C#泛型接口特化

Question

我想知道是否有可能以某种方式在 C# 中以某种方式专门化通用接口方法？ 我发现了类似的问题，但没有完全像这样。 现在我怀疑答案是“不，你不能”，但我想确认一下。

我所拥有的类似于以下内容。

public interface IStorage
{
    void Store<T>(T data);
}

public class Storage : IStorage
{
    public void Store<T>(T data)
    {
        Console.WriteLine("Generic");
    }

    public void Store(int data)
    {
        Console.WriteLine("Specific");
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        IStorage i = new Storage();
        i.Store("somestring"); // Prints Generic
        i.Store(1); // Prints Generic
        Storage s = (Storage)i;
        s.Store("somestring"); // Prints Generic
        s.Store(1); // Prints Specific
    }
}

当通过接口调用时，有没有办法让它使用专门版本的 Store？ 如果没有，有人知道 C# 以这种方式处理泛型参数的确切原因吗？

编辑：如果不是这样，C# 无法在多个步骤中解析模板参数，则可以解决该问题。

void Foo<T>(T t)
{
    SubFoo(t);
}

void SubFoo<T>(T t)
{
    Console.WriteLine("Generic");
}

void SubFoo(int t)
{
    Console.WriteLine("Specific");
}

在这里调用 Foo(1) 也会打印“Generic”，编译器不应该能够解决这个问题吗？ 或者 JIT 是否阻止了这种情况？

Answer 1

重载解析在编译时执行，而不是在运行时根据传递值的实际类型执行。

IStorage i = new Storage();
i.Store("somestring"); // Prints Generic
i.Store(1); // Prints Generic

这将始终调用“通用”方法，因为IStorage只有一个Store重载并且编译器不知道i实际上包含一个Storage对象。 编译器如何知道Storage的其他重载？

Storage s = (Storage)i;
s.Store("somestring"); // Prints Generic
s.Store(1); // Prints Specific

在这里，编译器知道s包含一个Storage对象（或一个从Storage派生的对象），因为s是这样声明的。 所以它看到了两个重载。 它为int值选择特定的重载，因为重载解析规则说比通用重载更喜欢特定的重载。

---

在运行时确定泛型方法中的typeof(T)并将方法调用转发到特定方法在技术上是可能的。 但如果你仔细想想，这并没有多大意义。 泛型方法意味着相同的实现适用于不同的、不相关的类型的参数。 如果您想要不同类型的不同实现，则不应为此使用泛型。

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void Foo<T>(T t)
{
    SubFoo(t);
}

void SubFoo<T>(T t);
void SubFoo(int t);

泛型的工作方式与 C++ 模板有很大不同。 C# 编译器只将 Foo 编译一次——编译成一个泛型方法。 请记住：泛型意味着不同类型的相同实现。 C# 编译器在编译时不知道 T 是int还是string或任何其他类型。 因此，适用于任何 T 的 Foo 的唯一可能实现是调用 SubFoo<T>。 如果根据 T 调用 SubFoo 重载之一，则所有 T 的 Foo 实现将不再相同。

Answer 2

为什么基于通用代码的专业化在现实世界中很有意义，特别是在扩展方法中？

我将举一个关于集合的例子，因为每个人都或多或少知道 .NET 集合。

我将采用.Last(this IEnumerable<<T>> coll)扩展方法的简单示例。 在 .NET Framework 中，此方法使用代码内类型特化。

首先，关于类型特化的好处，这个例子很清楚。 一些可枚举的集合需要扫描整个集合并返回最后一个元素，基于数组的只需要返回数组的最后一个分配元素，许多链表都有一个指向最后一个元素的指针......所以实现了具有类型特化的泛型可以使.Last()方法效率更高。

其次，因为这个方法是静态的，每个集合类型或接口都有很多实现并不能解决正确方法选择的问题。 实际上，正确方法的选择是在编译时根据 coll 对象的明显类型完成的。 如果你想像，你想在List<<T>>上应用连续的扩展方法，第一个可能不需要每个集合类型的许多特殊实现，并使用一个基于IEnumerable<<T>> 。 所以即使我们有一个.Last(this List<<T>> coll) ，第一个非专用扩展方法将返回一个IEnumerable<<T>>并且专用的.Last(this List<<T>> coll)将不能用于List<<T>> 。

