.NET 的泛型

發行項
02/26/2024

泛型可讓您將方法、類別、結構或介面，修改成其發揮作用的精確資料類型。例如，不使用 Hashtable 類別 (允許索引鍵和值為任何型別)；而是改用 Dictionary<TKey,TValue> 泛型類別，並指定索引鍵和值所允許的型別。泛型的優點包括加強程式碼的重複使用程度以及類型安全性。

定義和使用泛型

泛型是指一些類別、結構、介面與方法，其具有所儲存或使用之一或多個類型的預留位置 (類型參數)。泛型集合類別可能會針對其儲存的物件型別，使用型別參數做為預留位置。型別參數會顯示為其欄位的型別，以及其方法的參數型別。泛型方法可能會使用其類型參數，做為其傳回值的類型，或其型式參數之一的類型。

下列程式碼將會示範簡單的泛型類別定義。

generic<typename T>
public ref class SimpleGenericClass
{
public:
    T Field;
};

public class SimpleGenericClass<T>
{
    public T Field;
}

Public Class SimpleGenericClass(Of T)
    Public Field As T

End Class

當您建立泛型類別的執行個體時，您會指定實際的類型來替代類型參數。這會建立新的泛型類別，稱為建構的泛型類別，且在類型參數出現的任何地方，都有您所選擇的替代類型。此結果是適合您選擇之類型的類型安全類別，如下程式碼所示。

static void Main()
{
    SimpleGenericClass<String^>^ g = gcnew SimpleGenericClass<String^>();
    g->Field = "A string";
    //...
    Console::WriteLine("SimpleGenericClass.Field           = \"{0}\"", g->Field);
    Console::WriteLine("SimpleGenericClass.Field.GetType() = {0}", g->Field->GetType()->FullName);
}

public static void Main()
{
    SimpleGenericClass<string> g = new SimpleGenericClass<string>();
    g.Field = "A string";
    //...
    Console.WriteLine("SimpleGenericClass.Field           = \"{0}\"", g.Field);
    Console.WriteLine("SimpleGenericClass.Field.GetType() = {0}", g.Field.GetType().FullName);
}

Public Shared Sub Main()
    Dim g As New SimpleGenericClass(Of String)
    g.Field = "A string"
    '...
    Console.WriteLine("SimpleGenericClass.Field           = ""{0}""", g.Field)
    Console.WriteLine("SimpleGenericClass.Field.GetType() = {0}", g.Field.GetType().FullName)
End Sub

詞彙

下列詞彙會用於討論在 .NET 中的泛型：

「泛型類型定義」 (generic type definition)，是做為範本的類別、結構或介面宣告，且具有可包含或使用之類型的預留位置。例如， System.Collections.Generic.Dictionary<TKey,TValue> 類別可包含兩種類型：索引鍵和值。因為泛型類型定義是只是範本，您無法建立泛型類型定義之類別、結構或介面的執行個體。
「泛型類型參數」(Generic type parameter) 或 「類型參數」(type parameter)，是泛型類型或方法定義中的預留位置。 System.Collections.Generic.Dictionary<TKey,TValue> 泛型類型有兩個類型參數， TKey 和 TValue，分別代表其索引鍵和值的類型。
「建構的泛型類型」(constructed generic type) 或 「建構的類型」(constructed type)，是為泛型類型定義的泛型類型參數所指定之類型的結果。
「泛型類型引數」 (generic type argument) 是要替換泛型類型參數的所有類型。
一般詞彙「泛型型別」包括建構的型別和泛型型別定義兩者。
泛型型別參數的「共變數」和「反變數」可讓您使用建構的泛型型別，其型別引數比目標建構的型別有更多衍生 (共變數) 或更少衍生 (反變數)。共變數和反變數合稱為「變異數」。如需詳細資訊，請參閱共變數和反變數。
「條件約束」 (Constraint)，是在泛型類型參數上的限制。例如，您可以限制類型參數為實作 System.Collections.Generic.IComparer<T> 泛型介面的類型，以確保能夠排序類型的執行個體。您也可以將型別參數限制為具有特定基底類別的型別，或是具有無參數建構函式的型別，或為參考型別或實值型別。的泛型類型的使用者無法替換沒有滿足這些條件約束的類型引數。

