從簡單的例子理解泛型

從簡單的例子理解泛型

吳劍 2012-05-21

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前言

 .Net開發基礎系列文章，對自己之前寫過的代碼備忘，如能給人予幫助，不甚榮幸。個人能力有限，如有差錯或不足，請及時指正。

 

從簡單的例子開始

話說有家影視公司選拔偶像派男主角，導演說了，男演員，身高是王道。於是有下面代碼：

//男演員實體類
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;
    }
}

//演員選拔類
public class Compare 
{
    //導演導超女出生，喜歡一對一PK
    public Boy WhoIsBetter(Boy boy1, Boy boy2)
    {
        if (boy1.Height > boy2.Height)
        {
            return boy1;
        }
        else
        {
            return boy2;
        }
    }
}

//測試
static void Main(string[] args)
{
    Boy boy1 = new Boy("潘長江", 165);
    Boy boy2 = new Boy("劉德華", 175);

    Console.WriteLine(new Compare().WhoIsBetter(boy1, boy2).Name);
    Console.ReadLine();
}

代碼很簡單，Boy為男演員實體類，包含姓名和身高兩個字段屬性；Compare類中的WhoIsBetter為選拔邏輯方法，負責選出兩個男演員中較高的那個；測試結果：劉德華完勝。

 

任何行業都是一樣，需求變更無處不在。第二天，需要選女主角，導演說了，女演員，苗條是王道。於是代碼變更，添加了女演員實體類，添加了女演員的選拔方法： 

//添加女演員實體
public class Girl
{
    //姓名
    private string mName;
    //體重
    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;
    }
}

//演員選拔類中添加一個女演員方法
public class Compare 
{
    //男演員身高是王道
    public Boy WhoIsBetter(Boy boy1, Boy boy2)
    {
        if (boy1.Height > boy2.Height)
        {
            return boy1;
        }
        else
        {
            return boy2;
        }
    }

    //女演員苗條是王道
    public Girl WhoIsBetter(Girl girl1, Girl girl2)
    {
        if (girl1.Weight < girl2.Weight)
        {
            return girl1;
        }
        else
        {
            return girl2;
        }
    }
}

//測試
static void Main(string[] args)
{
    Boy boy1 = new Boy("潘長江", 165);
    Boy boy2 = new Boy("劉德華", 175);

    Girl girl1 = new Girl("鞏俐", 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();
}

結果選出了身高更高的劉德華，選出了體重更輕的周迅，導演很滿意。但從程序設計角度，這段代碼顯然不夠完美，第一天選男主角，第二天選女主角，往后還要選男配角，選女配角，選群眾......按目前方式，只有往Compare類里不斷添加方法才能滿足導演需求，方法會越來越多，代碼會越來越長。於是，我決定修改WhoIsBetter方法，讓它以后可以支持男主，女主，男配，女配，男群眾，女群眾甚至支持所有兩個對象之間的比較：

/// <summary>
/// 男演員:實現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)
    {
        //比較身高
        return this.mHeight - ((Boy)obj).Height;
    }
}

/// <summary>
/// 女演員:實現IComparable接口
/// </summary>
public class Girl : IComparable
{
    //姓名
    private string mName;
    //體重
    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)
    {
        //比較體重
        return ((Girl)obj).Weight - this.mWeight;
    }
}

首先讓實體類支持自定義的比較，男演員比較身高，女演員比較體重。自定義比較是通過實現IComparable接口完成的，在C#里但凡可以比較的類型，比如int、double、char等都實現了IComparable接口。關於IComparable接口此處不作詳述，請讀者自行查閱相關資料。

public class Compare
{
    //萬物皆object
    public object WhoIsBetter(object obj1, object obj2)
    {
        object result = obj2;
        //判斷比較類型必須相同
        if (obj1.GetType() == obj2.GetType())
        {
            switch (obj1.GetType().ToString())
            {
                //男演員選拔
                case "Generic.Boy":
                    if (((Boy)obj1).CompareTo(obj2) > 0)
                    {
                        result = obj1;
                    }
                    break;
                //女演員選拔
                case "Generic.Girl":
                    if (((Girl)obj1).CompareTo(obj2) > 0)
                    {
                        result = obj1;
                    }
                    break;
                //擴展int類型比較
                case "System.Int32":
                    if (((System.Int32)obj1).CompareTo(obj2) > 0)
                    {
                        result = obj1;
                    }
                    break;
                }
            }
            return result;
        }
    }

修改WhoIsBetter方法，除了支持對男演員、女演員的比較，為了展示其擴展性，還新增了int類型的比較。

//測試
static void Main(string[] args)
{
     Boy boy1 = new Boy("潘長江", 165);
     Boy boy2 = new Boy("劉德華", 175);