因此，如果您的代码使用外部程序集（甚至 .NET Framework 本身），如果您必须在两周内为复杂的体系结构问题提供解决方案……您将离开完美领域进入现实世界。 泛型类型特化成为一个不容忽视的选择。

Answer 3

如果您想利用编译时重载解析的优势，您也可以使用采用int的方法扩展接口：

public interface IStorage
{
    void Store<T>(T data);
}

public interface IIntStorage: IStorage
{
    void Store(int data);
}

public class Storage : IIntStorage
{
    public void Store<T>(T data)
    {
        Console.WriteLine("Generic");
    }

    public void Store(int data)
    {
        Console.WriteLine("Specific");
    }
}

现在，如果您通过IIntStorage接口调用Store(1)它将使用专门的方法（类似于您直接调用Storage的方法的方式），但是如果您通过IStorage调用它，它将仍然使用通用版本。

Answer 4

你可以这样做：

public interface IStorage<T>
{
    void Store(object data);
    void Store<T>(T data);
}

public class Storage : IStorage<int>
{
    public void Store(object data)
    {
        Console.WriteLine("Generic");
    }

    public void Store(int data)
    {
        Console.WriteLine("Specific");
    }
}

您已将 i 键入为 IStorage 并且该接口未定义重载的 Store 方法。

Answer 5

您可以通过引入其他类型信息（例如实现接口）来实现。 这是一个例子。

// no need to modify the original interface
public interface IStorage
{
    void Store<T>(T data);
}

基于通用接口的专业化实现

public class Storage : IStorage,
    Storage.ISpecializedFor<int>,
    Storage.ISpecializedFor<double>
{
    // a private interface to provide additional type info
    private interface ISpecializedFor<T>
    {
        void Store(T data);
    }

    public void Store<T>(T data)
    {
        // resolve specialization
        if (this is ISpecializedFor<T> specialized)
        {
            specialized.Store(data);
        }
        else
        {
            // unspecialized implementation goes here
            Console.WriteLine("Unspecialized");
        }
    }

    // specialized implementation
    void ISpecializedFor<int>.Store(int data)
    {
        Console.WriteLine("Specialized for int");
    }

    void ISpecializedFor<double>.Store(double data)
    {
        Console.WriteLine("Specialized for double");
    }
}

结果

void Main()
{
    IStorage storage = new Storage();

    storage.Store("hello"); // prints "Unspecialized"
    storage.Store(42); // prints "Specialized for int"
    storage.Store(1.0); // prints "Specialized for double"
}

Answer 6

由于 C# 泛型在某些情况下是运行时模板，因此您应该使用运行时特化。 例如，在通用静态方法中，继承和接口不可用。 如果您想专门化通用静态方法 - 特别是扩展方法 - 您必须使用以下结构检测代码中的类型：

如果 (typeof(T)==typeof(bool))

对于引用类型（例如字符串）和参数 T 数据的特化，您更喜欢：

字符串 s = 数据作为字符串； 如果（s！=空）

在这个例子中，一个问题来自于特殊代码中 T 和 bool 之间的转换：您知道 T 是 bool 但语言不允许在这些类型之间进行转换。 解决方案来自对象类型：可以将对象强制转换为任何类型（在这种情况下，在运行时而不是在编译时检查转换）。 所以如果你有

数据；

你可以写：

bool b=(bool)(object)data; 数据=（T）（对象）b；

这并不完美：如果类型相等性非常快，在某些情况下，您必须测试 T 是否是指定类型的派生类型（稍长一些）。 当 T 是像 bool 这样的值类型时，转换为对象，然后返回到类型平均值类型装箱/拆箱和运行时类型检查引用类型。 运行时优化器可以删除这些不必要的步骤，但我不能说他们是否这样做了。

根据您的静态方法的使用情况，请记住您可以应用 where T: ... 对参数化类型的限制。 并且 default(T) 对于布尔值返回 false，对于数字基类型返回零，对于引用类型返回 null。

运行时专业化意味着额外的测试步骤和装箱/拆箱/运行时类型检查，因此它不是万能药，但在许多情况下允许在可接受的时间内过于专业化泛型方法：对于长时间操作（特别是优化）或隐藏或类型分组复杂性管理比性能更重要。