在2005年底微軟公司正式發布了C# 2.0，與C# 1.x相比，新版本增加了很多新特性，其中最重要的是對泛型的支持。通過泛型，我們可以定義類型安全的數據結構，而無需使用實際的數據類型。這能顯著提高性能並得到更高質量的代碼。泛型並不是什么新鮮的東西，他在功能上類似於C++的模板，模板多年前就已存在C++上了，並且在C++上有大量成熟應用。
本文討論泛型使用的一般問題，比如為什么要使用泛型、泛型的編寫方法、泛型中數據類型的約束、泛型中靜態成員使用要注意的問題、泛型中方法重載的問、泛型方法等，通過這些使我們可以大致了解泛型並掌握泛型的一般應用，編寫出更簡單、通用、高效的應用系統。
什么是泛型
我們在編寫程序時，經常遇到兩個模塊的功能非常相似，只是一個是處理int數據，另一個是處理string數據，或者其他自定義的數據類型，但我們沒有辦法，只能分別寫多個方法處理每個數據類型，因為方法的參數類型不同。有沒有一種辦法，在方法中傳入通用的數據類型，這樣不就可以合並代碼了嗎？泛型的出現就是專門解決這個問題的。讀完本篇文章，你會對泛型有更深的了解。
為什么要使用泛型
泛型是 2.0 版 C# 語言和公共語言運行庫 (CLR) 中的一個新功能。泛型將類型參數的概念引入 .NET Framework，類型參數使得設計如下類和方法成為可能：這些類和方法將一個或多個類型的指定推遲到客戶端代碼聲明並實例化該類或方法的時候。例如，通過使用泛型類型參數 T，您可以編寫其他客戶端代碼能夠使用的單個類，而不致引入運行時強制轉換或裝箱操作的成本或風險
為了了解這個問題，我們先看下面的代碼，代碼省略了一些內容，但功能是實現一個棧，這個棧只能處理int數據類型：
public class Stack
{
private int[] items;
private int count;
public Stack(int size)
{
items = new int[size];
count = 0;
}
public void Push(int x)
{
//為了代碼清晰及只簡單熟悉泛型因此不考慮堆棧時超出數組大小的情況
items[count++]=x;
}
public int Pop()
{
//為了代碼清晰及只簡單熟悉泛型因此不考慮出棧時超出數組已為空的情況
return items[--count];
}
}
class Test
{
static void Main()
{
Stack s = new Stack(10);
s.Push(111);
s.Push(222);
Console.WriteLine(s.Pop()+s.Pop())
}
}
上面代碼運行的很好，但是，當我們需要一個棧來保存string類型時，該怎么辦呢？很多人都會想到把上面的代碼復制一份，把int改成string不就行了。當然，這樣做本身是沒有任何問題的，但一個優秀的程序是不會這樣做的，因為他想到若以后再需要long、Node類型的棧該怎樣做呢？還要再復制嗎？優秀的程序員會想到用一個通用的數據類型object來實現這個棧：
public class Stack
{
private object[] items;
private int count;
public Stack(int size)
{
items = new object[size];
count = 0;
}
public void Push(object x)
{
items[count++]=x;
}
public object Pop()
{
return items[--count];
}
}
class Test
{
static void Main()
{
Stack s = new Stack(10);
s.Push("111");
s.Push("222");
Console.WriteLine((string)s.Pop()+(string)s.Pop())
}
}
這個棧寫的不錯，他非常靈活，可以接收任何數據類型，可以說是一勞永逸。但全面地講，也不是沒有缺陷的，主要表現在：
當Stack處理值類型時，會出現裝箱、折箱操作，這將在托管堆上分配和回收大量的變量，若數據量大，則性能損失非常嚴重。在處理引用類型時，雖然沒有裝箱和折箱操作，但將用到數據類型的強制轉換操作，增加處理器的負擔。
在數據類型的強制轉換上還有更嚴重的問題（假設stack是Stack的一個實例）：
Node1 n1 = new Node1();
stack.Push(n1);
Node2 n2 = (Node2)stack.Pop();
上面的代碼在編譯時是完全沒問題的，但由於Push了一個Node1類型的數據，但在Pop時卻要求轉換為Node2類型，這將出現程序運行時的類型轉換異常，但卻逃離了編譯器的檢查。
針對object類型棧的問題，我們引入泛型，他可以優雅地解決這些問題。泛型用用一個通過的數據類型T來代替object，在類實例化時指定T的類型，運行時（Runtime）自動編譯為本地代碼，運行效率和代碼質量都有很大提高，並且保證數據類型安全。
