C#泛型学习笔记

   本笔记摘抄自：，记录一下学习过程以备后续查用。

    一、什么是泛型

    泛型是c#2.0推出的新语法，不是语法糖，而是2.0由框架升级提供的功能。泛型类就类似于一个模板，可以在需要时为这个模板传入任何我们需要的类型。

    二、为什么使用泛型

    下面代码演示输出几种类型的相关信息：

    class program
    {
        /// <summary>
        /// 打印帮助类
        /// </summary>
        public class showhelper
        {
            /// <summary>
            /// showint
            /// </summary>
            /// <param name="intparam"></param>
            public static void showint(int intparam)
            {
                console.writeline($"class={typeof(showhelper).name},type={intparam.gettype().name},parameter={intparam}");
            }

            /// <summary>
            /// showstring
            /// </summary>
            /// <param name="strparam"></param>
            public static void showstring(string strparam)
            {
                console.writeline($"class={typeof(showhelper).name},type={strparam.gettype().name},parameter={strparam}");
            }

            /// <summary>
            /// showdatetime
            /// </summary>
            /// <param name="dtparam"></param>
            public static void showdatetime(datetime dtparam)
            {
                console.writeline($"class={typeof(showhelper).name},type={dtparam.gettype().name},parameter={dtparam}");
            }
        }

        static void main(string[] args)
        {
            #region 非泛型打印方式一
            showhelper.showint(123);
            showhelper.showstring("hello world.");
            showhelper.showdatetime(datetime.now);
            console.read();
            #endregion
        }
    }

    运行结果如下：

    上面3个方法很相似，除了参数类型不同外，实现的功能是一样的，可以稍作优化。

    下面代码演示使用继承的方式输出几种类型的相关信息：

    class program
    {
        /// <summary>
        /// 打印帮助类
        /// </summary>
        public class showhelper
        {
            /// <summary>
            /// showtype
            /// </summary>
            /// <param name="obj"></param>
            public static void showtype(object obj)
            {
                console.writeline($"class={typeof(showhelper).name},type={obj.gettype().name},parameter={obj}");
            }
        }

        static void main(string[] args)
        {
            #region 非泛型打印方式二
            showhelper.showtype(123);
            showhelper.showtype("hello world.");
            showhelper.showtype(datetime.now);
            console.read();
            #endregion
        }
    }

    功能实现没有问题，只是object与其它类型的转换，涉及到装箱和拆箱的过程，这个是会损耗程序的性能的。

    三、泛型类型参数

    在泛型类型或方法的定义中，泛型类型参数可认为是特定类型的占位符。

    下面代码演示使用泛型的方式输出几种类型的相关信息：

    class program
    {
        /// <summary>
        /// 打印帮助类
        /// </summary>
        public class showhelper
        {
            /// <summary>
            /// show
            /// </summary>
            /// <param name="obj"></param>
            public static void show<t>(t tparam)
            {
                console.writeline($"class={typeof(showhelper).name},type={tparam.gettype().name},parameter={tparam}");
            }
        }

        static void main(string[] args)
        {
            #region 泛型打印方式
            showhelper.show(123);
            showhelper.show("hello world.");
            showhelper.show(datetime.now);
            console.read();
            #endregion
        }
    }

    运行结果如下：

    1、为什么泛型可以解决上面的问题呢？

    泛型是延迟声明的：即定义的时候没有指定具体的参数类型，把参数类型的声明推迟到调用的时候才给它指定。 

    2、泛型究竟是如何工作的呢？

    程序执行原理：控制台程序最终会编译成一个exe程序。当exe被点击的时候，会经过jit(即时编译器)的编译，最终生成二进制代码才能被计算机执行。

    泛型工作原理：泛型加入到语法以后，vs自带的编译器做了升级，升级之后编译时若遇到泛型，会做特殊的处理：生成占位符。然后经过jit编译的时候，

会把上面编译生成的占位符替换成具体的数据类型。

    下面代码演示泛型占位符：

    class program
    {
        static void main(string[] args)
        {
            #region 泛型占位符
            console.writeline(typeof(list<>));
            console.writeline(typeof(dictionary<,>));
            console.read();
            #endregion
        }
    }

