.NET高级面试指南专题九【 泛型概念，常用泛型类和方法，泛型约束，协变与逆变】

2024-02-20 11:28
文章标签 面试 方法 概念 常用 高级 指南 net 泛型 专题 约束 逆变 协变

本文主要是介绍.NET高级面试指南专题九【 泛型概念，常用泛型类和方法，泛型约束，协变与逆变】，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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C#中的泛型（Generics）是一种强大的编程特性，它允许你在编写代码时使用不特定数据类型，而在编译时确定这些数据类型。泛型使得代码更加灵活、可重用，并提高了类型安全性。

功能和原理

泛型允许你编写能够与不同数据类型一起工作的代码，而不需要针对每种数据类型编写重复的代码。其原理在于通过在编译时将类型参数替换为实际的数据类型，从而生成特定的代码实现。
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简单使用
在 C# 中，泛型可以用于类、结构、接口、方法和委托。你可以使用 <> 括号定义泛型类型参数，例如：

public class GenericClass<T>
{public T GenericMethod(T value){return value;}
}

调用示例

class Program
{static void Main(string[] args){// 实例化泛型类，并指定类型参数为 intGenericClass<int> intGeneric = new GenericClass<int>();int intValue = intGeneric.GenericMethod(10);Console.WriteLine("GenericMethod returned: " + intValue);// 实例化泛型类，并指定类型参数为 stringGenericClass<string> stringGeneric = new GenericClass<string>();string stringValue = stringGeneric.GenericMethod("Hello, generics!");Console.WriteLine("GenericMethod returned: " + stringValue);Console.ReadLine();}
}

常用泛型

常用的泛型包括：List<T>、Dictionary<TKey, TValue>、Queue<T>、Stack<T>等。这些泛型类型可以在不指定具体数据类型的情况下，提供对数据的类型安全访问和操作。

使用泛型需要注意点

  • 类型安全性： 使用泛型可以提高代码的类型安全性，避免了使用弱类型或者需要类型转换的情况。
  • 性能： 泛型在编译时生成特定的代码实现，因此可以提高性能，避免了装箱和拆箱操作。
  • 类型约束： 有时候需要对泛型参数进行约束，可以使用 where关键字来限制泛型参数的类型。
  • 避免过度使用： 尽管泛型很强大，但也需要谨慎使用。过度使用泛型可能导致代码复杂度增加，降低可读性。

泛型类（Generic Class）：

定义： 泛型类是使用一个或多个类型参数定义的类。这些类型参数在类内部被用于定义字段、属性、方法等。例如：class MyClass<T> { /* 实现 */ }
示例： List<T> 是一个典型的泛型类，它允许你在集合中存储任意类型的元素。

泛型方法（Generic Method）：

定义： 泛型方法是在方法声明中使用类型参数的方法。这些类型参数可以与类的类型参数不同，并且仅在方法内部可用。例如：void MyMethod<T>(T value) { /* 实现 */ }
示例： LINQ 方法中的很多操作（如Where、Select）都是泛型方法。

泛型接口（Generic Interface）：

定义： 泛型接口是使用类型参数定义的接口。与泛型类类似，类型参数在接口的成员中被使用。例如：interface IMyInterface<T> { /* 成员 */ }
示例： IEnumerable<T> 是一个泛型接口，它定义了一系列用于枚举集合的方法。

类型参数（Type Parameter）：

定义： 类型参数是未知类型的占位符，用于定义泛型类、方法或接口。这些参数由具体类型来替代，以实现泛型的灵活性和重用性。例如：T 在 List<T> 中就是一个类型参数。
示例： T 可以被替换为任何具体的数据类型，比如 int、string 等。

泛型约束（Generic Constraints）：

定义： 泛型约束用于限制泛型类型参数的行为或性质。通过约束，你可以确保泛型类型参数满足特定的条件，例如必须是某种类型、必须实现某个接口等。例如：where T : IComparable
示例： 在泛型方法中，通过 where T : struct 约束可以确保类型参数是一个值类型。

泛型委托（Generic Delegate）：

定义： 泛型委托是具有泛型参数的委托类型。与普通委托不同，泛型委托可以用于操作任意类型的数据。例如：delegate T MyDelegate<T>(T arg);
示例： LINQ 中的 Func<T, TResult> 就是一个泛型委托类型。

泛型集合（Generic Collection）：

定义： 泛型集合是使用泛型类型参数的集合类。它们允许你在集合中存储特定类型的元素，提供了类型安全性和性能优势。例如：List<T>、Dictionary<TKey, TValue>。
示例： List<int> 是一个泛型集合，用于存储整数类型的元素。

