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泛型编程

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子こ类型

泛型程ほど序じょ设计（英文えいぶん：generic programming）是これ程ほど序じょ设计语言的てき一いち种风格かく或ある范型。泛型允まこと许程序じょ员在强つよ类型程ほど序じょ设计语言中ちゅう编写代だい码时使用しよう一些以后才指定的类型，在ざい实例化か时作为参数すう指ゆび明あかり这些类型。各かく种程ほど序じょ语言和かず其编译器き、运行环境对泛型がた的てき支持しじ均ひとし不同ふどう。Ada、Delphi、Eiffel、Java、C#、F#、Swift 和わ Visual Basic .NET 称しょう之の为泛型がた（generics）；ML、Scala 和わ Haskell 称しょう之の为参まいり数多すうた态（parametric polymorphism）；C++ 和わ D称しょう之の为模も板ばん。具有ぐゆう广泛影かげ响的1994年ねん版ばん的てき《Design Patterns》一书称之为参数化类型（parameterized type）。

泛型的てき定義ていぎ及目的もくてき

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泛型的てき定義ていぎ主要しゅよう有ゆう以下いか兩りょう種たね：

  1. 在ざい程ほど序じょ编码中ちゅう一いち些包含ほうがん类型参さん数すう的てき类型，也就是ぜ说泛型がた的てき参さん数すう只ただ可か以代表だいひょう类，不能ふのう代表だいひょう個別こべつ对象。（這是當今とうぎん常見つねみ的てき定義ていぎ）
  2. 在ざい程ほど序じょ編へん碼中一些包含參數的类。其參數すう可か以代表だいひょう类或对象等とう等とう。（現在げんざい人じん們大多た把わ這稱作さく模も板ばん）

不ふ論ろん使用しよう哪個定義ていぎ，泛型的てき參まいり數すう在ざい真正しんせい使用しよう泛型時じ都と必須ひっす作出さくしゅつ指ゆび明あかり。

一いち些强つよ類型るいけい程ほど序じょ語ご言げん支持しじ泛型，其主要よう目的もくてき是ぜ加か强きょう類型るいけい安全あんぜん及减少しょう類るい转换的てき次数じすう，但ただし一些支持泛型的程序語言只能達到部份目的。

偽にせ代だい碼例子こ

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類るい　例れい泛類<T> {
　　值 : T

　　設置せっち值(新しん值 : T) {
　　　　值 := 新しん值
　　}

　　獲え取ど值() : T {
　　　　返かえし回かい　值
　　}
}

例れい方法ほうほう1() {
　　例れい物件ぶっけん : 例れい泛類<整數せいすう型がた>
　　例れい物件ぶっけん := 新しん　例れい泛類<整數せいすう型がた>()
　　例れい物件ぶっけん.設置せっち值(5)
　　輸出ゆしゅつ整數せいすう(例れい物件ぶっけん.獲え取ど值())
}

例れい方法ほうほう2() {
　　例れい物件ぶっけん : 例れい泛類<浮點數すう型がた>
　　例れい物件ぶっけん := 新しん　例れい泛類<浮點數すう型がた>()
　　例れい物件ぶっけん.設置せっち值(5.5)
　　輸出ゆしゅつ浮點數すう(例れい物件ぶっけん.獲え取ど值())
}

在ざい這例子中こなか，例れい泛類是ぜ一いち個こ泛型，而T是ぜ一いち個こ類型るいけい參さん數すう。在ざい例れい泛類中ちゅう沒ぼつ指ゆび明あきらT的てき實際じっさい類型るいけい，只ただ有ゆう例れい方法ほうほう1()和わ例れい方法ほうほう2()在ざい使用しよう例れい泛類時どき才ざい加か以指明あかり。

運行うんこう這例子こ的てき例れい方法ほうほう1()將はた輸出ゆしゅつ整數せいすう5，而運行うんこう例れい方法ほうほう2()將はた輸出ゆしゅつ浮點數すう5.5。

一些程序语言的泛型特性

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.NET 的てき泛型

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主しゅ条目じょうもく：.NET Framework泛型

.NET 泛型的てき参さん数すう只ただ可か以代表だいひょう类，不能ふのう代表だいひょう个别对象。由よし于 .NET 泛型的てき类型参さん数すう之の实际类型在ざい运行时均不ふ会かい被ひ消けし除じょ，运行速度そくど会かい因いん为类型がた转换的てき次数じすう减少而加快かい。另外，使用しようGetType()方法ほうほう可か于程序じょ运行时得知ち泛型及其类型参さん数すう的てき实际类型，更さら可か以运用よう反射はんしゃ式しき编程。

using System;

