Книга: C# 4.0: полное руководство

Общая форма обобщенного класса

Общая форма обобщенного класса

Синтаксис обобщений, представленных в предыдущих примерах, может быть сведен к общей форме. Ниже приведена общая форма объявления обобщенного класса.

class имя_класса<список_параметров_типа> { // ...

А вот как выглядит синтаксис объявления ссылки на обобщенный класс.

имя_класса<список_аргументов_типа> имя_переменной =
       new имя_класса<список_параметров_типа> (список_аргументов_конструктора) ;

В предыдущих примерах параметры типа можно было заменить любым типом данных. Например, в следующей строке кода объявляется любой тип, обозначаемый как Т.

class Gen<T> {

Это означает, что вполне допустимо создавать объекты класса Gen, в которых тип Т заменяется типом int, double, string, FileStream или любым другим типом данных. Во многих случаях отсутствие ограничений на указание аргументов типа считается вполне приемлемым, но иногда оказывается полезно ограничить круг типов, которые могут быть указаны в качестве аргумента типа.

Допустим, что требуется создать метод, оперирующий содержимым потока, включая объекты типа FileStream или MemoryStream. На первый взгляд, такая ситуация идеально подходит для применения обобщений, но при этом нужно каким-то образом гарантировать, что в качестве аргументов типа будут использованы только типы потоков, но не int или любой другой тип. Кроме того, необходимо как-то уведомить компилятор о том, что методы, определяемые в классе потока, будут доступны для применения. Так, в обобщенном коде должно быть каким-то образом известно, что в нем может быть вызван метод Read().

Для выхода из подобных ситуаций в C# предусмотрены ограниченные типы. Указывая параметр типа, можно наложить определенное ограничение на этот Параметр. Это делается с помощью оператора where при указании параметра типа:

class имя_класса<параметр_типа> where параметр_типа : ограничения { // ...

где ограничения указываются списком через запятую.

В C# предусмотрен ряд ограничений на типы данных.

•    Ограничение на базовый класс, требующее наличия определенного базового класса в аргументе типа. Это ограничение накладывается указанием имени требуемого базового класса. Разновидностью этого ограничения является неприкрытое ограничение типа, при котором на базовый класс указывает параметр типа, а не конкретный тип. Благодаря этому устанавливается взаимосвязь между двумя параметрами типа.

•    Ограничение на интерфейс, требующее реализации одного или нескольких интерфейсов аргументом типа. Это ограничение накладывается указанием имени требуемого интерфейса.

•    Ограничение на конструктор, требующее предоставить конструктор без параметров в аргументе типа. Это ограничение накладывается с помощью оператора new().

•    Ограничение ссылочного типа, требующее указывать аргумент ссылочного типа с помощью оператора class.

•    Ограничение типа значения, требующее указывать аргумент типа значения с помощью оператора struct.

Среди всех этих ограничений чаще всего применяются ограничения на базовый класс и интерфейс, хотя все они важны в равной степени. Каждое из этих ограничений рассматривается далее по порядку.

Ограничение на базовый класс позволяет указывать базовый класс, который должен наследоваться аргументом типа. Ограничение на базовый класс служит двум главным целям. Во-первых, оно позволяет использовать в обобщенном классе те члены базового класса, на которые указывает данное ограничение. Это дает, например, возможность вызвать метод или обратиться к свойству базового класса. В отсутствие ограничения на базовый класс компилятору ничего не известно о типе членов, которые может иметь аргумент типа. Накладывая ограничение на базовый класс, вы тем самым даете компилятору знать, что все аргументы типа будут иметь члены, определенные в этом базовом классе.

И во-вторых, ограничение на базовый класс гарантирует использование только тех аргументов типа, которые поддерживают указанный базовый класс. Это означает, что для любого ограничения, накладываемого на базовый класс, аргумент типа должен обозначать сам базовый класс или производный от него класс. Если же попытаться использовать аргумент типа, не соответствующий указанному базовому классу или не наследующий его, то в результате возникнет ошибка во время компиляции.

Ниже приведена общая форма наложения ограничения на базовый класс, в которой используется оператор where:

where Т : имя_базового_класса

где T обозначает имя параметра типа, а имя_базового_класса — конкретное имя ограничиваемого базового класса. Одновременно в этой форме ограничения может быть указан только один базовый класс.

В приведенном ниже простом примере демонстрируется механизм наложения ограничения на базовый класс.

