C# 泛型完整指南：從基礎語法到執行機制與約束實戰

什麼是泛型？

泛型 讓你在定義類別/介面/方法時，將型別參數化，實現「寫一次、套用多型別」的程式碼重用，同時保有**編譯期型別安全**與**執行期效能** (避免裝箱/拆箱)。

C# 泛型 vs C++ 模板 vs Java 泛型

核心語法速查

泛型類別/結構

// 合法繼承鏈
class Base { }
class Derived : Base { }
class Generic where T : Base { }           // T 必須繼承 Base
class Generic2 where T : new() { }         // T 必須有無參數建構函式
class Generic3 where T : struct { }        // T 必須為值型別
class Generic4 where T : class { }         // T 必須為參考型別
class Generic5 where T : IDisposable { }   // T 必須實作介面
// 非法：class Bad : Generic { } // int 不符合 class 約束

泛型介面與變異數

// 協變: out T (唯讀)  IEnumerable
interface IReader { T Read(); }
IReader r = new CatReader(); // 合法

// 逆變: in T (唯寫)  IComparer
interface IWriter { void Write(T item); }
IWriter w = new AnimalWriter();
IWriter w2 = w; // 合法

泛型委派

delegate bool Predicate(T value);
delegate TResult Func(T arg);

// 使用
Predicate isEven = i => i % 2 == 0;
Predicate isLong = s => s.Length > 10;

泛型方法

public static int FindIndex(T[] array, T item) where T : IEquatable
{
    for (int i = 0; i < array.Length; i++)
        if (array[i].Equals(item)) return i;
    return -1;
}

// 呼叫時型別推論
int idx = FindIndex(new[] { 1, 3, 5 }, 5); // T 推論為 int

執行機制深度解析

1. 第一輪編譯 (CSC)：產生含「型別佔位符」的 IL + 中繼資料，不具體化。
2. JIT 編譯 (執行期)：第一次遇到 `List` → 產生專屬機器碼；後續同型別直接重用。
   參考型別 (`List`, `List