《CLR Via C# 第3版》笔记之（十三） - 泛型基础
.net2.0开始就引入了泛型的机制，泛型有助于我们实现“算法重用”。
借助于泛型机制，我们可以少定义一些重载函数，同时还能保证类型安全性。泛型的语法非常简单，下面通过例子来演示泛型的一些应用。
主要内容：
- 减少装箱/拆箱（提高性能）
- 限制泛型参数的类型
- 节点类型不同的链表
1. 减少装箱/拆箱（提高性能）
我们都知道，.net中的额装箱/拆箱操作非常损害性能，通过使用泛型，可以有效的减少我们代码中的装箱拆箱操作，从而提高代码的性能。
实例代码如下：
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Collections;
class CLRviaCSharp_13
{
static void Main(string[] args)
{
List<Int32> lst = new List<int>();
lst.Add(1);
Int32 i = lst[0];
ArrayList arr = new ArrayList();
arr.Add(1);
// 此处必须强制转型，否则报错，
// 因为ArrayList中的元素都是Object类型的。
i = (Int32) arr[0];
}
}
代码非常简单，分别用泛型List和ArrayList来存储值类型，然后在取出值类型。
使用泛型List的话，不会出现装箱/拆箱的操作。具体证据还是看下面的IL代码：
.method private static hidebysig
void Main (
string[] args
) cil managed
{
// Method begins at RVA 0x217c
// Code size 56 (0x38)
.maxstack 2
.entrypoint
.locals init (
[0] class [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<int32> lst
[1] int32 i
[2] class [mscorlib]System.Collections.ArrayList arr
)
IL_0000: nop
IL_0001: newobj instance void [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<int32>::.ctor()
IL_0006: stloc.0
IL_0007: ldloc.0
IL_0008: ldc.i4.1
IL_0009: callvirt instance void [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<int32>::Add(!!0)
IL_000e: nop
IL_000f: ldloc.0
IL_0010: ldc.i4.0
IL_0011: callvirt instance !!0 [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<int32>::get_Item(int32)
IL_0016: stloc.1
IL_0017: newobj instance void [mscorlib]System.Collections.ArrayList::.ctor()
IL_001c: stloc.2
IL_001d: ldloc.2
IL_001e: ldc.i4.1
IL_001f: box int32
IL_0024: callvirt instance int32 [mscorlib]System.Collections.ArrayList::Add(object)
IL_0029: pop
IL_002a: ldloc.2
IL_002b: ldc.i4.0
IL_002c: callvirt instance object [mscorlib]System.Collections.ArrayList::get_Item(int32)
IL_0031: unbox.any int32
IL_0036: stloc.1
IL_0037: ret
} // End of method CLRviaCSharp_13.Main
其中IL_0001~IL_0016是泛型List的相关操作
IL_0017~IL_0036是ArrayList的操作，包含的损害性能的装箱(IL_001f: box int32)和拆箱(IL_0031: unbox.any int32)操作。
2. 限制泛型参数的类型
首先有一点需要说明，泛型类型和普通类型在静态构造函数上有一点不同。
对于普通类型，静态构造函数只在此类型第一次初始化的时候才会执行，
而泛型类型的静态构造函数会在 每种特定类型(即泛型参数T被替换为Int32或者String等等)的第一次初始化的时候执行。
描述的有些拗口，还是看代码吧：
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Collections;
using System.Threading;
class CLRviaCSharp_13
{
static void Main(string[] args)
{
/*
* 非泛型的类：虽然有3次初始化，但是静态构造函数只执行一次
*/
// 第一次初始化，会执行静态构造函数
NormalClass nc = new NormalClass();
// 第二次初始化，不会执行静态构造函数
NormalClass nc2 = new NormalClass();
// 第三次初始化，不会执行静态构造函数
NormalClass nc3 = new NormalClass();
/*
* 泛型的类：泛型参数类型改变的话，会再次执行静态构造函数
*/
// 对泛型参数(string)来说是第一次初始化，会执行静态构造函数
GenericClass<string> gc = new GenericClass<string>();
// 对泛型参数(string)来说是第二次初始化，不会执行静态构造函数
GenericClass<string> gc2 = new GenericClass<string>();
// 对泛型参数(Int32)来说是第一次初始化，会执行静态构造函数
GenericClass<Int32> gc3 = new GenericClass<Int32>();
Console.ReadKey(true);
}
}
public class GenericClass<T>
{
static GenericClass()
{
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("GenericClass<" + typeof(T) + "> is initialized at : " + DateTime.Now.ToString("yyyy/MM/dd HH:mm:ss fff"));
}
}
public class NormalClass
{
static NormalClass()
{
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("NormalClass is initialized at : " + DateTime.Now.ToString("yyyy/MM/dd HH:mm:ss fff"));
}
}
以上代码的执行结果为：
根据泛型类型的静态构造的特点，我们可以通过泛型类型的静态构造函数来限制泛型参数(T)的类型。
比如以下代码，通过泛型类型的静态构造函数来限制泛型参数(T)只能为值类型
using System;
class CLRviaCSharp_13
{
static void Main(string[] args)
{
// 对于引用类型的泛型参数，会抛出异常
GenericClass<string> gc = new GenericClass<string>();
// 对于值类型的泛型参数，都能正常初始化
GenericClass<Int32> gc2 = new GenericClass<Int32>();
GenericClass<Double> gc3 = new GenericClass<Double>();
GenericClass<DateTime> gc4 = new GenericClass<DateTime>();
Console.ReadKey(true);
}
}
public class GenericClass<T>
{
static GenericClass()
{
if (!typeof(T).IsValueType)
{
throw new ArgumentException("T must be a Enum type!");
}
Console.WriteLine("Type " + typeof(T).ToString() + " is initilized!");
}
}
注释掉 GenericClass<string> gc = new GenericClass<string>(); 就能正常执行。
关于泛型参数(T)的限制，将在下一篇 泛型高级 中有更进一步的阐释。
3. 节点类型不同的链表
链表是一种常用的数据结构，以往构造链表时，每个节点往往都是相同的类型，否则取出节点后我们无法还原其本身的类型。
但是现在借助于泛型，我们可以构造出节点类型不同的链表，而且链表中每个节点都是强类型(不是Object类型)的，从而满足日益复杂的需求。
代码如下：
using System;
class CLRviaCSharp_13
{
static void Main(string[] args)
{
Node header = new TypedNode<Char>('.');
header = new TypedNode<string>("hello world", header);
header = new TypedNode<Int32>(100, header);
header = new TypedNode<DateTime>(DateTime.Now, header);
Console.WriteLine(header.ToString());
Console.ReadKey(true);
}
}
public class Node
{
protected Node _next;
public Node(Node next)
{
_next = next;
}
}
public sealed class TypedNode<T> : Node
{
public T _data;
public TypedNode(T data) : this(data, null)
{}
public TypedNode(T data, Node next) : base(next)
{
_data = data;
}
public override string ToString()
{
return _data.ToString() + "\n" +
((_next != null) ? _next.ToString() : null);
}
}
这个例子是《CLR via C#》上的，每次都是从链表头部增加一个节点。实际应用时也可以根据需求修改为从链表尾部追加节点。
执行结果如下：