// Простой пример, демонстрирующий механизм наложения
// ограничения на базовый класс.
using System;
class A {
  public void Hello() {
    Console.WriteLine("Hello");
  }
}
// Класс В наследует класс А.
class B : A { }
// Класс С не наследует класс А.
class C { }
//В силу ограничения на базовый класс во всех аргументах типа,
// передаваемых классу Test, должен присутствовать базовый класс А.
class Test<T> where T : A {
  T obj;
  public Test(T o) {
    obj = o;
  }
  public void SayHello() {
    // Метод Hello() вызывается, поскольку
    // он объявлен в базовом классе А.
    obj.Hello();
  }
}
class BaseClassConstraintDemo {
  static void Main() {
    A a = new A();
    B b = new B();
    C с = new C();
    // Следующий код вполне допустим, поскольку
    //    класс А указан как базовый.
    Test<A> tl = new Test<A>(a);
    tl.SayHello();
    // Следующий код вполне допустим, поскольку
    // класс В наследует от класса А.
    Test<B> t2 = new Test<B>(b);
    t2.SayHello();
    // Следующий код недопустим, поскольку
    // класс С не наследует от класса А.
    // Test<C> t3 = new Test<C>(c); // Ошибка!
    // t3.SayHello(); // Ошибка!
  }
}

В данном примере кода класс А наследуется классом В, но не наследуется классом С. Обратите также внимание на то, что в классе А объявляется метод Hello(), а класс Test объявляется как обобщенный следующим образом.

class Test<T> where Т : А {

Оператор where в этом объявлении накладывает следующее ограничение: любой аргумент, указываемый для типа Т, должен иметь класс А в качестве базового.

А теперь обратите внимание на то, что в классе Test объявляется метод SayHello(), как показано ниже.

public void SayHelloO {
// Метод Hello() вызывается, поскольку он объявлен в базовом классе А. obj.Hello();
}

Этот метод вызывает в свою очередь метод Hello() для объекта obj типа Т. Любопытно, что единственным основанием для вызова метода Hello() служит следующее требование ограничения на базовый класс: любой аргумент типа, привязанный к типу Т, должен относиться к классу А или наследовать от класса А, в котором объявлен метод Hello(). Следовательно, любой допустимый тип Т будет также определять метод Hello(). Если бы данное ограничение на базовый класс не было наложено, то компилятору ничего не было бы известно о том, что метод Hello() может быть вызван для объекта типа Т. Убедитесь в этом сами, удалив оператор where из объявления обобщенного класса Test. В этом случае программа не подлежит компиляции, поскольку теперь метод Hello() неизвестен.

Помимо разрешения доступа к членам базового класса, ограничение на базовый класс гарантирует, что в качестве аргументов типа могут быть переданы только те типы данных, которые наследуют базовый класс. Именно поэтому приведенные ниже строки кода закомментированы.

// Test<C> t3 = new Test<C>(c); // Ошибка!
// t3.SayHello(); // Ошибка!

Класс С не наследует от класса А, и поэтому он не может использоваться в качестве аргумента типа при создании объекта типа Test. Убедитесь в этом сами, удалив символы комментария и попытавшись перекомпилировать этот код.

Прежде чем продолжить изложение дальше, рассмотрим вкратце два последствия наложения ограничения на базовый класс. Во-первых, это ограничение разрешает доступ к членам базового класса из обобщенного класса. И во-вторых, оно гарантирует допустимость только тех аргументов типа, которые удовлетворяют данному ограничению, обеспечивая тем самым типовую безопасность.

В предыдущем примере показано, как накладывается ограничение на базовый класс, но из него не совсем ясно, зачем это вообще нужно. Для того чтобы особое значение ограничения на базовый класс стало понятнее, рассмотрим еще один, более практический пример. Допустим, что требуется реализовать механизм управления списками телефонных номеров, чтобы пользоваться разными категориями таких списков, в частности отдельными списками для друзей, поставщиков, клиентов и т.д. Для этой цели можно сначала создать класс PhoneNumber, в котором будут храниться имя абонента и номер его телефона. Такой класс может иметь следующий вид.

// Базовый класс, в котором хранятся имя абонента и номер его телефона,
class PhoneNumber {
  public PhoneNumber(string n, string num) {
    Name = n;
    Number = num;
  }
  // Автоматически реализуемые свойства, в которых
  // хранятся имя абонента и номер его телефона,
  public string Number { get; set; }
  public string Name { get; set; }
}

Далее создадим классы, наследующие класс PhoneNumber: Friend и Supplier. Эти классы приведены ниже.

