c# 泛型总结
一、泛型概述：
泛型是C# 2.0引入的新特性，泛型为开发者提供了类型的参数化的形式，他带来的最大的好处之一是代码的复用。他是通过运行时类型绑定来实现代码的复用，或者说算法的复用。其次，泛型为我们带来的另一个好处是性能的提升，再次，它提供了编译时类型的安全检查，为程序员减轻了负担。下面将分别通过例子来就这三个方面来做个介绍。
一、算法的复用。
下面我将举一个简单的例子，实现了一个简单的List容器，提供Add元素的方法。
namespace GenericTest
{
public class SimpleList<TIn>
{
private static TIn[] _element;
private const int DefaultSize = 5;
private int _currentIndex = -1;
private int _allocSize;
private int _length;
public SimpleList()
{
_element = new TIn[DefaultSize];
_allocSize = DefaultSize;
}
public TIn this[int index] { get { return _element[index]; } set { _element[index] = value; } }
public void Add(TIn value)
{
_currentIndex++;
if (_currentIndex >= DefaultSize)
{
_allocSize = _allocSize * 2;
TIn[] tmp = _element;
_element = new TIn[_allocSize];
tmp.CopyTo(_element, 0);
}
_element[_currentIndex] = value;
_length++;
}
public int Length { get { return _length; }}
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
SimpleList<int> a = new SimpleList<int>();
a.Add(1);
a.Add(2);
a.Add(3);
for (int i = 0; i < a.Length; i++)
{
Console.WriteLine(a[i]);
}
SimpleList<float> a1 = new SimpleList<float>();
a1.Add(2.3f);
for (int i = 0; i < a1.Length; i++)
{
Console.WriteLine(a[i]);
}
}
}
}
从代码中我们可以看出我们定义的SimpleList类型Add方法带有泛型参数，表明其可以接受任何类型的元素作为参数，当没有泛型时，我们添加元素时，需要为每种类型都定义一个方法或者定义一个接收object类型参数的方法，运行时执行装箱拆箱操作，进而影响程序的性能，以及不能提供编译时类型的安全检查。通过上面的例子我们可以看出泛型为我们带来的是算法的复用，SimpList这个简单的容器的Add方法能够运用在任何类型的元素的添加上。
二、编译时类型的安全检查。
我们在简单定义一个Student类：
class Student
{
public string Name { get; set; }
public int Age { get; set; }
}
在实例化一个Student of SimpleList 的实例 ：SimpleList<Student> st = new SimpleList<Student>(); 当我们向其中添加int元素时 st.Add(2),编译器报错，提示参数类型int不能赋值给参数类型Student，这便是泛型提供的编译时类型检查的好处，我们不能随便向其中添加元素。
三、性能的提升。
下面性能的提升，我们通过c#类库提供的两个容器来说明问题，一个是List，是System.Collections.Generic提供的泛型类型，一个是ArrayList，是System.Collections提供的非泛型类型。分别对值类型和引用类型进行测试：
namespace ListBenchmark
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
ValueTypePerfTest();
ReferencePerfTest();
}
private static void ValueTypePerfTest()
{
int count = 10000000;
using (new OperationTimer("List<Int32>"))
{
List<Int32> l = new List<Int32>();
for (int i = 0; i < count; i++)
{
l.Add(i); //未装箱
Int32 x = l[i]; //未拆箱
}
l = null; //确保垃圾收集器回收
}
using (new OperationTimer("ArrayList<Int32>"))
{
ArrayList a = new ArrayList();
for (int i = 0; i < count; i++)
{
a.Add(i); //装箱
Int32 x = (int)a[i];//拆箱
}
a = null;//确保垃圾收集器回收
}
}
private static void ReferencePerfTest()
{
const int count = 10000000;
using (new OperationTimer("List<string>"))
{
List<string> l = new List<string>();
for (int i = 0; i < count; i++)
{
l.Add("X"); //引用copy
string x = l[i]; // 引用copy
}
l = null;
}
using (new OperationTimer("ArrayList<string>"))
{
ArrayList a = new ArrayList();
for (int i = 0; i < count; i++)
{
a.Add("X"); //引用copy
string x = (String)a[i]; //cast check & 引用copy
}
a = null;
}
}
}
internal sealed class OperationTimer : IDisposable
{
private Stopwatch m_stopwatch;
private string m_text;
private int m_collectionCount;
public OperationTimer(string text)
{
PrepareForOperation();
m_text = text;
m_collectionCount = GC.CollectionCount(0);
m_stopwatch = Stopwatch.StartNew();
}
private static void PrepareForOperation()
{
GC.Collect();
GC.WaitForPendingFinalizers();
GC.Collect();
}
public void Dispose()
{
Console.WriteLine("{0}(GCs={1,3}) {2}",(m_stopwatch.Elapsed),GC.CollectionCount(0)- m_collectionCount,m_text);
}
}
}
程序运行结果：从中可以看出对于值类型，List比ArrayList有很大的性能的提升，主要是List添加元素时不需要进行boxing，获取元素不需要unboxing，同时可以正是由于ArrayList的装箱拆箱操作导致垃圾收集次数比较多。对于引用类型则执行时间相差无几，只是做引用拷贝及获取元素时的类型转换检查。
泛型类型的好处介绍到这，下面简单的介绍一下泛型类型参数的约束。
四、泛型的类型参数约束：
泛型类型参数的约束规定了参数的编译时类型的限制。主要有引用类型约束，引用类型的约束不能使用一下之一：Object，Array，Delegate，MulticastDelegate ，ValueType，Enum，System.Void。例如如下泛型约束：
internal sealed class PrimaryConstratinOfStream<T> where T: Stream{}，其中where为类型约束关键词，该类型约束表明了使用PrimaryConstratinOfStream必须指定参数类型T为Stream类型或者派生自Stream类型，如FileStream；其中引用类型约束的两个特殊的约束分别是class和struct，where T:class，表示T必须是引用类型，而where T:struct则表示T必须是值类型。
其次，还有一种泛型类型约束的是接口类型，当指定了接口的约束，在使用对象时对于指定类型参数必须实现该接口。最后一种约束是构造器约束，如：
class ConstructorConstraint<T> where T: new(){}，它告诉编译器T必须是带有一个public无参构造器的类型。