深入解析C#中的泛型類與泛型接口

更新時間：2016年02月02日 17:22:14 投稿：goldensun

這篇文章主要介紹了C#中的泛型類與泛型接口,對泛型的支持是C#語言的重要特性,需要的朋友可以參考下

泛型類

泛型類封裝不是特定于具體數(shù)據(jù)類型的操作。泛型類最常用于集合，如鏈接列表、哈希表、堆棧、隊列、樹等。像從集合中添加和移除項這樣的操作都以大體上相同的方式執(zhí)行，與所存儲數(shù)據(jù)的類型無關(guān)。
對于大多數(shù)需要集合類的方案，推薦的方法是使用 .NET Framework 類庫中所提供的類。

一般情況下，創(chuàng)建泛型類的過程為：從一個現(xiàn)有的具體類開始，逐一將每個類型更改為類型參數(shù)，直至達(dá)到通用化和可用性的最佳平衡。創(chuàng)建您自己的泛型類時，需要特別注意以下事項：
將哪些類型通用化為類型參數(shù)。
通常，能夠參數(shù)化的類型越多，代碼就會變得越靈活，重用性就越好。但是，太多的通用化會使其他開發(fā)人員難以閱讀或理解代碼。
如果存在約束，應(yīng)對類型參數(shù)應(yīng)用什么約束。
一條有用的規(guī)則是，應(yīng)用盡可能最多的約束，但仍使您能夠處理必須處理的類型。例如，如果您知道您的泛型類僅用于引用類型，則應(yīng)用類約束。這可以防止您的類被意外地用于值類型，并允許您對 T 使用 as 運算符以及檢查空值。
是否將泛型行為分解為基類和子類。
由于泛型類可以作為基類使用，此處適用的設(shè)計注意事項與非泛型類相同。請參見本主題后面有關(guān)從泛型基類繼承的規(guī)則。
是否實現(xiàn)一個或多個泛型接口。

例如，如果您設(shè)計一個類，該類將用于創(chuàng)建基于泛型的集合中的項，則可能必須實現(xiàn)一個接口，如 IComparable<T>，其中 T 是您的類的類型。

類型參數(shù)和約束的規(guī)則對于泛型類行為有幾方面的含義，特別是關(guān)于繼承和成員可訪問性。您應(yīng)當(dāng)先理解一些術(shù)語，然后再繼續(xù)進(jìn)行。對于泛型類 Node<T>，客戶端代碼可通過指定類型參數(shù)來引用該類，以便創(chuàng)建封閉式構(gòu)造類型 (Node<int>)?；蛘呖梢宰岊愋蛥?shù)處于未指定狀態(tài)（例如在指定泛型基類時）以創(chuàng)建開放式構(gòu)造類型 (Node<T>)。泛型類可以從具體的、封閉式構(gòu)造或開放式構(gòu)造基類繼承：

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> { }

非泛型類（換句話說，即具體類）可以從封閉式構(gòu)造基類繼承，但無法從開放式構(gòu)造類或類型參數(shù)繼承，因為在運行時客戶端代碼無法提供實例化基類所需的類型參數(shù)。

//No error
class Node1 : BaseNodeGeneric<int> { }

//Generates an error
//class Node2 : BaseNodeGeneric<T> {}

//Generates an error
//class Node3 : T {}

從開放式構(gòu)造類型繼承的泛型類必須為任何未被繼承類共享的基類類型參數(shù)提供類型變量，如以下代碼所示：

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> {}

從開放式構(gòu)造類型繼承的泛型類必須指定約束，這些約束是基類型約束的超集或暗示基類型約束：

class NodeItem<T> where T : System.IComparable<T>, new() { }
class SpecialNodeItem<T> : NodeItem<T> where T : System.IComparable<T>, new() { }

泛型類型可以使用多個類型參數(shù)和約束，如下所示：

class SuperKeyType<K, V, U>
  where U : System.IComparable<U>
  where V : new()
{ }

開放式構(gòu)造類型和封閉式構(gòu)造類型可以用作方法參數(shù)：

void Swap<T>(List<T> list1, List<T> list2)
{
  //code to swap items
}

void Swap(List<int> list1, List<int> list2)
{
  //code to swap items
}

如果某個泛型類實現(xiàn)了接口，則可以將該類的所有實例強制轉(zhuǎn)換為該接口。
泛型類是不變的。也就是說，如果輸入?yún)?shù)指定 List<BaseClass>，則當(dāng)您嘗試提供 List<DerivedClass> 時，將會發(fā)生編譯時錯誤。

泛型接口
為泛型集合類或表示集合中項的泛型類定義接口通常很有用。對于泛型類，使用泛型接口十分可取，例如使用 IComparable<T> 而不使用 IComparable，這樣可以避免值類型的裝箱和取消裝箱操作。.NET Framework 類庫定義了若干泛型接口，以用于 System.Collections.Generic 命名空間中的集合類。
將接口指定為類型參數(shù)的約束時，只能使用實現(xiàn)此接口的類型。下面的代碼示例顯示從 SortedList<T> 類派生的 GenericList<T> 類。
SortedList<T> 添加約束 where T : IComparable<T>。這將使 SortedList<T> 中的 BubbleSort 方法能夠?qū)α斜碓厥褂梅盒?CompareTo 方法。在此示例中，列表元素為簡單類，即實現(xiàn) Person 的 IComparable<Person>。