使用泛型
下面是用泛型來重寫上面的棧，用一個通用的數據類型T來作為一個占位符，等待在實例化時用一個實際的類型來代替。讓我們來看看泛型的威力：
public class Stack<T>
{
private T[] items;
private int count;
public Stack(int size)
{
items = new T[size];
count = 0;
}
public void Push(T x)
{
items[count++]=x;
}
public T Pop()
{
return items[--count];
}
}
類的寫法不變，只是引入了通用數據類型T就可以適用於任何數據類型，並且類型安全的。這個類的調用方法：
//實例化只能保存int類型的類
class Test
{
static void Main()
{
Stack<int> s = new Stack<int>(10);
s.Push(111);
s.Push(222);
Console.WriteLine(s.Pop()+s.Pop())
}
}
//實例化只能保存string類型的類
class Test
{
static void Main()
{
Stack<string> s = new Stack<string>(10);
s.Push("111");
s.Push("222");
Console.WriteLine(s.Pop()+s.Pop())
}
}
這個類和object實現的類有截然不同的區別：
1. 他是類型安全的。實例化了int類型的棧，就不能處理string類型的數據，其他數據類型也一樣。
2. 無需裝箱和折箱。這個類在實例化時，按照所傳入的數據類型生成本地代碼，本地代碼數據類型已確定，所以無需裝箱和折箱。
3. 無需類型轉換。
泛型概述
1.使用泛型類型可以最大限度地重用代碼、保護類型的安全以及提高性能。
2.泛型最常見的用途是創建集合類。
3..NET Framework 類庫在 System.Collections.Generic 命名空間中包含幾個新的泛型集合類。應盡可能地使用這些類來代替普通的類，如 System.Collections 命名空間中的 ArrayList。
4.您可以創建自己的泛型接口、泛型類、泛型方法、泛型事件和泛型委托。
5.可以對泛型類進行約束以訪問特定數據類型的方法。
6.關於泛型數據類型中使用的類型的信息可在運行時通過反射獲取。
//上面的示例已簡單說明了泛型的特性如欲想深入了解可以看下面的理論及擴展知識
泛型類實例化的理論
C#泛型類在編譯時，先生成中間代碼IL，通用類型T只是一個占位符。在實例化類時，根據用戶指定的數據類型代替T並由即時編譯器（JIT）生成本地代碼，這個本地代碼中已經使用了實際的數據類型，等同於用實際類型寫的類，所以不同的封閉類的本地代碼是不一樣的。按照這個原理，我們可以這樣認為：
泛型類的不同的封閉類是分別不同的數據類型。
例：Stack<int>和Stack<string>是兩個完全沒有任何關系的類，你可以把他看成類A和類B，這個解釋對泛型類的靜態成員的理解有很大幫助。
泛型類中數據類型的約束
程序員在編寫泛型類時，總是會對通用數據類型T進行有意或無意地有假想，也就是說這個T一般來說是不能適應所有類型，但怎樣限制調用者傳入的數據類型呢？這就需要對傳入的數據類型進行約束，約束的方式是指定T的祖先，即繼承的接口或類。因為C#的單根繼承性，所以約束可以有多個接口，但最多只能有一個類，並且類必須在接口之前。這時就用到了C#2.0的新增關鍵字：
public class Node<T, V> where T : Stack, IComparable
where V: Stack
{...}
以上的泛型類的約束表明，T必須是從Stack和IComparable繼承，V必須是Stack或從Stack繼承，否則將無法通過編譯器的類型檢查，編譯失敗。
通用類型T沒有特指，但因為C#中所有的類都是從object繼承來，所以他在類Node的編寫中只能調用object類的方法，這給程序的編寫造成了困難。比如你的類設計只需要支持兩種數據類型int和string，並且在類中需要對T類型的變量比較大小，但這些卻無法實現，因為object是沒有比較大小的方法的。了解決這個問題，只需對T進行IComparable約束，這時在類Node里就可以對T的實例執行CompareTo方法了。這個問題可以擴展到其他用戶自定義的數據類型。
如果在類Node里需要對T重新進行實例化該怎么辦呢？因為類Node中不知道類T到底有哪些構造函數。為了解決這個問題，需要用到new約束：
public class Node<T, V> where T : Stack, new()
where V: IComparable
