解释.NET中泛型的基本原理

封面图 • 2025-09-17 • .NET

在.NET中，**泛型（Generics）** 是一种编程范式，它允许你编写可以适用于多种数据类型的代码，而不仅仅是特定类型。通过使用泛型，你可以创建更灵活、可重用、类型安全的代码，并且在运行时避免不必要的类型转换和装箱/拆箱操作。

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## 一、什么是泛型？

泛型是“参数化类型”的一种实现方式。简单来说，就是**让类、方法、接口等能够接受一个或多个类型参数**，从而使得这些结构可以用于任何类型，而不是固定为 `int`、`string` 等具体类型。

例如：

```csharp
List<int> numbers = new List<int>();
List<string> names = new List<string>();
```

这里的 `List<T>` 就是一个泛型类，`T` 是类型参数，可以替换为任何类型。

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## 二、泛型的基本原理

### 1. **类型参数（Type Parameters）**

在定义泛型类、方法或接口时，使用 `<T>` 来表示类型参数。`T` 可以是任意合法的标识符，如 `TKey`, `TValue`, `TResult` 等。

示例：定义一个泛型类

```csharp
public class Box<T>
{
    public T Content { get; set; }
}
```

这里 `T` 是类型参数，`Box<T>` 是一个泛型类，可以用于任何类型。

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### 2. **实例化泛型类型**

当使用泛型类时，需要指定具体的类型参数：

```csharp
Box<int> intBox = new Box<int>();
Box<string> stringBox = new Box<string>();
```

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### 3. **编译器处理泛型**

.NET 的编译器在编译时会将泛型代码进行**类型擦除（type erasure）**，但实际在运行时，.NET 会为每个不同的类型参数生成独立的 IL（中间语言）代码，这称为**类型特定的实例化（type-specific instantiation）**。

- 如果使用的是 `List<T>`，那么对于 `List<int>` 和 `List<string>`，编译器会生成两个不同的版本。
- 这种机制称为 **“泛型的运行时实例化”**，也叫 **“编译时泛型”** 或 **“静态泛型”**。

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## 三、泛型的优势

| 优点 | 说明 |
|------|------|
| **类型安全** | 在编译时检查类型，避免运行时错误。 |
| **性能提升** | 避免装箱/拆箱操作（如 `int` 转换为 `object`），提高性能。 |
| **代码复用** | 同一份代码可以用于多种类型，减少重复代码。 |
| **可读性更好** | 明确类型信息，提高代码可读性和维护性。 |

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## 四、泛型的常见用法

### 1. 泛型类

```csharp
public class Pair<T1, T2>
{
    public T1 First { get; set; }
    public T2 Second { get; set; }
}
```

### 2. 泛型方法

```csharp
public T GetFirstElement<T>(List<T> list)
{
    return list[0];
}
```

### 3. 泛型接口

```csharp
public interface IRepository<T>
{
    T GetById(int id);
}
```

### 4. 泛型约束（Constraints）

限制类型参数必须满足某些条件，比如必须是引用类型、必须有无参构造函数等。

```csharp
public class Service<T> where T : class, new()
{
    public T CreateInstance() => new T();
}
```

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## 五、与非泛型集合的对比（如 `ArrayList` vs `List<T>`）

| 特性 | `ArrayList` | `List<T>` |
|------|-------------|-----------|
| 类型安全 | 不安全（存储为 `object`） | 安全（存储为具体类型） |
| 性能 | 较差（需要装箱/拆箱） | 更好（无需装箱/拆箱） |
| 可读性 | 不直观 | 更清晰 |

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## 六、总结

.NET 中的泛型是一种强大的特性，它通过**类型参数**实现了**类型安全、性能优化和代码复用**。泛型不是简单的“占位符”，而是编译器在编译时根据具体类型生成对应的代码，确保了类型安全和高效运行。

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如果你对泛型的高级用法（如协变、逆变、泛型委托、泛型方法重载等）感兴趣，我也可以进一步解释！