.NET开发基础:从简单的例子理解泛型 分享_实用技巧

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从简单的例子理解泛型
话说有家影视公司选拔偶像派男主角,导演说了,男演员,身高是王道。于是有下面代码:
 
//男演员实体类
public class Boy
{
    //姓名
    private string mName;
    //身高
    private int mHeight;
    public string Name {
        get { return this.mName; }
    }
    public int Height {
        get { return this.mHeight; }
    }

    public Boy(string name, int height) {
        this.mName = name;
        this.mHeight = height;
    }
}

 
//演员选拔类
public class Compare
{
    //导演导超女出生,喜欢一对一PK
    public Boy WhoIsBetter(Boy boy1, Boy boy2)
    {
        if (boy1.Height > boy2.Height)
        {
            return boy1;
        }
        else
        {
            return boy2;
        }
    }
}

 
//测试
static void Main(string[] args)
{
    Boy boy1 = new Boy("潘长江", 165);
    Boy boy2 = new Boy("刘德华", 175);

    Console.WriteLine(new Compare().WhoIsBetter(boy1, boy2).Name);
    Console.ReadLine();
}
 
代码很简单,Boy为男演员实体类,包含姓名和身高两个字段属性;Compare类中的WhoIsBetter为选拔逻辑方法,负责选出两个男演员中较高的那个;测试结果:刘德华完胜。

任何行业都是一样,需求变更无处不在。第二天,需要选女主角,导演说了,女演员,苗条是王道。于是代码变更,添加了女演员实体类,添加了女演员的选拔方法:
 
//添加女演员实体
public class Girl
{
    //姓名
    private string mName;
    //体重
    private int mWeight;
    public string Name
    {
        get { return this.mName; }
    }
    public int Weight
    {
        get { return this.mWeight; }
    }

    public Girl(string name, int weight){
        this.mName = name;
        this.mWeight = weight;
    }
}

 
//演员选拔类中添加一个女演员方法
public class Compare
{
    //男演员身高是王道
    public Boy WhoIsBetter(Boy boy1, Boy boy2)
    {
        if (boy1.Height > boy2.Height)
        {
            return boy1;
        }
        else
        {
            return boy2;
        }
    }

    //女演员苗条是王道
    public Girl WhoIsBetter(Girl girl1, Girl girl2)
    {
        if (girl1.Weight < girl2.Weight)
        {
            return girl1;
        }
        else
        {
            return girl2;
        }
    }
}

 
//测试
static void Main(string[] args)
{
    Boy boy1 = new Boy("潘长江", 165);
    Boy boy2 = new Boy("刘德华", 175);

    Girl girl1 = new Girl("巩俐", 120);
    Girl girl2 = new Girl("周迅", 80);

    Console.WriteLine(new Compare().WhoIsBetter(boy1, boy2).Name);
    Console.WriteLine(new Compare().WhoIsBetter(girl1, girl2).Name);
    Console.ReadLine();
}
 
结果选出了身高更高的刘德华,选出了体重更轻的周迅,导演很满意。但从程序设计角度,这段代码显然不够完美,第一天选男主角,第二天选女主角,往后还要选男配角,选女配角,选群众......按目前方式,只有往Compare类里不断添加方法才能满足导演需求,方法会越来越多,代码会越来越长。于是,我决定修改WhoIsBetter方法,让它以后可以支持男主,女主,男配,女配,男群众,女群众甚至支持所有两个对象之间的比较:
 
/// <summary>
/// 男演员:实现IComparable接口
/// </summary>
public class Boy : IComparable
{
    //姓名
    private string mName;
    //身高
    private int mHeight;
    public string Name {
        get { return this.mName; }
    }
    public int Height {
        get { return this.mHeight; }
    }

    public Boy(string name, int height) {
        this.mName = name;
        this.mHeight = height;
    }

    public int CompareTo(object obj)
    {
        //比较身高
        return this.mHeight - ((Boy)obj).Height;
    }
}

/// <summary>
/// 女演员:实现IComparable接口
/// </summary>
public class Girl : IComparable
{
    //姓名
    private string mName;
    //体重 www.jb51.net
    private int mWeight;
    public string Name
    {
        get { return this.mName; }
    }
    public int Weight
    {
        get { return this.mWeight; }
    }

    public Girl(string name, int weight){
        this.mName = name;
        this.mWeight = weight;
    }

    public int CompareTo(object obj)
    {
        //比较体重
        return ((Girl)obj).Weight - this.mWeight;
    }
}
 
首先让实体类支持自定义的比较,男演员比较身高,女演员比较体重。自定义比较是通过实现IComparable接口完成的,在C#里但凡可以比较的类型,比如int、double、char等都实现了IComparable接口。关于IComparable接口此处不作详述,请读者自行查阅相关资料。
 
public class Compare
{
    //万物皆object
    public object WhoIsBetter(object obj1, object obj2)
    {
        object result = obj2;
        //判断比较类型必须相同
        if (obj1.GetType() == obj2.GetType())
        {
            switch (obj1.GetType().ToString())
            {
                //男演员选拔
                case "Generic.Boy":
                    if (((Boy)obj1).CompareTo(obj2) > 0)
                    {
                        result = obj1;
                    }
                    break;
                //女演员选拔
                case "Generic.Girl":
                    if (((Girl)obj1).CompareTo(obj2) > 0)
                    {
                        result = obj1;
                    }
                    break;
                //扩展int类型比较
                case "System.Int32":
                    if (((System.Int32)obj1).CompareTo(obj2) > 0)
                    {
                        result = obj1;
                    }
                    break;
                }
            }
            return result;
        }
    }
 
