Introduction à la spécification C# 2.0 (1)

19. Introduction à C# 2.0

C# 2.0 introduit plusieurs extensions de langage, dont les plus importantes sont les génériques, les méthodes anonymes, les itérateurs et les types incomplets (types partiels).

Les génériques permettent de paramétrer les classes, les structures, les interfaces, les délégués et les méthodes en fonction du type de données qu'ils stockent et manipulent. Les génériques sont utiles car ils fournissent une vérification de type plus forte au moment de la compilation, réduisant les conversions explicites entre les types de données, ainsi que les opérations de boxing et la vérification de type au moment de l'exécution.
Les méthodes anonymes permettent aux blocs de code de se faufiler là où la valeur du délégué est attendue. Les méthodes anonymes sont similaires aux fonctions lambda dans le langage de programmation Lisp. C# 2.0 prend en charge la création de « fermetures » dans lesquelles les méthodes anonymes peuvent accéder aux variables et paramètres locaux pertinents.
Iterator est une méthode qui peut calculer et produire des valeurs de manière incrémentielle. Les itérateurs permettent à un type de spécifier facilement comment une instruction foreach parcourt tous ses éléments.
Les types incomplets permettent de diviser les classes, les structures et les interfaces en plusieurs parties et de les stocker dans différents fichiers sources, ce qui est plus propice au développement et à la maintenance. De plus, les types incomplets permettent de séparer les parties de certains types générées par la machine et celles écrites par l'utilisateur, ce qui facilite l'augmentation du code produit par l'outil.


Ce chapitre présentera ces nouvelles fonctionnalités. Après cette introduction, les quatre chapitres suivants fournissent les spécifications techniques complètes de ces fonctionnalités.

Les extensions du langage C# 2.0 sont principalement conçues pour garantir une compatibilité maximale avec le code existant. Par exemple, bien que C# 2.0 attribue des significations particulières aux mots où, rendement et partiel dans des contextes spécifiques, ces mots peuvent toujours être utilisés comme identifiants. En fait, C# 2.0 n’ajoute aucun mot-clé susceptible d’entrer en conflit avec les identifiants du code existant.

19.1 Génériques

Les génériques permettent de paramétrer les classes, les structures, les interfaces, les délégués et les méthodes en fonction du type de données qu'ils stockent et manipulent. Les génériques C# seront familiers aux utilisateurs des génériques Eiffel ou Ada, ou aux utilisateurs de templates C mais ils n'auront plus à supporter les nombreuses complexités de ces derniers ;

19.1.1 Pourquoi utiliser des génériques

Sans génériques, les structures de données à usage général peuvent utiliser le type d'objet pour stocker tout type de données. Par exemple, la classe Stack suivante stocke les données dans un tableau d'objets et ses deux méthodes, Push et Pop, utilisent des objets pour recevoir et renvoyer des données en conséquence.

public class Stack
{
object[] items;
int count;
public void Push(object item){…}
public object Pop(){…}
}

Bien que l'utilisation d'un objet type puisse rendre la classe Stack plus flexible, elle n'est pas sans inconvénients. Par exemple, vous pouvez placer une valeur de n'importe quel type, telle qu'une instance de Customer, sur la pile. Mais lorsque vous récupérez une valeur, le résultat de la méthode Pop doit être explicitement converti en type approprié, et il est ennuyeux d'écrire du code pour une vérification de type à l'exécution, avec la pénalité de performances qui en résulte.

Stack stack = new Stack();
Stack.Push(new Customer());
Customer c = (Customer)stack.Pop();

Si un type de valeur, tel qu'un int, est transmis à la méthode Push, il sera automatiquement mis en boîte. Lorsque l'int est obtenu ultérieurement, il doit être déballé à l'aide d'un cast explicite.

Stack stack = new Stack(); 
Stack.Push(3);
int I = (int)stack.Pop();

Ces opérations de boxing et de unboxing ajoutent une surcharge de performances car elles impliquent une allocation dynamique de mémoire et une vérification du type d'exécution.

Le plus gros problème avec la classe Stack est qu'elle ne peut pas appliquer le type de données placées sur la pile. En fait, une instance Customer peut être poussée sur la pile et convertie en un type incorrect une fois récupérée.

Stack stack = new Stack();
Stack.Push(new Customer());
String s = (string)stack.Pop();

Bien que le code précédent soit une utilisation inappropriée de la classe Stack, ce code est techniquement correct et ne signalera pas d'erreur de compilation. Le problème ne se posera pas tant que le code ne sera pas exécuté, auquel cas une InvalidCastException sera levée.

Si la classe Stack avait la capacité de spécifier le type de ses éléments, alors elle bénéficierait évidemment de cette capacité. En utilisant des génériques, cela devient possible.

19.1.2 Création et utilisation de génériques

Les génériques fournissent des outils pour créer des types avec des paramètres de type. L'exemple suivant déclare une classe Stack générique avec un paramètre de type T. Les paramètres de type sont spécifiés dans les délimiteurs "<" et ">" après le nom de la classe. Il n'y a pas de conversion entre l'objet et d'autres types ; les instances de Stack acceptent le type avec lequel elles ont été créées et stockent les données de ce type sans les convertir. Le paramètre de type T agit comme un espace réservé et ne spécifie pas de type réel tant qu'il n'est pas utilisé. Notez que T est utilisé comme type d'élément du tableau d'éléments internes, comme type du paramètre de la méthode Push et comme type de valeur de retour de la méthode Pop.