// 定義ていぎ一個泛型列表類，T 表示ひょうじ類型るいけい參さん數すう
public class GenericList<T>
{
    private T[] _items; // 存そん儲もうか列れつ表ひょうitems的てき數すう組くみ
    private int _count; // 列れつ表ひょう中ちゅうitems的てき計數けいすう

    // 構造こうぞう函數かんすう，初はつ始はじめ化か列れつ表ひょう的てき容量ようりょう
    public GenericList(int capacity)
    {
        _items = new T[capacity];
        _count = 0;
    }

    // 添加てんかitem到いた列れつ表ひょう中ちゅう
    public void Add(T item)
    {
        if (_count < _items.Length)
        {
            _items[_count] = item;
            _count++;
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("List capacity reached."); // 列れつ表ひょう容量ようりょう已やめ滿みつる
        }
    }

    // 根據こんきょ索引さくいん獲え取ど列れつ表ひょう中ちゅう的てきitem
    public T GetItem(int index)
    {
        if (index >= 0 && index < _count)
        {
            return _items[index];
        }
        else
        {
            throw new IndexOutOfRangeException("Index out of range."); // 索引さくいん超ちょう出で範圍はんい
        }
    }
}

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        // 創建そうけん一個存儲整數的泛型列表
        GenericList<int> intList = new GenericList<int>(3);
        intList.Add(1);
        intList.Add(2);
        intList.Add(3);
        Console.WriteLine(intList.GetItem(1));  // 輸出ゆしゅつ: 2

        // 創建そうけん一個存儲字符串的泛型列表
        GenericList<string> stringList = new GenericList<string>(2);
        stringList.Add("Hello");
        stringList.Add("World");
        Console.WriteLine(stringList.GetItem(0));  // 輸出ゆしゅつ: Hello
    }
}

在ざい上面うわつら的てき例れい子中こなか展示てんじ了りょう一個簡單的泛型列表類 GenericList<T>，它可以存儲もうか任にん何なん類型るいけい的てき數すう據よりどころ（由ゆかり T 指定してい）。Program 類るい中ちゅう的てき Main 方法ほうほう演えんじ示しめせ了りょう如何いか使用しよう這個泛型類るい來らい存そん儲もうか和わ檢索けんさく整數せいすう和字わじ符ふ串くし。

.NET 允許いんきょ對たい個別こべつ泛型的てき類型るいけい參さん數すう進行しんこう約束やくそく，包括ほうかつ以下いか幾いく種しゅ形式けいしき[1]（假設かせつT是ぜ泛型的てき類型るいけい參さん數すう，C是ぜ一いち般类、泛類，或ある是ぜ泛型的てき類型るいけい參さん數すう）：

  • T是ぜ一いち個こ类。
  • T是ぜ一いち個こ值類型がた。
  • T具有ぐゆう無む參さん數すう的てき公有こうゆう建けん構方法ほう。
  • T实现接せっ口こうI。
  • T是これC，或ある繼承けいしょう自じC。

Java 的てき泛型

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参まいり见：Java和わJava 5.0

Java 泛型的てき参さん数すう只ただ可か以代表だいひょう类，不能ふのう代表だいひょう个别对象。由よし于Java泛型的てき类型参さん数すう之の实际类型在ざい编译时会被ひ消けし除じょ，所以ゆえん无法在ざい运行时得知ち其类型がた参さん数すう的てき类型，而且无法直接ちょくせつ使用しよう基本きほん值类型がた作さく为泛型がた类型参さん数すう。Java编译程ほど序じょ在ざい编译泛型时会自じ动加入かにゅう类型转换的てき编码，故こ运行速度そくど不ふ会かい因いん为使用しよう泛型而加快かい。

