C# 泛型程式設計完整指南：從基礎到進階模式

前言

泛型是 C# 2.0 引入的核心特性，提供型別安全、效能與重用性的三重保障。本文系統涵蓋泛型類別、方法、介面、委派、約束、協變/逆變、進階模式與最佳實踐。

基礎語法

// 泛型類別
public class Stack
{
    private T[] _items;
    private int _count;
    
    public Stack(int capacity = 10)
    {
        _items = new T[capacity];
    }
    
    public void Push(T item)
    {
        if (_count == _items.Length) Resize();
        _items[_count++] = item;
    }
    
    public T Pop()
    {
        if (_count == 0) throw new InvalidOperationException("Stack empty");
        return _items[--_count];
    }
    
    public T Peek() => _count > 0 ? _items[_count - 1] : default;
    public int Count => _count;
    
    private void Resize()
    {
        Array.Resize(ref _items, _items.Length * 2);
    }
}

// 使用
var intStack = new Stack();
intStack.Push(1);
intStack.Push(2);
int value = intStack.Pop(); // 型別安全，無裝箱

泛型方法

public static class Utility
{
    // 交換兩個變數
    public static void Swap(ref T a, ref T b)
    {
        T temp = a;
        a = b;
        b = temp;
    }
    
    // 取得陣列最大值
    public static T Max(T[] array) where T : IComparable
    {
        if (array.Length == 0) throw new ArgumentException("Empty array");
        T max = array[0];
        for (int i = 1; i < array.Length; i++)
            if (array[i].CompareTo(max) > 0) max = array[i];
        return max;
    }
    
    // 建立預設值字典
    public static Dictionary CreateDictionary()
        where TKey : notnull
    {
        return new Dictionary();
    }
}

型別約束

多型別參數

// 字典鍵值對
public class Pair
{
    public TKey Key { get; set; }
    public TValue Value { get; set; }
    
    public Pair(TKey key, TValue value)
    {
        Key = key;
        Value = value;
    }
    
    public void Deconstruct(out TKey key, out TValue value)
    {
        key = Key;
        value = Value;
    }
}

// 使用
var pair = new Pair("Age", 25);
var (key, value) = pair; // 解構

泛型介面與協變/逆變

// 協變：out T (只作為輸出/回傳)
public interface IEnumerable : IEnumerable
{
    IEnumerator GetEnumerator();
}

// 逆變：in T (只作為輸入/參數)
public interface IComparer
{
    int Compare(T x, T y);
}

// 使用協變
IEnumerable strings = new List();
IEnumerable