需要注意的是，new約束只能是無參數的，所以也要求相應的類Stack必須有一個無參構造函數，否則編譯失敗。
C#中數據類型有兩大類：引用類型和值類型。引用類型如所有的類，值類型一般是語言的最基本類型，如int, long, struct等，在泛型的約束中，我們也可以大范圍地限制類型T必須是引用類型或必須是值類型，分別對應的關鍵字是class和struct:
public class Node<T, V> where T : class
where V: struct
泛型方法
泛型不僅能作用在類上，也可單獨用在類的方法上，他可根據方法參數的類型自動適應各種參數，這樣的方法叫泛型方法。看下面的類：
public class Stack2
{
public void Push<T>(Stack<T> s, params T[] p)
{
foreach (T t in p)
{
s.Push(t);
}
}
}
原來的類Stack一次只能Push一個數據，這個類Stack2擴展了Stack的功能（當然也可以直接寫在Stack中），他可以一次把多個數據壓入Stack中。其中Push是一個泛型方法，這個方法的調用示例如下：
Stack<int> x = new Stack<int>(100);
Stack2 x2 = new Stack2();
x2.Push(x, 1, 2, 3, 4, 6);
string s = "";
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
s += x.Pop().ToString();
} //至此，s的值為64321
泛型中的靜態成員變量
在C#1.x中，我們知道類的靜態成員變量在不同的類實例間是共享的，並且他是通過類名訪問的。C#2.0中由於引進了泛型，導致靜態成員變量的機制出現了一些變化：靜態成員變量在相同封閉類間共享，不同的封閉類間不共享。
這也非常容易理解，因為不同的封閉類雖然有相同的類名稱，但由於分別傳入了不同的數據類型，他們是完全不同的類，比如：
Stack<int> a = new Stack<int>();
Stack<int> b = new Stack<int>();
Stack<long> c = new Stack<long>();
類實例a和b是同一類型，他們之間共享靜態成員變量，但類實例c卻是和a、b完全不同的類型，所以不能和a、b共享靜態成員變量。
泛型中的靜態構造函數
靜態構造函數的規則：只能有一個，且不能有參數，他只能被.NET運行時自動調用，而不能人工調用。
泛型中的靜態構造函數的原理和非泛型類是一樣的，只需把泛型中的不同的封閉類理解為不同的類即可。以下兩種情況可激發靜態的構造函數：
1. 特定的封閉類第一次被實例化。
2. 特定封閉類中任一靜態成員變量被調用。
泛型類中的方法重載
方法的重載在.Net Framework中被大量應用，他要求重載具有不同的簽名。在泛型類中，由於通用類型T在類編寫時並不確定，所以在重載時有些注意事項，這些事項我們通過以下的例子說明：
public class Node<T, V>
{
public T add(T a, V b) //第一個add
{
return a;
}
public T add(V a, T b) //第二個add
{
return b;
}
public int add(int a, int b) //第三個add
{
return a + b;
}
}
上面的類很明顯，如果T和V都傳入int的話，三個add方法將具有同樣的簽名，但這個類仍然能通過編譯，是否會引起調用混淆將在這個類實例化和調用add方法時判斷。請看下面調用代碼：
Node<int, int> node = new Node<int, int>();
object x = node.add(2, 11);
這個Node的實例化引起了三個add具有同樣的簽名，但卻能調用成功，因為他優先匹配了第三個add。但如果刪除了第三個add，上面的調用代碼則無法編譯通過，提示方法產生的混淆，因為運行時無法在第一個add和第二個add之間選擇。
Node<string, int> node = new Node<string, int>();
object x = node.add(2, "11");
這兩行調用代碼可正確編譯，因為傳入的string和int，使三個add具有不同的簽名，當然能找到唯一匹配的add方法。
由以上示例可知，C#的泛型是在實例的方法被調用時檢查重載是否產生混淆，而不是在泛型類本身編譯時檢查。同時還得出一個重要原則：
當一般方法與泛型方法具有相同的簽名時，會覆蓋泛型方法。
泛型類的方法重寫
方法重寫（override）的主要問題是方法簽名的識別規則，在這一點上他與方法重載一樣，請參考泛型類的方法重載。
泛型的使用范圍
本文主要是在類中講述泛型，實際上，泛型還可以用在類方法、接口、結構（struct）、委托等上面使用，使用方法大致相同，就不再講述。