    运行结果如下：

    3、泛型性能问题

    下面代码演示泛型性能测试：

    class program
    {
        static void main(string[] args)
        {
            #region 泛型性能测试
            long commontime = 0;
            long objecttime = 0;
            long generictime = 0;
            stopwatch watch = new stopwatch();
            watch.start();
            for (int i = 0; i < 10000; i++)
            {
                showhelper.showint(123);
            }
            watch.stop();
            commontime = watch.elapsedmilliseconds;

            watch.reset();
            watch.start();
            for (int i = 0; i < 10000; i++)
            {
                showhelper.showtype(123);
            }
            watch.stop();
            objecttime = watch.elapsedmilliseconds;

            watch.reset();
            watch.start();
            for (int i = 0; i < 10000; i++)
            {
                showhelper.show(123);
            }
            watch.stop();
            generictime = watch.elapsedmilliseconds;

            console.clear();
            console.writeline($"common time={commontime}ms");
            console.writeline($"object time={objecttime}ms");
            console.writeline($"generic time={generictime}ms");
            console.read();
            #endregion
        }
    }

    运行结果如下：

    从结果可以看出，泛型的性能是最高的。

    四、泛型类

    下面代码演示泛型类：

    class program
    {
        /// <summary>
        /// 泛型类
        /// </summary>
        /// <typeparam name="t"></typeparam>
        public class genericclass<t>
        {
            public t vart;
        }

        static void main(string[] args)
        {
            #region 泛型类
            //t是int类型
            genericclass<int> genericint = new genericclass<int>
            {
                vart = 123
            };
            console.writeline($"the value of t={genericint.vart}");
            //t是string类型
            genericclass<string> genericstring = new genericclass<string>
            {
                vart = "123"
            };
            console.writeline($"the value of t={genericstring.vart}");
            console.read();
            #endregion
        }
    }

    运行结果如下：

    五、泛型接口

    注：泛型在声明的时候可以不指定具体的类型，继承的时候也可以不指定具体类型，但是在使用的时候必须指定具体类型。

    下面代码演示泛型接口：

    class program
    {
        /// <summary>
        /// 泛型接口
        /// </summary>
        public interface igenericinterface<t>
        {
            t gett(t t);
        }

        /// <summary>
        /// 泛型接口实现类
        /// </summary>
        /// <param name="args"></param>
        public class genericget<t> : igenericinterface<t>
        {
            t vart;
            public t gett(t t)
            {
                vart = t;
                return vart;
            }
        }

        static void main(string[] args)
        {
            #region 泛型接口
            igenericinterface<int> genericinterface = new genericget<int>();
            var result = genericinterface.gett(123);
            console.writeline($"result={result}");
            console.read();
            #endregion
        }
    }

    运行结果如下：

    六、泛型委托

    下面代码演示泛型委托：

    class program
    {
        /// <summary>
        /// 泛型委托
        /// </summary>
        /// <typeparam name="t"></typeparam>
        /// <param name="t"></param>
        public delegate void sayhi<t>(t t);

        static void main(string[] args)
        {
            #region 泛型委托
            sayhi<string> sayhi = sayhello;
            sayhi("hello world");
            console.read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// sayhello
        /// </summary>
        /// <param name="greeting"></param>
        public static void sayhello(string greeting)
        {
            console.writeline($"{greeting}");
        }
    }

    运行结果如下：

    七、泛型约束

    泛型约束，实际上就是约束的类型t，使t必须遵循一定的规则。比如t必须继承自某个类或者t必须实现某个接口等等。

    怎样给泛型指定约束？其实也很简单，只需要where关键字，加上约束的条件。

    泛型约束总共有五种：

约束	s说明
t：结构	类型参数必须是值类型
t：类	类型参数必须是引用类型；这一点也适用于任何类、接口、委托或数组类型。
t：new()	类型参数必须具有无参数的公共构造函数。 当与其他约束一起使用时，new() 约束必须最后指定。
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。
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。 可以指定多个接口约束。 约束接口也可以是泛型的。

    7.1基类约束

    下面代码演示基类约束：

        /// <summary>
        /// 运动类接口
        /// </summary>
        public interface isports
        {
            void pingpong();
        }