//Type parameter T in angle brackets.
public class GenericList<T> : System.Collections.Generic.IEnumerable<T>
{
  protected Node head;
  protected Node current = null;

  // Nested class is also generic on T
  protected class Node
  {
    public Node next;
    private T data; //T as private member datatype

    public Node(T t) //T used in non-generic constructor
    {
      next = null;
      data = t;
    }

    public Node Next
    {
      get { return next; }
      set { next = value; }
    }

    public T Data //T as return type of property
    {
      get { return data; }
      set { data = value; }
    }
  }

  public GenericList() //constructor
  {
    head = null;
  }

  public void AddHead(T t) //T as method parameter type
  {
    Node n = new Node(t);
    n.Next = head;
    head = n;
  }

  // Implementation of the iterator
  public System.Collections.Generic.IEnumerator<T> GetEnumerator()
  {
    Node current = head;
    while (current != null)
    {
      yield return current.Data;
      current = current.Next;
    }
  }

  // IEnumerable<T> inherits from IEnumerable, therefore this class 
  // must implement both the generic and non-generic versions of 
  // GetEnumerator. In most cases, the non-generic method can 
  // simply call the generic method.
  System.Collections.IEnumerator System.Collections.IEnumerable.GetEnumerator()
  {
    return GetEnumerator();
  }
}

public class SortedList<T> : GenericList<T> where T : System.IComparable<T>
{
  // A simple, unoptimized sort algorithm that 
  // orders list elements from lowest to highest:

  public void BubbleSort()
  {
    if (null == head || null == head.Next)
    {
      return;
    }
    bool swapped;

    do
    {
      Node previous = null;
      Node current = head;
      swapped = false;

      while (current.next != null)
      {
        // Because we need to call this method, the SortedList
        // class is constrained on IEnumerable<T>
        if (current.Data.CompareTo(current.next.Data) > 0)
        {
          Node tmp = current.next;
          current.next = current.next.next;
          tmp.next = current;

          if (previous == null)
          {
            head = tmp;
          }
          else
          {
            previous.next = tmp;
          }
          previous = tmp;
          swapped = true;
        }
        else
        {
          previous = current;
          current = current.next;
        }
      }
    } while (swapped);
  }
}

// A simple class that implements IComparable<T> using itself as the 
// type argument. This is a common design pattern in objects that 
// are stored in generic lists.
public class Person : System.IComparable<Person>
{
  string name;
  int age;

  public Person(string s, int i)
  {
    name = s;
    age = i;
  }

  // This will cause list elements to be sorted on age values.
  public int CompareTo(Person p)
  {
    return age - p.age;
  }

  public override string ToString()
  {
    return name + ":" + age;
  }

  // Must implement Equals.
  public bool Equals(Person p)
  {
    return (this.age == p.age);
  }
}

class Program
{
  static void Main()
  {
    //Declare and instantiate a new generic SortedList class.
    //Person is the type argument.
    SortedList<Person> list = new SortedList<Person>();

    //Create name and age values to initialize Person objects.
    string[] names = new string[] 
    { 
      "Franscoise", 
      "Bill", 
      "Li", 
      "Sandra", 
      "Gunnar", 
      "Alok", 
      "Hiroyuki", 
      "Maria", 
      "Alessandro", 
      "Raul" 
    };

    int[] ages = new int[] { 45, 19, 28, 23, 18, 9, 108, 72, 30, 35 };

    //Populate the list.
    for (int x = 0; x < 10; x++)
    {
      list.AddHead(new Person(names[x], ages[x]));
    }

    //Print out unsorted list.
    foreach (Person p in list)
    {
      System.Console.WriteLine(p.ToString());
    }
    System.Console.WriteLine("Done with unsorted list");

    //Sort the list.
    list.BubbleSort();

    //Print out sorted list.
    foreach (Person p in list)
    {
      System.Console.WriteLine(p.ToString());
    }
    System.Console.WriteLine("Done with sorted list");
  }
}

可將多重接口指定為單個類型上的約束，如下所示：

class Stack<T> where T : System.IComparable<T>, IEnumerable<T>
{
}

一個接口可定義多個類型參數(shù)，如下所示：

interface IDictionary<K, V>
{
}

適用于類的繼承規(guī)則同樣適用于接口：

interface IMonth<T> { }

interface IJanuary   : IMonth<int> { } //No error
interface IFebruary<T> : IMonth<int> { } //No error
interface IMarch<T>  : IMonth<T> { }  //No error
//interface IApril<T> : IMonth<T, U> {} //Error

如果泛型接口為逆變的，即僅使用其類型參數(shù)作為返回值，則此泛型接口可以從非泛型接口繼承。在 .NET Framework 類庫中，IEnumerable<T> 從 IEnumerable 繼承，因為 IEnumerable<T> 只在 GetEnumerator 的返回值和 Current 屬性 getter 中使用 T。
具體類可以實現(xiàn)已關(guān)閉的構(gòu)造接口，如下所示：

interface IBaseInterface<T> { }

class SampleClass : IBaseInterface<string> { }

只要類參數(shù)列表提供了接口必需的所有參數(shù)，泛型類便可以實現(xiàn)泛型接口或已關(guān)閉的構(gòu)造接口，如下所示：

interface IBaseInterface1<T> { }
interface IBaseInterface2<T, U> { }

class SampleClass1<T> : IBaseInterface1<T> { }     //No error
class SampleClass2<T> : IBaseInterface2<T, string> { } //No error

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