01.泛型Generic

 

1. 基本了解

1.1 什么是泛型？

字面意思：不确定的类型

泛型常用：泛型方法，泛型类，泛型接口，泛型委托

1.2 泛型 T（熟悉）

T 的作用，其实就是一个通用的容器，制造它的人开始不指定它是用来装什么的，而使用者在使用它的时候要告诉这个容器准备用来装什么，容器知道了用来装什么之后，后面所有存入操作，它都要检查一下你放的东西是不是开始指定的东西类型

所谓泛型，即通过参数化类型来实现在同一份代码上操作多种数据类型

泛型允许您延迟编写类或方法中的编程元素的数据类型的规范，直到实际在程序中使用它的时候，换句话说，泛型允许您编写一个可以与任何数据类型一起工作的类或方法

泛型编程是一种编程范式，它利用“参数化类型”将类型抽象化，从而实现更为灵活的复用。在定义泛型类时，在对客户端代码能够在实例化类时，可以用类型参数的类型种类施加限制

原理：泛型的使用是来源于c#2.0新出的规则和框架的升级，对原生需求的变更，泛型不是语法糖，是应对数据类型在传递参数的时候解决多代码冗余问题，减少代码的重复和可维护性。泛型的协变与逆变和泛型约束在c#4.0出现，解决c#出现的代码父类继承问题

1.3 设计思想

泛型的思想表现了一个很重要的架构思想： 延迟思想，推迟一切可以推迟的，使程序有更多的灵活性和扩展性，用来解决，方法中是相同的操作，但是传入参数是不同类型的问题（例举）

1.4 应用场景

类型不明确时：自定义对象的时候，如果我们会定义很多类似的对象，之后参数类型不同，那么我们此时可以考虑在定义对象的时候使用泛型

定义变量，定义方法的参数，定义方法的返回值

示例：返回结果

public class Result<T>
{
    public int code { get; set; }
    public List<T> date { get; set; }
}
    
Result<A> result_a = new Result<A>() { code = 200, date = new List<A>() };
Result<B> result_b = new Result<B>() { code = 200, date = new List<B>() };

1.5 装箱拆箱(了解)

在没有泛型之前，用 object 类型也可以实现相同操作，但是会有些性能损耗及类型安全问题

说明

简单来说，装箱是将值类型转换为引用类型 ；拆箱是将引用类型转换为值类型

装箱：用于在垃圾回收堆中存储值类型。装箱是值类型到 object 类型或到此值类型所实现的任何接口类型的隐式转换

拆箱：从 object 类型到值类型或从接口类型到实现该接口的值类型的显式转换

c#类型

C#中值类型和引用类型的最终基类都是Object类型（它本身是一个引用类型）。也就是说，值类型也可以当做引用类型来处理。而这种机制的底层处理就是通过装箱和拆箱的方式来进行，利用装箱和拆箱功能，可通过允许值类型的任何值与Object 类型的值相互转换，将值类型与引用类型链接起来

发生场景

一种最普通的场景是，调用一个含类型为Object的参数的方法，该Object可支持任意为型，以便通用。当你需要将一个值类型(如Int32)传入时，需要装箱。

另一种用法是，一个非泛型的容器，同样是为了保证通用，而将元素类型定义为Object。于是，要将值类型数据加入容器时，需要装箱

装箱和拆箱的内部操作

.NET中数据类型划分为值类型和引用类型，与此对应，内存分配被分成了两种方式，一为栈，二为堆（托管堆）

值类型只会在栈中分配，引用类型分配内存与托管堆（托管堆对应于垃圾回收）

2. 泛型方法

泛型方法可以定义特定于其执行范围的泛型参数

2.1 定义泛型方法

public class MyClass
{
    // 指定MyMethod方法用以执行类型为X的参数
    public void MyMethod<X>(X x) 
    {
        //
    }

    //此方法也可不指定方法参数
    public void MyMethod<X>() 
    {
        //
    }
}

2.2 调用泛型方法

MyClass mycls = new MyClass();
mycls.MyMethod<int>(3);

3. 泛型类

类级别泛型参数的所有约束都必须在类作用范围中定义

3.1 定义泛型类

简单定义

public class MyC<T>
{
    ...
}

public class MyC<T>
{
    public T Get(){...}
    public void Show(T t){...}
}

普通类继承泛型类

public class MyClass<T>:MyC<T>
{
    ...
}

泛型类继承泛型类，继承的泛型类型必须是可推断的（与子类一致或者一个具体的类型）

public class MyClass2<T>:MyC<int>
{
    ...
}

3.2 其它示例

示例一

public class MyC<T> where T:new()
{
    public void Show<T>(){T entity}
}

public class MyClass<T> where T:IComparable<T>
{
    public void MyMethod<X>(X x,T t)
    {
        //
    }
}

