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C#教程

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C#基礎之泛型

來源:本站原創(chuàng)|時間:2020-01-10|欄目:C#教程|點擊: 次

1.泛型的本質(zhì)

  泛型的好處不用多說,在.NET中我看到有很多技術都是以泛型為基礎的,不過因為不懂泛型而只能對那些技術一臉茫然。泛型主要用于集合類,最主要的原因是它不需要裝箱拆箱且類型安全,比如很常用的List<T>。對于List<T>我以后還想進行深究,現(xiàn)在我寫了一個超簡版的MyList<T>集合,如下面第一段代碼所示。代碼很簡單,但在寫的過程中有一個細節(jié),如果我為listInt賦值string類型的變量時編譯器會提示報錯。編譯器很智能,但是從這個現(xiàn)象中你會不會好奇泛型中的T是在什么情況下指定的呢,是生成IL時還是JIT動態(tài)編譯時?老方法我將exe放入Reflector工具中,發(fā)現(xiàn)IL代碼中全是T,這說明在編譯時T僅僅只是一個占位符,真真的替換是在運行時動態(tài)替換的??墒窃趯懛盒皖悤r代碼只有一份,那我為MyList創(chuàng)建int、string類型的對象時這個代碼是如何公用的呢?對于值類型集合比如listInt,由于最終需要替換T,那么肯定是有一份完整的代碼里面T被替換為int。對于引用類型,因為變量只是一個指向堆中的指針,因此代碼只有一份。總結起來就是值類型代碼有多份而引用類型代碼只有一份,另外編寫自定義泛型代碼時最好使用有意義的T,比如.net中常見的TResult表示返回值,這樣可讀性較好。

class Program
 {
  static void Main(string[] args)
  {
   MyList<int> listInt = new MyList<int>();
   MyList<string> listString = new MyList<string>();
   listInt.Add(24);
   listInt[1] = 5;
   listString[2] = "ha ha";
  }
 }
 public class MyList<T>
 {
  T[] array;
  int current = -1;
  public MyList()
  {
   array = new T[10];
  }
  public void Add(T t)
  {
   current++;
   if (current < 10)
    array[current] = t;
  }
  public T this[int index]
  {
   get
   {
    return array[index];
   }
   set
   {
    array[index] = value;
   }
  }
 }

2.泛型規(guī)范

  這個很重要,主要包括約束和default。.NET是推薦我們開發(fā)者盡可能的多使用約束,因為約束越多越可以保證程序不會出錯。泛型約束由where指定,六種約束如下所示。這些約束可以單獨使用也可以一起使用,但也有不能一起使用的比如值類型與引用類型約束。關于default的作用我們可以思考這樣一個問題,如果在泛型類中我們需要初始化一個T變量。因為T既有可能是值類型也有可能是引用類型,所以不能直接用new或等于0。那如何判斷T是值類型還是引用類型呢?這里就要用到default,對于引用類型default(T)將返回null,對于數(shù)值類型default(T)將返回0。這里之所以寫數(shù)值類型是因為值類型還可能是結構體,default會將結構體中的成員初始化為0或null。還有一種特殊情況就是可空值類型,此時將返回Nullable<T>,這樣初始變量直接使用T t=default(T)就可以了。雖然泛型類給人帶來了神秘感,不過運行時它的本質(zhì)就是一個普通的類,因此依舊具有類的特性比如繼承。這為我們開發(fā)者帶來了很多好處,比如我想要有一個int集合類,它除了有List<int>的功能外還有自定義的某些功能,這時候只需MyList : List<int>就可以得到想要的效果了,非常方便。

