C#语言 第三部分 集合框架 IList，IList——向量（2）

五、增加泛型

前面我们通过一个ArrayList类实现了IList接口，通过代码可以知道，ArrayList采用一个object[]类型的数组字段来存储对象引用。这种方式存在两个问题：

Object是引用类型，所以一旦我们向ArrayList集合中存储任何值类型对象，则会发生一次“装箱”操作，.net会将值类型对象转化为引用类型对象；其后每次访问集合中的该对象时，又可能会引起一次“拆箱”操作；

由于使用Object类型作为对象的引用类型，所以ArrayList无法限制存储对象引用的类型。

看一个例子：

1	class Program {
2	static void Main(string[] args) {
3
4	// 声明向量集合对象
5	ArrayList lst = new ArrayList();
6
7	// 当调用Add方法时, 值类型(int)会自动的"装箱"为引用类型(object)
8	lst.Add(100);
9
10	// 当调用索引器时, 返回的是一个object类型的对象引用
11	object o = lst[0];
12
13	// 要恢复存储前的类型, 这里还需要一次"拆箱"操作
14	int value = (int)o;
15
16	Console.WriteLine(value);
17
18	// 这里, 先进行了一次"拆箱"操作, 将lst[0]转化为int类型
19	// 接着进行了一次装箱操作
20	lst[0] = (int)lst[0] + 200;
21	Console.WriteLine(lst[0]);
22
23	// 对于ArrayList, 可以存放任意类型的对象引用
24	lst.Add("Hello");
25
26	foreach (object v in lst) {
27	// 这里只能访问object类型的ToString方法
28	// 并无法知道object类型的v变量到底是什么类型
29	Console.WriteLine(v);
30	}
31	}
32	}

