C#泛型:高级静态语言的效率利器

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前文提要:

引入

所谓泛型,就是创建一个函数,对所有数据类型都生效。最常见的例子就是运算符,毕竟1+1=21.0+1.0=2.0,足以看出+是对多种数据类型起作用的。

但是,如想创建一个函数add(int a, int b),那么输入add(1.0, 1.0)是肯定要报错的,VS直接就给标红了。

泛型的出现,就很好地解决了这个尴尬的问题

cs 复制代码
T add<T>(T a, T b) 
{
    dynamic d1 = a;
    dynamic d2 = b;
    return (T)(d1 + d2);
}

Console.WriteLine(add<int>(1, 1));
Console.WriteLine(add<double>(1.0, 1.0));

上面代码中,T表示某种数据类型,在调用函数add时,根据add后面的<>加以声明。

但如果就此就写return a+b显然也是不行的,因为+这种运算符并没有对T进行重载,编辑器并不会允许两种未知的类型相加。

这个时候就需要用到dynamic,用来让编辑器放弃类型检查,将任何可能发生的错误都留给运行阶段。

最后,运行结果为

2
2

类型约束

dynamic用着确实爽,但后果就是责任自负,这玩意要是用在团队协作的场合,简直就是灾难,毕竟并非所有对象都可以驾驭加法。

所以,C#的泛型,是可以被约束的泛型,关键就是where,将上述代码写为

cs 复制代码
T add<T>(T a, T b) where T : struct{
    dynamic d1 = a;
    dynamic d2 = b;
    return (T)(d1 + d2);
}

where T : struct表示T必须是数值类型的一种,所以编译器的类型检查仍会发挥作用,在调用add时,如果T不是数值类型,就会报错。

C#一共有5种约束方案,列表如下

类别 条件
struct T必须是值类型
class T必须是引用类型
new() T必须有无参数的构造函数
基类名 T必须是基类或派生自基类
接口名 T必须是指定接口
裸类型

不同类型的约束,或相同类型不同种类的约束,一般是可以混用的,如果不能混用,编译器会提醒。比如struct几乎不能和其他类型混用。如果new()参与了约束,则放在最后。

子类泛型

除了函数可以采用泛型,类当然也可以,不仅可以,而且还能继承。

cs 复制代码
class MyList<T>
{
    public T[] a;
    public MyList(){}       //无参数的构造函数,用于继承
    public MyList(int n){
        a = new T[n];
    }
    public T this[int index]{
        get => a[index];
        set => a[index] = value;
    }

}

MyList相当于是给数组套了一层壳,其构造函数并不存在什么难以理解的地方,唯一有些问题的可能是下面的索引器public T this[int index],这种写法可以实现方括号形式的索引。

可以测试一下

cs 复制代码
var a = new MyList<int>(5);
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
    a[i] = i;
    Console.WriteLine(a[i]);
}

结果就不粘贴了,接下来新建一个子类

cs 复制代码
class MyStack<T> : MyList<T>
{
    public MyStack(int n)
    {
        a = new T[n];
    }
    public T Pop()
    {
        T p = a[a.Length- 1];
        a = a[0..(a.Length-1)];
        return p;
    }
}

然后测试一下

cs 复制代码
var a = new MyStack<int>(3);
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
    a[i] = i;
}

for (int i = 0; i < 3; i++)
{
    Console.WriteLine(a.Pop());
}

结果为

cs 复制代码
2
1
0

常用的泛型数据结构

C#通过泛型定义了很多数据结构,例如在讲解switch...case时提到的字典

cs 复制代码
Dictionary<int, string> card = new Dictionary<int, string>
{
    {1,"A" },
    {11, "J" },
    {12, "Q" },
    {13, "K" }
};

这种<U, V>的写法,正是泛型的特点,其中U, V就是可以随意声明的变量。如果查看字典的类型参数,可以发现其定义方法是这样的

cs 复制代码
public class Dictionary<TKey, TValue> : ICollection<KeyValuePair<TKey, TValue>>, ... where TKey : notnull

考虑到本节并不是为了将面向对象,所以字典继承的那一大坨类就省略了,关键是where Tkey:notnull,也就是说,字典对键值对的要求只有一个,就是键不得为null

除了字典之外,还有一些常见的数据结构采用了泛型,列表如下,没事儿可以练习练习。

数据结构 说明 常用方法
List<T> 泛型列表 Add, Remove, RemoveAt
LinkedList<T> 双端链表 AddFirst, AddLast, RemoveFirst, RemoveLast
Queue<T> 先进先出列表 Enqueue, Dequeue
Stack<T> 栈,先进后出 Push, Pop

泛型委托

委托,是函数的函数;泛型,可以让函数的参数类型更加灵活,二者结合在一起,就是更加灵活的函数的函数,即泛型委托。

只要学过了泛型和委托,那么对泛型委托将毫无理解上的难度,回想前面定义的运算符委托

cs 复制代码
delegate int Op(int a, int b);

再回想定义泛型时的<T>,那么泛型委托可以非常简单地定义出来

cs 复制代码
delegate T Op<T>(T a, T b);

然后就可以根据委托,建立一个泛型函数

cs 复制代码
T add<T>(T a, T b)
{
    dynamic d1 = a;
    dynamic d2 = b;
    return (T)(d1 + d2);
}
var addTest = new Op<int>(add<int>);
//也可以省略add后的<int>,写成下面的形式
//var addTest = new Op<int>(add);
Console.WriteLine(addTest(3, 5));

运行之后控制台出现了8,就是这么简单。

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