泛型类型概述

在 .NET 中,开发人员随时会使用泛型,有时隐式使用,有时显式使用。 在 .NET 中使用 LINQ 时,你是否曾经注意到,使用的正是 IEnumerable<T>? 或者,你是否曾经看到过有关使用实体框架来与数据库通信的“泛型存储库”在线示例,其中的大多数方法返回 IQueryable<T>? 你可能很想知道,这些示例中的 T 是什么意思,为什么要使用它?

泛型在 .NET Framework 2.0 中首次引入,它本质上是一个“代码模板”,可让开发者定义类型安全数据结构,无需处理实际数据类型。 例如,List<T> 是一个可以声明的泛型集合,可与 List<int>List<string>List<Person> 等任何类型结合使用。

为方便理解泛型的作用,让我们看看添加泛型之前和之后的一个特定类:ArrayList。 在 .NET Framework 1.0 中,ArrayList 元素属于 Object 类型。 添加到集合的任何元素都会以静默方式转换为 Object。 从列表读取元素时,会发生相同的情况。 此过程称为装箱和取消装箱,它会影响性能。 但除了性能之外,在编译时无法确定列表中的数据的类型,这会形成一些脆弱的代码。 泛型解决了此问题,它可以定义每个列表实例将要包含的数据类型。 例如,只能将整数添加到 List<int>,只能将人员添加到 List<Person>

泛型还可以在运行时使用。 运行时知道你要使用的数据结构类型,并可以更高效地将数据结构存储在内存中。

下面的示例是一个小程序,演示了在运行时如何有效地了解数据结构类型:

  using System;
  using System.Collections;
  using System.Collections.Generic;
  using System.Diagnostics;

  namespace GenericsExample {
    class Program {
      static void Main(string[] args) {
        //generic list
        List<int> ListGeneric = new List<int> { 5, 9, 1, 4 };
        //non-generic list
        ArrayList ListNonGeneric = new ArrayList { 5, 9, 1, 4 };
        // timer for generic list sort
        Stopwatch s = Stopwatch.StartNew();
        ListGeneric.Sort();
        s.Stop();
        Console.WriteLine($"Generic Sort: {ListGeneric}  \n Time taken: {s.Elapsed.TotalMilliseconds}ms");

        //timer for non-generic list sort
        Stopwatch s2 = Stopwatch.StartNew();
        ListNonGeneric.Sort();
        s2.Stop();
        Console.WriteLine($"Non-Generic Sort: {ListNonGeneric}  \n Time taken: {s2.Elapsed.TotalMilliseconds}ms");
        Console.ReadLine();
      }
    }
  }

此程序将生成类似下面的输出:

Generic Sort: System.Collections.Generic.List`1[System.Int32]
 Time taken: 0.0034ms
Non-Generic Sort: System.Collections.ArrayList
 Time taken: 0.2592ms

在此处可以看到的第一个优点是,泛型列表的排序比非泛型列表要快得多。 还可以看到,泛型列表的类型是不同的 ([System.Int32]),而非泛型列表的类型已通用化。 由于运行时知道泛型 List<int> 的类型是 Int32,因此可以将列表元素存储在内存中的基础整数数组内;而非泛型 ArrayList 必须将每个列表元素强制转换为对象。 如本示例中所示,多余的强制转换会占用时间,降低列表排序的速度。

运行时知道泛型类型的另一个优点是可以改善调试体验。 在 C# 中调试泛型时,可以知道数据结构中每个元素的类型。 如果不使用泛型,则无从知道每个元素的类型是什么。

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