泛型类型概述 Generic types overview

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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”，可让开发人员定义类型安全)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> 或 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。这意味着添加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。但更重要的是，在编译时无法确定列表中的数据类型。这就使得某些代码不太可靠。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。这意味着，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：

  1.   using System;
  2.   using System.Collections;
  3.   using System.Collections.Generic;
  4.   using System.Diagnostics;
  6.   namespace GenericsExample {
  7.     class Program {
  8.       static void Main(string[] args) {
  9.         //generic list
  10.         List<int> ListGeneric = new List<int> { 5, 9, 1, 4 };
  11.         //non-generic list
  12.         ArrayList ListNonGeneric = new ArrayList { 5, 9, 1, 4 };
  13.         // timer for generic list sort
  14.         Stopwatch s = Stopwatch.StartNew();
  15.         ListGeneric.Sort();
  16.         s.Stop();
  17.         Console.WriteLine($"Generic Sort: {ListGeneric}  \n Time taken: {s.Elapsed.TotalMilliseconds}ms");
  19.         //timer for non-generic list sort
  20.         Stopwatch s2 = Stopwatch.StartNew();
  21.         ListNonGeneric.Sort();
  22.         s2.Stop();
  23.         Console.WriteLine($"Non-Generic Sort: {ListNonGeneric}  \n Time taken: {s2.Elapsed.TotalMilliseconds}ms");
  24.         Console.ReadLine();
  25.       }
  26.     }
  27.   }

此程序将生成类似下面的输出：

  1. Generic Sort: System.Collections.Generic.List`1[System.Int32]
  2.  Time taken: 0.0034ms
  3. Non-Generic Sort: System.Collections.ArrayList
  4.  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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