// Класс для телефонных номеров друзей,
class Friend : PhoneNumber {
  public Friend(string n, string num, bool wk) : base(n, num)
  {
    IsWorkNumber = wk;
  }
  public bool IsWorkNumber { get; private set; }
  // ...
}
// Класс для телефонных номеров поставщиков,
class Supplier : PhoneNumber {
  public Supplier(string n, string num) : base(n, num) { }
// ...
}

Обратите внимание на то, что в класс Friend введено свойство IsWorkNumber, возвращающее логическое значение true, если номер телефона является рабочим.

Для управления списками телефонных номеров создадим еще один класс под названием PhoneList. Его следует сделать обобщенным, поскольку он должен служить для управления любым списком телефонных номеров. В функции такого управления должен, в частности, входить поиск телефонных номеров по заданным именам и наоборот, поэтому на данный класс необходимо наложить ограничение по типу, требующее, чтобы объекты, сохраняемые в списке, были экземплярами класса, производного от класса PhoneNumber.

// Класс PhoneList способен управлять любым видом списка телефонных
// номеров, при условии, что он является производным от класса PhoneNumber.
class PhoneList<T> where T : PhoneNumber {
  T[] phList;
  int end;
  public PhoneList() {
    phList = new T[10];
    end = 0;
  }
  // Добавить элемент в список,
  public bool Add(T newEntry) {
    if(end == 10) return false;
    phList[end] = newEntry;
    end++;
    return true;
  }
  // Найти и возвратить сведения о телефоне
  // по заданному имени,
  public Т FindByName(string name) {
    for(int i=0; i<end; i++) {
      // Имя может использоваться, потому что его свойство Name
      // относится к членам класса PhoneNumber, который является
      // базовым по накладываемому ограничению,
      if(phList[i].Name == name) return phList[i];
    }
    // Имя отсутствует в списке.
    throw new NotFoundException();
  }
  // Найти и возвратить сведения о телефоне
  // по заданному номеру,
  public Т FindByNumber(string number) {
    for (int i=0; i<end; i++) {
      // Номер телефона также может использоваться, поскольку
      // его свойство Number относится к членам класса PhoneNumber,
      // который является базовым по накладываемому ограничению,
      if(phList[i].Number == number) return phList[i];
    }
    // Номер телефона отсутствует в списке,
    throw new NotFoundException();
  }
// ...
}

Ограничение на базовый класс разрешает коду в классе PhoneList доступ к свойствам Name и Number для управления любым видом списка телефонных номеров. Оно гарантирует также, что для построения объекта класса PhoneList будут использоваться только доступные типы. Обратите внимание на то, что в классе PhoneList генерируется исключение NotFoundException, если имя или номер телефона не найдены. Это специальное исключение, объявляемое ниже.

class NotFoundException : Exception {
/* Реализовать все конструкторы класса Exception. Эти конструкторы выполняют вызов конструктора базового класса. Класс NotFoundException ничем не дополняет класс Exception и поэтому не требует никаких дополнительных действий. */
public NotFoundException() : base() { }
public NotFoundException(string str) : base (str) { }
public NotFoundException(
         string str, Exception inner) : base(str, inner) { }
protected NotFoundException(
    System.Runtime.Serialization.Serializationlnfo si,
    System.Runtime.Serialization.StreamingContext sc) : base(si, sc) { }

В данном примере используется только конструктор, вызываемый по умолчанию, но ради наглядности этого примера в классе исключения NotFoundException реализуются все конструкторы, определенные в классе Exception. Обратите внимание на то, что эти конструкторы вызывают эквивалентный конструктор базового класса, определенный в классе Exception. А поскольку класс исключения NotFoundException ничем не дополняет базовый класс Exception, то для любых дополнительных действий нет никаких оснований.

В приведенной ниже программе все рассмотренные выше фрагменты кода объединяются вместе, а затем демонстрируется применение класса PhoneList. Кроме того, в ней создается класс EmailFriend. Этот класс не наследует от класса PhoneNumber, а следовательно, он не может использоваться для создания объектов класса PhoneList.

