C# 2.0 泛型入門完全指南：型別參數、約束、靜態成員、方法重載與效能優勢

為什麼需要泛型？

.NET 1.x 時代，集合類別 (如 Stack) 僅能用 object 儲存任意型別，導致兩大問題：

1. 裝箱/拆箱：實值型別 (int, struct) 存入 object 需在堆積配置包裝物件，取出需拆箱，大量操作效能極差。
2. 型別不安全：stack.Push(1); stack.Push("str"); 編譯通過，執行期 Pop() 轉型失敗拋出 InvalidCastException。

泛型解決方案

public class Stack
{
    private T[] _items;
    private int _top = -1;
    public Stack(int capacity) => _items = new T[capacity];
    public void Push(T item) => _items[++_top] = item;
    public T Pop() => _items[_top--];
    public T Peek() => _items[_top];
}

• T 為型別參數 (佔位符)，實例化時指定具體型別：var intStack = new Stack<int>(100);。
• 型別安全：intStack.Push("str") 編譯錯誤。
• 零裝箱：JIT 為每個封閉構造型別 (Stack<int>, Stack<string>) 產生專屬機器碼，實值型別直接內嵌儲存。

泛型型別參數約束 (where)

// 多重約束：T 繼承 Base 且實作 IComparable，且有無參建構函式
public class Node where T : BaseClass, IComparable, new() { ... }

// 多型別參數各自約束
public class Pair where T : class where U : struct { ... }

約束效益：在泛型類別內可呼叫約束保證的成員 (如 T.CompareTo、new T())。

泛型方法

方法層級引入型別參數，獨立於類別泛型參數。

public static void Swap(ref T a, ref T b) { T t=a; a=b; b=t; }
public void PushRange(Stack stack, params T[] items) { foreach(var i in items) stack.Push(i); }

// 呼叫：型別推論自動推導 T
Swap(ref x, ref y);
PushRange(intStack, 1,2,3,4,5);

泛型中的靜態成員

核心原則：每個封閉構造型別擁有獨立的靜態欄位/建構函式。

class Counter { public static int Count = 0; }

Counter.Count++;   // 1
Counter.Count++;   // 2
Counter.Count++; // 1 (獨立計數)

• 靜態建構函式 (static Counter()) 在該封閉型別首次被存取 (建立實例或存取靜態成員) 時由 CLR 自動執行一次。
• 泛型類別本身 (Counter<T>) 無靜態狀態，只有具體化後 (Counter<int>) 才有。

泛型類別中的方法多載與覆寫

多載解析規則

• 編譯期針對開放型別 (Node<T,U>) 檢查簽名衝突，允許潛在衝突 (如 add(T,U)、add(U,T)、add(int,int) 共存)。
• 實例化並呼叫時 (封閉型別) 才進行最終解枯：

class Node
{
    public T Add(T a, U b) => a;
    public T Add(U a, T b) => b;
    public int Add(int a, int b) => a + b; // 非泛型多載優先
}

var n1 = new Node(); n1.Add(2,3); // 呼叫 int Add(int,int) (非泛型優先)
var n2 = new Node(); n2.Add("s", 1); // 呼叫 Add(T,U)

若移除非泛型多載，Node.Add(2,3) 會因 Add(T,U) 與 Add(U,T) 簽名相同而編譯錯誤 (模糊)。

覆寫規則

同多載：衍生類別覆寫基底泛型虛擬方法時，簽名必須完全一致 (含型別參數)。

泛型應用範圍

• 類別、結構、介面、委派、方法。
• 委派泛型化：delegate TResult Func(T arg); (框架內建 Func/Action 族)。
• 介面協變/逆變 (C# 4.0+ in/out)：IEnumerable, IComparer。

總結

泛型是 C# 2.0 最具影響力的特性，實現 型別安全、高效能、程式碼重用 三贏。掌握 where 約束、靜態成員隔離、多載解析規則，能設計出優雅且高效的泛型庫。