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第一课《.net之--泛型》

程序员文章站 2022-12-15 08:38:49
今天我来学习泛型,泛型是编程入门学习的基础类型,从.net诞生2.0开始就出现了泛型,今天我们开始学习泛型的语法和使用。 什么是泛型? 泛型(generic)是C#语言2.0和通用语言运行时(CLR)的一个新特性。泛型为.NET框架引入了类型参数(type parameters)的概念。类型参数使得 ......

 

  今天我来学习泛型,泛型是编程入门学习的基础类型,从.net诞生2.0开始就出现了泛型,今天我们开始学习泛型的语法和使用。

  什么是泛型?

  泛型(generic)是c#语言2.0和通用语言运行时(clr)的一个新特性。泛型为.net框架引入了类型参数(type parameters)的概念。类型参数使得设计类和方法时,不必确定一个或多个具体参数,其的具体参数可延迟到客户代码中声明、实现。这意味着使用泛型的类型参数t,写一个类mylist<t>,客户代码可以这样调用:mylist<int>, mylist<string>或 mylist<myclass>。这避免了运行时类型转换或装箱操作的代价和风险。

  上面是官方腔调,我说人话:泛型就是为了满足不同类型,相同代码的重用!

 

  为什么要有泛型?

  下面我们举例子来讲解为什么会要泛型,以下我列举了三个例子来讲解:

   我们列举了showint,showstring,showdatatime三个方法,如果我们在程序中每封装一个方法有不同参数,就要像下面这样写一个函数的话,代码会变得很累赘,在调用的时候必须传递吻合的参数,所以不得不写出了3个方法,那有没有好的方法来解决这样的问题呢?答案是当然有,微软是很聪明的,倾听小满哥慢慢来讲。

        /// <summary>
        /// 打印个int值/// </summary>
        /// <param name="iparameter"></param>
        public static void showint(int iparameter)
        {
            console.writeline("this is {0},parameter={1},type={2}",
                typeof(commonmethod).name, iparameter.gettype().name, iparameter);
        }

        /// <summary>
        /// 打印个string值/// </summary>
        /// <param name="sparameter"></param>
        public static void showstring(string sparameter)
        {
            console.writeline("this is {0},parameter={1},type={2}",
                typeof(commonmethod).name, sparameter.gettype().name, sparameter);
        }

        /// <summary>
        /// 打印个datetime值/// </summary>
        /// <param name="oparameter"></param>
        public static void showdatetime(datetime dtparameter)
        {
            console.writeline("this is {0},parameter={1},type={2}",
                typeof(commonmethod).name, dtparameter.gettype().name, dtparameter);
        }
     
     定义一些测试变量

      int ivalue = 123;
      string svalue = "456";
      datetime dtvalue = datetime.now;
      object ovalue = "789";

      普通方式调用演示
      showint(ivalue);
      showint(svalue);//这样不行类型必须吻合
      showstring(svalue);
      showdatetime(dtvalue);

  在.net 1.0的时候微软出现了object这个概念,下面有一个方法showobject,你们就会发现不管参数是int srtring datetime 我们都可以调用showobject来操作实现,那为什么会这样呢?

  1:object类型是一切类型的父类。

  2:任何父类出现的地方,都可以用子类来代替。

出现这个基本满足了开发人员的一些需求,在.net1.0和1.1的时候,这个时候还没有泛型就用object代替。

        /// <summary>
        /// 打印个object值
        /// 1 object类型是一切类型的父类
        /// 2 任何父类出现的地方,都可以用子类来代替
        /// .net framework 1.0 1.1
        /// </summary>
        /// <param name="oparameter"></param>
        public static void showobject(object oparameter)
        {
            console.writeline("this is {0},parameter={1},type={2}",
                typeof(commonmethod), oparameter.gettype().name, oparameter);
        } 
     定义一些测试变量

      int ivalue = 123;
      string svalue = "456";
      datetime dtvalue = datetime.now;
      object ovalue = "789";

     object方式调用演示

      showobject(ovalue);
      showobject(ivalue);
      showobject(svalue);
      showobject(dtvalue);


 

  接着吹牛比,劳动人民的智慧还是很屌的,经过之前的经历在.net2.0的时候,微软让主角登场了"泛型",当然同时出现的还有“线程池”这个我们先不讲,回到正轨什么是泛型?你们在开发的时候有没有用过list<t>这个集合?这个就是泛型,深化下直接举个栗子吧,下面我写一个例子show<t>(t tparameter)看下泛型的写法:

  有个毛用?下面这个方法也可以向上面showobject一样,你们会发现不管参数是int srtring datetime 我们也可以调用show<t>(t tparameter)来操作实现,替换了showobject这个方法的实现,具备了满足了不同参数类型的方法实现,更适用性,泛型方法声明的时候,没有指定类型,而是调用的时候指定,具有延迟声明和延迟思想,这个思想对我们在开发框架的时候灰常有用,不得不说老外这点还是很几把厉害(还是我们被*了?也许吧,我相信等中文编程语言出来估计会更屌,中华文化博大精深嘛),现在小伙伴们是不是大概了解泛型的基础作用了?

        /// <summary>
        /// 泛型方法声明的时候,没有指定类型,而是调用的时候指定
        /// 延迟声明:把参数类型的声明推迟到调用
        /// 延迟思想:推迟一切可以推迟的
        /// 
        /// 2.0泛型不是语法糖,而是由框架升级提供的功能
        /// 泛型方法性能上和普通方法差不多的/// </summary>
        /// <typeparam name="t"></typeparam>
        /// <param name="tparameter"></param>
        public static void show<t>(t tparameter)
        {
            console.writeline("this is {0},parameter={1},type={2}",
                typeof(genericmethod), tparameter.gettype().name, tparameter.tostring());
        }

     调用演示

      show<object>(ovalue);
      show<int>(ivalue);
      show(ivalue);//可以去掉,自动推算
      show<string>(ivalue);//必须匹配
      show<string>(svalue);
      show<datetime>(dtvalue);

    那问题来了,既然都可以实现为什么要用这个呢?我们做事凡事都要带着疑问去看待,有些事别人说好,但真的好不好我们要自己亲自试试才知道,我们最关注的的效率问题,下面是测试代码:

     public static void show()
        {
            console.writeline("****************monitor******************");
            {
                int ivalue = 12345;
                long commonsecond = 0;
                long objectsecond = 0;
                long genericsecond = 0;

                {
                    stopwatch watch = new stopwatch();
                    watch.start();
                    for (int i = 0; i < 100000000; i++)
                    {
                        showint(ivalue);
                    }
                    watch.stop();
                    commonsecond = watch.elapsedmilliseconds;
                }
                {
                    stopwatch watch = new stopwatch();
                    watch.start();
                    for (int i = 0; i < 100000000; i++)
                    {
                        showobject(ivalue);
                    }
                    watch.stop();
                    objectsecond = watch.elapsedmilliseconds;
                }
                {
                    stopwatch watch = new stopwatch();
                    watch.start();
                    for (int i = 0; i < 100000000; i++)
                    {
                        show<int>(ivalue);
                    }
                    watch.stop();
                    genericsecond = watch.elapsedmilliseconds;
                }
                console.writeline("commonsecond={0},objectsecond={1},genericsecond={2}"
                    , commonsecond, objectsecond, genericsecond);
            }
        }

  结果如下:commonsecond=508,objectsecond=916,genericsecond=452   你会发现普通方法508ms,object方法916ms,泛型是452ms,其中object最慢,为什么最慢呢?因为object会经过一个装箱拆箱的过程,所以性能上会损失一些,但是在我看来这样上亿次这点损耗,算不了什么,但是可以证明泛型和普通类型速度是差不多的,这一点可以认可泛型还是性能挺好的,这个可以推荐使用泛型的理由之一。

  但泛型仅仅表现在这个层面吗?远远不止,我们用泛型远远不是为了提升刚刚那点性能,为什么要用泛型?答案来了,我们要用泛型就是为了满足不同类型,相同代码的重用,下面我继续举栗子:

   泛型的一些用法,泛型只有四种用途,泛型类,泛型接口,泛型委托,泛型方法,如下:

    public class genericclass<t>
    {
        public t property { get; set; }
    }

   public interface igenericinterface<t>
     {

     }

   public delegate void donothing<t>();

    调用演示

    list<int> intlist = new list<int>();//原生态list类
    list<string> stringlist = new list<string>();

    genericclass<int> igenericclass = new genericclass<int>();
    igenericclass.property = 1;

    genericclass<string> sgenericclass = new genericclass<string>();
    sgenericclass.property = "1233";

    donothing<int> method = new donothing<int>(() => { });