where T : struct 值類型約束,T必須為值類型。

where T:class 引用類型約束,T必須為引用類型。

where T:new() 構造器約束,T必須擁有公共無參構造函數(shù)且new()約束放在最后。

where T:U 裸類型約束,T必須是U或派生自U。

where T:BaseClass 基類約束,T必須為BaseClass類或其子類。

where T:Interface 接口約束,T必須為指定的接口或其實現(xiàn)接口。

3.反射創(chuàng)建泛型

  和非泛型類一樣,利用反射可以在運行時獲取關于泛型類的成員信息。在學習過程我沒想到竟然還可以使用反射創(chuàng)建泛型類,更神奇的是還可以在代碼里直接寫IL指令,代碼如下所示。流程上還是那個規(guī)則,創(chuàng)建程序集-模塊-類-字段和方法,其中最主要的就是Builder結尾的一系列方法。有一個不好理解的地方就是為方法添加方法體,正常的邏輯是直接調(diào)用ReturnType的有參構造函數(shù)創(chuàng)建List<TName1>對象,可是在.NET里并沒有這樣的方法,注意這里ReturnType已經(jīng)是綁定了TName1的List對象而不是普通的List<T>。所以我們需要拿到List<T>這個類型的有參構造函數(shù),它被封裝在cInfo對象里,然后再將我們的ReturnType和cInfo關聯(lián)起來得到List<TName1>的構造函數(shù)。除了構造函數(shù)中的T需要替換為TName1外,參數(shù)IEnumerable<T>中的T也要被替換為TName1,體現(xiàn)在代碼里是這一句ienumOf.MakeGenericType(TFromListOf),最后它將隨構造函數(shù)一起與TName1進行關聯(lián)。在創(chuàng)建Hello方法我將它設置為靜態(tài)的,原本我是想設置為實例方法然后調(diào)試時去看看是否真的添加了這個方法,不過很奇怪我創(chuàng)建的實例o作為Invoke的參數(shù)總是報錯提示無法找到方法入口,監(jiān)視o發(fā)現(xiàn)里面根本沒有Hello方法,在靜態(tài)方法下調(diào)試也沒有從o里看到有關方法的信息,如果讀者你對此有自己的想法歡迎留言,如有錯誤還請指出。