通过上述例子，可以清楚的反映出上面提到的两个问题。

.net Framework添加的泛型特性就是为了解决上述问题的。为了支持泛型，我们需要额外的实现一个接口：List<E>接口。

泛型的代码理解起来颇为抽象，下面是代码，童鞋们尽量理解。

1	using System;
2	using System.Collections;
3	using System.Collections.Generic;
4
5	namespace Edu.Study.Collections.List {
6
7	/// <summary>
8	/// 定义向量集合类, 实现IList接口
9	/// </summary>
10	public class List<E> : IList, IList<E> {
11
12	/// <summary>
13	/// 泛型迭代子定义, 需要额外实现IEnumerator<E>接口
14	/// </summary>
15	public struct Enumertor<E> : IEnumerator, IEnumerator<E> {
16
17	/// <summary>
18	/// 表示迭代索引, 即迭代器访问到向量的下标
19	/// </summary>
20	private int index;
21
22	/// <summary>
23	/// 一个到迭代器所属的向量类对象的引用
24	/// </summary>
25	private List<E> list;
26
27	/// <summary>
28	/// 参数构造器
29	/// </summary>
30	/// <param name="container">表示迭代器所属的集合类</param>
31	public Enumertor(List<E> container) {
32	this.list = container;
33	this.index = -1;
34	}
35
36	/// <summary>
37	/// 析构器. 后面会讲, 这里空实现
38	/// </summary>
39	public void Dispose() {
40	}
41
42	/// <summary>
43	/// 实现IEnumerator接口的Current属性
44	/// 由于IEnumerator<T>接口同样具有一个Current属性,
45	/// 并且同IEnumerator接口的Current属性不同, 所以这里将
46	/// IEnumerator接口的Current属性显示实现
47	/// </summary>
48	object IEnumerator.Current {
49	get {
50	return list[index];
51	}
52	}
53
54	/// <summary>
55	/// 实现IEnumerator接口的Current属性
56	/// </summary>
57	public E Current {
58	get {
59	return list[index];
60	}
61	}
62
63	/// <summary>
64	/// 将迭代器指示到“下一个数据位置”
65	/// </summary>
66	public bool MoveNext() {
67	if (this.index < list.Count) {
68	++this.index;
69	}
70	return this.index < list.Count;
71	}
72
73	/// <summary>
74	/// 将迭代器指示恢复到集合起始位置。
75	/// </summary>
76	public void Reset() {
77	this.index = -1;
78	}
79	}
80
81	/// <summary>
82	/// 保存数据的数组为泛型类型E类型
83	/// </summary>
84	private E[] array;
85
86	/// <summary>
87	/// 当前集合的长度
88	/// </summary>
89	private int count;
90
91	/// <summary>
92	/// 默认构造器
93	/// </summary>
94	public List()
95	: this(1) {
96	}
97
98	/// <summary>
99	/// 参数构造器
100	/// </summary>
101	public List(int capacity) {
102	if (capacity < 0) {
103	throw new ArgumentOutOfRangeException("caption");
104	}
105	if (capacity == 0) {
106	capacity = 1;
107	}
108	this.array = new E[capacity];
109	this.count = 0;
110	}
111
112	/// <summary>
113	/// 获取向量的长度
114	/// </summary>
115	public int Count {
116	get {
117	return this.count;
118	}
119	}
120
121	/// <summary>
122	/// 返回向量实际使用的长度
123	/// </summary>
124	public int Capacity {
125	get {
126	return this.array.Length;
127	}
128	}
129
130	/// <summary>
131	/// 是否固定大小的属性(返回常量false)
132	/// </summary>
133	public bool IsFixedSize {
134	get {
135	return false;
136	}
137	}
138
139	/// <summary>
140	/// 是否只读集合的属性(返回常量false)
141	/// </summary>
142	public bool IsReadOnly {
143	get {
144	return false;
145	}
146	}
147
148	/// <summary>
149	/// 集合是否可同步属性, 返回false, 表示集合无法同步
150	/// </summary>
151	public bool IsSynchronized {
152	get {
153	return false;
154	}
155	}
156
157	/// <summary>
158	/// 同步对象属性, 返回null, 表示集合无需同步
159	/// </summary>
160	public object SyncRoot {
161	get {
162	return null;
163	}
164	}
165
166	/// <summary>
167	/// 当this.array长度不够时, 重新分配长度足够的新数组。
168	/// </summary>
169	private E[] GetNewArray() {
170
171	// 这里分配的是泛型E类型的数组
172	return new E[(this.array.Length + 1) * 2];
173	}
174
175	/// <summary>
176	/// 实现IList<E>接口的Add方法, 该方法采用泛型参数value
177	/// </summary>
178	public void Add(E value) {
179	int newCount = this.count + 1;
180	if (this.array.Length < newCount) {
181
182	// 获取新的E类型数组
183	E[] newArray = GetNewArray();
184	Array.Copy(this.array, newArray, this.count);
185	this.array = newArray;
186	}
187
188	this.array[this.count] = value;
189	this.count = newCount;
190	}
191
192
193	/// <summary>
194	/// 向向量的末尾添加对象
195	/// 调用前一个Add方法即可
196	/// </summary>
197	int IList.Add(object value) {
198
199	// 通过下面这句代码, 看看怎么调用当前类实现另一个接口的同名方法
200	((IList<E>)this).Add((E)value);
201	return this.count - 1;
202	}
203
204	/// <summary>
205	/// 实现IList<E>接口的索引器属性, 属性的类型为泛型类型E
206	/// </summary>
207	public E this[int index] {
208	get {
209	if (index < 0 || index >= this.count) {
210	throw new ArgumentOutOfRangeException("index");
211	}
212	return this.array[index];
213	}
214	set {
215	if (index < 0 || index >= this.count) {
216	throw new ArgumentOutOfRangeException("index");
217	}
218	this.array[index] = value;
219	}
220	}
221
222	/// <summary>
223	/// 显示实现IList接口的索引器属性
224	/// 调用前一个索引器属性即可
225	/// </summary>
226	object IList.this[int index] {
227	get {
228	return ((IList<E>)this)[index];
229	}
230	set {
231	((IList<E>)this)[index] = (E)value;
232	}
233	}
234
235	/// <summary>
236	/// 删除向量中的元素
237	/// </summary>
238	public void RemoveRange(int index, int count) {
239	if (index < 0) {