     Girl girl1 = new Girl("鞏俐", 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();
}

測試結果：

劉德華
周迅
175
120

OK，截止目前，似乎比較完美了，男演員比身高，女演員比體重，還支持int類型比大小，WhoIsBetter方法具有了重用性，如果有需要，往后還能擴展，拿來比較任意兩個對象。在泛型出現以前，似乎確實比較完美，但這也只是相對的，我們來看看目前代碼的弱點：

弱點1：方法的重用性

假設我們要讓WhoIsBetter方法支持更多類型，比如支持基本的double，char，bool類型，支持以后導演可能提出的配角比較，群眾比較，那么就必須不斷的擴展方法內部代碼，這帶來極大的維護成本。

弱點2：類型安全問題

//測試
static void Main(string[] args)
{
    Boy boy1 = new Boy("潘長江", 165);
    Boy boy2 = new Boy("劉德華", 175);

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

    Console.WriteLine(((Boy)new Compare().WhoIsBetter(boy1, girl1)).Name);
    Console.ReadLine();
}

如上代碼我拿潘長江跟鞏俐去比較。雖然萬能的object給我們帶來了便捷，同時也帶來了風險，這段代碼編譯完全可以通過，但運行時會出現異常，girl對象是沒法轉換為Boy類型的，現實里去韓國可以變性，但代碼里絕對不行。所以這個方法就像顆定時炸彈，一不小心傳錯了參數，就會導致嚴重后果，並且編譯階段完全不被發現。

弱點3：裝箱拆箱導致的性能問題

當向WhoIsBetter方法中傳遞int參數時，object轉換為int導致了拆箱操作：

if (((System.Int32)obj1).CompareTo(obj2) > 0)

反編譯獲取MSIL：

IL_0093:  unbox.any  [mscorlib]System.Int32

C#是強類型語言，但只要引用類型與值類型的相互轉換，就避免不了Box與Unbox。有關裝箱與拆箱的知識請讀者自行查閱相關資料，此處不作詳述。

 

理解泛型

OK，到泛型登場了，摘錄了一段MSDN中對泛型的描述：泛型類和泛型方法同時具備可重用性、類型安全和效率，這是非泛型類和非泛型方法無法具備的。這三點，跟我們上面的例子相吻合。

看看使用泛型的解決方案：

public class Compare<T> where T : IComparable
{
    public T WhoIsBetter(T t1, T t2)
    {
        if (t1.CompareTo(t2) > 0)
        {
            return t1;
        }
        else
        {
            return t2;
        }
    }
}

//測試
static void Main(string[] args)
{
    Boy boy1 = new Boy("潘長江", 165);
    Boy boy2 = new Boy("劉德華", 175);

    Girl girl1 = new Girl("鞏俐", 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();
}

這段代碼在優雅度上完勝非泛型，並且可重用性大大提升，可以說它支持所有類型的比較，只要這個類型實現了IComparable接口，同時一勞永逸，不再需要在方法內部作任何擴展。 

public class Compare<T> where T : IComparable{
    //...
}

泛型類的定義是在類名后面跟上<T>，這個是泛型專用語法，T表示傳遞進來的類型，你也可以用別的字母代替。

where T : IComparable ，從字面上就能理解，這段表示對T的類型約束。程序是遵循人的意志來執行的，按前面的例子，如果莫名其妙的讓程序比較兩個object，它沒辦法知道該去怎么比較。所以我們必須告訴程序，T必須是可比較的類型，T必須實現了IComparable接口。 

關於泛型參數約束，MSDN提供了一張表格： 

約束	說明
T：結構	類型參數必須是值類型。可以指定除 Nullable 以外的任何值類型。
T：類	類型參數必須是引用類型；這一點也適用於任何類、接口、委托或數組類型。
T：new()	類型參數必須具有無參數的公共構造函數。當與其他約束一起使用時，new() 約束必須最后指定。
T：<基類名>	類型參數必須是指定的基類或派生自指定的基類。
T：<接口名稱>	類型參數必須是指定的接口或實現指定的接口。可以指定多個接口約束。約束接口也可以是泛型的。
T：U	為 T 提供的類型參數必須是為 U 提供的參數或派生自為 U 提供的參數。

 

泛型應用廣泛，除了接口，類，還可以使用泛型方法：

public T Demo<T>(T para)
{
        //...
        return default(T);
}

 

DEMO

開發環境：Visual Studio 2010, .Net Framwork 4.0

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<全文完>

 

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