C Sharp 泛型类

C#泛型类是C#语言中一种强大的特性，允许开发者创建可重用的、类型安全的类，而无需在编译时指定具体的数据类型。泛型类通过类型参数（Type Parameters）实现，使得代码更加灵活且减少重复。

介绍

泛型类的主要目的是提供**类型安全性**和**代码复用性**。通过泛型，可以避免装箱（Boxing）和拆箱（Unboxing）操作，提高性能。例如，`List<T>`是.NET中最常见的泛型类之一，其中`T`是类型参数，可以是任何数据类型（如`int`、`string`或自定义类）。

泛型类适用于以下场景：

• 需要操作多种数据类型，但逻辑相同（如集合类）。
• 避免强制类型转换，减少运行时错误。
• 提高代码的可读性和维护性。

语法

泛型类使用尖括号`<>`定义类型参数，语法如下：

  
public class GenericClass<T>  
{  
    private T _value;  

    public GenericClass(T value)  
    {  
        _value = value;  
    }  

    public T GetValue()  
    {  
        return _value;  
    }  
}

• `T`是类型参数，在实例化时替换为具体类型（如`int`或`string`）。
• 泛型类可以有多个类型参数，如`GenericClass<TKey, TValue>`。

示例：基本用法

  
// 实例化泛型类  
var intContainer = new GenericClass<int>(42);  
var stringContainer = new GenericClass<string>("Hello");  

Console.WriteLine(intContainer.GetValue());  // 输出: 42  
Console.WriteLine(stringContainer.GetValue()); // 输出: Hello

类型约束

通过约束（Constraints）可以限制类型参数的范围，确保安全性。常用约束包括：

• `where T : struct`：`T`必须是值类型。
• `where T : class`：`T`必须是引用类型。
• `where T : new()`：`T`必须有无参构造函数。
• `where T : BaseClass`：`T`必须继承自`BaseClass`。

示例：带约束的泛型类

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

// 使用  
var calculator = new Calculator<int>();  
Console.WriteLine(calculator.Max(10, 20)); // 输出: 20

实际应用案例

案例1：泛型集合

.NET的`List<T>`是泛型类的典型应用，避免了非泛型集合（如`ArrayList`）的装箱问题：

  
List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3 };  
List<string> names = new List<string> { "Alice", "Bob" };

案例2：泛型缓存

创建一个缓存类，存储任意类型的数据：

  
public class Cache<T>  
{  
    private Dictionary<string, T> _cache = new Dictionary<string, T>();  

    public void Add(string key, T value) => _cache[key] = value;  
    public T Get(string key) => _cache[key];  
}  

// 使用  
var intCache = new Cache<int>();  
intCache.Add("age", 25);  
Console.WriteLine(intCache.Get("age")); // 输出: 25

泛型类与继承

泛型类可以继承自非泛型类或泛型类：

  
public class BaseClass { }  
public class DerivedGenericClass<T> : BaseClass { }  

// 或继承自泛型基类  
public class BaseGenericClass<T> { }  
public class DerivedClass<T> : BaseGenericClass<T> { }

性能优势

泛型类在编译时生成特定类型的代码，避免了运行时类型检查的开销。例如：

• 非泛型`ArrayList`需要装箱`int`为`object`，而`List<int>`直接操作值类型。
• 减少了类型转换错误的风险。

总结

• 泛型类通过类型参数实现代码复用和类型安全。
• 支持约束以限制类型范围。
• 广泛用于集合、缓存等场景。
• 提供更好的性能和可读性。

classDiagram class GenericClass<T> { -T _value +GenericClass(T value) +T GetValue() } GenericClass <|-- Cache : 继承

通过泛型类，开发者可以编写更灵活、高效的代码，同时减少重复劳动。