泛型介绍
泛型类和泛型方法同时具备可重用性、类型安全和效率，这是非泛型类和非泛型方法无法具备的。泛型通常用在集合和在集合上运行的方法中。.NET Framework2.0版类库提供一个新的命名空间System.Collections.Generic，其中包含几个新的基于泛型的集合类。建议面向2.0版的所有应用程序都使用新的泛型集合类，而不要使用旧的非泛型集合类，如 ArrayList。有关更多信息，请参见 .NET Framework 类库中的泛型（C# 编程指南）。
当然，也可以创建自定义泛型类型和方法，以提供自己的通用解决方案，设计类型安全的高效模式。下面的代码示例演示一个用于演示用途的简单泛型链接列表类。（大多数情况下，建议使用.NETFramework类库提供的List<T>类，而不要自行创建类。）在通常使用具体类型来指示列表中所存储项的类型时，可使用类型参数 T。其使用方法如下：
在 AddHead 方法中作为方法参数的类型。
在 Node 嵌套类中作为公共方法 GetNext 和 Data 属性的返回类型。
在嵌套类中作为私有成员数据的类型。
注意，T 可用于 Node 嵌套类。如果使用具体类型实例化 GenericList<T>（例如，作为 GenericList<int>），则所有的 T 都将被替换为 int。
// type parameter T in angle brackets
public class GenericList<T>
{
// The nested class is also generic on T
private class Node
{
// T used in non-generic constructor
public Node(T t)
{
next = null;
data = t;
}
private Node next;
public Node Next
{
get { return next; }
set { next = value; }
}
// T as private member data type
private T data;
// T as return type of property
public T Data
{
get { return data; }
set { data = value; }
}
}
private Node head;
// constructor
public GenericList()
{
head = null;
}
// T as method parameter type:
public void AddHead(T t)
{
Node n = new Node(t);
n.Next = head;
head = n;
}
public IEnumerator<T> GetEnumerator()
{
Node current = head;
while (current != null)
{
yield return current.Data;
current = current.Next;
}
}
}
下面的代码示例演示客户端代码如何使用泛型 GenericList<T> 类来创建整数列表。只需更改类型参数，即可方便地修改下面的代码示例，创建字符串或任何其他自定义类型的列表：
class TestGenericList
{
static void Main()
{
// int is the type argument
GenericList<int> list = new GenericList<int>();
for (int x = 0; x < 10; x++)
{
list.AddHead(x);
}
foreach (int i in list)
{
System.Console.Write(i + " ");
}
System.Console.WriteLine("/nDone");
}
}
泛型的优点
在公共语言运行库和 C# 语言的早期版本中，通用化是通过在类型与通用基类型 Object 之间进行强制转换来实现的，泛型提供了针对这种限制的解决方案。通过创建泛型类，您可以创建一个在编译时类型安全的集合。
使用非泛型集合类的限制可以通过编写一小段程序来演示，该程序利用 .NET Framework 基类库中的 ArrayList 集合类。ArrayList 是一个使用起来非常方便的集合类，无需进行修改即可用来存储任何引用或值类型。
// The .NET Framework 1.1 way to create a list:
System.Collections.ArrayList list1 = new System.Collections.ArrayList();
list1.Add(3);
list1.Add(105);
System.Collections.ArrayList list2 = new System.Collections.ArrayList();
list2.Add("It is raining in Redmond.");
list2.Add("It is snowing in the mountains.");
但这种方便是需要付出代价的。添加到 ArrayList 中的任何引用或值类型都将隐式地向上强制转换为 Object。如果项是值类型，则必须在将其添加到列表中时进行装箱操作，在检索时进行取消装箱操作。强制转换以及装箱和取消装箱操作都会降低性能；在必须对大型集合进行循环访问的情况下，装箱和取消装箱的影响非常明显。
另一个限制是缺少编译时类型检查；因为 ArrayList 将把所有项都强制转换为 Object，所以在编译时无法防止客户端代码执行以下操作：
System.Collections.ArrayList list = new System.Collections.ArrayList();
// Add an integer to the list.
list.Add(3);
// Add a string to the list. This will compile, but may cause an error later.
list.Add("It is raining in Redmond.");
int t = 0;
// This causes an InvalidCastException to be returned.