        /// <summary>
        /// 人类基类
        /// </summary>
        public class people
        {
            public string name { get; set; }

            public virtual void greeting()
            {
                console.writeline("hello world.");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 中国人
        /// </summary>
        public class chinese : people, isports
        {
            public void finetradition()
            {
                console.writeline("自古以来，中华民族就保持着勤劳的优良传统。");
            }
            public override void greeting()
            {
                console.writeline("吃饭了没？");
            }

            public void pingpong()
            {
                console.writeline("乒乓球是中国的国球。");
            }
        }

        static void main(string[] args)
        {
            #region 泛型约束：基类约束
            chinese chinese = new chinese()
            {
                name = "中国人"
            };
            showpeople(chinese);
            console.read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// 基类约束
        /// </summary>
        /// <param name="obj"></param>
        public static void showpeople<t>(t tparam) where t:people
        {
            console.writeline($"{((people)tparam).name}");
        }
    }

    运行结果如下：

    注：基类约束时，基类不能是密封类，即不能是sealed类。sealed类表示该类不能被继承，在这里用作约束就无任何意义了，因为sealed类没有子类。

    7.2接口约束

    下面代码演示接口约束：

    class program
    {
        /// <summary>
        /// 运动类接口
        /// </summary>
        public interface isports
        {
            void pingpong();
        }

        /// <summary>
        /// 人类基类
        /// </summary>
        public class people
        {
            public string name { get; set; }

            public virtual void greeting()
            {
                console.writeline("hello world.");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 中国人
        /// </summary>
        public class chinese : people, isports
        {
            public void finetradition()
            {
                console.writeline("自古以来，中华民族就保持着勤劳的优良传统。");
            }
            public override void greeting()
            {
                console.writeline("吃饭了没？");
            }

            public void pingpong()
            {
                console.writeline("乒乓球是中国的国球。");
            }
        }

        static void main(string[] args)
        {
            #region 泛型约束：接口约束
            chinese chinese = new chinese()
            {
                name = "中国人"
            };
            getsportsbyinterface(chinese);
            console.read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// 接口约束
        /// </summary>
        /// <typeparam name="t"></typeparam>
        /// <param name="t"></param>
        /// <returns></returns>
        public static t getsportsbyinterface<t>(t t) where t : isports
        {
            t.pingpong();
            return t;
        }
    }

    运行结果如下：

    7.3引用类型约束 class

    引用类型约束保证t一定是引用类型的。

    下面代码演示引用类型约束：

    class program
    {
        /// <summary>
        /// 运动类接口
        /// </summary>
        public interface isports
        {
            void pingpong();
        }

        /// <summary>
        /// 人类基类
        /// </summary>
        public class people
        {
            public string name { get; set; }

            public virtual void greeting()
            {
                console.writeline("hello world.");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 中国人
        /// </summary>
        public class chinese : people, isports
        {
            public void finetradition()
            {
                console.writeline("自古以来，中华民族就保持着勤劳的优良传统。");
            }
            public override void greeting()
            {
                console.writeline("吃饭了没？");
            }

            public void pingpong()
            {
                console.writeline("乒乓球是中国的国球。");
            }
        }

        static void main(string[] args)
        {
            #region 泛型约束：引用类型约束
            chinese chinese = new chinese()
            {
                name = "中国人"
            };
            getsportsbyclass(chinese);
            console.read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// 引用类型约束
        /// </summary>
        /// <typeparam name="t"></typeparam>
        /// <param name="t"></param>
        /// <returns></returns>
        public static t getsportsbyclass<t>(t t) where t : class
        {
            if (t is isports)
            {
                (t as isports).pingpong();
            }
            return t;
        }
    }

    运行结果如下：

    7.4值类型约束 struct

    值类型约束保证t一定是值类型的。

    下面代码演示值类型约束：

    class program
    {
        /// <summary>
        /// 绩效工资
        /// </summary>
        public struct achievement
        {
            public double meritpay { get; set; }
            public string level { get; set; }
            public double reallypay()
            {
                switch (level)
                {
                    case "a":
                        meritpay = meritpay * 1.0;
                        break;
                    case "b":
                        meritpay = meritpay * 0.8;
                        break;
                    case "c":
                        meritpay = meritpay * 0.6;
                        break;
                    case "d":
                        meritpay = 0;
                        break;
                    default:
                        meritpay = 0;
                        break;
                };
                return meritpay;
            }
        }

        static void main(string[] args)
        {
            #region 泛型约束：值类型约束
            achievement achievement = new achievement
            {
                meritpay = 500,
                level = "b"
            };
            var result = getreallypay(achievement).reallypay();
            console.writeline($"reallypay={result}");
            console.read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// 值类型约束
        /// </summary>
        /// <typeparam name="t"></typeparam>
        /// <param name="t"></param>
        /// <returns></returns>
        public static t getreallypay<t>(t t) where t : struct
        {
            return t;
        }
    }

