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不同泛型参数区分的独立类型

相对于的Java的“类型擦除(Type Erasure)”来说,.NET中的泛型可谓是真正的泛型,这让我们可以有能力区分运行时所使用的不同的具体类型,大大增强了程序设计的性能和表现能力。

打个比方,在Java 8中终于引入了Lambda表达式,但是由于它的伪泛型只能是一个“引用类型”而不能是“基础类型”,因此我们没法从int数组发起函数式操作,最后也没法回到List<char>这种类型(事实上这种类型在Java中根本不存在)。这除了影响编程体验和表达能力以外,对于内存和性能都有大量额外的开销。试想,谁希望在找出符合条件的一万个int数值的时候,必须额外创建一万个Integer对象,导致堆上增加几百上千K的空间,还有一万个对象带来的GC压力?当然,这次我们暂时不谈这方面,还是来谈谈.NET中“真泛型”这一特点所带来的编程便利。

在.NET中,我们编写一个泛型类型的时候,只会给出一个泛型类型的定义,例如List<T>,我们检查typeof(List<>).IsGenericDefinition也会得到true。然而,程序在真正运行的时候,使用的都是提供了具体泛型参数的类型,例如List<int>或是List<string>。我们没法创建一个“泛型定义”的实例或是访问它的静态成员等等,最多使用反射来访问它的信息。

在运行过程中,.NET运行时会(在第一次使用时)为不同的值类型创建一份不同的代码,而让所有的引用类型共享同一份代码。这是因为,假如T是值类型,那么生成的代码操作的都是栈上的数据,需要操作的字节数会有所不同,而引用类型都只需要操作16或32字节的地址,是一致的。当然,理论上List<long>List<DateTime>是可以共享代码的,因为它们其实都只是一个64字节的长整型,但是还是有些情况,尽管都是64字节的长度,如List<long>List<double>就不能共享代码。因此,运行时就统一为不同的值类型都创建不同的代码了。这的确会带来一定的额外开销,但在我看来,相比“真泛型”带来的便利,这点开销完全是值得的。想要了解更多这方面的内容,可以参考著名的Joe Duffy同学《On generics and (some of) the associated overheads》这篇文章。

不过无论执行的代码是否共享,不同具体类型参数的类型都是各自独立的,它们各有各的元数据,各有各的需方法表等等,因此它们的静态成员也是各自独立的。之前我也写过这方面的文章,例如它可能会让人上当,也可以利用这点写出高效的实现。这里我可以举出后者的另一个例子,例如在.NET中的ConcurrentDictionary实现中需要知道当前TValue类型的读写操作是否是原子的,它的实现就是这样的:

// Whether TValue is a type that can be written atomically (i.e., with no danger of torn reads)private static readonly bool s_isValueWriteAtomic = IsValueWriteAtomic();/// <summary>/// Determines whether type TValue can be written atomically /// </summary> private static bool IsValueWriteAtomic(){    Type valueType = typeof(TValue);    //    // Section 12.6.6 of ECMA CLI explains which types can be read and written atomically without    // the risk of tearing.    //     // See http://www.ecma-international.org/publications/files/ECMA-ST/Ecma-335.pdf     //    bool isAtomic =        (valueType.IsClass)        || valueType == typeof(Boolean)        || valueType == typeof(Char)        || valueType == typeof(Byte)        || valueType == typeof(SByte)        || valueType == typeof(Int16)        || valueType == typeof(UInt16)        || valueType == typeof(Int32)        || valueType == typeof(UInt32)        || valueType == typeof(Single);    if (!isAtomic && IntPtr.Size == 8)    {        isAtomic |= valueType == typeof(Double) || valueType == typeof(Int64);    }    return isAtomic;}

我相信,假如让很多同学来实现这部分逻辑的话,就会创建IsValueWriteAtomic这样的静态方法,然后在需要的时候反复调用。但事实上,由于不同的泛型参数所带来的具体类型完全独立,因此我们完全可以像.NET那样将这个函数的结果保存在一个静态变量中,然后每次访问即可。

这个特性有时还可以帮助我们简化一些代码,举个最简单的例子:

public class SingletonBase<T> where T : new(){    public static readonly T Instance = new T();}public class MySingleton1 : SingletonBase<MySingleton1>{    // ...}public class MySingleton2 : SingletonBase<MySingleton2>{    // ...}

这样我们就可以不用在每个类型中加上一个只读的Instance静态成员了。当然,这个例子简单地几乎没有实用意义,我们以后会来讨论更有价值的使用案例。

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