLine(piece2._data);}
}

6. 泛型委托

委托类型当中可以使用泛型的地方：

• 返回类型
• 类型参数
• where子句

泛型委托的例子：

delegate void MyDelegate<T>(T value);class Simple
{static public void PrintString(string s){Console.WriteLine(s);}static public void PrintUpperString(string s){Console.WriteLine(s.ToUpper());}
}class Prgram
{static void Main(){MyDelegate<string> d1 = new MyDelegate<string>(Simple.PrintString);d1 += Simple.PrintUpperString;d1("Hello");}
}

输出：

hello
HELLO

7. 泛型接口

interface IMyIfc<T>
{T ReturnIt(T invalue);
}class Simple: IMyIfc<int>, IMyIfc<string>
{// 因为 Simple 类实现了两个接口，所以它必须实现两个接口的相同方法。public int ReturnIt(int invalue){return invalue;}public string ReturnIt(string invalue){return invalue;}
}class Program
{static void Main(){IMyIfc<int> intIfc = new Simple();IMyIfc<string> stringIfc = new Simple();Console.WriteLine(intIfc.ReturnIt(10));Console.WriteLine(stringIfc.ReturnIt("Hello"));}
}

本章小结：主要通过例子讲解了 C# 语言当中泛型{类、接口、结构、委托、方法}的用法。

各位道友，码字不易，记得一键三连啊。