    运行结果如下：

    7.5无参数构造函数约束 new() 

    下面代码演示无参数构造函数约束：

    class program
    {
        /// <summary>
        /// 运动类接口
        /// </summary>
        public interface isports
        {
            void pingpong();
        }

        /// <summary>
        /// 人类基类
        /// </summary>
        public class people
        {
            public string name { get; set; }

            public virtual void greeting()
            {
                console.writeline("hello world.");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 中国人
        /// </summary>
        public class chinese : people, isports
        {
            public void finetradition()
            {
                console.writeline("自古以来，中华民族就保持着勤劳的优良传统。");
            }
            public override void greeting()
            {
                console.writeline("吃饭了没？");
            }

            public void pingpong()
            {
                console.writeline("乒乓球是中国的国球。");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 广东人
        /// </summary>
        public class guangdong : chinese
        {
            public guangdong() { }
            public string dialect { get; set; }
            public void mahjong()
            {
                console.writeline("这麻将上瘾的时候，一个人也说是三缺一呀。");
            }
        }

        static void main(string[] args)
        {
            #region 泛型约束：无参数构造函数约束
            guangdong guangdong = new guangdong()
            {
                name = "广东人"
            };
            getmahjong(guangdong);
            console.read();
            #endregion
        }

        /// <summary>
        /// 无参数构造函数约束
        /// </summary>
        /// <typeparam name="t"></typeparam>
        /// <param name="t"></param>
        /// <returns></returns>
        public static t getmahjong<t>(t t) where t : people, isports, new()
        {
            if (t is guangdong)
            {
                (t as guangdong).mahjong();
            }
            return t;
        }
    }

    运行结果如下：

    从上面可以看出，泛型约束可以有多个，但是有多个泛型约束时，new()约束要放到最后。

    八：泛型的协变和逆变

    协变和逆变是在.net 4.0的时候出现的，只能放在接口或者委托的泛型参数前面，out协变covariant，用来修饰返回值；in：逆变contravariant，用来修饰

传入参数。

    下面代码演示父类与子类的声明方式：

    class program
    {
        /// <summary>
        /// 动物基类
        /// </summary>
        public class animal
        {
            public int breed { get; set; }
        }

        /// <summary>
        /// 猫类
        /// </summary>
        public class cat : animal
        {
            public string name { get; set; }
        }

        static void main(string[] args)
        {
            #region 泛型的协变和逆变
            //直接声明animal类
            animal animal = new animal();
            //直接声明cat类
            cat cat = new cat();
            //声明子类对象指向父类
            animal animal2 = new cat();
            //声明animal类的集合
            list<animal> listanimal = new list<animal>();
            //声明cat类的集合
            list<cat> listcat = new list<cat>();
            #endregion
        }
    }

    以上代码是可以正常运行的。假如使用下面的声明方式，是否正确呢？

list<animal> list = new list<cat>();

    答案是错误的，因为list<animal>和list<cat>之间没有父子关系。

    解决方法是使用协变的方式：

ienumerable<animal> list1 = new list<animal>();
ienumerable<animal> list2 = new list<cat>();

    按f12查看ienumerable定义：

    可以看到，在泛型接口的t前面有一个out关键字修饰，而且t只能是返回值类型，不能作为参数类型，这就是协变。使用协变以后，左边声明的是基类，

右边的声明可以是基类或者基类的子类。

    协变除了可以用在接口上面外，还可以用在委托上面：

func<animal> func = new func<cat>(() => null);

    除了使用.net框架定义好协变以外，我们也可以自定义协变：

//使用自定义协变
icustomerlistout<animal> customerlist1 = new customerlistout<animal>();
icustomerlistout<animal> customerlist2 = new customerlistout<cat>();