修改WhoIsBetter方法,除了支持对男演员、女演员的比较,为了展示其扩展性,还新增了int类型的比较。
 
//测试
static void Main(string[] args)
{
     Boy boy1 = new Boy("潘长江", 165);
     Boy boy2 = new Boy("刘德华", 175);

     Girl girl1 = new Girl("巩俐", 120);
     Girl girl2 = new Girl("周迅", 80);

     Console.WriteLine(((Boy)new Compare().WhoIsBetter(boy1, boy2)).Name);
     Console.WriteLine(((Girl)new Compare().WhoIsBetter(girl1, girl2)).Name);
     Console.WriteLine(new Compare().WhoIsBetter(boy1.Height, boy2.Height));
     Console.WriteLine(new Compare().WhoIsBetter(girl1.Weight, girl2.Weight));

     Console.ReadLine();
}
 
测试结果:
刘德华
周迅
175
120
OK,截止目前,似乎比较完美了,男演员比身高,女演员比体重,还支持int类型比大小,WhoIsBetter方法具有了重用性,如果有需要,往后还能扩展,拿来比较任意两个对象。在泛型出现以前,似乎确实比较完美,但这也只是相对的,我们来看看目前代码的弱点:
弱点1:方法的重用性
假设我们要让WhoIsBetter方法支持更多类型,比如支持基本的double,char,bool类型,支持以后导演可能提出的配角比较,群众比较,那么就必须不断的扩展方法内部代码,这带来极大的维护成本。
弱点2:类型安全问题
 
//测试
static void Main(string[] args)
{
    Boy boy1 = new Boy("潘长江", 165);
    Boy boy2 = new Boy("刘德华", 175);

    Girl girl1 = new Girl("巩俐", 120);
    Girl girl2 = new Girl("周迅", 80);

    Console.WriteLine(((Boy)new Compare().WhoIsBetter(boy1, girl1)).Name);
    Console.ReadLine();
}
 
如上代码我拿潘长江跟巩俐去比较。虽然万能的object给我们带来了便捷,同时也带来了风险,这段代码编译完全可以通过,但运行时会出现异常,girl对象是没法转换为Boy类型的,现实里去韩国可以变性,但代码里绝对不行。所以这个方法就像颗定时炸弹,一不小心传错了参数,就会导致严重后果,并且编译阶段完全不被发现。
弱点3:装箱拆箱导致的性能问题
当向WhoIsBetter方法中传递int参数时,object转换为int导致了拆箱操作:
if (((System.Int32)obj1).CompareTo(obj2) > 0)
反编译获取MSIL:
IL_0093:  unbox.any  [mscorlib]System.Int32
C#是强类型语言,但只要引用类型与值类型的相互转换,就避免不了Box与Unbox。有关装箱与拆箱的知识请读者自行查阅相关资料,此处不作详述。

理解泛型
OK,到泛型登场了,摘录了一段MSDN中对泛型的描述:泛型类和泛型方法同时具备可重用性、类型安全和效率,这是非泛型类和非泛型方法无法具备的。这三点,跟我们上面的例子相吻合。
看看使用泛型的解决方案:
 
public class Compare<T> where T : IComparable
{
    public T WhoIsBetter(T t1, T t2)
    {
        if (t1.CompareTo(t2) > 0)
        {
            return t1;
        }
        else
        {
            return t2;
        }
    }
}

 
//测试
static void Main(string[] args)
{
    Boy boy1 = new Boy("潘长江", 165);
    Boy boy2 = new Boy("刘德华", 175);

    Girl girl1 = new Girl("巩俐", 120);
    Girl girl2 = new Girl("周迅", 80);

    Console.WriteLine((new Compare<Boy>().WhoIsBetter(boy1, boy2)).Name);
    Console.WriteLine((new Compare<Girl>().WhoIsBetter(girl1, girl2)).Name);
    Console.WriteLine(new Compare<int>().WhoIsBetter(boy1.Height, boy2.Height));
    Console.WriteLine(new Compare<string>().WhoIsBetter(boy1.Name, girl1.Name));
    Console.ReadLine();
}
 
这段代码在优雅度上完胜非泛型,并且可重用性大大提升,可以说它支持所有类型的比较,只要这个类型实现了IComparable接口,同时一劳永逸,不再需要在方法内部作任何扩展。
public class Compare<T> where T : IComparable{
    //...
}
泛型类的定义是在类名后面跟上<T>,这个是泛型专用语法,T表示传递进来的类型,你也可以用别的字母代替。
where T : IComparable ,从字面上就能理解,这段表示对T的类型约束。程序是遵循人的意志来执行的,按前面的例子,如果莫名其妙的让程序比较两个object,它没办法知道该去怎么比较。所以我们必须告诉程序,T必须是可比较的类型,T必须实现了IComparable接口。
关于泛型参数约束,MSDN提供了一张表格:

约束 说明
T:结构 类型参数必须是值类型。可以指定除Nullable 以外的任何值类型。
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。
T:U 为T 提供的类型参数必须是为U 提供的参数或派生自为U 提供的参数。 

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