public class BaseClass { }
 public interface IInterfaceA { }
 public interface IInterfaceB { }
 //作為TName1的類型參數(shù)
 public class ClassT1 { }
 //作為TName2的類型參數(shù)
 public class ClassT2 :BaseClass,IInterfaceA, IInterfaceB { }
 public class ReflectionT
 {
  public void CreateGeneric()
  {
   //創(chuàng)建一個名為”ReflectionT“的動態(tài)程序集,這個程序集可以執(zhí)行和保存。
   AppDomain myDomain = AppDomain.CurrentDomain;
   AssemblyName assemblyName = new AssemblyName("ReflectionT");
   AssemblyBuilder assemblyBuilder = myDomain.DefineDynamicAssembly(assemblyName, AssemblyBuilderAccess.RunAndSave);
   //在這個程序集中創(chuàng)建一個與程序集名相同的模塊,接著創(chuàng)建一個類MyClass。
   ModuleBuilder moudleBuilder = assemblyBuilder.DefineDynamicModule(assemblyName.Name, assemblyName.Name + ".dll");
   TypeBuilder myType = moudleBuilder.DefineType("MyClass", TypeAttributes.Public);
   //創(chuàng)建類型參數(shù)名,將達到這樣的效果:public MyClass<TParam1,TParam2>
   string[] tNames = { "TName1", "TName2" };
   GenericTypeParameterBuilder[] gtps = myType.DefineGenericParameters(tNames);
   GenericTypeParameterBuilder tName1 = gtps[0];
   GenericTypeParameterBuilder tName2 = gtps[1];
   //為泛型添加約束,TName1將會被添加構造器約束和引用類型約束
   tName1.SetGenericParameterAttributes(GenericParameterAttributes.DefaultConstructorConstraint | GenericParameterAttributes.ReferenceTypeConstraint);
   //TName2達到的效果將是:where TName2:ValueType,IComparable,IEnumerable
   Type baseType = typeof(BaseClass);
   Type interfaceA = typeof(IInterfaceA);
   Type interfaceB = typeof(IInterfaceA);
   Type[] interfaceTypes = { interfaceA, interfaceB };
   tName2.SetBaseTypeConstraint(baseType);
   tName2.SetInterfaceConstraints(interfaceTypes);
   /*為泛型類MyClass添加字段:
   private string name;
   public TName1 tField1;
    */
   FieldBuilder fieldBuilder = myType.DefineField("name", typeof(string), FieldAttributes.Public);
   FieldBuilder fieldBuilder2 = myType.DefineField("tField1", tName1, FieldAttributes.Public);
   //為泛型類添加方法Hello
   Type listType = typeof(List<>);
   Type ReturnType = listType.MakeGenericType(tName1);
   Type[] parameter = { tName1.MakeArrayType() };
   MethodBuilder methodBuilder = myType.DefineMethod(
    "Hello",        //方法名
    MethodAttributes.Public | MethodAttributes.Static, //指定方法的屬性
    ReturnType,      //方法的放回類型
    parameter);       //方法的參數(shù)
   //為方法添加方法體
   Type ienumOf = typeof(IEnumerable<>);
   Type TFromListOf = listType.GetGenericArguments()[0];
   Type ienumOfT = ienumOf.MakeGenericType(TFromListOf);
   Type[] ctorArgs = { ienumOfT };
   ConstructorInfo cInfo = listType.GetConstructor(ctorArgs);
   //最終的目的是要調(diào)用List<TName1>的構造函數(shù) : new List<TName1>(IEnumerable<TName1>);
   ConstructorInfo ctor = TypeBuilder.GetConstructor(ReturnType, cInfo);
   //設置IL指令
   ILGenerator msil = methodBuilder.GetILGenerator();
   msil.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
   msil.Emit(OpCodes.Newobj, ctor);
   msil.Emit(OpCodes.Ret);
   //創(chuàng)建并保存程序集
   Type finished = myType.CreateType();
   assemblyBuilder.Save(assemblyName.Name + ".dll");
   //創(chuàng)建這個MyClass這個類
   Type[] typeArgs = { typeof(ClassT1), typeof(ClassT2) };
   Type constructed = finished.MakeGenericType(typeArgs);
   object o = Activator.CreateInstance(constructed);
   MethodInfo mi = constructed.GetMethod("Hello");
   ClassT1[] inputParameter = { new ClassT1(), new ClassT1() };
   object[] arguments = { inputParameter };
   List<ClassT1> listResult = (List<ClassT1>)mi.Invoke(null, arguments);
   //查看返回結果中的數(shù)量和完全限定名
   Console.WriteLine(listResult.Count);
   Console.WriteLine(listResult[0].GetType().FullName);
   //查看類型參數(shù)以及約束
   foreach (Type t in finished.GetGenericArguments())
   {
    Console.WriteLine(t.ToString());
    foreach (Type c in t.GetGenericParameterConstraints())
    {
     Console.WriteLine(" "+c.ToString());
    }
   }
  }
 }

4.泛型中的out和in

  在VS查看IEnumerable<T>的定義時會看到在T前面有一個out,與其對應的還有一個in。這就是.NET中的協(xié)變與逆變,剛開始筆者對于這2個概念很暈,主要以下4個疑惑,我想如果你解決了的話應該也會有更進一步的認識。

1.為什么需要協(xié)變和逆變,協(xié)變與逆變有什么效果?

2.為什么有了協(xié)變與逆變就可以類型安全的進行轉(zhuǎn)換,不加out和in就不可以轉(zhuǎn)換?

3.使用協(xié)變和逆變需要注意什么?

