C++泛型

晨曦之光 发布于 2012/05/16 17:05
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我们在编写程序时,经常遇到两个模块的功能非常相似,只是一个是处理int数据,另一个是处理string数据,或者其他自定义的数据类型,但我们没有办法,只能分别写多个方法处理每个数据类型,因为方法的参数类型不同。有没有一种办法,在方法中传入通用的数据类型,这样不就可以合并代码了吗?泛型的出现就是专门解决这个问题的。读完本篇文章,你会对泛型有更深的了解。

为什么要使用泛型

为了了解这个问题,我们先看下面的代码,代码省略了一些内容,但功能是实现一个栈,这个栈只能处理int数据类型:

public class Stack

    {

        private int[] m_item;

        public int Pop(){...}

        public void Push(int item){...}

        public Stack(int i)

        {

            this.m_item = new int[i];

        }

}

上面代码运行的很好,但是,当我们需要一个栈来保存string类型时,该怎么办呢?很多人都会想到把上面的代码复制一份,把int改成string不就行了。当然,这样做本身是没有任何问题的,但一个优秀的程序是不会这样做的,因为他想到若以后再需要long、Node类型的栈该怎样做呢?还要再复制吗?优秀的程序员会想到用一个通用的数据类型object来实现这个栈:

public class Stack

    {

        private object[] m_item;

        public object Pop(){...}

        public void Push(object item){...}

        public Stack(int i)

        {

            this.m_item = new[i];

        }

      

    }

这个栈写的不错,他非常灵活,可以接收任何数据类型,可以说是一劳永逸。但全面地讲,也不是没有缺陷的,主要表现在:

当Stack处理值类型时,会出现装箱、折箱操作,这将在托管堆上分配和回收大量的变量,若数据量大,则性能损失非常严重。

在处理引用类型时,虽然没有装箱和折箱操作,但将用到数据类型的强制转换操作,增加处理器的负担。

在数据类型的强制转换上还有更严重的问题(假设stack是Stack的一个实例):

Node1 x = new Node1();

            stack.Push(x);

         Node2 y = (Node2)stack.Pop();

上面的代码在编译时是完全没问题的,但由于Push了一个Node1类型的数据,但在Pop时却要求转换为Node2类型,这将出现程序运行时的类型转换异常,但却逃离了编译器的检查。

针对object类型栈的问题,我们引入泛型,他可以优雅地解决这些问题。泛型用用一个通过的数据类型T来代替object,在类实例化时指定T的类型,运行时(Runtime)自动编译为本地代码,运行效率和代码质量都有很大提高,并且保证数据类型安全。

使用泛型

下面是用泛型来重写上面的栈,用一个通用的数据类型T来作为一个占位符,等待在实例化时用一个实际的类型来代替。让我们来看看泛型的威力:

public class Stack<T>

    {

        private T[] m_item;

        public T Pop(){...}

        public void Push(T item){...}

        public Stack(int i)

        {

            this.m_item = new T[i];

        }

}

类的写法不变,只是引入了通用数据类型T就可以适用于任何数据类型,并且类型安全的。这个类的调用方法:

//实例化只能保存int类型的类

Stack<int> a = new Stack<int>(100);

      a.Push(10);

      a.Push("8888"); //这一行编译不通过,因为类a只接收int类型的数据

      int x = a.Pop();

//实例化只能保存string类型的类

Stack<string> b = new Stack<string>(100);

b.Push(10);    //这一行编译不通过,因为类b只接收string类型的数据

      b.Push("8888");

  string y = b.Pop();

这个类和object实现的类有截然不同的区别:

1.       他是类型安全的。实例化了int类型的栈,就不能处理string类型的数据,其他数据类型也一样。

2.       无需装箱和折箱。这个类在实例化时,按照所传入的数据类型生成本地代码,本地代码数据类型已确定,所以无需装箱和折箱。

3.       无需类型转换。

泛型类实例化的理论

C#泛型类在编译时,先生成中间代码IL,通用类型T只是一个占位符。在实例化类时,根据用户指定的数据类型代替T并由即时编译器(JIT)生成本地代码,这个本地代码中已经使用了实际的数据类型,等同于用实际类型写的类,所以不同的封闭类的本地代码是不一样的。按照这个原理,我们可以这样认为:

泛型类的不同的封闭类是分别不同的数据类型。

例:Stack<int>和Stack<string>是两个完全没有任何关系的类,你可以把他看成类A和类B,这个解释对泛型类的静态成员的理解有很大帮助。

泛型类中数据类型的约束

程序员在编写泛型类时,总是会对通用数据类型T进行有意或无意地有假想,也就是说这个T一般来说是不能适应所有类型,但怎样限制调用者传入的数据类型呢?这就需要对传入的数据类型进行约束,约束的方式是指定T的祖先,即继承的接口或类。因为C#的单根继承性,所以约束可以有多个接口,但最多只能有一个类,并且类必须在接口之前。这时就用到了C#2.0的新增关键字:

public class Node<T, V> where T : Stack, IComparable

        where V: Stack

    {...}

以上的泛型类的约束表明,T必须是从Stack和IComparable继承,V必须是Stack或从Stack继承,否则将无法通过编译器的类型检查,编译失败。

通用类型T没有特指,但因为C#中所有的类都是从object继承来,所以他在类Node的编写中只能调用object类的方法,这给程序的编写造成了困难。比如你的类设计只需要支持两种数据类型int和string,并且在类中需要对T类型的变量比较大小,但这些却无法实现,因为object是没有比较大小的方法的。 了解决这个问题,只需对T进行IComparable约束,这时在类Node里就可以对T的实例执行CompareTo方法了。这个问题可以扩展到其他用户自定义的数据类型。

如果在类Node里需要对T重新进行实例化该怎么办呢?因为类Node中不知道类T到底有哪些构造函数。为了解决这个问题,需要用到new约束:

public class Node<T, V> where T : Stack, new()

        where V: IComparable

需要注意的是,new约束只能是无参数的,所以也要求相应的类Stack必须有一个无参构造函数,否则编译失败。

C#中数据类型有两大类:引用类型和值类型。引用类型如所有的类,值类型一般是语言的最基本类型,如int, long, struct等,在泛型的约束中,我们也可以大范围地限制类型T必须是引用类型或必须是值类型,分别对应的关键字是class和struct:

public class Node<T, V> where T : class

        where V: struct

泛型方法

泛型不仅能作用在类上,也可单独用在类的方法上,他可根据方法参数的类型自动适应各种参数,这样的方法叫泛型方法。看下面的类:

public class Stack2

    {

        public void Push<T>(Stack<T> s, params T[] p)

        {

            foreach (T t in p)

            {

                s.Push(t);

            }

        }

}

原来的类Stack一次只能Push一个数据,这个类Stack2扩展了Stack的功能(当然也可以直接写在Stack中),他可以一次把多个数据压入Stack中。其中Push是一个泛型方法,这个方法的调用示例如下:

Stack<int> x = new Stack<int>(100);

    Stack2 x2 = new Stack2();

    x2.Push(x, 1, 2, 3, 4, 6);

    string s = "";

    for (int i = 0; i < 5; i++)

    {

        s += x.Pop().ToString();

    }    //至此,s的值为64321



原文链接:http://blog.csdn.net/xy849288321/article/details/7468127
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