// Более практический пример, демонстрирующий применение
// ограничения на базовый класс.
using System;
// Специальное исключение, генерируемое в том случае,
// если имя или номер телефона не найдены,
class NotFoundException : Exception {
  /* Реализовать все конструкторы класса Exception. Эти конструкторы выполняют вызов конструктора базового класса. Класс NotFoundException ничем не дополняет класс Exception и поэтому не требует никаких дополнительных действий. */
  public NotFoundException() : base() { }
  public NotFoundException(string str) : base(str) { }
  public NotFoundException(
        string str, Exception inner) : base(str, inner) { }
  protected NotFoundException(
    System.Runtime.Serialization.SerializationInfo si,
    System.Runtime.Serialization.StreamingContext sc) : base(si, sc) { }
}
// Базовый класс, в котором хранятся имя абонента
// и номер его телефона,
class PhoneNumber {
  public PhoneNumber(string n, string num) {
    Name = n;
    Number = num;
  }
  public string Number { get; set; }
  public string Name { get; set; }
}
// Класс для телефонных номеров друзей,
class Friend : PhoneNumber {
  public Friend(string n, string num, bool wk) : base(n, num) {
    IsWorkNumber = wk;
  }
  public bool IsWorkNumber { get; private set; }
  // ...
}
// Класс для телефонных номеров поставщиков,
class Supplier : PhoneNumber {
  public Supplier(string n, string num) : base(n, num) { }
  // ...
}
// Этот класс не наследует от класса PhoneNumber.
class EmailFriend {
  // ...
}
// Класс PhoneList способен управлять любым видом списка телефонных номеров,
// при условии, что он является производным от класса PhoneNumber.
class PhoneList<T> where T : PhoneNumber {
  T[] phList;
  int end;
  public PhoneList() {
    phList = new T[10];
    end = 0;
  }
  // Добавить элемент в список,
  public bool Add(T newEntry) {
    if (end == 10) return false;
    phList[end] = newEntry;
    end++;
    return true;
  }
  // Найти и возвратить сведения о телефоне по заданному имени,
  public T FindByName(string name) {
    for (int i = 0; i < end; i++) {
      // Имя может использоваться, потому что его свойство Name
      // относится к членам класса PhoneNumber, который является
      // базовым по накладываемому ограничению,
      if (phList[i].Name == name) return phList[i];
    }
    // Имя отсутствует в списке,
    throw new NotFoundException();
  }
  // Найти и возвратить сведения о телефоне по заданному номеру,
  public T FindByNumber(string number) {
    for (int i = 0; i < end; i++) {
      // Номер" телефона также может использоваться, поскольку
      // его свойство Number относится к членам класса PhoneNumber,
      // который является базовым по накладываемому ограничению,
      if (phList[i].Number == number) return phList[i];
    }
    // Номер телефона отсутствует в списке.
    throw new NotFoundException();
  }
  // ...
}
// Продемонстрировать наложение ограничений на базовый класс,
class UseBaseClassConstraint {
  static void Main() {
    // Следующий код вполне допустим, поскольку
    // класс Friend наследует от класса PhoneNumber.
    PhoneList<Friend> plist = new PhoneList<Friend>();
    plist.Add(new Friend("Том", "555-1234", true));
    plist.Add(new Friend("Гари", "555-6756", true));
    plist.Add(new Friend("Матт", "555-9254", false));
    try {
      // Найти номер телефона по заданному имени друга.
      Friend frnd = plist.FindByName("Гари");
      Console.Write(frnd.Name + ": " + frnd.Number);
      if (frnd.IsWorkNumber)
        Console.WriteLine(" (рабочий)");
      else
        Console.WriteLine();
    }
    catch (NotFoundException) {
      Console.WriteLine("He найдено");
    }
    Console.WriteLine();
    // Следующий код также допустим, поскольку
    // класс Supplier наследует от класса PhoneNumber.
    PhoneList<Supplier> plist2 = new PhoneList<Supplier>();
    plist2.Add(new Supplier("Фирма Global Hardware", "555-8834"));
    plist2.Add(new Supplier("Агентство Computer Warehouse", "555-9256"));
    plist2.Add(new Supplier("Компания NetworkCity", "555-2564"));
    try {
      // Найти наименование поставщика по
      //заданному номеру телефона.
      Supplier sp = plist2.FindByNumber("555-2564");
      Console.WriteLine(sp.Name + ": " + sp.Number);
    }
    catch (NotFoundException) {
      Console.WriteLine("He найдено");
    }
    // Следующее объявление недопустимо, поскольку
    // класс EmailFriend НЕ наследует от класса PhoneNumber.
    // PhoneList<EmailFriend> plist3 =
    // new PhoneList<EmailFriend>(); // Ошибка!
  }
}

Ниже приведен результат выполнения этой программы.