Public class Stack<T>
{
T[] items;
int count;
public void Push(T item){…}
public T Pop(){…}
}

当泛型类Stack被使用时，T所代替的实际类型将被指定。在下面的例子中，int 将被作为T的类型参数而给出。

Stack<int> stack = new Stack<int>();
Stack.Push(3);
int x = stack.Pop();

Stack类型被称为构造类型（constructed type）。在Stack类型中，T的每次出现都被使用类型参数int代替。当Stack的实例被创建时，items数组的本地存储就是一个int[]而不是object[]，与非泛型Stack相比，它提供了更高的存储效率。同样地，在int值上的Stack操作的Push和Pop方法，将会使得压入其他类型的值到堆栈中出现一个编译时错误，并且当取回值的时候也不需要转换回它们原始的类型。

泛型提供了强类型，意义例如压入一个int到Customer对象堆栈将会出现错误。就好像Stack被限制只能在int值上操作，同样Stack也被限制用于Customer对象。

对于下面的例子，编译器将会在最后两行报告错误。

Stack<Customer> stack = new Stack<Customer>();
Stack.Push(new Customer());
Customer c = stack.Pop();
stack.Push(3); //类型不匹配错误
int x = stack.Pop(); //类型不匹配错误

泛型类型声明可以有任意数量的类型参数。先前的Stack例子 只有一个类型参数，但一个通用的Dictionary类可能有两个类型参数，一个用于键(key)的类型，另一个用于值（value）的类型。

public class Dictionary<K , V>
{
public void Add(K key , V value){…}
public V this[K key]{…}
}
当Dictionary<K , V> 被使用时，必须提供两个类型参数。
Dictionary<string , Customer> dict = new Dictionary<string , Customer>();
Dict.Add(“Peter”, new Customer());
Custeomer c = dict[“Perter”];

19.1.3泛型类型实例化

与非泛型类型相似，被编译过的泛型类型也是由中间语言[Intermediate Language(IL)]指令和元数据表示。泛型类型的表示当然也对类型参数的存在和使用进行了编码。

当应用程序首次创建一个构造泛型类型的实例时，例如，Stack，.NET公共语言运行时的实时编译器（JIT）将在进程中把泛型IL和元数据转换为本地代码，并且将类型参数替换为实际的类型。对于那个构造泛型类型的后续引用将会使用相同的本机代码。从一个泛型类型创建一个特定构造类型的过程，称为泛型类型实例化（generic type instantiation）。[/b]

.NET公共语言运行时使用值类型为每个泛型类型实例创建了一个本地代码的特定拷贝，但对于所有的引用类型它将共享那份本地代码的单一拷贝（因为，在本地代码级别，引用只是带有相同表示的指针）。

19.1.4约束

一般来讲，泛型类不限于只是根据类型参数存储值。泛型类经常可能在给定类型参数的类型的对象上调用方法。例如，Dictionary类中的Add方法可能需要使用CompareTo方法比较键值。

public class Dictionary<K , V>
{
public void Add(K key , V value)
{
…
if(key.CompareTo(x)<0){…}//错误，没有CompareTo方法
…
}
}

因为为K所指定的类型参数可能是任何类型，可以假定key参数存在的唯一成员，就是那些被声明为object类型的，例如，Equals，GetHashCode和ToString；因此，在先前例子中将会出现编译时错误。当然，你可以将key参数强制转换到一个包含CompareTo方法的类型。例如，key参数可能被强制转换到IComparable接口。

public class Dictionary<K , V>
{
public void Add(K key , V value)
{
…
if(((IComparable)key).CompareTo(x)<0){…}
…
}
}

尽管这种解决办法有效，但它需要在运行时的动态类型检查，这也增加了开销。更糟糕的是，它将错误报告推迟到了运行时，如果键（key）没有实现IComparable接口将会抛出InvalidCastException异常。

为了提供更强的编译时类型检查，并减少类型强制转换，C#允许为每个类型参数提供一个约束（constraint）的可选的列表。类型参数约束指定了类型必须履行的一种需求，其目的是为了为类型参数被用作实参（argument）。约束使用单词where声明，随后是类型参数的名字，接着是类或接口类型的列表，和可选的构造函数约束new()。

public class Dictionary<K, V> where K :IComparable
{
public void Add(K key , V value)
{
…
if(key.CompareTo(x)<0){…}
…
}
}

给定这个声明，编译器将会确保K的任何类型实参是实现了IComparable接口的类型。

并且，在调用CompareTo方法之前也不再需要对key参数进行显式地强制转换。为类型参数作为一个约束而给出的类型的所有成员，对于类型参数类型的值时直接有效的。

对于一个给定的类型参数，你可以指定任意数量的接口作为约束，但只能有一个类。每个约束的类型参数有一个单独的where 语句。在下面的例子中，类型参数K有两个接口约束，类型参数e有一个类约束和一个构造函数约束。

public class EntityTable<K, E>
where K:IComparable<K>,IPersisable
where E:Entity, new()
{
public void Add(K key , E entity)
{
…
if(key.CompareTo(x)<0){…}
…
}
}

在前面的例子中，构造函数约束new()，确保为E用作类型参数的类型具有一个公有的、无参数构造函数，并且它允许泛型类使用new E()创建该类型的实例。

类型参数约束应该很小心的使用。尽管它们提供了更强的编译时类型检查，在某些情况下增强了性能，但它们也限制了泛型类型的可能的用法。例如，泛型类List可能约束T实现IComparable接口，由此它的Sort方法将可以比较项的大小。然而，这么做却使得没有实现IComparable 接口的类型不能使用List，即使是在这些情形下，Sort方法根本就没有被调用过。

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