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C# 2.0 泛型程式設計核心觀念與實作

編輯：關於C#

泛型是 C# 2.0 引入的關鍵特性，它將「型別參數化」，使開發人員能編寫型別安全、高效能且可重用的程式碼。本文從基本定義、類別繼承、介面、委派、方法到約束條件，系統性介紹泛型程式設計的核心概念與實作技巧。

泛型的核心優勢

型別安全：編譯期即可檢測型別錯誤，避免執行期拆箱/裝箱與強制轉換失敗。
效能提升：實值型別不再需要裝箱操作；參考型別避免多型轉換開銷。
程式碼重用：單一泛型定義可服務多種資料型別。
按需實例化：泛型在 JIT 編譯階段才根據具體型別引數產生程式碼（on-demand 模式）。

定義與實例化泛型類別

泛型類別宣告時在類別名稱後以尖括號指定型別參數（如 Test<T, S>），這些參數可用於欄位、屬性、方法簽章等成員：

public class Test<T, S>
{
    private T name;
    private S age;
    public Test(T Name, S Age) { this.name = Name; this.age = Age; }
    public void SetValue()
    {
        Console.WriteLine(name.ToString());
        Console.WriteLine(age.ToString());
    }
}

// 實例化時指定具體型別
Test<string, int> t = new Test<string, int>("SHY520", 22);
t.SetValue();

泛型類別繼承規則

子類別繼承泛型父類別時，需滿足以下任一條件：

父類別的型別參數已具體化（如 TestChild : Test<string, int>），子類別可為非泛型。
父類別的型別參數未具體化，但來源於子類別宣告（如 TestChild<T, S> : Test<T, S>），雙方皆為泛型且參數對應。

// 錯誤：找不到型別 T, S
public class TestChild : Test<T, S> { }

// 正確寫法
public class TestChild : Test<string, int> { }
public class TestChild<T, S> : Test<T, S> { }
public class TestChild<T, S> : Test<string, int> { }

泛型介面與委派

泛型介面定義與繼承規則同類別。泛型委派允許在回傳值與參數套用型別參數：

public interface IList<T> { T[] GetElements(); }
public interface IDictionary<K, V> { void Add(K key, V value); }

delegate string GenericDelegate<T>(T value); // 泛型委派

// 使用範例
GenericDelegate<string> d1 = G; // G 為 static string G(string s)
GenericDelegate<int> d2 = new GenericDelegate<int>(F); // F 為 static string F(int i)

泛型方法

泛型方法僅在方法宣告處包含型別參數，可存在於泛型或非泛型類別中。支援多載與覆寫，覆寫時約束條件自動繼承：

public class GenericClass
{
    // 泛型方法宣告
    public T GetValue<T>(T t) { return t; }

    // 呼叫時指定型別引數
    public int UseMethod() { return this.GetValue<int>(10); }

    // 多載非泛型版本
    public int GetValue(int i) { return i; }
}

// 覆寫範例
abstract class Parent
{
    public abstract K TEST<K, V>(K k, V v) where K : V;
}
class Child : Parent
{
    public override T TEST<T, S>(T t, S s) { return t; } // 約束自動繼承
}

泛型約束條件

C# 僅支援顯式約束（where 子句），若無約束則型別參數僅能存取 System.Object 成員。四種主要約束：

1. 基類別約束

class A { public void F1() {} }
class B { public void F2() {} }
class C<S, T>
    where S : A  // S 必須繼承自 A
    where T : B  // T 必須繼承自 B
{
    // 可呼叫 s.F1()、t.F2()
}

2. 介面約束

interface IPrintable { void Print(); }
interface IComparable<T> { int CompareTo(T v); }
interface IKeyProvider<T> { T GetKey(); }

class Dictionary<K, V>
    where K : IComparable<K>
    where V : IPrintable, IKeyProvider<K>
{
    // 可呼叫 k.CompareTo()、v.Print()、v.GetKey()
}

3. 建構函式約束

class A { public A() {} }
class B { public B(int i) {} }

class C<T> where T : new()
{
    // 可執行 T t = new T();
}
C<A> c1 = new C<A>(); // 合法：A 有無參數建構函式
C<B> c2 = new C<B>(); // 錯誤：B 缺少無參數建構函式

4. 實值/參考型別約束

public struct A { }
public class B { }

class C<T> where T : struct { } // T 必須為實值型別
class D<T> where T : class { }  // T 必須為參考型別

C<A> c = new C<A>(); // 合法
C<B> c = new C<B>(); // 錯誤

善用泛型約束能在保持彈性的同時，確保型別安全並啟用特定功能，是掌握 C# 2.0 泛型程式設計的關鍵。