Гари: 555-6756 (рабочий)
Компания NetworkCity: 555-2564

Поэкспериментируйте с этой программой. В частности, попробуйте составить разные виды списков телефонных номеров или воспользоваться свойством IsWorkNumber в классе PhoneList. Вы сразу же обнаружите, что компилятор не позволит вам этого сделать, потому что свойство IsWorkNumber определено в классе Friend, а не в классе PhoneNumber, а следовательно, оно неизвестно в классе PhoneList.

Ограничение на интерфейс позволяет указывать интерфейс, который должен быть реализован аргументом типа. Это ограничение служит тем же основным целям, что и ограничение на базовый класс. Во-первых, оно позволяет использовать члены интерфейса в обобщенном классе. И во-вторых, оно гарантирует использование только тех аргументов типа, которые реализуют указанный интерфейс. Это означает, что для любого ограничения, накладываемого на интерфейс, аргумент типа должен обозначать сам интерфейс или же тип, реализующий этот интерфейс.

Ниже приведена общая форма наложения ограничения на интерфейс, в которой используется оператор where:

where Т : имя_интерфейса

где T — это имя параметра типа, а имя_интерфейса — конкретное имя ограничиваемого интерфейса. В этой форме ограничения может быть указан список интерфейсов через запятую. Если ограничение накладывается одновременно на базовый класс и интерфейс, то первым в списке должен быть указан базовый класс.

Ниже приведена программа, демонстрирующая наложение ограничения на интерфейс и представляющая собой переработанный вариант предыдущего примера программы, управляющей списками телефонных номеров. В этом варианте класс PhoneNumber преобразован в интерфейс IPhoneNumber, который реализуется в классах Friend и Supplier.

// Применить ограничение на интерфейс,
using System;
// Специальное исключение, генерируемое в том случае,
// если имя или номер телефона не найдены,
class NotFoundException : Exception {
  /* Реализовать все конструкторы класса Exception. Эти конструкторы выполняют вызов конструктора базового класса. Класс NotFoundException ничем не дополняет класс Exception и поэтому не требует никаких дополнительных действий. */
  public NotFoundException() : base() { }
  public NotFoundException(string str) : base(str) { }
  public NotFoundException(
       string str, Exception inner) : base(str, inner) { }
  protected NotFoundException(
    System.Runtime.Serialization.SerializationInfo si,
    System.Runtime.Serialization.StreamingContext sc) : base(si, sc) { }
}
// Интерфейс, поддерживающий имя и номер телефона,
public interface IPhoneNumber {
  string Number { get; set; }
  string Name { get; set; }
}
// Класс для телефонных номеров друзей.
//В нем реализуется интерфейс IPhoneNumber.
class Friend : IPhoneNumber {
  public Friend(string n, string num, bool wk) {
    Name = n;
    Number = num;
    IsWorkNumber = wk;
  }
  public bool IsWorkNumber { get; private set; }
  // Реализовать интерфейс IPhoneNumber.
  public string Number { get; set; }
  public string Name { get; set; }
  // ...
}
// Класс для телефонных номеров поставщиков,
class Supplier : IPhoneNumber {
public Supplier(string n, string num) {
  Name = n;
  Number = num;
}
// Реализовать интерфейс IPhoneNumber.
public string Number { get; set; }
public string Name { get; set; }
  // ...
}
// В этом классе интерфейс IPhoneNumber не реализуется,
class EmailFriend {
  // ...
}
// Класс PhoneList способен управлять любым видом списка телефонных
// номеров, при условии, что он реализует интерфейс PhoneNumber.
class PhoneList<T> where T : IPhoneNumber {
  T[] phList;
  int end;
  public PhoneList() {
    phList = new T[10];
    end = 0;
  }
  public bool Add(T newEntry) {
    if (end == 10) return false;
    phList[end] = newEntry;
    end++;
    return true;
  }
  // Найти и возвратить сведения о телефоне по заданному имени,
  public T FindByName(string name) {
    for (int i = 0; i < end; i++) {
      // Имя может использоваться, потому что его свойство Name
      // относится к членам интерфейса IPhoneNumber, на который
      // накладывается ограничение,
      if (phList[i].Name == name) return phList[i];
    }
    // Имя отсутствует в списке,
    throw new NotFoundException();
  }
  // Найти и возвратить сведения о телефоне по заданному номеру,
  public T FindByNumber(string number) {
    for (int i = 0; i < end; i++) {
      // Номер телефона также может использоваться, поскольку его
      // свойство Number относится к членам интерфейса IPhoneNumber,
      // на который накладывается ограничение.
      if (phList[i].Number == number) return phList[i];
    }
    // Номер телефона отсутствует в списке,
    throw new NotFoundException();
  }
  // ...
}
// Продемонстрировать наложение ограничения на интерфейс,
class UselnterfaceConstraint {
  static void Main() {
    // Следующий код вполне допустим, поскольку
    //в классе Friend реализуется интерфейс IPhoneNumber.
    PhoneList<Friend> plist = new PhoneList<Friend>();
    plist.Add(new Friend("Том", "555-1234", true));
    plist.Add(new Friend("Гари", "555-6756", true));
    plist.Add(new Friend("Матт", "555-9254", false));
    try {
      // Найти номер телефона по заданному имени друга.
      Friend frnd = plist.FindByName("Гари");
      Console.Write(frnd.Name + ": " + frnd.Number);
      if (frnd.IsWorkNumber)
        Console.WriteLine(" (рабочий)");
      else
        Console.WriteLine();
    }
    catch (NotFoundException) {
      Console.WriteLine("He найдено");
    }
    Console.WriteLine();
    // Следующий код также допустим, поскольку в классе Supplier
    // также реализуется интерфейс IPhoneNumber.
    PhoneList<Supplier> plist2 = new PhoneList<Supplier>();
    plist2.Add(new Supplier("Фирма Global Hardware", "555-8834"));
    plist2.Add(new Supplier("Агентство Computer Warehouse", "555-9256"));
    plist2.Add(new Supplier("Компания NetworkCity", "555-2564"));
    try {
      // Найти наименование поставщика по заданному номеру телефона.
      Supplier sp = plist2.FindByNumber("555-2564");
      Console.WriteLine(sp.Name + ": " + sp.Number);
    }
    catch (NotFoundException) {
      Console.WriteLine("He найдено");
    }
    // в классе EmailFriend НЕ реализуется интерфейс IPhoneNumber.
    // PhoneList<EmailFriend> plist3 =
    // new PhoneList<EmailFriend>(); // Ошибка!
  }
}

