泛型中的类型约束和类型推断

前一篇文章介绍了泛型的基本概念。在本文中，我们看一下泛型中两个很重要的特性：类型约束和类型推断。

类型约束

相信你还记得前面一篇文章中的泛型方法，在这个泛型方法中，我们就使用了类型约束。

类型约束（type constraint）进一步控制了可指定的类型实参，当我们创建自己的泛型类型或者泛型方法的时候，类型约束是很有用的。

回到前一篇例子中的泛型方法，这个泛型方法就要求可指定的类型实参必须实现了IComparable接口。

为什么会有这个约束呢？原因很简单，因为我们在泛型方法的实现中直接调用T类型的"CompareTo"方法。所以，我们需要通过一个约束来保证T类型都有"CompareTo"方法，也就是说我们要指定的类型实参T要实现IComparable接口。

public static T GetBiggerOne<T>(T itemOne, T itemTwo) where T : IComparable
{
    if (itemOne.CompareTo(itemTwo) > 0)
    {
        return itemOne;
    }
    return itemTwo;
}

经过上面的解释，大家肯定对约束有了简单的认识。

在类型约束中，有四种约束可供使用，他们的语法都是基本相同的，约束要放到泛型类型或泛型方法的末尾，并由上下文关键字where来引入。同时，约束也可以按照一定的规则组合在一起使用。

下面我们就分别看看可供我们使用的四种类型约束。

引用类型约束

引用类型表示为T : class，用于确保指定的类型实参都是引用类型（任何类，接口，数组或委托，以及已知为引用类型的另一个类型参数）。

如果使用引用类型约束，那么它必须是为类型参数指定的第一个约束。

一个简单的示例，例如对于下面的声明：

struct RefSample<T> where T : class { }

有效的封闭类型：

• RefSample<string>
• RefSample<IDisposable>

无效的封闭类型：

• RefSample<int>
• RefSample<double>

值类型约束

跟引用类型约束形式类似，值类型约束表示为T : struct，用于确保指定的类型实参都是值类型。

同样，如果使用值类型约束，那么它必须是为类型参数指定的第一个约束。

例如对于下面的声明：

class ValSample<T> where T : struct { }

有效的封闭类型：

• ValSample <int>

无效的封闭类型：

• ValSample <string>

构造函数类型约束

构造函数类型约束表示为T : new()，用于确保所有的类型参数有一个无参数的构造函数，这个构造函数可用于创建类型的实例。这适用于：所有值类型；所有非静态、非抽象、没有显示声明的构造函数的类；显示声明了一个公共无参构造函数的所有非抽象类。

如果使用构造函数类型约束，那么它必须是为类型参数指定的最后一个约束。

下面用一个例子进行简单的说明：

public T CreateInstance<T>() where T : new()
{
    return new T();
}

这次例子中是一个泛型方法，约束我们指定的类型实参必须拥有无参数的构造函数，在这种情况下，这个泛型方法就可以返回该类型的一个实例。

所有下面都是有效的调用：

• CreateInstance<int>()
• CreateInstance<object>()

注意，在C#中，所有的值类型都有一个默认的无参数构造函数，所以当我们使用一些组合约束的时候，C#编译器就会报出一个错误，因为这样的指定是多余的，所有值类型都隐式提供一个无参公共构造函数。

public T CreateInstance<T>() where T: struct, new()

转换类型约束

转型类型约束允许我们指定另一个类型，类型实参必须可以通过一致性、引用或装箱转换隐式的转换为改类型。

根据上面的描述，可以看到转换类型约束可以有以下一些表示：

• T : <基类名>，类型参数必须是指定的基类或派生自指定的基类
• T : <接口名>，类型参数必须是指定的接口或实现指定的接口；可以指定多个接口约束；约束接口也可以是泛型的
• T : U，用于指定T的类型实参必须是用于指定U的类型实参或者派生自用于指定U的类型实参

下面看几个例子：

组合约束

组合约束就是将前面提到的多种约束集合起来使用。

对于一个类型参数，我们可以使用where关键字进行多个约束；对于不同的类型参数，可以有不同的约束，它们分别由单独的where关键字引入。

在组合约束中，有很多组合情况是无效的，下面看一下例子：

• class Sample<T> where T: class, struct
  • 没有任何类型即时引用类型又是值类型的，所以这样的组合是无效的
• class Sample<T> where T: Stream, class
  • 引用类型约束应该为第一个约束，所以这样的组合无效的（同样，如果使用值类型约束，也必须是第一个）
• class Sample<T> where T: new(), Stream
  • 构造函数约束必须放在最后面，所以这样的组合无效的
• class Sample<T> where T: IDisposable, Stream
  • 如果存在多个转换类型约束，并且其中一个为类，那么它应该出现在接口的前面
• class Sample<T> where T: XmlReader, IComparable, IComparable
  • 对于转换类型约束，同一个接口不能出现多次
• class Sample<T,U> where T: struct where U:class, T
  • 类型形参"T"具有"struct"约束，因此"T"不能用作"U"的约束
• class Sample<T,U> where T:Stream, U:IDisposable
  • 不同的类型参数可以有不同的约束，它们必须分别由单独的where关键字引入

类型推断

在调用泛型方法的时候，我们都需要通过"<>"来指定类型实参，就会显得代码比较复杂、冗余。其实，根据方法调用时传递的实参类型，可以比较容易的推断出泛型方法的类型参数应该是什么。

所以，编译器就添加了一些"智能"，帮我们推断泛型方法的类型参数，这样我们在方法调用的时候就可以不用显示的声明类型实参。

注意，类型推断只适用于泛型方法。

看一个简单的类型推断的例子：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        //Console.WriteLine("The bigger one is {0}", GetBiggerOne<int>(3, 9));
        //Console.WriteLine("The bigger one is {0}", GetBiggerOne<string>("Hello", "World"));
        //让编译器进行类型推断
        Console.WriteLine("The bigger one is {0}", GetBiggerOne(3, 9));
        Console.WriteLine("The bigger one is {0}", GetBiggerOne("Hello", "World"));

        Console.Read();
    }

    public static T GetBiggerOne<T>(T itemOne, T itemTwo) where T : IComparable
    {
        if (itemOne.CompareTo(itemTwo) > 0)
        {
            return itemOne;
        }
        return itemTwo;
    }
}

总结

本文中介绍了泛型中的类型约束和类型推断特性。

在我们使用自定义的泛型类型和泛型方法的时候，如果我们已经发现需要进行一些约束，最好就是直接在声明泛型类型和方法的时候把约束加上。同时应该注意组合约束中的一系列无效的约束组合。

对于类型推断，这个特性只适合泛型方法，可以简化我们调用泛型方法时显示的声明类型实参。