泛型类的功能

C#

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2019-9-18

  在泛型类中,由于不知道泛型参数T是什么类型,可能是引用类型,也可能是值类型,因此不能将null等赋予泛型类型。如何对泛型对象赋初值、如何保证泛型的正确性等,以使用泛型文档管理器为例:

  文档管理器用于从队列中读写文档。首先创建一个泛型管理器AddDocument()方法添加一个文档到队列中,IsDocumentAvailabe只读属性指示队列中是否还有文档。

public class DocumentManager<T>
{
    private readonly Queue<T> documentQueue = new Queue<T>();

    public void AddDocument(T doc)
    {
        lock (this)
        {
            documentQueue.Enqueue(doc);
        }
    }

    public bool IsDocumentAvailable
    {
        get { return documentQueue.Count > 0; }
    }
}

1、默认值

  给DocumentManager<T>类添加一个GetDocument()方法,该方法以返回队列中的一个文档。如果队列中存在文档,则返回一个文档;如果队列中已没有文档,则返回默认值。但是,对于泛型T,不能将null赋予T的对象,因为无法确定它是引用类型还是值类型。在C#中,为我们提供了一个default关键字,泛型T的对象赋予默认值,如:引用类型为null、值类型int等为0……

public T GetDocument()
{
    T doc = default(T);
    lock (this)
    {
        if (documentQueue.Count > 0)
        {
            doc = documentQueue.Dequeue();
        }
    }
    return doc;
}

2、约束

  如果泛型类需要调用泛型类型中的方法,那么必须对泛型添加约束。否则,不能确保声明的泛型类型实现了对应的类型,具有相关方法。创建文档类Document,其实现了接口IDocument:

public interface IDocument
{
    string Title { get; set; }
    string Content { get; set; }
}

public class Document : IDocument
{
    public Document()
    {
    }

    public Document(string title, string content)
    {
        this.Title = title;
        this.Content = content;
    }

    public string Title { get; set; }
    public string Content { get; set; }
}

  给泛型文档管理器DocumentManager<T>添加方法DisplayAllDocuments(),使得队列中所有文档的标题能展示出。在展示文档标题前,将类型T强制转换为IDocumnet接口,以显示标题:

public void DisplayAllDocuments()
{
    foreach (T doc in documentQueue)
    {
        Console.WriteLine((doc as IDocument).Title);//强制转换
    }
}

  但是,如果类型T没有实现接口IDocument,在对类型进行强制转换时就会出现一个异常。如果对方法添加rty……catch处理,将非常损耗性能。同样的,即使类型实现了接口IDocument,在进行转换时也会出现性能的损耗。

  那么,如果能对泛型TDocument进行约束,使得泛型类型必须实现接口IDocument,则不会出现对类型进行强制转换时的异常。甚至不需要强制转换,性能也将得到优化。因此,前面的泛型文档管理器改写为(前面的T,改写为TDocument,以此暗示是文档类型):

public class DocumentManager<TDocument>
    where TDocument : IDocument
{
     //……      
}

  对于实现了约束的泛型文档管理器,可以处理任何实现了IDocument接口的类。其DisplayAllDocuments()方法改写为:

public void DisplayAllDocuments()
{
    foreach (TDocument doc in documentQueue)
    {
        Console.WriteLine(doc.Title);
    }
}

  在其他地方调用时,可以用Document类型实例化泛型类型DocumentManager<TDocument>。因为Document实现了接口IDocument:

static void Main()
{
    var dm = new DocumentManager<Document>();
    dm.AddDocument(new Document("Title A", "Sample A"));
    dm.AddDocument(new Document("Title B", "Sample B"));

    dm.DisplayAllDocuments();

    if (dm.IsDocumentAvailable)
    {
        Document d = dm.GetDocument();
        Console.WriteLine(d.Content);
    }
}

  泛型类型支持的几种约束:struct(结构约束,类型T必须是值类型)、class(类约束,类型T必须是引用类型)、IFoo(类型T必须实现接口IFoo)、new()(构造函数约束,类型T必须有一个无参构造函数)、TOther(类型T派生自TOther,也称“裸类型约束”)。

  泛型约束中:

  • 只能为无参构造函数定义构造约束,不能为有任何参数的构造函数定义构造函数约束。
  • 泛型可以有多个约束。如:public class DocumentManager<TDocument> where TDocument : IDocument,new()。
  • where不能定义必须由泛型类型实现的运算符

3、继承

  泛型类也可以实现继承,如Queue<T>里,继承实现了接口IEnumerable<T>接口。泛型类型可以实现泛型接口,也可以派生自一个类。泛型类型可以派生自泛型基类:

class Base<T>
{
    //...............
}

class Derived<T>:Base<T>
{
    //...............
}

  派生类可以是泛型类,也可以是非泛型类型:

abstract class Calc<T>
{
    public abstract T Add(T x, T y);
    public abstract T Sub(T x, T y);
}

class IncCalc: Calc<int>
{
    public override int Add(int x, int y)
    {
        return x + y;
    }
    public override int Sub(int x, int y)
    {
        return x - y;
    }
}
class DoubleCalc : Calc<double>
{
    public override double Add(double x, double y)
    {
        return x + y;
    }
    public override double Sub(double x, double y)
    {
        return x - y;
    }
}

4、静态成员

  泛型类的静态成员只能在一个实例中共享:

class StaticDemo<T>
{
    public static string Type;
}

static void Main()
{
    StaticDemo<int>.Type = "int类型";
    StaticDemo<object>.Type = "Object类型";
    Console.WriteLine(StaticDemo<int>.Type);//输出:int类型
}

  实际上,每当用一个类型去代替泛型中的T时,都是在创造一个实例类型。因此,泛型类型中的静态字段,会在不同的类型替代泛型T的实例中重新生成。这样设计也有好处,可以为程序提供一个“泛型缓存”的概念,使用泛型的静态成员,使它存放在缓存中,方便调用。

作者:一只独行的猿