В этой версии программы ограничение на интерфейс, указываемое в классе PhoneList, требует, чтобы аргумент типа реализовал интерфейс IPhoneList. А поскольку этот интерфейс реализуется в обоих классах, Friend и Supplier, то они относятся к допустимым типам, привязываемым к типу Т. В то же время интерфейс не реализуется в классе EmailFriend, и поэтому этот класс не может быть привязан к типу Т. Для того чтобы убедиться в этом, удалите символы комментария в двух последних строках кода в методе Main(). Вы сразу же обнаружите, что программа не компилируется.

Ограничение new() на конструктор позволяет получать экземпляр объекта обобщенного типа. Как правило, создать экземпляр параметра обобщенного типа не удается. Но это положение изменяет ограничение new(), поскольку оно требует, чтобы аргумент типа предоставил конструктор без параметров. Им может быть конструктор, вызываемый по умолчанию и предоставляемый автоматически, если явно определяемый конструктор отсутствует или же конструктор без параметров явно объявлен пользователем. Накладывая ограничение new(), можно вызывать конструктор без параметров для создания объекта.

Ниже приведен простой пример, демонстрирующий наложение ограничения new().

// Продемонстрировать наложение ограничения new() на конструктор.
using System;
class MyClass {
  public MyClass() {
    // ...
  }
  //. . .
}
class Test<T> where T : new() {
  T obj;
  public Test() {
    // Этот код работоспособен благодаря
    // наложению ограничения new().
    obj = new T(); // создать объект типа Т
  }
  // ...
}
class ConsConstraintDemo {
  static void Main() {
    Test<MyClass> x = new Test<MyClass>();
  }
}

Прежде всего обратите внимание на объявление класса Test.

class Test<T> where T : new() {

В силу накладываемого ограничения new() любой аргумент типа должен предоставлять конструктор без параметров.

Далее проанализируем приведенный ниже конструктор класса Test.

public Test() {
  // Этот код работоспособен благодаря
  // наложению ограничения new().
  obj = new Т(); // создать объект типа Т
}

В этом фрагменте кода создается объект типа Т, и ссылка на него присваивается переменной экземпляра obj. Такой код допустим только потому, что ограничение new() требует наличия конструктора. Для того чтобы убедиться в этом, попробуйте сначала удалить ограничение new(), а затем попытайтесь перекомпилировать программу. В итоге вы получите сообщение об ошибке во время компиляции.

В методе Main() получается экземпляр объекта типа Test, как показано ниже.

