什么是泛型和约束？

Question

什么是泛型和约束？

Accepted Answer

**泛型**允许你编写由类型参数化的类和方法，提供**类型安全和可重用性**，无需代码重复或强制转换。**约束**限制泛型参数可以是什么类型，使其成员能够安全使用。泛型在 C# 中无处不在（整个集合库都使用泛型）。 ## 泛型解决的问题 ```csharp // without generics — either duplicate per type, or use `object` (unsafe, requires casts) object Get(object[] arr, int i) => arr[i]; // returns object → cast needed, runtime errors // with generics — type-safe and reusable T Get(T[] arr, int i) => arr[i]; // works for any T, returns the exact type int x = Get(new[] { 1, 2, 3 }, 0); // T inferred as int, no cast ``` 泛型将类型错误从运行时（强制转换 `object`）移至编译时，并消除强制转换——安全、可重用的代码。 ## 泛型类和方法 ```csharp public class Box // a generic class { private T _value; public void Set(T value) => _value = value; public T Get() => _value; } var box = new Box(); // T = string, type-safe // generic method public T Max(T a, T b) where T : IComparable // constraint (see below) => a.CompareTo(b) > 0 ? a : b; ``` ## 约束——限制类型参数 ```csharp where T : class // T must be a reference type where T : struct // T must be a value type where T : new() // T must have a parameterless constructor where T : IComparable // T must implement an interface (so you can call its members) where T : BaseClass // T must derive from BaseClass // example: constraint lets you call CompareTo safely public T Max(T a, T b) where T : IComparable => a.CompareTo(b) > 0 ? a : b; // CompareTo is available because of the constraint ``` **约束**（`where T : ...`）限制 `T` 可以是什么，这样你就可以安全地使用该类型的成员（例如，约束为 `IComparable` 可以调用 `CompareTo`）。没有约束，`T` 可以是任何东西，所以你无法假定任何成员。 ## 泛型在 .NET 中无处不在 ```text List, Dictionary, IEnumerable, Task, Nullable ... → the entire collections library and much of .NET is generic. ``` ## 为什么这很重要泛型是 C# 的基础——它们被广泛使用（整个集合库、`Task`、`IEnumerable` 和无数 API 都是泛型），所以理解它们对任何 C# 开发都至关重要。泛型解决了一个真实的问题：编写可重用的代码，适用于多种类型，同时保持**类型安全**——替代方案（使用 `object` 和强制转换）牺牲了编译时安全性并需要容易出错的强制转换，而为每种类型重复代码是不可维护的。泛型为你提供可重用、类型安全的代码，无需强制转换和编译时错误检查。**约束**（`where T : ...`）是重要的补充：它们限制类型参数可以是什么，既能安全地使用该类型的成员（约束到接口可以调用其方法），又确保正确使用。理解泛型类和方法、类型推断如何工作以及约束（`class`、`struct`、`new()`、接口/基类约束）对于有效使用泛型密集的 .NET 库和编写自己的可重用、类型安全的抽象都是必要的。由于泛型支撑着 C# 的集合和框架的大部分，并且泛型是可重用类型安全代码的关键，掌握泛型和约束是有效 C# 开发的核心、经常应用的知识，也是反映类型安全、可重用设计理解的常见主题。