52、C# 泛型 (Generics)

泛型是 C# 2.0 引入的一项强大功能，它允许你编写可以处理多种数据类型的代码，而无需为每种类型重复编写相同的逻辑。泛型提高了代码的重用性、类型安全性和性能。

基本概念

泛型类

public class GenericClass<T>
{
    private T _value;
    
    public GenericClass(T value)
    {
        _value = value;
    }
    
    public T GetValue()
    {
        return _value;
    }
}

// 使用示例
var intClass = new GenericClass<int>(42);
var stringClass = new GenericClass<string>("Hello");

泛型方法

public class Utility
{
    public static T Max<T>(T a, T b) where T : IComparable<T>
    {
        return a.CompareTo(b) > 0 ? a : b;
    }
}

// 使用示例
int maxInt = Utility.Max(10, 20);
string maxString = Utility.Max("apple", "orange");

泛型约束

泛型约束用于限制类型参数可以使用的类型：

public class ConstrainedClass<T> where T : class, new()
{
    // T 必须是引用类型且有无参构造函数
}

常见的约束类型：

• where T : class - T 必须是引用类型
• where T : struct - T 必须是值类型
• where T : new() - T 必须有无参构造函数
• where T : IComparable - T 必须实现特定接口
• where T : BaseClass - T 必须继承自特定基类

泛型接口和委托

泛型接口

public interface IRepository<T>
{
    T GetById(int id);
    void Add(T entity);
}

public class SqlRepository<T> : IRepository<T>
{
    // 实现...
}

泛型委托

public delegate T Processor<T>(T item);

// 使用示例
Processor<int> square = x => x * x;
int result = square(5); // 25

泛型与性能

泛型提供了类型安全性，同时避免了装箱和拆箱操作，提高了性能：

// 非泛型版本（有装箱拆箱开销）
ArrayList list = new ArrayList();
list.Add(42); // 装箱
int value = (int)list[0]; // 拆箱

// 泛型版本（无装箱拆箱）
List<int> genericList = new List<int>();
genericList.Add(42); // 无装箱
int genericValue = genericList[0]; // 无拆箱

协变和逆变

C# 4.0 引入了协变(covariance)和逆变(contravariance)：

// 协变 - out 关键字
public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable
{
    IEnumerator<T> GetEnumerator();
}

// 逆变 - in 关键字
public interface IComparer<in T>
{
    int Compare(T x, T y);
}

实际应用示例

// 泛型缓存类
public class Cache<TKey, TValue>
{
    private readonly Dictionary<TKey, TValue> _cache = new Dictionary<TKey, TValue>();
    
    public void Add(TKey key, TValue value)
    {
        _cache[key] = value;
    }
    
    public bool TryGet(TKey key, out TValue value)
    {
        return _cache.TryGetValue(key, out value);
    }
}

// 使用示例
var userCache = new Cache<int, string>();
userCache.Add(1, "Alice");
userCache.Add(2, "Bob");

泛型是 C# 中非常强大的特性，合理使用可以显著提高代码的质量和可维护性。