协变与逆变（Covariance and Contravariance）：

定义： 协变和逆变是用于描述泛型类型参数在派生关系中的行为的概念。协变允许你将派生类作为基类使用，逆变允许你将基类作为派生类使用。这些概念通常与委托和接口一起使用，以提高灵活性。
示例： 使用 out 关键字可以实现协变，例如 IEnumerable<out T> 接口中的 T 就是协变的。而使用 in 关键字可以实现逆变，例如 IComparer <in T> 接口中的 T 就是逆变的。

泛型的装箱和拆箱（Boxing and Unboxing of Generics）：

定义： 装箱和拆箱是用于在值类型和引用类型之间进行转换的过程。在泛型中，由于泛型类型参数可以是值类型或引用类型，因此在某些情况下会发生装箱和拆箱操作。
示例： 当将值类型装箱为引用类型时，会创建一个对象，其值类型的副本被存储在堆上。而当将引用类型拆箱为值类型时，会提取对象中的值类型数据。

泛型性能优化（Generics Performance Optimization）：

定义： 泛型在编译时会生成特定的代码实现，这些代码实现可以提高性能，避免了类型转换的开销。但在某些情况下，使用泛型可能会导致装箱和拆箱操作，从而影响性能。
示例： 尽可能使用泛型集合类（如 List<T>、Dictionary<TKey, TValue>）而不是非泛型集合类（如 ArrayList、Hashtable），以获得更好的性能。

常用常问的概念专门说明

泛型约束专门说明

在C#中，泛型约束（Generic Constraints）允许你对泛型类型参数进行限制，以确保在使用泛型时满足特定的条件。泛型约束可以用于类、方法、委托等泛型声明中，它们有助于提高代码的类型安全性和可读性。

  1. where T : struct 这种约束要求类型参数 T 必须是值类型（比如结构体），这样可以避免使用引用类型。
public void Method<T>() where T : struct
{// 实现
}
  1. where T : class 这种约束要求类型参数 T 必须是引用类型（类），这通常用于要求泛型类型参数必须是引用类型的情况。
public void Method<T>() where T : class
{// 实现
}
  1. where T : new() 这种约束要求类型参数 T 必须具有无参数的公共构造函数。这种约束允许在泛型方法或类中实例化 T 类型的对象。
public void Method<T>() where T : new()
{T instance = new T();// 实现
}
  1. where T : <基类名> 这种约束要求类型参数 T 必须是指定基类或者实现指定接口的类型。
public void Method<T>() where T : MyBaseClass
{// 实现
}
  1. where T : <接口名> 这种约束要求类型参数 T 必须实现指定的接口。
public void Method<T>() where T : IMyInterface
{// 实现
}
  1. 多个约束： 可以组合多个约束，以逗号分隔。
public void Method<T>() where T : MyBaseClass, IMyInterface, new()
{// 实现
}

泛型约束专门说明

协变（covariance）和逆变（contravariance）通常与委托和接口一起使用。

协变示例代码：
协变允许你将派生类作为基类使用。在C#中，协变通常用于返回类型。在委托和接口中，可以使用 out 关键字来实现协变。

// 定义一个简单的基类
class Animal { }
// 定义一个派生类
class Dog : Animal { }// 定义一个接口，使用 out 关键字实现协变
interface IMyInterface<out T>
{T GetItem();
}// 实现协变接口
class MyImplementation : IMyInterface<Dog>
{public Dog GetItem(){return new Dog();}
}class Program
{static void Main(string[] args){// 创建实现了协变接口的对象IMyInterface<Animal> myInterface = new MyImplementation();// 调用方法返回派生类型Animal animal = myInterface.GetItem();Console.WriteLine(animal.GetType().Name); // 输出 DogConsole.ReadLine();}
}

IMyInterface<T> 接口中的 T 使用了 out 关键字，表示 T 是协变的。因此，IMyInterface<Dog> 可以隐式转换为 IMyInterface<Animal>，并且 GetItem 方法可以返回 Dog 类型的实例。

逆变示例代码：
逆变允许你将基类作为派生类使用。在C#中，逆变通常用于参数类型。在委托和接口中，可以使用 in 关键字来实现逆变。

// 定义一个简单的基类
class Animal { }
// 定义一个派生类
class Dog : Animal { }// 定义一个接口，使用 in 关键字实现逆变
interface IMyInterface<in T>
{void ProcessItem(T item);
}// 实现逆变接口
class MyImplementation : IMyInterface<Animal>
{public void ProcessItem(Animal animal){Console.WriteLine($"Processing {animal.GetType().Name}");}
}class Program
{static void Main(string[] args){// 创建实现了逆变接口的对象IMyInterface<Dog> myInterface = new MyImplementation();// 调用方法传入派生类型myInterface.ProcessItem(new Dog());Console.ReadLine();}
}

IMyInterface<T> 接口中的 T 使用了 in 关键字，表示 T 是逆变的。因此，IMyInterface<Animal> 可以隐式转换为 IMyInterface<Dog>，并且 ProcessItem 方法可以接受 Dog 类型的实例。

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