4.協(xié)變與逆變?yōu)槭裁粗荒苡糜诮涌诤臀校?br />

下面第一段代碼解決了第一個問題。對于第二個問題請看第二段代碼,里面對無out、in的泛型為什么不安全講得很清楚,從中我們要注意到如果要當進行協(xié)變時Function2是完全ok的,當進行逆變時Function1又是完全ok的。所以加out只是讓開發(fā)者在代碼里無法使用in的功能,加in則是讓開發(fā)者無法使用out的功能。讀者可以自己動手試試,在out T的情況下作為輸入?yún)?shù)將會報錯,同樣將in T作為返回參數(shù)也會報錯,且VS報錯時會直接告訴你這樣只能在協(xié)變或逆變情況下使用。也就是說加了out后,只有Function2能夠編譯通過,這樣o=str將不會受Function1的影響而不安全;加了in后,只有Function1能夠編譯通過,這樣str=o將不會受Function2的影響而不安全。使用out和in要注意它們只能用于接口和委托,且不能作用于值類型。out用于屬性時只能用于只讀屬性,in則是只寫屬性,進行協(xié)變和逆變時這2個類型參數(shù)必須要有繼承關系,現(xiàn)在為什么不能用于值類型你應該懂了吧。對于第四個疑惑我沒有找到一個完全正確的答案,只是發(fā)現(xiàn)了我認同的想法。接口和委托,有什么共同點?顯然就是方法,在接口或委托中聲明的T都將用于方法且只能用于方法,由上面的討論可知協(xié)變和逆變這種情況正是適用于方法這樣的成員。對于在抽象類中不可以使用的原因,或許微軟是覺得在抽象類中再搞一個僅限于方法的限制太麻煩了吧。

public interface INone<T> { }
  public interface IOut<out T> { }
  public interface IIn<in T> { }
  public class MyClass<T> : INone<T>, IOut<T>, IIn<T> { }
  void hh()
  {
   INone<object> oBase1 = new MyClass<object>();
   INone<string> o1 = new MyClass<string>();
   //下面兩句都無法編譯通過
   //o1 = oBase1;
   //oBase1 = o1;
   //為了能夠進行轉(zhuǎn)換,于是出現(xiàn)了協(xié)變與逆變
   IOut<object> oBase2 = new MyClass<object>();
   IOut<string> o2 = new MyClass<string>();
   //o2 = oBase2; 編譯不通過
   //有了out關鍵字的話,就可以實現(xiàn)從IOut<string>到IOut<object>的轉(zhuǎn)換-往父類轉(zhuǎn)換
   oBase2 = o2;
   IIn<object> oBase3 = new MyClass<object>();
   IIn<string> o3 = new MyClass<string>();
   //oBase3 = o3; 編譯不通過
   //有了in關鍵字的話,就可以實現(xiàn)從IIn<object>到IOut<string>的轉(zhuǎn)換-往子類轉(zhuǎn)換
   o3 = oBase3;
  }
public interface INone<T>
 {
  void Function1(T tParam);
  T Function2();
 }
 class MyClass<T> : INone<T>
 {
  public void Function1(T tParam)
  {
   Console.WriteLine(tParam.ToString());
  }
  public T Function2()
  {
   T t = default(T);
   return t;
  }
 }
 class hhh
 {
  void fangyz()
  {
   INone<object> o = new MyClass<object>();
   INone<string> str = new MyClass<string>();
   //假設str能夠轉(zhuǎn)換為o
   //o = str;
   object o1=new object();
   //這樣的話就是object類型向string類型轉(zhuǎn)換了,類型不安全
   o.Function1(o1);
   //這樣則是string類型向object類型轉(zhuǎn)換了,注意這樣是ok的,沒什么問題
   object o2=o.Function2();
   //假設str能夠轉(zhuǎn)換為o
   //str=o;
   //string對象將轉(zhuǎn)變?yōu)閛bject,這樣沒問題
   str.Function1("haha");
   //這樣將是object向string類型的轉(zhuǎn)換,類型不安全。
   string o3=str.Function2();
  }
 }

以上所述是小編給大家介紹的C#基礎之泛型,希望對大家有所幫助,如果大家有任何疑問請給我留言,小編會及時回復大家的。在此也非常感謝大家對我們網(wǎng)站的支持!

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本文標題:C#基礎之泛型

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