C#泛型基础

C# 泛型是一种强大的编程特性，允许开发者编写可重用、类型安全且高效的代码。通过泛型，可以在定义类、接口、方法或委托时使用类型参数，实际使用时再指定具体类型。以下是关于 C# 泛型的详细介绍：

泛型的核心优势

类型安全

泛型在编译时检查类型，避免运行时类型转换错误（如 object 的装箱拆箱操作）。

代码复用

同一套逻辑可适用于多种数据类型，无需为不同类型重复编写代码。

性能优化

避免值类型的装箱拆箱操作，提升性能（例如使用 List<int> 而非 ArrayList）。

泛型的基本用法

泛型类（Generic Class）

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public class GenericRepository<T>
{
    private List<T> _items = new List<T>();

    public void Add(T item) => _items.Add(item);
    public T Get(int index) => _items[index];
}

// 使用示例
var intRepo = new GenericRepository<int>();
intRepo.Add(42);

var stringRepo = new GenericRepository<string>();
stringRepo.Add("Hello");

泛型接口（Generic Interface）

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public interface IComparer<T>
{
    int Compare(T x, T y);
}

public class IntComparer : IComparer<int>
{
    public int Compare(int x, int y) => x.CompareTo(y);
}

泛型方法（Generic Method）

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public static void Swap<T>(ref T a, ref T b)
{
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

// 使用示例
int x = 1, y = 2;
Swap(ref x, ref y); // 编译器自动推断类型为 int

泛型委托（Generic Delegate）

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

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

类型约束（Type Constraints）

通过 where 关键字限制泛型参数的类型范围，增强类型安全性。

约束类型	示例	说明
值类型	`where T : struct`	T 必须是值类型（如 `int`）
引用类型	`where T : class`	T 必须是引用类型（如 `string`）
无参构造函数	`where T : new()`	T 必须有默认构造函数
基类约束	`where T : SomeBaseClass`	T 必须继承自指定基类
接口约束	`where T : ISomeInterface`	T 必须实现指定接口
组合约束	`where T : class, new()`	多条件约束

示例：

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public class Factory<T> where T : IAnimal, new()
{
    public T Create() => new T();
}

协变与逆变（Covariance & Contravariance）

允许在泛型类型中更灵活地处理继承关系，通过 out（协变）和 in（逆变）关键字实现。

协变（Covariance）

用于返回值类型（out T）。
允许将派生类型作为泛型参数传递给接受基类型的接口。

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IEnumerable<Cat> cats = new List<Cat>();
IEnumerable<Animal> animals = cats; // 合法，因为 IEnumerable<out T>

逆变（Contravariance）

用于参数类型（in T）。
允许将基类型作为泛型参数传递给接受派生类型的接口。

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Action<Animal> animalAction = a => a.Eat();
Action<Cat> catAction = animalAction; // 合法，因为 Action<in T>
catAction(new Cat()); // 执行 animalAction

泛型中的默认值

使用 default(T) 获取类型的默认值：

引用类型：null
值类型：0、false 等。

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public T GetDefault<T>() => default(T);

泛型与集合

.NET 提供了丰富的泛型集合类，如：

List<T>：动态数组
Dictionary<TKey, TValue>：键值对
Queue<T>：先进先出队列
Stack<T>：后进先出栈

对比非泛型集合（如 `ArrayList`）：

泛型集合无需类型转换，直接操作具体类型。
避免因错误类型导致的运行时异常。

高级主题

反射与泛型

通过反射动态创建泛型类型或方法：

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Type openType = typeof(List<>);
Type closedType = openType.MakeGenericType(typeof(int));
List<int> intList = (List<int>)Activator.CreateInstance(closedType);

泛型类型推断

编译器根据参数自动推断类型：

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var list = new List<int> { 1, 2, 3 };
var first = list.First(); // 推断返回类型为 int

静态成员行为

每个封闭泛型类型（如 MyClass<int> 和 MyClass<string>）拥有独立的静态成员。

使用场景

需要处理多种数据类型的通用算法（如排序、搜索）。
构建可复用的库或框架（如 ORM 中的泛型 Repository）。
实现设计模式（工厂模式、策略模式等）。

总结

C# 泛型通过类型参数化显著提升了代码的灵活性和安全性，是编写高效、可维护代码的重要工具。合理使用泛型约束、协变/逆变等特性，可以进一步优化设计，减少重复代码。