由よし于运行ぎょう时会消しょう除じょ泛型的てき对象实例类型信しん息いき等とう缺陷けっかん经常被ひ人ひと詬病，Java及JVM的てき开发方面ほうめん也尝试解决这个问题，例れい如：Java通どおり过在生成せいせい字じ节码时添加てんか类型推导辅助信しん息いき，从而可か以通过反射はんしゃ接せっ口こう获得部分ぶぶん泛型信しん息いき；通どおり过改进泛型がた在ざいJVM的てき实现，使つかい其支持しじ基本きほん值类型がた泛型和わ直接ちょくせつ获得泛型信しん息いき等とう。

Java允許いんきょ對たい個別こべつ泛型的てき類型るいけい參さん數すう進行しんこう約束やくそく，包括ほうかつ以下いか兩りょう種たね形式けいしき[2]（假設かせつT是ぜ泛型的てき類型るいけい參さん數すう，C是ぜ一いち般类、泛類，或ある是ぜ泛型的てき類型るいけい參さん數すう）：

  • T实现接せっ口こうI。
  • T是これC，或ある繼承けいしょう自じC。

C++的てき泛型（模も板ばん）

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C++ 泛型的てき参まいり数すう可か以代表だいひょう类或个别对象。在ざい一般いっぱん意い义上，C++ 缺乏けつぼう对泛型がた的てき类型参さん数すう进行直接ちょくせつ约束的てき手段しゅだん，但ただし可か利用りよう SFINAE（模かたぎ板いた代だい换失败非错误，指ゆび在ざい模も板ばん实例化か过程中ちゅう的てき错误仅意味いみ此次代だい换失败，并不一定产生编译错误）规则及 C++11 的てき static_assert 等とう实现相似そうじ功こう能のう。

#include <type_traits>

class B{
...
};
class D: public B{
...
};
template<typename T>
void SFINAE(const std::enable_if_t<std::is_base_of<B, T>::value, T> &t);
template<typename T>
void STATIC_ASSERT(const T &t){
    static_assert(std::is_pod<T>::value, "Use with POD types only!");
}

如上じょじょう所しょ示しめせ，std::enable_if（std::enable_if_t<boolean, Type> 是ぜ std::enable_if<boolean, Type>::type 的てき缩写）利用りよう SFINAE 规则来らい实现模も板ばん类型参さん数すう约束的てき手段しゅだん之の一いち。其实现方式しき是ぜ若布わかめ尔判断はんだん为假，则把类型设为 void，而这将はた导致 const void & 这种不ふ合法ごうほう的てき类型出で现，从而禁止きんし这种类型参さん数すう的てき使用しよう。

static_assert 则在布ぬの尔判断はんだん失しつ败时把わ后きさき面めん的てき字じ符ふ串作くしつくり为消息いき内容ないよう报告为编译错误。

在ざい编译时，每まい个被使用しよう的てき封ふう闭泛型がた类型（即そく是ぜ所有しょゆう泛型参さん数すう的てき实际类型都と已やめ被ひ指ゆび明あかり的てき泛型）都会とかい有ゆう独立どくりつ的てき编码产生，编译程ほど序じょ会かい在ざい此时确保类型安全あんぜん性せい。可か是ぜ如果泛型要よう运用其泛型がた参さん数すう的てき某ぼう成なり员，而该泛型参さん数すう又また不ふ包含ほうがん该成员的时候，编译程ほど序じょ所しょ产生的てき错误信しん息いき或ある会かい看み似に与あずか实际问题无关，增加ぞうか除じょ错的难度。

数かず据すえ源げん

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  1. ^ Standard ECMA-335 Common Language Infrastructure (CLI) 4th Edition. June 2006 [2007-08-03]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2013-06-26）. 
  2. ^ James Gosling, Bill Joy, Guy Steele, Gilad Bracha. The Java Language Specification Third Edition. 2005 [2007-08-03]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2009-02-26）. 

參考さんこう文獻ぶんけん

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延伸えんしん閱讀

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外部がいぶ連結れんけつ

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C++/D
  • Walter Bright, Templates Revisited （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）.
  • David Vandevoorde, Nicolai M Josuttis, C++ Templates: The Complete Guide, 2003 Addison-Wesley. ISBN 0-201-73484-2
C#/.NET
Delphi/Object Pascal
Eiffel
Haskell
Java


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