    还有一种,别被吓到:t,s,xiaomange这些语法,只是占位符别怕,你可以自己定义的,在你调用的时候确定类型就ok了,好了差不多能理解泛型了吧?再说一次泛型就是为了满足不同类型,相同代码的重用。

    public class childclassgeneric<t, s, xiaomange> : genericclass<t>, igenericinterface<s>
    {

    }

  接下来我们来聊一聊拓展的一部分,好像泛型很吊的样子感觉什么都能用泛型类型代替,但是天下哪有那么好的事情,双刃剑的道理都懂,所以出现了泛型的约束这个紧箍咒。

  泛型的约束

  直接来代码:

  很简单的一个例子,接口isports,iwork,people类,japanese类等简单继承了一下,目前准备的一些代码。

  public interface isports
    {
        void pingpang();
    }

    public interface iwork
    {
        void work();
    }

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

        public void hi()
        { }
    }
public class chinese : people, isports, iwork { public void tradition() { console.writeline("仁义礼智信,温良恭俭让"); } public void sayhi() { console.writeline("吃了么?"); } public void pingpang() { console.writeline("打乒乓球..."); } public void work() { throw new notimplementedexception(); } }
public class hubei : chinese { public hubei(int id) { } public string changjiang { get; set; } public void majiang() { console.writeline("打麻将啦。。"); } }
public class japanese : isports { public int id { get; set; } public string name { get; set; } public void pingpang() { console.writeline("打乒乓球..."); } public void hi() { } }

  再来个调用类constraint

 public class constraint
    {
        /// <summary>
        /// 代码编译没问题,执行的时候才报错
        /// 代码安全问题
        /// </summary>
        /// <param name="oparameter"></param>
        public static void showobject(object oparameter)
        {
            console.writeline("this is {0},parameter={1},type={2}",
                typeof(commonmethod), oparameter.gettype().name, oparameter);

            people people = (people)oparameter;

            console.writeline(people.id);//这里就不行了 代码安全问题,调用不到,但编译不会报错。
            console.writeline(people.name);
        }

        /// <summary>
        /// 基类约束:
        /// 1 带来权力,可以使用基类里面的属性和方法
        /// 2 带来义务,类型参数必须是基类或者其子类
        /// </summary>
        /// <typeparam name="t"></typeparam>
        /// <param name="tparameter"></param>
        public static void show<t>(t tparameter)
            where t : people, isports, new()//都是and 关系
        {
            console.writeline("this is {0},parameter={1},type={2}",
                typeof(genericmethod), tparameter.gettype().name, tparameter.tostring());

            console.writeline(tparameter.id);
            console.writeline(tparameter.name);
            tparameter.hi();
            tparameter.pingpang();
            t t = new t();
        }

        public static void showpeople(people tparameter)
        {
            console.writeline("this is {0},parameter={1},type={2}",
                typeof(genericmethod), tparameter.gettype().name, tparameter.tostring());

            console.writeline(tparameter.id);
            console.writeline(tparameter.name);
            tparameter.hi();
            //tparameter.pingpang();
        }

        public static t donothing<t>(t tparameter)
            //where t : isports//接口约束
            //where t : class//引用类型约束
            //where t : struct//值类型约束
            where t : new()//无参数构造函数约束
        {
            //tparameter.pingpang();
            //return null;
            t t = new t();
            return default(t);//会根据t的类型,去产生一个默认值
        }
    }

  有兴趣的可以测试下,用showobject的方法和泛型show<t>(t tparameter)调用来看差异,如果不加入约束,想调用参数的属性和方法,代码安全问题是调用不了的,会报错,但是加入基类约束之后是可以调用到的,所以泛型约束带来了权利,可以使用基类的属性和方法,但也带来义务,参数只能是基类和子类,又想马儿跑,又想马儿不吃草的事情是没有的,权利和义务是相对的,在享受权利的同时也会带来义务。

  其次,约束可以多重约束,然后即可作为参数约束也可以作为返回值约束,例如default(t)会根据泛型类型返回一个默认值,如果是无参数构造约束就可以类似这样写返回值t t=new t()。

  总之,我觉得泛型约束为了更灵活的满足不同条件的需求而产生的,就是我们在写一些固定的需求,约束叠加来完成我们的功能,同时不让泛型肆无忌惮。

        泛型约束范围如下:

约束

描述

where t: struct

类型参数必须为值类型。

where t : class

类型参数必须为引用类型。

where t : new()

类型参数必须有一个公有、无参的构造函数。当于其它约束联合使用时,new()约束必须放在最后。

where t : <base class name>

类型参数必须是指定的基类型或是派生自指定的基类型。

where t : <interface name>

类型参数必须是指定的接口或是指定接口的实现。可以指定多个接口约束。接口约束也可以是泛型的。

  好了泛型的约束的先说到这,继续套底子,了解到的都倒出来。

 

  逆变和协变

  逆变和协变不知道有没有小伙伴熟悉的,我开始是不知道这个的,第一次看到也是一脸懵逼,到现在也有点迷糊,能不能讲清楚看造化了,哈哈

   继续举栗子:

//协变
public interface ienumerable<out t> : ienumerable
//逆变
public delegate void action<in t>(t obj);

  这段代码是不是很熟悉?里面有个out t 还有 in t,这里的out 不是我们熟悉的参数返回out,ref的作用,是协变专用的,逆变和协变指出现在接口或者委托泛型前面,

  in只能作为参数传入,out只能作为参数传出。

  下面来个代码  

  

    public class bird
    {
        public int id { get; set; }
    }
    public class sparrow : bird
    {
        public string name { get; set; }
    }
调用实例 ienumerable<int> intlist = new list<int>(); action<int> iaction = null; bird bird1 = new bird(); bird bird2 = new sparrow();//左边是父类 右边是子类 sparrow sparrow1 = new sparrow(); //sparrow sparrow2 = new bird();//不是所有的鸟,都是麻雀 list<bird> birdlist1 = new list<bird>();//一群鸟 是一群鸟 //list<bird> birdlist2 = new list<sparrow>();//一群麻雀难道不是一群鸟 ? 不是的,没有父子关系 list<bird> birdlist3 = new list<sparrow>().select(c => (bird)c).tolist();//这里使用别扭了,明明知道但就是不能这样写

  以上代码发现问题了吗?很明显出现了一些不和谐的地方,我们换个方式如下: 

      
      
   /// <summary>
    /// 逆变:只能修饰传入参数
    /// </summary>
    /// <typeparam name="t"></typeparam>
    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)
        {
        }
    }

    /// <summary>
    /// out 协变 只能是返回结果
    /// </summary>
    /// <typeparam name="t"></typeparam>
    public interface icustomerlistout<out t>
    {
        t get();

        //void show(t t);//不能做参数
    }

    public class customerlistout<t> : icustomerlistout<t>
    {
        public t get()
        {
            return default(t);
        }

        //public void show(t t)
        //{

        //}
    }

 



       {//协变:接口泛型参数加了个out,就是为了解决刚才的不和谐 ienumerable<bird> birdlist1 = new list<bird>(); ienumerable<bird> birdlist2 = new list<sparrow>(); //func<bird> func = new func<sparrow>(() => null); icustomerlistout<bird> customerlist1 = new customerlistout<bird>(); icustomerlistout<bird> customerlist2 = new customerlistout<sparrow>(); } {//逆变 icustomerlistin<sparrow> customerlist2 = new customerlistin<sparrow>(); icustomerlistin<sparrow> customerlist1 = new customerlistin<bird>(); //customerlist1.show() icustomerlistin<bird> birdlist1 = new customerlistin<bird>(); birdlist1.show(new sparrow()); birdlist1.show(new bird()); action<sparrow> act = new action<bird>((bird i) => { }); }

  这样可以了,协变ienumerable加入协变out 左边是个父类,右边可以是子类,逆变in 左边是个字类,右边也可以是父类,下面这段就更晕了,稍微看下吧。

       {
                imylist<sparrow, bird> mylist1 = new mylist<sparrow, bird>();
                imylist<sparrow, bird> mylist2 = new mylist<sparrow, sparrow>();//协变
                imylist<sparrow, bird> mylist3 = new mylist<bird, bird>();//逆变
                imylist<sparrow, bird> mylist4 = new mylist<bird, sparrow>();//协变+逆变
            }

  总结下原理:泛型在jit编译时指定具体类型,同一个泛型类,不同的类型参数,其实会变成不用的类型。

  我走的很慢,但从不后退!