240	throw new ArgumentOutOfRangeException("index");
241	}
242	int removeIndex = index + count;
243	if (count < 0 || removeIndex > this.count) {
244	throw new ArgumentOutOfRangeException("count");
245	}
246	Array.Copy(this.array, index + 1, this.array, index + count - 1, this.count - removeIndex);
247	this.count -= count;
248	}
249
250	/// <summary>
251	/// 实现IList<E>接口的Remove方法
252	/// 返回是否删除元素
253	/// </summary>
254	public bool Remove(E value) {
255	int index = this.IndexOf(value);
256	if (index >= 0) {
257	this.RemoveRange(index, 1);
258	return true;
259	}
260	return false;
261	}
262
263	/// <summary>
264	/// 实现IList接口的Remove方法, 此处为显示实现
265	/// 调用前一个Remove方法即可
266	/// </summary>
267	void IList.Remove(object value) {
268	((IList<E>)this).Remove((E)value);
269	}
270
271	/// <summary>
272	/// 从集合的特定位置删除对象的引用
273	/// </summary>
274	public void RemoveAt(int index) {
275	RemoveRange(index, 1);
276	}
277
278	/// <summary>
279	/// 实现IList<E>接口的IndexOf方法
280	/// </summary>
281	public int IndexOf(E value) {
282	int index = 0;
283	if (value == null) {
284	while (index < this.count) {
285	if (this.array[index] == null) {
286	return index;
287	}
288	++index;
289	}
290	} else {
291	while (index < this.count) {
292	if (value.Equals(this.array[index])) {
293	return index;
294	}
295	++index;
296	}
297	}
298	return -1;
299	}
300
301	/// <summary>
302	/// 实现IList接口的IndexOf方法, 此时为显示实现
303	/// 调用前面的IndexOf方法即可
304	/// </summary>
305	int IList.IndexOf(object value) {
306	return ((IList<E>)this).IndexOf((E)value);
307	}
308
309	/// <summary>
310	/// 查找对应的数组项.
311	/// </summary>
312	public int IndexOf(object o, System.Collections.IComparer comparer) {
313	int index = 0;
314	while (index < this.count) {
315	if (comparer.Compare(this.array[index], o) == 0) {
316	return index;
317	}
318	++index;
319	}
320	return -1;
321	}
322
323	/// <summary>
324	/// 弹出向量的最后一个元素(即获取最后一个元素的引用后删除最后一个元素)
325	/// </summary>
326	public object PopBack() {
327	object o = this.array[this.count - 1];
328	RemoveAt(this.count - 1);
329	return o;
330	}
331
332	/// <summary>
333	/// 弹出向量的第一个对象
334	/// </summary>
335	public object PopFront() {
336	object o = this.array[0];
337	RemoveAt(0);
338	return o;
339	}
340
341	/// <summary>
342	/// 实现IList<E>接口的Insert方法
343	/// </summary>
344	public void Insert(int index, E value) {
345	if (index >= this.count) {
346	throw new ArgumentOutOfRangeException("index");
347	}
348	int newCount = this.count + 1;
349	if (this.array.Length < newCount) {
350	E[] newArray = GetNewArray();
351	Array.Copy(this.array, newArray, index);
352	newArray[index] = value;
353	Array.Copy(this.array, index, newArray, index + 1, this.count - index);
354	this.array = newArray;
355	} else {
356	Array.Copy(this.array, index, this.array, index + 1, this.count - index);
357	this.array[index] = value;
358	}
359	this.count = newCount;
360	}
361
362	/// <summary>
363	/// 实现IList接口的Insert方法
364	/// </summary>
365	void IList.Insert(int index, object value) {
366	((IList<E>)this).Insert(index, (E)value);
367	}
368
369	/// <summary>
370	/// 实现IList<E>接口的Contains方法
371	/// </summary>
372	public bool Contains(E value) {
373	return this.IndexOf(value) >= 0;
374	}
375
376
377	/// <summary>
378	/// 实现IList接口的Contains方法
379	/// </summary>
380	bool IList.Contains(object value) {
381	return ((IList<E>)this).IndexOf((E)value) >= 0;
382	}
383
384	/// <summary>
385	/// 将内部数组的长度压缩为向量的实际长度
386	/// </summary>
387	public void TrimToSize() {
388	if (this.array.Length > this.count) {
389
390	// 这里需要实例化一个泛型数组
391	E[] newArray = null;
392	if (this.count > 0) {
393	newArray = new E[this.count];
394	Array.Copy(this.array, newArray, this.count);
395	} else {
396	newArray = new E[1];
397	}
398	this.array = newArray;
399	}
400	}
401
402	/// <summary>
403	/// 清空向量
404	/// </summary>
405	public void Clear() {
406	this.count = 0;
407	}
408
409	/// <summary>
410	/// 实现IEnumerable<E>接口的GetEnumerator方法
411	/// </summary>
412	public IEnumerator<E> GetEnumerator() {
413	Enumertor<E> ator = new Enumertor<E>(this);
414	return ator;
415	}
416
417	/// <summary>
418	/// 实现IEnumerable接口的GetEnumerator方法, 显示实现
419	/// 调用前面的GetEnumerator方法即可
420	/// </summary>
421	IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() {
422	return ((IEnumerable<E>)this).GetEnumerator();
423	}
424
425	/// <summary>
426	/// 实现ICollection<E>接口的CopyTo方法
427	/// </summary>
428	public void CopyTo(E[] array, int index) {
429	Array.Copy(this.array, 0, array, index, this.count);
430	}
431
432
433	/// <summary>
434	/// 实现ICollection接口的CopyTo方法, 显示实现
435	/// </summary>
436	void ICollection.CopyTo(Array array, int index) {
437	Array.Copy(this.array, 0, array, index, this.count);
438	}
439	}
440	}