「泛型方法定義」 (generic method definition)，是一種有兩個參數清單的方法：泛型類型參數清單和型式參數清單。類型參數會顯示為傳回類型或型式參數的類型，如下程式碼所示。

generic<typename T>
T MyGenericMethod(T arg)
{
    T temp = arg;
    //...
    return temp;
}

T MyGenericMethod<T>(T arg)
{
    T temp = arg;
    //...
    return temp;
}

Function MyGenericMethod(Of T)(ByVal arg As T) As T
    Dim temp As T = arg
    '...
    Return temp
End Function

泛型方法可能會出現在泛型或非泛型類型上。請務必注意，方法之所以是泛型，不只是因為其屬於泛型型別，也不是因為其形式參數的型別為封閉型別的泛型參數。只有當方法有它自己的類型參數清單時，它才會是泛型。在下列程式碼中，只有方法 G 是泛型。

ref class A
{
    generic<typename T>
    T G(T arg)
    {
        T temp = arg;
        //...
        return temp;
    }
};
generic<typename T>
ref class MyGenericClass
{
    T M(T arg)
    {
        T temp = arg;
        //...
        return temp;
    }
};

class A
{
    T G<T>(T arg)
    {
        T temp = arg;
        //...
        return temp;
    }
}
class MyGenericClass<T>
{
    T M(T arg)
    {
        T temp = arg;
        //...
        return temp;
    }
}

Class A
    Function G(Of T)(ByVal arg As T) As T
        Dim temp As T = arg
        '...
        Return temp
    End Function
End Class
Class MyGenericClass(Of T)
    Function M(ByVal arg As T) As T
        Dim temp As T = arg
        '...
        Return temp
    End Function
End Class

泛型的優缺點

使用泛型集合和委派有許多優點：

類型安全。泛型會將類型安全的負擔轉移給編譯器。並不需要撰寫程式碼以測試是否為正確的資料類型，因為它在編譯時期會強制執行。降低了類型轉換的需求以及執行階段錯誤的可能性。
程式碼較少且更容易重複使用程式碼。沒有需要從基底類型繼承，並覆寫成員。例如， LinkedList<T> 可以立即使用。例如，您可以下列變數宣告，建立字串的連結清單：
```
LinkedList<String^>^ llist = gcnew LinkedList<String^>();
```
```
LinkedList<string> llist = new LinkedList<string>();
```
```
Dim llist As New LinkedList(Of String)()
```
效能較佳。泛型集合類型在儲存和管理實值類型上，通常有較好的表現，因為不需要 box 實值類型。
泛型委派讓類型安全回呼不需要建立多個委派類別。例如， Predicate<T> 泛型委派可讓您建立一種方法，為特定類型實作您自己的搜尋條件，以及讓您搭配 Array 類型的方法 (例如 Find、 FindLast和 FindAll) 使用方法。
泛型簡化了動態產生的程式碼。當您搭配動態產生的程式碼使用泛型時，不需要產生類型。這會增加您使用輕量動態方法而非產生整個組件的時機。如需詳細資訊，請參閱如何：定義與執行動態方法及DynamicMethod。