foreach (int x in list)
{
t += x;
}
尽管将字符串和 ints 组合在一个 ArrayList 中的做法在创建异类集合时是完全合法的，有时是有意图的，但这种做法更可能产生编程错误，并且直到运行时才能检测到此错误。
在 C# 语言的 1.0 和 1.1 版本中，只能通过编写自己的特定于类型的集合来避免 .NET Framework 基类库集合类中的通用代码的危险。当然，由于此类不可对多个数据类型重用，因此将丧失通用化的优点，并且您必须对要存储的每个类型重新编写该类。
ArrayList 和其他相似类真正需要的是：客户端代码基于每个实例指定这些类要使用的具体数据类型的方式。这样将不再需要向上强制转换为 T:System.Object，同时，也使得编译器可以进行类型检查。换句话说，ArrayList 需要一个 type parameter。这正是泛型所能提供的。在 N:System.Collections.Generic 命名空间的泛型 List<T> 集合中，向该集合添加项的操作类似于以下形式：
// The .NET Framework 2.0 way to create a list
List<int> list1 = new List<int>();
// No boxing, no casting:
list1.Add(3);
// Compile-time error:
// list1.Add("It is raining in Redmond.");
对于客户端代码，与 ArrayList 相比，使用 List<T> 时添加的唯一语法是声明和实例化中的类型参数。虽然这稍微增加了些编码的复杂性，但好处是您可以创建一个比 ArrayList 更安全并且速度更快的列表，特别适用于列表项是值类型的情况。
泛型类型参数
在泛型类型或方法定义中，类型参数是客户端在实例化泛型类型的变量时指定的特定类型的占位符。泛型类（如泛型介绍（C# 编程指南）中列出的 GenericList<T>）不可以像这样使用，因为它实际上并不是一个类型，而更像是一个类型的蓝图。若要使用 GenericList<T>，客户端代码必须通过指定尖括号中的类型参数来声明和实例化构造类型。此特定类的类型参数可以是编译器识别的任何类型。可以创建任意数目的构造类型实例，每个实例使用不同的类型参数，如下所示：
GenericList<float> list1 = new GenericList<float>();
GenericList<ExampleClass> list2 = new GenericList<ExampleClass>();
GenericList<ExampleStruct> list3 = new GenericList<ExampleStruct>();
在每个 GenericList<T> 实例中，类中出现的每个 T 都会在运行时替换为相应的类型参数。通过这种替换方式，我们使用一个类定义创建了三个独立的类型安全的有效对象。有关 CLR 如何执行此替换的更多信息，请参见运行库中的泛型（C# 编程指南）。
类型参数命名准则
务必使用描述性名称命名泛型类型参数，除非单个字母名称完全可以让人了解它表示的含义，而描述性名称不会有更多的意义。
考虑使用 T 作为具有单个字母类型参数的类型的类型参数名
务必将“T”作为描述性类型参数名的前缀。
泛型类（C# 编程指南）
泛型类封装不是特定于具体数据类型的操作。泛型类最常用于集合，如链接列表、哈希表、堆栈、队列、树等，其中，像从集合中添加和移除项这样的操作都以大体上相同的方式执行，与所存储数据的类型无关。
对于大多数需要集合类的方案，推荐的方法是使用 .NET Framework 2.0 类库中所提供的类。有关使用这些类的更多信息，请参见 .NET Framework 类库中的泛型（C# 编程指南）。
一般情况下，创建泛型类的过程为：从一个现有的具体类开始，逐一将每个类型更改为类型参数，直至达到通用化和可用性的最佳平衡。创建您自己的泛型类时，需要特别注意以下事项：
将哪些类型通用化为类型参数。
一般规则是，能够参数化的类型越多，代码就会变得越灵活，重用性就越好。但是，太多的通用化会使其他开发人员难以阅读或理解代码。
如果存在约束，应对类型参数应用什么约束（请参见类型参数的约束（C# 编程指南））。
一个有用的规则是，应用尽可能最多的约束，但仍使您能够处理需要处理的类型。例如，如果您知道您的泛型类仅用于引用类型，则应用类约束。这可以防止您的类被意外地用于值类型，并允许您对 T 使用 as 运算符以及检查空值。
是否将泛型行为分解为基类和子类。
由于泛型类可以作为基类使用，此处适用的设计注意事项与非泛型类相同。有关从泛型基类继承的规则，请参见下面的内容。
是否实现一个或多个泛型接口。
例如，如果您设计一个类，该类将用于创建基于泛型的集合中的项，则可能需要实现一个接口，如 IComparable<T>，其中 T 是您的类的类型。
有关简单泛型类的示例，请参见泛型介绍（C# 编程指南）
类型参数和约束的规则对于泛型类行为有几方面的含义，特别是关于继承和成员可访问性。请务必先理解一些术语，然后再继续进行。对于泛型类 Node<T>,，客户端代码可以通过指定类型参数引用该类，以创建封闭式构造类型 (Node<int>)，或者可以让类型参数处于未指定状态（例如在指定泛型基类时）以创建开放式构造类型 (Node<T>)。泛型类可以从具体的、封闭式构造或开放式构造基类继承：
class BaseNode { }
