深度剖析C#泛型的使用
"一次編碼，多次使用"，這就是引入泛型的根源。在以前的C++中稱為模板，C#泛型通過算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)支持獨(dú)立編碼。例如，泛型列表意味著，你不必再重寫一個(gè)強(qiáng)類型集合。在本文中，作者將向你展示定義和使用泛型是多么容易的事情-請(qǐng)注意，長(zhǎng)期以來泛型一直被認(rèn)為是***級(jí)和最困難的術(shù)語。
一、簡(jiǎn)介
泛型現(xiàn)在在任何一種語言中都被認(rèn)為是一個(gè)高級(jí)的強(qiáng)有力的術(shù)語。當(dāng)我在C++中***次接觸模板時(shí)，我對(duì)之有些疑惑。之后，我讀了Bjarne Stroustrop的《The Design and Evolution of C++》，才發(fā)現(xiàn)模板的使用就象C中的宏和用之來取代的簡(jiǎn)單串替換模板一樣容易。其實(shí)，模板和泛型是相同的東西-盡管它們的實(shí)現(xiàn)稍微不同。
C#泛型支持在使用點(diǎn)處才定義算法及其數(shù)據(jù)類型。在C#的一些早期版本中，我們可以證明沒有泛型也可以工作，因?yàn)槊糠N類型都是派生于一個(gè)公共基類型-object。這意味著程序員可以基于object類型定義一個(gè)棧類并且把一切東西放到該棧上(因?yàn)橐磺卸寂缮趏bject)。然而，一個(gè)object棧意味著，Customer對(duì)象，Integer對(duì)象以及假想的對(duì)象都能被放置到同一個(gè)棧的實(shí)例上。結(jié)果是，開發(fā)者要子類化數(shù)據(jù)類型來把數(shù)據(jù)類型綁定到他們要與之交互的東西上去。例如，在編寫定制的商業(yè)對(duì)象時(shí)，我們就建議定義派生于System.Collections.CollectionBase的強(qiáng)類型集合。原因很簡(jiǎn)單：基于object定義一切被認(rèn)為是弱類型定義。
業(yè)界的高手們?cè)跀?shù)十年前就確信強(qiáng)類型優(yōu)于弱類型，所以.NET最終支持強(qiáng)類型，這看上去是很自然的事情。強(qiáng)類型算法當(dāng)然建議類型化參數(shù)-這正是我們?cè)诜盒椭兴玫臇|西。
十幾年來，我們一直在使用字母T作為類型化參數(shù)的名字。這樣，在任何泛型類使用者所提供的數(shù)據(jù)類型的地方，你都能夠找到T。使用泛型的關(guān)鍵僅僅是提供這個(gè)T。定義泛型的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)一個(gè)方法或類，并且用特定數(shù)據(jù)類型來替換掉T。
C#泛型支持另外一些提煉。例如，一個(gè)方法或類可以有多個(gè)參數(shù)化的類型并且C#泛型還支持WHERE約束-它用來具體要求類型化參數(shù)的類型。例如，如果一個(gè)泛型類型必須實(shí)現(xiàn)接口IDisposable，那么C#泛型是支持實(shí)現(xiàn)這一限制的。在文章的***我們還要看一下約束問題。
閑話少說，讓我們言歸正傳。
二、使用泛型集合
有些人問我"面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）的承諾在哪里？"，我的回答是應(yīng)該從兩個(gè)方面來看OOP：你所使用的OOP和你創(chuàng)建的OOP。如果我們簡(jiǎn)單地看一下如果沒有如例如Microsoft的.NET，Borland的VCL，以及所有的第三方組件這樣的OO框架，那么很多高級(jí)的應(yīng)用程序幾乎就無法創(chuàng)建。所以，我們可以說OOP已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了它的承諾。不錯(cuò)，生產(chǎn)好的OOP代碼是困難的并且可能是***挫敗性的；但是記住，你不必須一定要通過OOP來實(shí)現(xiàn)你的目標(biāo)。因此，下面首先讓我們看一下泛型的使用。
當(dāng)你用Visual Studio或C# Express等快速開發(fā)工具創(chuàng)建工程時(shí)，你會(huì)看到對(duì)于System.Collections.Generic命名空間的參考引用。在這個(gè)命名空間中，存在若干泛型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-它們都支持類型化的集合，散列，隊(duì)列，棧，字典以及鏈表等。為了使用這些強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，你所要做的僅是提供數(shù)據(jù)類型。
列表1顯示出我們定義一個(gè)強(qiáng)類型集合的Customer對(duì)象是很容易的。
列表1 這個(gè)控制臺(tái)應(yīng)用程序包含一個(gè)Customer類和一個(gè)基于List< T>的強(qiáng)類型集合Customers。
- using System;
- using System.Collections.Generic;
- using System.Text;
- namespace Generics{
- class Program{
- static void Main(string[] args){
- List< Customer> customers = new List< Customer>();
- customers.Add(new Customer("Motown-Jobs"));
- customers.Add(new Customer("Fatman's"));
- foreach (Customer c in customers)
- Console.WriteLine(c.CustomerName);
- Console.ReadLine();
- }
- }
- public class Customer{
- private string customerName = "";
- public string CustomerName{
- get { return customerName; }
- set { customerName = value; }
- }
- public Customer(string customerName){
- this.customerName = customerName;
- }
- }
- }
注意，我們有一個(gè)強(qiáng)類型集合-List< Customer>-對(duì)這個(gè)集合類本身來說不需要寫一句代碼。如果我們想要擴(kuò)展列表customer，我們可以通過從List< Customer>繼承而派生一個(gè)新類。
三、 實(shí)現(xiàn)一個(gè)泛型類
一種合理的實(shí)現(xiàn)某種新功能的方法是在原有的事物上進(jìn)一步構(gòu)建。我們已經(jīng)了解強(qiáng)類型集合，并知道一種不錯(cuò)的用來構(gòu)建泛型類的技術(shù)是使用一個(gè)特定類并刪除數(shù)據(jù)類型。也就是說，讓我們定義一個(gè)強(qiáng)類型集合CustomerList，并且來看一下它要把什么東西轉(zhuǎn)化成一個(gè)泛型類。
