windows C#-运行时泛型

C++ 模板和 C# 泛型之间的区别

C# 泛型和 C++ 模板均是支持参数化类型的语言功能。但是，两者之间存在很多不同。在语法层次，C# 泛型是参数化类型的一个更简单的方法，而不具有 C++ 模板的复杂性。此外，C# 不试图提供 C++ 模板所具有的所有功能。在实现层次，主要区别在于 C# 泛型类型的替换在运行时执行，从而为实例化对象保留了泛型类型信息。

以下是 C# 泛型和 C++ 模板之间的主要差异：

C# 泛型的灵活性与 C++ 模板不同。例如，虽然可以调用 C# 泛型类中的用户定义的运算符，但是无法调用算术运算符。
C# 不允许使用非类型模板参数，如 template C<int i> {}。
C# 不支持显式定制化；即特定类型模板的自定义实现。
C# 不支持部分定制化：部分类型参数的自定义实现。
C# 不允许将类型参数用作泛型类型的基类。
C# 不允许类型参数具有默认类型。
在 C# 中，泛型类型参数本身不能是泛型，但是构造类型可以用作泛型。 C++ 允许使用模板参数。
C++ 允许在模板中使用可能并非对所有类型参数有效的代码，随后针对用作类型参数的特定类型检查此代码。 C# 要求类中编写的代码可处理满足约束的任何类型。例如，在 C++ 中可以编写一个函数，此函数对类型参数的对象使用算术运算符 + 和 -，在实例化具有不支持这些运算符的类型的模板时，此函数将产生错误。 C# 不允许此操作；唯一允许的语言构造是可以从约束中推断出来的构造。

运行时中的泛型

泛型类型或方法编译为公共中间语言 (CIL) 时，它包含将其标识为具有类型参数的元数据。如何使用泛型类型的 CIL 根据所提供的类型参数是值类型还是引用类型而有所不同。

使用值类型作为参数首次构造泛型类型时，运行时创建专用的泛型类型，CIL 内的适当位置替换提供的一个或多个参数。为每个用作参数的唯一值类型一次创建专用化泛型类型。

例如，假定程序代码声明了一个由整数构造的堆栈：

Stack<int>? stack;

此时，运行时生成一个专用版 Stack<T> 类，其中用整数相应地替换其参数。现在，每当程序代码使用整数堆栈时，运行时都重新使用已生成的专用 Stack<T> 类。在下面的示例中创建了两个整数堆栈实例，且它们共用 Stack<int> 代码的一个实例：

Stack<int> stackOne = new Stack<int>();
Stack<int> stackTwo = new Stack<int>();

但是，假定在代码中另一点上再创建一个将不同值类型（例如 long 或用户定义结构）作为参数的 Stack<T> 类。其结果是，运行时在 CIL 中生成另一个版本的泛型类型并在适当位置替换 long。转换已不再必要，因为每个专用化泛型类本机包含值类型。

对于引用类型，泛型的作用方式略有不同。首次使用任意引用类型构造泛型类型时，运行时创建一个专用化泛型类型，用对象引用替换 CIL 中的参数。之后，每次使用引用类型作为参数实例化已构造的类型时，无论何种类型，运行时皆重新使用先前创建的专用版泛型类型。原因可能在于所有引用大小相同。

例如，假定有两个引用类型、一个 Customer 类和一个 Order 类，并假定已创建 Customer 类型的堆栈：

class Customer { }
class Order { }Stack<Customer> customers;

此时，运行时生成一个专用版 Stack<T> 类，此类存储之后会被填写的引用类型，而不是存储数据。假定下一行代码创建另一引用类型的堆栈，其名为 Order：

Stack<Order> orders = new Stack<Order>();

不同于值类型，不会为 Order 类型创建 Stack<T> 类的另一专用版。相反，创建专用版 Stack<T> 类的实例并将 orders 变量设置为引用此实例。假定之后遇到一行创建 Customer 类型堆栈的代码：

customers = new Stack<Customer>();

与之前使用通过 Order 类型创建的 Stack<T> 类一样，会创建专用 Stack<T> 类的另一个实例。其中包含的指针设置为引用 Customer 类型大小的内存区。由于引用类型的数量因程序不同而有较大差异，因此通过将编译器为引用类型的泛型类创建的专用类的数量减少至 1，泛型的 C# 实现可极大减少代码量。

此外，使用值类型或引用类型参数实例化泛型 C# 类时，反射可在运行时对其进行查询，且其实际类型和类型参数皆可被确定。