4. 泛型接口

4.1 定义泛型接口

简单定义

public interface MyInterface<T>
{
	...
}

public interface MyInterface<T>
{
	T Get();
    void Show(T t);
}

泛型接口继承接口

public interface MyInterface2<T>:MyInterface<T>
{
	...
}

5. 泛型委托

在某个类中定义的委托可以使用该类的泛型参数

5.1 定义泛型委托

示例一

public class MyClass<T>
{
    public delegate void GenericDelegate(T t);
    public void SomeMethod(T t)
    {
 
    }
}

5.2 使用泛型委托

示例一：同定义示例一

public GenericMethodDemo()
{
    MyClass<int> obj = new MyClass<int>();
    MyClass<int>.GenericDelegate del;
    del = new MyClass<int>.GenericDelegate(obj.SomeMethod);
    del(3);
}

6. 泛型约束

6.1 类型安全问题

show 方法若使用 object 类型参数，虽然编译器中没有报错，但是在运行中会出现类型转换失败问题，原因是类型 C 并没有继承 A 父类，此处就引发了类型错误问题，而泛型约束就是解决类型安全问题

namespace t1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            A obja = new A() { id = 1, name = "a" };
            B objb = new B() { id = 2, name = "b" };
            C objc = new C() { id = 3, name = "C" };

            try
            {
                Show(obja);
                Show(objb);
                Show(objc);
            }
            catch (Exception ex)
            {

            }
        }

        static void Show(object oval)
        {
            A obj = (A)oval;
            Console.WriteLine(obj.id);
        }
    }

    public class A
    {
        public int id { get; set; }
        public string name { get; set; }
    }

    public class B : A
    {

    }

    public class C
    {
        public int id { get; set; }
        public string name { get; set; }
    }

}

6.2 常用约束列表

约束	说明
where T:基类名	类型参数必须是指定的基类或派生自指定的基类
where T:接口名称	类型参数必须是指定的接口或实现指定的接口
where T:class	类型参数必须是引用类型，包括任何类、接口、委托或数组类型
where T:struct	类型参数必须是值类型，可以指定除 Nullable 以外的任何值类型
where T:new()	类型参数必须具有无参数的公共构造函数，与其他约束同使用时，必须最后指定

6.3 常用示例

示例一：接口约束|派生约束

// 1.常见
public class MyGenericClass<T> where T:IComparable { }

// 2.约束放在类的实际派生之后
public class B { }
public class MyClass6<T> : B where T : IComparable { }

// 3.可以继承一个基类和多个接口，且基类在接口前面
public class B { }
public class MyClass7<T> where T : B, IComparable, ICloneable { }

示例二：引用类型，值类型约束

public class c<T> where T:class

public class MyClassy<T, U> where T : class where U : struct
{
}

构造函数约束

以使用 new 运算符创建类型参数的实例；但类型参数为此必须受构造函数约束 new() 的约束。new() 约束可以让编译器知道：提供的任何类型参数都必须具有可访问的无参数（或默认）构造函数。new() 约束出现在 where 子句的最后

// 1.常见的
public class MyClass8<T> where T :  new() { }

// 2.可以将构造函数约束和派生约束组合起来,前提是构造函数约束出现在约束列表的最后
public class MyClass8<T> where T : IComparable, new() { }

7. 泛型缓存

泛型缓存，使用泛型类+静态字段，根据不同类型的“T”会被即时编译为不同的类型从而实现缓存
个人理解，T 的作用是一个类型模板，静态字段本身就是线程唯一的，使用泛型时，指定类型从而生成这个类型的副本，从而这个类型中的静态内容也就生成了一份

7.1 示例一：简单示例

定义泛型类，缓存内容使用静态变量并在第一次执行（使用）时缓存此类型（T）内容

public class GenericClass<T>
{
    private static string GenericCache = null;
    static GenericClass() // 静态构造函数，在泛型类第一次传入具体的类型进来的时候，执行
    {
        GenericCache = $"{typeof(T).Name}-{DateTime.Now.ToLocalTime()}";
    }
    public static string GetData()
    {
        return GenericCache;
    }
}

测试使用，测试不同类型，或同一类型多次调用

static void Main(string[] args)
{
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        Console.WriteLine(GenericClass<string>.GetData());
        Thread.Sleep(1000);
        Console.WriteLine(GenericClass<int>.GetData());
        Thread.Sleep(1000);
    }
}

