Обобщения (Generics) в C#: Гибкий, типобезопасный код для любых типов данных

Что такое обобщения

Обобщения (Generics) позволяют определять спецификацию типа данных программных элементов в классе или методе до момента их фактического использования в программе. Иными словами, обобщения позволяют написать класс или метод, который может работать с любым типом данных.

Вы пишете спецификацию класса или метода, используя параметры-заместители для типов данных. Когда компилятор встречает конструктор класса или вызов метода, он генерирует код для обработки конкретного типа данных. Простой пример поможет понять концепцию:

Live Demo

using System;
using System.Collections.Generic;
namespace GenericApplication {
    public class MyGenericArray<T> {
        private T[] array;
        public MyGenericArray(int size) {
            array = new T[size + 1];
        }
        public T getItem(int index) {
            return array[index];
        }
        public void setItem(int index, T value) {
            array[index] = value;
        }
    }
    class Tester {
        static void Main(string[] args) {
            // объявление массива int
            MyGenericArray<int> intArray = new MyGenericArray<int>(5);
            // установка значений
            for (int c = 0; c < 5; c++) {
                intArray.setItem(c, c * 5);
            }
            // получение значений
            for (int c = 0; c < 5; c++) {
                Console.Write(intArray.getItem(c) + " ");
            }
            Console.WriteLine();
            // объявление массива char
            MyGenericArray<char> charArray = new MyGenericArray<char>(5);
            // установка значений
            for (int c = 0; c < 5; c++) {
                charArray.setItem(c, (char)(c + 97));
            }
            // получение значений
            for (int c = 0; c < 5; c++) {
                Console.Write(charArray.getItem(c) + " ");
            }
            Console.WriteLine();
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

Результат выполнения:

0 5 10 15 20 a b c d e

Особенности обобщений

Обобщения обогащают программы следующими способами:

• Максимальное повторное использование кода, типобезопасность и производительность.

• Создание обобщённых классов коллекций. Библиотека классов .NET Framework содержит несколько новых обобщённых классов коллекций в пространстве имён System.Collections.Generic. Их можно использовать вместо классов из System.Collections.

• Создание собственных обобщённых интерфейсов, классов, методов, событий и делегатов.

• Создание обобщённых классов с ограничениями (constraints) для доступа к методам конкретных типов данных.

• Получение информации о типах, используемых в обобщённом типе во время выполнения, с помощью рефлексии.

Обобщённые методы

В предыдущем примере использовался обобщённый класс; можно также объявить обобщённый метод с параметром типа. Следующая программа иллюстрирует это:

Live Demo

using System;
using System.Collections.Generic;
namespace GenericMethodAppl {
    class Program {
        static void Swap<T>(ref T lhs, ref T rhs) {
            T temp;
            temp = lhs;
            lhs = rhs;
            rhs = temp;
        }
        static void Main(string[] args) {
            int a, b;
            char c, d;
            a = 10; b = 20;
            c = 'I'; d = 'V';
            // значения до обмена
            Console.WriteLine("Int values before calling swap:");
            Console.WriteLine("a = {0}, b = {1}", a, b);
            Console.WriteLine("Char values before calling swap:");
            Console.WriteLine("c = {0}, d = {1}", c, d);
            // вызов обмена
            Swap<int>(ref a, ref b);
            Swap<char>(ref c, ref d);
            // значения после обмена
            Console.WriteLine("Int values after calling swap:");
            Console.WriteLine("a = {0}, b = {1}", a, b);
            Console.WriteLine("Char values after calling swap:");
            Console.WriteLine("c = {0}, d = {1}", c, d);
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

Результат выполнения:

Int values before calling swap: a = 10, b = 20
Char values before calling swap: c = I, d = V
Int values after calling swap: a = 20, b = 10
Char values after calling swap: c = V, d = I

Обобщённые делегаты

Можно определить обобщённый делегат с параметрами типа. Например:

delegate T NumberChanger<T>(T n);

Пример использования:

Live Demo

using System;
using System.Collections.Generic;
delegate T NumberChanger<T>(T n);
namespace GenericDelegateAppl {
    class TestDelegate {
        static int num = 10;
        public static int AddNum(int p) {
            num += p;
            return num;
        }
        public static int MultNum(int q) {
            num *= q;
            return num;
        }
        public static int getNum() {
            return num;
        }
        static void Main(string[] args) {
            NumberChanger<int> nc1 = new NumberChanger<int>(AddNum);
            NumberChanger<int> nc2 = new NumberChanger<int>(MultNum);
            nc1(25);
            Console.WriteLine("Value of Num: {0}", getNum());
            nc2(5);
            Console.WriteLine("Value of Num: {0}", getNum());
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

Результат выполнения:

Value of Num: 35
Value of Num: 175