6.1 泛型概述

泛型是C#和．NET的一个重要概念。泛型不仅是C#编程语言的一部分，而且与程序集中的IL(Intermediate Language，中间语言)代码紧密地集成。有了泛型，就可以创建独立于被包含类型的类和方法。我们不必给不同的类型编写功能相同的许多方法或类，只创建一个方法或类即可。

另一个减少代码的选项是使用Object类，但使用派生自Object类的类型进行传递不是类型安全的。泛型类使用泛型类型，并可以根据需要用特定的类型替换泛型类型。这就保证了类型安全性：如果某个类型不支持泛型类，编译器就会出现错误。

泛型不仅限于类，本章还将介绍用于接口和方法的泛型。用于委托的泛型参见第9章。

泛型不仅存在于C#中，其他语言中有类似的概念。例如，C++模板就与泛型相似。但是，C++模板和．NET泛型之间有一个很大的区别。对于C++模板，在用特定的类型实例化模板时，需要模板的源代码。相反，泛型不仅是C#语言的一种结构，而且是CLR(Common Language Runtime)定义的。所以，即使泛型类是在C#中定义的，也可以在Visual Basic中用一个特定的类型实例化该泛型。

下面几节介绍泛型的优点和缺点，尤其是：

● 性能

● 类型安全性

● 二进制代码重用

● 代码的扩展

● 命名约定

6.1.1 性能

泛型的一个主要优点是性能。第11章介绍了System.Collections和System.Collections.Generic名称空间的泛型和非泛型集合类。对值类型使用非泛型集合类，在把值类型转换为引用类型，和把引用类型转换为值类型时，需要进行装箱和拆箱操作。

值类型存储在栈上，引用类型存储在堆上。C#类是引用类型，结构是值类型。.NET很容易把值类型转换为引用类型，所以可以在需要对象(对象是引用类型)的任意地方使用值类型。例如，int可以赋予一个对象。从值类型转换为引用类型称为装箱。如果方法需要把一个对象作为参数，同时传递一个值类型，装箱操作就会自动进行。另一方面，装箱的值类型可以使用拆箱操作转换为值类型。在拆箱时，需要使用类型强制转换运算符。

下面的例子显示了System.Collections名称空间中的ArrayList类。ArrayList存储对象，Add()方法定义为需要把一个对象作为参数，所以要装箱一个整数类型。在读取ArrayList中的值时，要进行拆箱，把对象转换为整数类型。可以使用类型强制转换运算符把ArrayList集合的第一个元素赋予变量i1，在访问int类型的变量i2的foreach语句中，也要使用类型强制转换运算符：

        var list = new ArrayList();
        list.Add(44);  // boxing - convert a value type to a reference type
        int i1 = (int)list[0];  // unboxing - convert a reference type to
                            // a value type
        foreach (int i2 in list)
        {
          WriteLine(i2);  // unboxing
        }

装箱和拆箱操作很容易使用，但性能损失比较大，遍历许多项时尤其如此。

System.Collections.Generic名称空间中的List<T>类不使用对象，而是在使用时定义类型。在下面的例子中，List<T>类的泛型类型定义为int，所以int类型在JIT(Just-In-Time)编译器动态生成的类中使用，不再进行装箱和拆箱操作：

        var list = new List<int>();
        list.Add(44);  // no boxing - value types are stored in the List<int>
        int i1 = list[0];  // no unboxing, no cast needed
        foreach (int i2 in list)
        {
          WriteLine(i2);
        }

6.1.2 类型安全

泛型的另一个特性是类型安全。与ArrayList类一样，如果使用对象，就可以在这个集合中添加任意类型。下面的例子在ArrayList类型的集合中添加一个整数、一个字符串和一个MyClass类型的对象：

        var list = new ArrayList();
        list.Add(44);
        list.Add("mystring");
        list.Add(new MyClass());

如果这个集合使用下面的foreach语句迭代，而该foreach语句使用整数元素来迭代，编译器就会接受这段代码。但并不是集合中的所有元素都可以强制转换为int，所以会出现一个运行时异常：

        foreach (int i in list)
        {
          WriteLine(i);
        }

错误应尽早发现。在泛型类List<T>中，泛型类型T定义了允许使用的类型。有了List<int>的定义，就只能把整数类型添加到集合中。编译器不会编译这段代码，因为Add()方法的参数无效：

        var list = new List<int>();
        list.Add(44);
        list.Add("mystring");  // compile time error
        list.Add(new MyClass());  // compile time error

6.1.3 二进制代码的重用

泛型允许更好地重用二进制代码。泛型类可以定义一次，并且可以用许多不同的类型实例化。不需要像C++模板那样访问源代码。

例如，System.Collections.Generic名称空间中的List<T>类用一个int、一个字符串和一个MyClass类型实例化：

        var list = new List<int>();
        list.Add(44);
        var stringList = new List<string>();
        stringList.Add("mystring");
        var myClassList = new List<MyClass>();
        myClassList.Add(new MyClass());

泛型类型可以在一种语言中定义，在任何其他．NET语言中使用。

6.1.4 代码的扩展

在用不同的特定类型实例化泛型时，会创建多少代码？因为泛型类的定义会放在程序集中，所以用特定类型实例化泛型类不会在IL代码中复制这些类。但是，在JIT编译器把泛型类编译为本地代码时，会给每个值类型创建一个新类。引用类型共享同一个本地类的所有相同的实现代码。这是因为引用类型在实例化的泛型类中只需要4个字节的内存地址(32位系统)，就可以引用一个引用类型。值类型包含在实例化的泛型类的内存中，同时因为每个值类型对内存的要求都不同，所以要为每个值类型实例化一个新类。

6.1.5 命名约定

如果在程序中使用泛型，在区分泛型类型和非泛型类型时就会有一定的帮助。下面是泛型类型的命名规则：

● 泛型类型的名称用字母T作为前缀。

● 如果没有特殊的要求，泛型类型允许用任意类替代，且只使用了一个泛型类型，就可以用字符T作为泛型类型的名称。

          public class List<T> { }
          public class LinkedList<T> { }

● 如果泛型类型有特定的要求(例如，它必须实现一个接口或派生自基类)，或者使用了两个或多个泛型类型，就应给泛型类型使用描述性的名称：

          public delegate void EventHandler<TEventArgs>(object sender,
            TEventArgs e);
          public delegate TOutput Converter<TInput, TOutput>(TInput from);
          public class SortedList<TKey, TValue> { }