7.2 示例一：简单简版

public class GenericClass<T>
{
    // 定义为静态只读变量
    public static readonly string GenericCache = null;
    static GenericClass() // 静态构造函数，在泛型类第一次传入具体的类型进来的时候，执行
    {
        GenericCache = $"{typeof(T).Name}\t{DateTime.Now.ToLocalTime()}";
    }
}

static void Main(string[] args)
{
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        // 只能获取，不能赋值
        Console.WriteLine(GenericClass<string>.GenericCache);
        Thread.Sleep(1000);
        Console.WriteLine(GenericClass<int>.GenericCache);
        Thread.Sleep(1000);
    }
}

7.3 示例二：实际示例

定义泛型类，用于实现缓存指定SQL语句

public class GenericSql<T> where T : class
{
    public static readonly string FindSql = null;
    public static readonly string DeleteSql = null;
    public static readonly string FindAllSql = null;
    public static readonly string UpdateSql = null;
    static GenericSql()
    {
        Type type = typeof(T);
        var props = type.GetProperties().Select(x => $"{x.Name}");

        FindSql = $"select {string.Join(",", props.Select(x => $"[{x}]"))} from [{type.Name}] where id=@id";
        
        DeleteSql = $"delete from [{type.Name}] where id=@id";
        
        FindAllSql = $"select {string.Join(",", props.Select(x => $"[{x}]"))} from [{type.Name}]";
        
        UpdateSql = $"update [{type.Name}] set {string.Join(",", props.Where(x => !x.Equals("id")).Select(x => $"[{x}]=@{x}"))} where id=@id";
    }
}

测试使用，使用两个实体类测试

public class Role
{
    public int rid { get; set; }
    public string rname { get; set; }
}
public class User
{
    public int uid { get; set; }
    public string uname { get; set; }
}

static void Main(string[] args)
{
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        Console.WriteLine(GenericSql<Role>.FindSql);
        Console.WriteLine(GenericSql<User>.FindSql);

        Console.WriteLine(GenericSql<Role>.DeleteSql);
        Console.WriteLine(GenericSql<User>.DeleteSql);

        Console.WriteLine(GenericSql<Role>.FindAllSql);
        Console.WriteLine(GenericSql<User>.FindAllSql);

        Console.WriteLine(GenericSql<Role>.UpdateSql);
        Console.WriteLine(GenericSql<User>.UpdateSql);
    }
}

8. 协变逆变（扩展）

协变和逆变只有在泛型接口，泛型委托中才有，协变逆变也可以组合使用

8.1 使用问题

// 鸟类
public class Bird
{
    public int id { get; set; }
}

// 麻雀类
public class Sparrow:Bird
{
    public string name { get; set; }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 麻雀也属于鸟类
        Bird bird1 = new Bird();
        Bird bird2 = new Sparrow();

        // 从人类语言上来说，一组麻雀也是一组鸟类
        // 但是在程序中，List<Bird> 是一个新的类，与 List<Sparrow> 无父子关系
        // List<Bird> list = new List<Sparrow>(); 报错
    }
}

8.2 协变

协变：使用 out 修饰类型参数，且类型参数只能用作返回值，不可用于输入参数，使得子类可在右边

namespace t2
{
    // 鸟类
    public class Bird
    {
        public int id { get; set; }
    }

    // 麻雀类
    public class Sparrow : Bird
    {
        public string name { get; set; }
    }

    // 自定义协变
    public interface ICustomerListOut<out T>
    {
        T Get();
        //Show(T t);
    }

    public class CustomerListOut<T> : ICustomerListOut<T>
    {
        public T Get()
        {
            return default(T);
        }

        //public void Show(T t) { }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 协变
            IEnumerable<Bird> birds1 = new List<Sparrow>();
			
            // 自定义
            ICustomerListOut<Bird> birds2 = new CustomerListOut<Sparrow>();
        }
    }
}

8.3 逆变

逆变：使用 in 修饰类型参数，且类型参数只能用作输入参数，不可用于输入参数返回值，使得父类可在右边

namespace t2
{
    // 鸟类
    public class Bird
    {
        public int id { get; set; }
    }

    // 麻雀类
    public class Sparrow : Bird
    {
        public string name { get; set; }
    }

    public interface ICustomerListIn<in T>
    {
        // T Get();

        void Show(T t);
    }

    public class CustomerListIn<T> : ICustomerListIn<T>
    {
        //public T Get()
        //{
        //    return default(T);
        //}

        public void Show(T t) { ... }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 逆变
            ICustomerListIn<Sparrow> sparrow1 = new CustomerListIn<Bird>();
        }
    }
}

8.4 个人理解（不做参考）

协变：子类向父类转换

逆变：父类向子类转换