CLR via C#深解筆記六 - 泛型

面向對象編程一個好處就是「代碼重用」，極大提升了開發效率。如是，能夠派生出一個類，讓它繼承基類的全部能力，派生類只須要重寫虛方法，或添加一些新的方法，就能夠定製派生類的行爲，使之知足開發人員的需求。

泛型（generic）是CLR和編程語言提供的一種特殊機制，它支持另外一種形式的代碼重用，即「算法重用」。

 

簡單地說，開發人員先定義好一個算法，好比排序、搜索、交換、比較或轉換等。可是，定義算法的開發人員並不設定該算法要操做什麼數據類型；該算法能夠普遍地應用於不一樣類型的對象。而後，另外一個開發人員只要指定了算法要操做的具體數據類型，就可使用這個現成的算法了。例如，可用一個排序算法來操做Int32和String等類型的對象，或用一個比較算法來操做DateTime和Version等類型的對象。大多數算法都封裝在一個類型中，CLR容許建立泛型引用類型和泛型值類型，但不容許建立泛型枚舉類型。還容許建立泛型接口和泛型委託。

 

泛型爲開發人員提供了一下優點：

#1，源代碼保護。

#2，類型安全。編譯器和CLR能理解開發人員的意圖，並保證只有與指定數據類型兼容的對象才能隨同算法使用。

#3，更加清晰的代碼。減小了源代碼中必須進行的轉型次數，代碼更容易編寫和維護。

#4，更佳的性能。建立泛型算法來操做一種具體的值類型，因此值類型的實例可以以傳值方式傳遞，CLR再也不須要執行任何裝箱操做。ArrayList來操做值類型（如Int32），會形成大量裝箱操做，大量的垃圾回收。

泛型最明顯的應用就是集合類。FCL已經定義了幾個泛型集合類，其中，大多數類都在System.Collections.Generic 和System.Collections.ObjectModel命名空間中。

 

泛型基礎結構

開發類型和封閉類型

咱們關注CLR如何爲應用程序使用的每一個類型建立一個怎樣的內部數據結構，這種數據結構稱爲類型對象（type object）。具備泛型類型參數的類型仍然是類型，CLR一樣會爲它建立一個內部類型對象。不管引用類型（類）、值類型（結構）、接口類型，仍是委託類型，這一點都成立。具備泛型類型參數的類型稱爲 開放類型（open type）, CLR禁止構造開發類型的任何實例，相似CLR禁止構造接口類型的實例， 如List<>。

 

代碼引用一個泛型類型時，可指定一組泛型類型實參。假如爲全部類型實參傳遞的都是實際數據類型，類型就稱爲 封閉類型（closed type），CLR容許構造封閉類型的實例，如List<String> 。須要注意的是，CLR會在類型對象內部分配類型的靜態字段，所以每一個封閉類型都有本身的靜態字段。例如，List<T>定義了任何靜態字段，都不會在一個List<DateTime>和一個List<String>之間共享：每一個封閉類型對象都有它本身的靜態字段。假如一個泛型類型定義了一個靜態構造器，那麼針對每一個封閉類型，這個構造器都會執行一次。在泛型類型上定義一個靜態構造器的目的是保證傳遞的類型實參知足特定的條件（約束）。如，但願一個泛型類型只用於處理枚舉類型，就能夠以下定義：

internal sealed class GenericTypeThatRequiresAnEnum<T> {

     static GenericTypeThatRequiresAnEnum() {

          if(!typeof(T).IsEnum) {

               throw new ArgumentException("T must be an enmuerated type");

          }

     }

}

 

CLR提供了一個名爲約束的功能，可利用它更好地定義一個泛型類型來支出哪些類型實參是有效的。

 

代碼爆炸

 

使用泛型類型參數的一個方法在進行JIT編譯時，CLR獲取方法的IL，用指定的類型實參進行替換，而後建立恰當的本地代碼（這些代碼是爲操做指定數據類型的方法「量身定製」的）。這樣作有一個缺點：CLR要爲每一種不一樣的方法/類型組合生成本地代碼。這個現象稱爲 代碼爆炸（code explosion）。它可能形成應用程序的工做集顯著增大，從而損害性能。

 

CLR其實內建了一些優化措施，可以緩解代碼爆炸。假如爲一個特定的類型實參調用一個方法，之後再次使用相同的類型實參來調用這個方法。CLR只會爲這個方法/類型組合編譯一次代碼。若是一個程序集使用List<DateTime>, 一個徹底不一樣的程序集（加載到一個AppDomain中）也使用List<DateTime>, CLR只會爲List<DateTime>編譯一次方法。這樣顯著緩解了代碼爆炸。

CLR還提供了另外一個優化措施，它認爲全部引用類型實參都是徹底相同的，因此代碼能夠共享。如，CLR爲List<String>的方法編譯的代碼可直接用於List<Stream>的方法，由於String和Stream均爲引用類型。事實上，對於任何引用類型，都會使用相同的代碼。CLR之因此能執行這個優化，是由於全部引用類型的實參或變量實際只是指向堆上的對象的指針，而對象指針所有是以相同的方式來操做的。

可是，某個類型實參是值類型，CLR就必須專門爲這個值類型生成本地代碼，由於值類型的大小不定，還可能要用不一樣的本地CPU指令來操縱這些值。

 

委託和接口的逆變和協變泛型類型實參