深入浅出.NET泛型编程

　前言

　　.NET 2.0中泛型的出现是一个令人激动的特征。但是，什么是泛型?你需要它们吗？你会在自己的应用软件中使用它们?在本文中，我们将回答这些问题并细致地分析泛型的使用，能力及其局限性。

　　类型安全

　　.NET中的许多语言如C#,C++和VB.NET(选项strict为on)都是强类型语言。作为一个程序员，当你使用这些语言时，总会期望编译器进行类型安全的检查。例如，如果你把对一个Book类型的引用转换成一个Vehicle型的引用，编译器将告诉你这样的cast是无效的。

　　然而,当谈到.NET 1.0和1.1中的集合时，它们是无助于类型安全的。请考虑一个ArrayList的例子，它拥有一个对象集合--这允许你把任何类型的对象放于该ArrayList中。让我们看一下例1中的代码。

　　例1.缺乏类型安全的ArrayList

using System; using System.Collections; namespace TestApp { 　class Test 　{ 　　[STAThread] 　　static void Main(string[] args) 　　{ 　　　ArrayList list = new ArrayList(); 　　　list.Add(3); 　　　list.Add(4); 　　　//list.Add(5.0); 　　　int total = 0; 　　　foreach(int val in list) 　　　{ 　　　　total = total + val; 　　　} 　　　Console.WriteLine("Total is {0}", total); 　　} 　} }

　　本例中，我们建立了一个ArrayList的实例，并把3和4添加给它。然后我循环遍历该ArrayList，从中取出整型值然后把它们相加。这个程序将产生结果"Total is 7"。现在,如果我注释掉下面这句:

list.Add(5.0);

　　程序将产生如下的运行时刻异常:

Unhandled Exception: System.InvalidCastException: Specified cast is not valid. AtTestApp.Test.Main(String[]args)in :\workarea\testapp\class1.cs:line 17

　　哪里出错了呢？记住ArrayList拥有一个集合的对象。当你把3加到ArrayList上时，你已把值3装箱了。当你循环该列表时，你是把元素拆箱成int型。然而,当你添加值5.0时，你在装箱一个double型值。在第17行，那个double值被拆箱成一个int型。这就是失败的原因。

　　注意：上面的实例,如果是用VB.NET书写的话，是不会失败的。原因在于，VB.NET不使用装箱机制，它激活一个把该double转换成整型的方法。但是，如果ArrayList中的值是不能转换成整型的，VB.NET代码还会失败。

　　作为一个习惯于使用语言提供的类型安全的程序员，你希望这样的问题在编译期间浮出水面，而不是在运行时刻。这正是泛型产生的原因。

　　3. 什么是泛型?

　　泛型允许你在编译时间实现类型安全。它们允许你创建一个数据结构而不限于一特定的数据类型。然而，当使用该数据结构时，编译器保证它使用的类型与类型安全是相一致的。泛型提供了类型安全,但是没有造成任何性能损失和代码臃肿。在这方面，它们很类似于C++中的模板，不过它们在实现上是很不同的。

　　4. 使用泛型集合

　　.NET 2.0的System.Collections.Generics 命名空间包含了泛型集合定义。各种不同的集合/容器类都被"参数化"了。为使用它们,只需简单地指定参数化的类型即可。请看例2:

　　例2.类型安全的泛型列表

List＜int＞ aList = new List＜int＞(); aList.Add(3); aList.Add(4); // aList.Add(5.0); int total = 0; foreach(int val in aList) { 　total = total + val; } Console.WriteLine("Total is {0}", total);

　　在例2中，我编写了一个泛型的列表的例子，在尖括号内指定参数类型为int。该代码的执行将产生结果"Total is 7"。现在,如果我去掉语句doubleList.Add(5.0)的注释，我将得到一个编译错误。编译器指出它不能发送值5.0到方法Add(),因为该方法仅接受int型。不同于例1,这里的代码实现了类型安全。