Test<MyClass> х = new Test<MyClass>();

Обратите внимание на то, что аргументом типа в данном случае является класс MyClass и что в этом классе определяется конструктор без параметров. Следовательно, этот класс допускается использовать в качестве аргумента типа для класса Test. Следует особо подчеркнуть, что в классе MyClass совсем не обязательно определять конструктор без параметров явным образом. Его используемый по умолчанию конструктор вполне удовлетворяет накладываемому ограничению. Но если классу потребуются другие конструкторы, помимо конструктора без параметров, то придется объявить явным образом и вариант без параметров.

Что касается применения ограничения new(), то следует обратить внимание на три других важных момента. Во-первых, его можно использовать вместе с другими ограничениями, но последним по порядку. Во-вторых, ограничение new() позволяет конструировать объект, используя только конструктор без параметров, — даже если доступны другие конструкторы. Иными словами, передавать аргументы конструктору параметра типа не разрешается. И в-третьих, ограничение new() нельзя использовать одновременно с ограничением типа значения, рассматриваемым далее.

Два других ограничения позволяют указать на то, что аргумент, обозначающий тип, должен быть либо ссылочного типа, либо типа значения. Эти ограничения оказываются полезными в тех случаях, когда для обобщенного кода важно провести различие между ссылочным типом и типом значения. Ниже приведена общая форма ограничения ссылочного типа.

where Т : class

В этой форме с оператором where ключевое слово class указывает на то, что аргумент Т должен быть ссылочного типа. Следовательно, всякая попытка использовать тип значения, например int или bool, вместо T приведет к ошибке во время компиляции.

Ниже приведена общая форма ограничения типа значения.

where Т : struct

В этой форме ключевое слово struct указывает на то, что аргумент T должен быть типа значения. (Напомним, что структуры относятся к типам значений.) Следовательно, всякая попытка использовать ссылочный тип, например string, вместо T приведет к ошибке во время компиляции. Но если имеются дополнительные ограничения, то в любом случае class или struct должно быть первым по порядку накладываемым ограничением.

Ниже приведен пример, демонстрирующий наложение ограничения ссылочного типа.

// Продемонстрировать наложение ограничения ссылочного типа.
using System;
class MyClass {
  //...
}
// Наложить ограничение ссылочного типа,
class Test<T> where T : class {
  T obj;
  public Test() {
    // Следующий оператор допустим только потому, что
    // аргумент Т гарантированно относится к ссылочному
    // типу, что позволяет присваивать пустое значение,
    obj = null;
  }
  // ...
}
class ClassConstraintDemo {
  static void Main() {
    // Следующий код вполне допустим,
    // поскольку MyClass является классом.
    Test<MyClass> х = new Test<MyClass>();
    // Следующая строка кода содержит ошибку, поскольку
    // int относится к типу значения.
    // Test<int> у = new Test<int>();
  }
}

Обратите внимание на следующее объявление класса Test,

class Test<T> where T : class {

Ограничение class требует, чтобы любой аргумент Т был ссылочного типа. В данном примере кода это необходимо для правильного выполнения операции присваивания в конструкторе класса Test.

public Test() {
  // Следующий оператор допустим только потому, что
  // аргумент Т гарантированно относится к ссылочному
  // типу, что позволяет присваивать пустое значение,
  obj = null;
}

В этом фрагменте кода переменной obj типа Т присваивается пустое значение. Такое присваивание допустимо только для ссылочных типов. Как правило, пустое значение нельзя присвоить переменной типа значения. (Исключением из этого правила является обнуляемый тип, который представляет собой специальный тип структуры, инкапсулирующий тип значения и допускающий пустое значение (null). Подробнее об этом — в главе 20.) Следовательно, в отсутствие ограничения такое присваивание было бы недопустимым, и код не подлежал бы компиляции. Это один из тех случаев, когда для обобщенного кода может оказаться очень важным различие между типами значений и ссылочными типами.

Ограничение типа значения является дополнением ограничения ссылочного типа. Оно просто гарантирует, что любой аргумент, обозначающий тип, должен быть типа значения, в том числе struct и enum. (В данном случае обнуляемый тип не относится к типу значения.) Ниже приведен пример наложения ограничения типа значения.