下列是泛型的一些限制：

泛型類型可以從大部分的基底類別衍生，例如 MarshalByRefObject (且可使用條件約束要求泛型類型參數衍生自基底類別，例如 MarshalByRefObject)。不過，.NET 不支援內容繫結的泛型型別。泛型類型可以衍生自 ContextBoundObject，但嘗試建立該類型的執行個體會導致 TypeLoadException。
列舉不能有泛型類型參數。列舉只能偶爾做為泛型 (例如，因為它位於使用 Visual Basic、C# 或 C++ 所定義的泛型類型中)。如需詳細資訊，請參閱 Common Type System中的＜列舉＞。
輕量動態方法不可為泛型。
在 Visual Basic、C# 和 C++ 中，括在泛型類型中的巢狀類型無法具現化，除非已將指派給類型所有封入類型的類型參數。另一個說法是，在反映中，已定義使用這些語言的巢狀類型，包括了其所有封入類型的類型參數。這讓封入類型的類型參數，可用於巢狀類型的成員定義中。如需詳細資訊，請參閱 MakeGenericType中的「巢狀類型」。

注意

透過發出動態組件中的程式碼或使用 Ilasm.exe (IL Assembler) 所定義的巢狀型別，不一定要包含其封入型別的型別參數；不過，如果它不包含這些，型別參數就不在巢狀類別的範圍中。

如需詳細資訊，請參閱 MakeGenericType中的「巢狀類型」。

類別庫和語言支援

.NET 在下列命名空間中提供數個泛型集合類別：

System.Collections.Generic 命名空間包含 .NET 所提供的大部分泛型集合類型，例如 List<T> 和 Dictionary<TKey,TValue> 泛型類別。
System.Collections.ObjectModel 命名空間也包含其他泛型集合類型 (例如 ReadOnlyCollection<T> 泛型類別)，可用來向類別的使用者公開物件模型。

實作排序及相等比較的泛型介面，和事件處理常式、轉換及搜尋述詞的泛型委派類型，一起提供於 System 命名空間中。

System.Numerics 命名空間針對算數功能提供泛型介面 (適用於 .NET 7 和更新版本)。如需詳細資訊，請參閱一般數學。

對泛型的支援已加入 System.Reflection 命名空間，以檢查泛型類型和泛型方法；也加入 System.Reflection.Emit ，以發出包含泛型類型和方法的動態組件；同時還加入 System.CodeDom ，以產生包含泛型的來源圖形。

Common Language Runtime 提供新的 opcode 及前置詞，以支援 Microsoft 中繼語言 (MSIL) 中的泛型類型，包括 Stelem、 Ldelem、 Unbox_Any、 Constrained和 Readonly。

Visual C++、C# 和 Visual Basic 均提供定義及使用泛型的完整支援。如需語言支援的詳細資訊，請參閱 Visual Basic 中的泛型型別、泛型簡介和 Visual C++ 中的泛型概觀。

巢狀型別和泛型

泛型類型中的巢狀類型，可取決於封入泛型類型的類型參數。 Common Language Runtime 會將巢狀類型視為泛型，即使它們沒有自己的泛型類型參數。當您建立巢狀類型的執行個體時，必須為所有封入泛型類型指定類型引數。

標題	描述
.NET 中的泛型集合	描述 .NET 中的泛型集合類別以及其他泛型類型。
管理陣列和清單的泛型委派	描述轉換、搜尋述詞以及要在陣列或集合的元素上採取之動作的泛型委派。
一般數學	描述如何以一般方式執行算數運算。
泛型介面	描述提供泛型類型系列中常見功能的泛型介面。
共變數和反變數	描述泛型類型參數的共變數和反變數。
常用的集合類型	提供 .NET 中集合類型的特性和使用方式案例的摘要資訊，包括泛型類型。
何時使用泛型集合	描述一般的規則，以判斷何時使用泛型集合類型。
作法：使用反映發出定義泛型型別	說明如何產生包括泛型類型和方法的動態組件。
Generic Types in Visual Basic	為 Visual Basic 使用者描述泛型功能，包括使用及定義泛型類型的「操作說明」主題。
泛型簡介	為 C# 使用者提供定義和使用泛型類型的概觀。
Visual C++ 中的泛型概觀	描述 C++ 使用者的泛型功能，包括泛型和範本之間的差異。

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泛型的優缺點

類別庫和語言支援

巢狀型別和泛型

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