　　5. CLR对于泛型的支持

　　泛型不仅是一个语言级上的特征。.NET CLR能识别出泛型。在这种意义上说,泛型的使用是.NET中最为优秀的特征之一。对每个用于泛型化的类型的参数，类也同样没有脱离开微软中间语言(MSIL)。换句话说,你的配件集仅包含你的参数化的数据结构或类的一个定义，而不管使用多少种不同的类型来表达该参数化的类型。例如,如果你定义一个泛型类型MyList＜T＞，仅仅该类型的一个定义出现在MSIL中。当程序执行时,不同的类被动态地创建,每个类对应该参数化类型的一种类型。如果你使用MyList＜int＞和MyList＜double＞，有两种类即被创建。当你的程序执行时，让我们进一步在例3中分析这一点。

　　例3.创建一个泛型类

//MyList.cs #region Using directives using System; using System.Collections.Generic; using System.Text; #endregion namespace CLRSupportExample { 　public class MyList＜T＞ 　{ 　　private static int objCount = 0; 　　public MyList() 　　{objCount++; } 　　public int Count 　　{ 　　　get 　　　　{return objCount; } 　　} 　} } //Program.cs #region Using directives using System; using System.Collections.Generic; using System.Text; #endregion namespace CLRSupportExample { 　class SampleClass {} 　class Program 　{ 　　static void Main(string[] args) 　　{ 　　　MyList＜int＞ myIntList = new MyList＜int＞(); 　　　MyList＜int＞ myIntList2 = new MyList＜int＞(); 　　　MyList＜double＞ myDoubleList = new MyList＜double＞(); 　　　MyList＜SampleClass＞ mySampleList = new MyList＜SampleClass＞(); 　　　Console.WriteLine(myIntList.Count); 　　　Console.WriteLine(myIntList2.Count); 　　　Console.WriteLine(myDoubleList.Count); 　　　Console.WriteLine(mySampleList.Count); 　　　Console.WriteLine(new MyList＜sampleclass＞().Count); 　　　Console.ReadLine(); 　　} 　} }

　　该例中，我创建了一个称为MyList泛型类。为把它参数化，我简单地插入了一个尖括号。在＜＞内的T代表了实际的当使用该类时要指定的类型。在MyList类中，定义了一个静态字段objCount。我在构造器中增加它的值。因此我能发现使用我的类的用户共创建了多少个那种类型的对象。属性Count返回与被调用的实例同类型的实例的数目。

　　在Main()方法,我创建了MyList＜int＞的两个实例，一个MyList＜double＞的实例，还有两个MyList＜SampleClass＞的实例--其中SampleClass是我已定义了的类。问题是:Count(上面的程序的输出)的值该是多少？在你继阅读之前，试一试回答这个问题。

　　解决了上面的问题？你得到下列的答案了吗？

2 2 1 1 2

　　前面两个2对应MyList＜int＞，第一个1对应MyList＜double＞，第二个1对应MyList＜SampleClass＞--在此，仅创建一个这种类型的实例。最后一个2对应MyList＜SampleClass＞，因为代码中又创建了这种类型的另外一个实例。上面的例子说明MyList＜int＞是一个与MyList＜double＞不同的类，而MyList＜double＞又是一个与MyList＜SampleClass＞不同的类。因此，在这个例中,我们有四个类：MyList: MyList＜T＞，MyList＜int＞，MyList＜double＞和MyList＜X＞。注意，虽然有4个MyList类，但仅有一个被存储在MSIL。怎么能证明这一点？请看图1显示出的使用工具ildasm.exe生成的MSIL代码。

图 1.例3的MSIL

　　6. 泛型方法

　　除了有泛型类，你也可以有泛型方法。泛型方法可以是任何类的一部分。让我们看一下例4:

　　例4.一个泛型方法

public class Program { 　public static void Copy＜T＞(List＜T＞ source, List＜T＞ destination) 　{ 　　foreach (T obj in source) 　　{ 　　　destination.Add(obj); 　　} 　} 　static void Main(string[] args) 　{ 　　List＜int＞ lst1 = new List＜int＞(); 　　lst1.Add(2); 　　lst1.Add(4); 　　List＜int＞ lst2 = new List＜int＞(); 　　Copy(lst1, lst2); 　　Console.WriteLine(lst2.Count); 　} }

　　Copy()方法就是一个泛型方法，它与参数化的类型T一起工作。当在Main()中激活Copy()时，编译器根据提供给Copy()方法的参数确定出要使用的具体类型。