class BaseNodeGeneric<T> { }
// concrete type
class NodeConcrete<T> : BaseNode { }
//closed constructed type
class NodeClosed<T> : BaseNodeGeneric<int> { }
//open constructed type
class NodeOpen<T> : BaseNodeGeneric<T> { }
非泛型（具体）类可以从封闭式构造基类继承，但无法从开放式构造类或裸类型参数继承，因为在运行时客户端代码无法提供实例化基类所需的类型变量。
//No error
class Node1 : BaseNodeGeneric<int> { }
//Generates an error
//class Node2 : BaseNodeGeneric<T> {}
//Generates an error
//class Node3 : T {}
从开放式构造类型继承的泛型类必须为任何未被继承类共享的基类类型参数提供类型变量，如以下代码所示
class BaseNodeMultiple<T, U> { }
//No error
class Node4<T> : BaseNodeMultiple<T, int> { }
//No error
class Node5<T, U> : BaseNodeMultiple<T, U> { }
//Generates an error
//class Node6<T> : BaseNodeMultiple<T, U> {}
从开放式构造类型继承的泛型类必须指定约束，这些约束是基类型约束的超集或暗示基类型约束：
class SuperKeyType<K, V, U>
where U : System.IComparable<U>
where V : new()
{ }
开放式构造类型和封闭式构造类型可以用作方法参数：
void Swap<T>(List<T> list1, List<T> list2)
{
//code to swap items
}
泛型类是不变的。也就是说，如果输入参数指定 List<BaseClass>，则当您试图提供 List<DerivedClass> 时，将会发生编译时错误。
void Swap(List<int> list1, List<int> list2)
{
//code to swap items
}
泛型方法（C# 编程指南）
泛型方法是使用类型参数声明的方法，如下所示：
static void Swap<T>(ref T lhs, ref T rhs)
{
T temp;
temp = lhs;
lhs = rhs;
rhs = temp;
}
下面的代码示例演示一种使用 int 作为类型参数的方法调用方式：
public static void TestSwap()
{
int a = 1;
int b = 2;
Swap<int>(ref a, ref b);
System.Console.WriteLine(a + " " + b);
}
也可以省略类型参数，编译器将推断出该参数。下面对 Swap 的调用等效于前面的调用：
Swap(ref a, ref b);
相同的类型推断规则也适用于静态方法以及实例方法。编译器能够根据传入的方法参数推断类型参数；它无法仅从约束或返回值推断类型参数。因此，类型推断不适用于没有参数的方法。类型推断在编译时、编译器尝试解析任何重载方法签名之前进行。编译器向共享相同名称的所有泛型方法应用类型推断逻辑。在重载解析步骤中，编译器仅包括类型推断取得成功的那些泛型方法。
在泛型类中，非泛型方法可以访问类级别类型参数，如下所示：
class SampleClass<T>
{
void Swap(ref T lhs, ref T rhs) { }
}
如果定义的泛型方法接受与包含类相同的类型参数，编译器将生成警告 CS0693，因为在方法范围内，为内部 T 提供的参数将隐藏为外部 T 提供的参数。除了类初始化时提供的类型参数之外，如果需要灵活调用具有类型参数的泛型类方法，请考虑为方法的类型参数提供其他标识符，如下面示例中的 GenericList2<T> 所示。
class GenericList<T>
{
// CS0693
void SampleMethod<T>() { }
}
class GenericList2<T>
{
//No warning
void SampleMethod<U>() { }
}
使用约束对方法中的类型参数启用更专门的操作。此版本的 Swap<T> 现在称为 SwapIfGreater<T>，它只能与实现 IComparable<T> 的类型参数一起使用。
void SwapIfGreater<T>(ref T lhs, ref T rhs) where T : System.IComparable<T>
{
T temp;
if (lhs.CompareTo(rhs) > 0)
{
temp = lhs;
lhs = rhs;
rhs = temp;
}
}
泛型方法可以使用许多类型参数进行重载。例如，下列方法可以全部存在于同一个类中：
void DoWork() { }
void DoWork<T>() { }
void DoWork<T, U>() { }
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