    再来看看逆变：

    在泛型接口的t前面有一个in关键字修饰，而且t只能方法参数，不能作为返回值类型，这就是逆变。

/// <summary>
/// 逆变 只能是方法参数
/// </summary>
/// <typeparam name="t"></typeparam>
public interface icustomerlistin<in t>
{
     void show(t t);
}

public class customerlistin<t> : icustomerlistin<t>
{
     public void show(t t)
     {
     }
}

    使用自定义逆变：

//使用自定义逆变
icustomerlistin<cat> customerlistcat1 = new customerlistin<cat>();
icustomerlistin<cat> customerlistcat2 = new customerlistin<animal>();

    协变和逆变也可以同时使用。

    下面代码演示自定义协变与逆变：

    class program
    {
        /// <summary>
        /// 动物基类
        /// </summary>
        public class animal
        {
            public int breed { get; set; }
        }

        /// <summary>
        /// 猫类
        /// </summary>
        public class cat : animal
        {
            public string name { get; set; }
        }

        #region 泛型的自定义协变和逆变
        /// <summary>
        /// int-逆变 outt-协变
        /// </summary>
        /// <typeparam name="int"></typeparam>
        /// <typeparam name="outt"></typeparam>
        public interface imylist<in int, out outt>
        {
            void show(int t);
            outt get();
            outt do(int t);
        }

        public class mylist<t1, t2> : imylist<t1, t2>
        {

            public void show(t1 t)
            {
                console.writeline(t.gettype().name);
            }

            public t2 get()
            {
                console.writeline(typeof(t2).name);
                return default(t2);
            }

            public t2 do(t1 t)
            {
                console.writeline(t.gettype().name);
                console.writeline(typeof(t2).name);
                return default(t2);
            }
        }
        #endregion

        static void main(string[] args)
        {
            #region 泛型的自定义协变与逆变
            imylist<cat, animal> mylist1 = new mylist<cat, animal>();
            imylist<cat, animal> mylist2 = new mylist<cat, cat>();          //协变
            imylist<cat, animal> mylist3 = new mylist<animal, animal>();    //逆变
            imylist<cat, animal> mylist4 = new mylist<animal, cat>();       //逆变+协变
            mylist1.get();
            mylist2.get();
            mylist3.get();
            mylist4.get();
            console.read();
            #endregion
        }
    }

    运行结果如下：

    九、泛型缓存

    类中的静态类型无论实例化多少次，在内存中只会有一个，静态构造函数只会执行一次。在泛型类中，t类型不同，每个不同的t类型，都会产生一个不同

的副本，所以会产生不同的静态属性、不同的静态构造函数。

    下面代码演示泛型缓存：

    class program
    {
        /// <summary>
        /// 泛型缓存
        /// </summary>
        /// <typeparam name="t"></typeparam>
        public class genericcache<t>
        {
            private static readonly string typetime = "";
            static genericcache()
            {
                console.writeline("这个是泛型缓存的静态构造函数：");
                typetime = string.format("{0}_{1}", typeof(t).fullname, datetime.now.tostring("yyyymmddhhmmss.fff"));
            }
            public static string getcache()
            {
                return typetime;
            }
        }

        /// <summary>
        /// 泛型缓存测试类
        /// </summary>
        public class genericcachetest
        {
            public static void show()
            {
                for (int i = 0; i < 5; i++)
                {
                    console.writeline(genericcache<int>.getcache());
                    thread.sleep(10);
                    console.writeline(genericcache<long>.getcache());
                    thread.sleep(10);
                    console.writeline(genericcache<datetime>.getcache());
                    thread.sleep(10);
                    console.writeline(genericcache<string>.getcache());
                    thread.sleep(10);
                    console.writeline(genericcache<genericcachetest>.getcache());
                    thread.sleep(10);
                }
            }
        }

        static void main(string[] args)
        {
            #region 泛型缓存
            genericcachetest.show();
            console.read();
            #endregion
        }
    }

    运行结果如下：

    从上面的截图中可以看出，泛型会为不同的类型都创建一个副本，因此静态构造函数会执行5次，另外每次静态属性的值都是一样的。利用泛型的这一特性，可以实现缓存。

    注：只能为不同的类型缓存一次；泛型缓存比字典缓存效率高；泛型缓存不能主动释放。