// Продемонстрировать наложение ограничения типа значения.
using System;
struct MyStruct {
  //...
}
class MyClass {
  // ...
}
class Test<T> where T : struct {
  T obj;
  public Test(T x) {
    obj = x;
  }
  // ...
}
class ValueConstraintDemo {
  static void Main() {
    // Оба следующих объявления вполне допустимы.
    Test<MyStruct> х = new Test<MyStruct>(new MyStruct());
    Test<int> у = new Test<int>(10);
    //А следующее объявление недопустимо!
    // Test<MyClass> z = new Test<MyClass>(new MyClass());
  }
}

В этом примере кода класс Test объявляется следующим образом.

class Test<T> where Т : struct {

На параметр типа Т в классе Test накладывается ограничение struct, и поэтому к нему могут быть привязаны только аргументы типа значения. Это означает, что объявления Test<MyStruct> и Test<int> вполне допустимы, тогда как объявление Test<MyClass> недопустимо. Для того чтобы убедиться в этом, удалите символы комментария в начале последней строки приведенного выше кода и перекомпилируйте его. В итоге вы получите сообщение об ошибке во время компиляции.

Существует разновидность ограничения на базовый класс, позволяющая установить связь между двумя параметрами типа. В качестве примера рассмотрим следующее объявление обобщенного класса.

class Gen<T, V> where V : T {

В этом объявлении оператор where уведомляет компилятор о том, что аргумент типа, привязанный к параметру типа V, должен быть таким же, как и аргумент типа, привязанный к параметру типа Т, или же наследовать от него. Если подобная связь отсутствует при объявлении объекта типа Gen, то во время компиляции возникнет ошибка. Такое ограничение на параметр типа называется неприкрытым ограничением типа. В приведенном ниже примере демонстрируется наложение этого ограничения.

// Установить связь между двумя параметрами типа.
using System;
class A {
  //...
}
class В : A {
  // ...
}
// Здесь параметр типа V должен наследовать от параметра типа Т.
class Gen<T, V> where V : T {
  // ...
}
class NakedConstraintDemo {
  static void Main() {
    // Это объявление вполне допустимо, поскольку
    // класс В наследует от класса А.
    Gen<A, В> х = new Gen<A, В>();
    // А это объявление недопустимо, поскольку
    // класс А-.не наследует от класса В. .
    // Gen<B, А> у = new Gen<B, А>();
  }
}

Обратите внимание на то, что класс В наследует от класса А. Проанализируем далее оба объявления объектов класса Gen в методе Main(). Как следует из комментария к первому объявлению

Gen<A, В> х = new Gen<A, В>();

оно вполне допустимо, поскольку класс В наследует от класса А. Но второе объявление

// Gen<B, А> у = new Gen<B, А>();

недопустимо, поскольку класс А не наследует от класса В.

С параметром типа может быть связано несколько ограничений. В этом случае ограничения указываются списком через запятую. В этом списке первым должно быть указано ограничение class либо struct, если оно присутствует, или же ограничение на базовый класс, если оно накладывается. Указывать ограничения class или struct одновременно с ограничением на базовый класс не разрешается. Далее по списку должно следовать ограничение на интерфейс, а последним по порядку — ограничение new(). Например, следующее объявление считается вполне допустимым.

class Gen<T> where Т : MyClass, IMylnterface, new() {
// ...

В данном случае параметр типа Т должен быть заменен аргументом типа, наследующим от класса MyClass, реализующим интерфейс IMylnterface и использующим конструктор без параметра.

Если же в обобщении используются два или более параметра типа, то ограничения на каждый из них накладываются с помощью отдельного оператора where, как в приведенном ниже примере.

// Использовать несколько операторов where,
using System;
// У класса Gen имеются два параметра типа, и на оба накладываются
// ограничения с помощью отдельных операторов where,
class Gen<T, V> where T : class
      where V : struct {
  T ob1;
  V ob2;
  public Gen(T t, V v) {
    ob1 = t;
    ob2 = v;
  }
}
class MultipleConstraintDemo {
  static void Main() {
    // Эта строка кода вполне допустима, поскольку
    // string — это ссылочный тип, a int — тип значения.
    Gen<string, int> obj = new Gen<string, int>("TecT", 11);
    //А следующая строка кода недопустима, поскольку
    // bool не относится к ссылочному типу.
    // Gencbool, int> obj = new Gencbool, int>(true, 11);
  }
}

В данном примере класс Gen принимает два аргумента с ограничениями, накладываемыми с помощью отдельных операторов where. Обратите особое внимание на объявление этого класса.

class GenCT, V> where T : class
      where V : struct {

Как видите, один оператор where отделяется от другого только пробелом. Другие знаки препинания между ними не нужны и даже недопустимы.

Оглавление книги