上述代码展示了一个支持泛型的向量集合，从中我们可以学习到泛型的一些知识。注意以下几点：

通过代码可以看到，将一个不支持泛型的集合类改为支持泛型的集合类非常容易。算法，类结构都无需变化，只需要将原本为object类型的字段改为泛型类型E类型的字段即可。当然访问该字段的所有方法和属性都要进行相应改动。

这个类总共实现了如下接口：IEnumerable, IEnumerable<E>, ICollection, ICollection<E>, IList, IList<E>，迭代子类则实现了IEnumerator和IEnumerator<E>接口。由于这些接口的主要区别在于泛型和非泛型，方法和属性名称都相同，所以采用显式实现的方式来实现非泛型的一系列接口。一方面将这些接口方法隐藏起来，另一方面防止因方法重名造成重载。

现在我们比较一下List<E>和ArrayList使用起来有什么不同。

1	class Program {
2	static void Main(string[] args) {
3
4	// 声明向量集合对象
5	ArrayList lst = new ArrayList();
6
7	// 当调用Add方法时, 值类型(int)会自动的"装箱"为引用类型(object)
8	lst.Add(100);
9
10	// 当调用索引器时, 返回的是一个object类型的对象引用
11	object o = lst[0];
12
13	// 要恢复存储前的类型, 这里还需要一次"拆箱"操作
14	int value = (int)o;
15
16	Console.WriteLine(value);
17
18	// 这里, 先进行了一次"拆箱"操作, 将lst[0]转化为int类型
19	// 接着进行了一次装箱操作
20	lst[0] = (int)lst[0] + 200;
21	Console.WriteLine(lst[0]);
22
23	// 对于ArrayList, 可以存放任意类型的对象引用
24	lst.Add("Hello");
25
26	foreach (object v in lst) {
27	// 这里只能访问object类型的ToString方法
28	// 并无法知道object类型的v变量到底是什么类型
29	Console.WriteLine(v);
30	}
31
32	// 这里使用了List<E>类, 和ArrayList类比较下, 看区别在哪里
33	List<int> slst = new List<int>();
34	slst.Add(100);
35	slst.Add(200);
36	foreach (int n in slst) {
37	Console.WriteLine(n);
38	}
39	}
40	}

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看，泛型确定并强制了集合存储的对象类型，并且避免了装箱拆箱操作。既高效又安全。