[科普中国]-.NET Framework泛型

.NET Framework泛型是一个很强大的新特性，它为每一种对象生成一份单独的代码(也就是所谓的“实例化”),这一份量身顶做的代码具有很高的效率,是强类型的,不需要运行期多态的支持和负担,有了泛型，就不再需要Object类来参与实现一些通用类或方法了．

.NET Framework泛型的作用在CLR(common language runtime)1.0中，当要创建一个灵活的类或方法，但该类或方法在编译期问不知道使用什么类，就必须以System.Object类为基础进行处理，而Object类在编译期间没有类型安全性，又必须进行强制类型转换．另外，给值类型使用Object类会有性能损失，这给程序开发带来诸多不便.故在CLR 2.0(.NET 3.5基于CLR 2.0)中，提供了泛型.

通过使用泛型类型，可以根据需要，用特定的类型替换泛型类型，同时保证了类型安全性：如果某个类型不支持泛型类，编译器就会报错，以阻止程度发生运行期错误．正确使用泛型将大大提高代码的灵活性，结合一个优秀的设计模式，可以显著缩短开发时间．

泛型的优势安 全C#是一个类型安全的语言，类型安全允许编译器(可信赖的)捕获潜在的错误，而不是在程序运行时才发现(不可信赖的)．在CLR1.0中，当使用集合时，这种类型安全就失效了：由.NET类库提供的集合类全是存储基类型(Object)的，而.NET中所有的一切都继承于Object，因此所有类型都可以放到一个集合中，这相当于根本就没有了类型检测．下面的代码也正好说明了这个问题．

ArrayListlist—new ArrayI．ist()：list．Add(100)；list．Add(“test”)；list．Add(new object())；foreach(int i in list)//引发运行期错误Console．Write(i)；可以往ArrayList里添加任何类型，也能通过编译，但是在接下来的使用中，由于字符串“test”和Object对象都不能转换为值类型int，这会抛出运行期错误，类型不再安全1．

性 能泛型的一个主要优点是性能．如果对值类型使用普通的集合类，在把值类型转换为引用类型和把引用类型转换成为值类型时，程序会进行装箱和拆箱操作，性能损失比较大，操作迭代多次时尤其严重。而使用泛型能使程序在运行期间明确知道操作的对象的类型，可以减少拆箱和装箱的操作。

ArrayList list—new Arraylist()；liSt．Add(100)；//装箱：将值类型转换为引用类型int i=(int)list[03；//拆箱：将引用类型转换为值类型 foreach(int j in list)//拆箱 Console．Write(j)；Listiist=new List()； list．Add(100)；//无装箱：类型已经存储在List int i—listE0]；///无拆箱：不需要进行类型转换 foreach(int j in list) Console．Write(j)；重 用泛型允许更好地重用代码．泛型类可以只定义一次，用于不同的类型实例化，减少代码量，如list， List，List等等，且泛型可以在一种语言中定义，在另一种.NET语言中使用(如C#，VB．NET等)．泛型编译为II。(intermediate language)代码时,是采用占位符来表示泛型类型，并用专有的IL指令支持泛型操作,所以用某个类型实例化泛型不会在IL代码中复制这些类.为了说明,使用一个最简单的泛型类class Test{...}，编译运行后，使用Visual Studio自带的IL反汇编程序打开生成的可执行文件，定位到Test类的构造函数，可以看到下面的代码：

.method public hidebysig specialname rtspecialname instance void．ctor(!T 7value')cil managed{ IL-000a：stfld ! 0 class last．7Fest、1：：-object}可以看出，泛型类使用了占位符“T”来表示这个泛型所支持的类型参数，并不会生成多份Test类以适应不同的传人类型．

真正的泛型实例化工作以“on-demand”的方式发生在JIT(Just—in time)编译时，CLR为所有类型参数为“引用类型”的泛型类产生同一份代码；但是如果类型参数为“值类型”，对每一个不同的“值类型”，CLR将为其产生一份独立的代码．

常用泛型可空类型C#中的值类型必须包含一个值，而引用类型可以为空(null)，但是让值类型可空是非常有用的(配合数据库使用).所以,.NET提供了泛型System.Nullable可以使值类型具备可空的性质，其中类型参数T必须是不可以为null的类型．因为可空类型使用得非常频繁，所以C#有一种特殊的语法，使用“?”运算符，用于定义这种类型的变量，如int7．

泛型集合System.Collection.Generic命名空间下有大量泛型集合类_J，图1列示了几个比较常用的泛型，它们使用起来都十分方便，.NET已经为这些类提供了完善的成员函数与属性．

泛型的继承.NET已有的泛型的功能已经比较完善，但是如果想在其基础上增加自定义的操作，可以定义一个泛型类并继承.NET已有的泛型，见图2．

需要注意的是，如果某个类型在它所继承的基类型中受到约束，该类型就不能“解除约束”．也就是说，类型参数丁在基类中使用受到了某约束S，则在子类中T必须受到至少与基类型相同的约束．

本词条内容贡献者为:

王慧维 - 副研究员 - 西南大学