列表2定義了一個(gè)類CustomerList。后面的部分把CustomerList轉(zhuǎn)化成List< T>。
列表2定義類CustomerList:
- using System;
- using System.Collections;
- using System.Text;
- namespace Generics{
- public class CustomerList : CollectionBase{
- public CustomerList() { }
- public Customer this[int index]{
- get { return (Customer)List[index]; }
- set { List[index] = value; }
- }
- public int Add(Customer value)
- {return List.Add(value);}
- }
- }
四、 定義類頭
如果我們定義一個(gè)泛型類，我們需要把類頭轉(zhuǎn)化成一個(gè)泛型類。所有我們需要做的是命名參數(shù)并且把類名改成某種泛型。List< T>只有一個(gè)參數(shù)T，并且因?yàn)槲覀冊(cè)谝砸环N向后兼容的方式工作，所以我們知道類名是List。列表3顯示出列表2中類的新類頭。
列表3 一個(gè)泛型類頭顯示出參數(shù)化的參數(shù)T。
- using System;
- using System.Collections;
- using System.Text;
- namespace Generics{
- public class List< T> : CollectionBase {}
五、 實(shí)現(xiàn)泛型字段
如果我們需要把任何字段轉(zhuǎn)換成泛型字段，我們將只需簡(jiǎn)單地把它們的類型改變成T(或該字段所描述的任何參數(shù))。泛型List不需要任何字段，但是假定存在一個(gè)私有的整型字段叫foo-我們將把它泛型化。我們將如下重新定義它:
- private T foo;
當(dāng)參數(shù)T被填充到類中時(shí)，List T也將因foo被填充。
六、 定義泛型方法
接下來，我們?yōu)樗枰膮?shù)化類型定義其它一些特性。這包括屬性，方法，和事件。在我們的實(shí)例中，在Customer出現(xiàn)的每一處，我們都用參數(shù)T替換它。完成后的泛型列表類顯示于列表4中。
列表4 一個(gè)基于System.Collections.CollectionBase的輕量級(jí)的參數(shù)化泛型列表類。
- using System;
- using System.Collections;
- using System.Text;
- namespace Generics{
- public class List< T> : CollectionBase {
- public List(){ }
- public T this[int index] {
- get { return (T)List[index]; }
- set { List[index] = value; }
- }
- public int Add(T value) {
- return List.Add(value);
- }
- }
- }
為了測(cè)試該定制列表，注釋掉使用System.Collections.Generic命名空間一句并且把列表4中的List< T>使用在列表1的代碼中；它將以同樣的方式工作。
全面地修改.NET的List< T>是不必要的而且它也包含遠(yuǎn)比我們的示例多得多的特性；但是列表4顯示出這種機(jī)制對(duì)于定義定制泛型類是多么容易。
七、 增加類型約束
***要討論的是約束問題。約束被應(yīng)用于類或其它特性上并且使用下面的語法：
- Where T : constraint_type
例如，任何我們想要通過using語句所使用的，如一個(gè)SqlDataReader，必須實(shí)現(xiàn)Idisposable接口。這是因?yàn)槿缦路绞绞褂玫膗sing語句:
- using(Form f = new Form()){...}
就象一個(gè)try..finally塊一樣工作-總是清除新創(chuàng)建的資源。其工作原理很簡(jiǎn)單，只需要CLR針對(duì)在該using語句中創(chuàng)建的對(duì)象發(fā)出一個(gè)到IDisposable.Dispose的調(diào)用即可。例如，在上面這一句中，一個(gè)新的表單被創(chuàng)建，并且在using語句退出之前即調(diào)用Form.Dispose。
要對(duì)一個(gè)泛型類施加以確保該類實(shí)現(xiàn)了接口IDisposable，我們將添加先行詞where T:Idisposable。在列表4中的泛型列表上施加約束后，我們將重新修改列表4如下面的列表5所示。
列表5 增加一個(gè)約束到泛型類以確保我們的List< T>中的所有的值T實(shí)現(xiàn)接口Idisposable。
- using System;
- using System.Collections;
- using System.Text;
- namespace Generics{
- public class List< T> : CollectionBase where t : IDisposable{
- public List(){ }
- public T this[int index]{
- get { return (T)List[index]; }
- set { List[index] = value; }
- }
- public int Add(T value){return List.Add(value);}
- }
- }
先行詞where的值可以是類，接口，結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)無參的公共構(gòu)造器或有一個(gè)特定的基類的類。詳見有關(guān)幫助文檔。
八、 總結(jié)
C#泛型的設(shè)計(jì)是用來減少你重復(fù)實(shí)現(xiàn)的代碼的次數(shù)-只需改變數(shù)據(jù)類型即可。因?yàn)槌橄髷?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如隊(duì)列，棧和列表皆是典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所以存在針對(duì)這些東西的泛型類完全可以理解。你可以從.NET中派生大量的值-通過使用現(xiàn)有的泛型類，如在System.Collections.Generic命名空間中的那些。
可以肯定，在一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，泛型將會(huì)象模式和重構(gòu)等革新一樣對(duì)開發(fā)帶來越來越大的價(jià)值，而且新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能被轉(zhuǎn)換成可重用的如泛型等的代碼元素。
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