从简单的例子理解泛型

前言

 .Net开发基础系列文章，对自己之前写过的代码备忘，如能给人予帮助，不甚荣幸。个人能力有限，如有差错或不足，请及时指正。

 

从简单的例子开始

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
    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。

 

DEMO

开发环境：Visual Studio 2010, .Net Framwork 4.0