C#泛型概念的简介与泛型的使用

什么是泛型？

泛型是C#中一种抽象的数据类型，它可以用于创建具有不同类型参数的可重用代码。在传统的数据类型中，只能通过指定数据类型来定义数据和方法。而泛型则可以在代码中定义一个泛型类型或方法，然后在创建实例时将其参数化，从而实现代码的通用性。

泛型类型定义非常灵活，可以定义任何类型的参数，例如引用类型、值类型或结构体等，还可以使用约束来限制允许的类型参数。对于一些需要处理多种类型的场景，使用泛型可以减少代码的复杂性，提高代码的可重用性。

基本使用方法

泛型在C#中的使用非常简单，只需要在类型名后添加<T>即可。

示例1：定义一个通用的栈（Stack）类型。

public class Stack<T>
{
    private List<T> list = new List<T>();

    public void Push(T item)
    {
        list.Add(item);
    }

    public T Pop()
    {
        if (list.Count == 0)
        {
            throw new InvalidOperationException("栈已空");
        }
        T item = list[list.Count - 1];
        list.RemoveAt(list.Count - 1);
        return item;
    }
}

上述代码定义了一个泛型类型Stack<T>，栈中每个元素的类型由类型参数T决定。Stack类中包括了入栈和出栈两个操作，每个操作都是针对任意类型的。

示例2：使用Stack类型。

Stack<int> intStack = new Stack<int>();
intStack.Push(1);
intStack.Push(2);
intStack.Push(3);
Console.WriteLine(intStack.Pop()); // 输出3
Console.WriteLine(intStack.Pop()); // 输出2
Console.WriteLine(intStack.Pop()); // 输出1

上述代码中，使用Stack<int>创建了一个int类型的栈，然后向栈中添加3个元素1、2、3，最后依次弹出三个元素并输出。

泛型类型约束

当我们定义了一个泛型类型或方法时，有时需要限制参数类型范围，从而增强类型安全性或避免错误的输入。这时就可以使用泛型类型约束，对类型参数进行限制。常见的类型约束有以下几种：

1. where T : class （T必须是引用类型）
2. where T : struct （T必须是值类型）
3. where T : new() （T必须有无参构造函数）
4. where T : IFoo （T必须实现接口IFoo）

示例3：使用泛型类型约束。

public class MyStack<T> where T : class
{
    private List<T> list = new List<T>();

    public void Push(T item)
    {
        if (item == null)
        {
            throw new ArgumentNullException(nameof(item), "元素不能为空");
        }
        list.Add(item);
    }

    public T Pop()
    {
        if (list.Count == 0)
        {
            throw new InvalidOperationException("栈已空");
        }
        T item = list[list.Count - 1];
        list.RemoveAt(list.Count - 1);
        return item;
    }
}

MyStack<string> myStack = new MyStack<string>();
myStack.Push("hello");
myStack.Push(null); // 抛出ArgumentNullException异常
Console.WriteLine(myStack.Pop()); // 输出hello

上述代码中，定义了一个泛型类型MyStack<T>，并使用where T : class的约束限制类型参数必须是引用类型，这样就避免了传入值类型时的错误。同时在Push方法中增加了对空值的判断，避免添加空元素。

结语

泛型是C#中非常强大的一个特性，使用泛型可以更加高效和安全地编写代码。在实际开发中，我们需要根据不同的场景合理使用泛型，从而减少代码的冗余和提高代码的可重用性。