Узагальнені методи й класи

Навіщо потрібні узагальнення

Метод пошуку максимуму для масиву int відрізняється від методу для double чи string лише типом. Писати кілька копій одного коду незручно, а спільна версія з типом object втрачає безпеку типів. Саме так працювали колекції перших версій .NET, наприклад ArrayList:

using System.Collections;

ArrayList values = new() { 10, 20, "тридцять" };   // будь-що
int sum = 0;
foreach (object item in values)
{
    sum += (int)item;       // InvalidCastException на третьому
}

Такий код має три недоліки: помилку типу виявляє не компілятор, а програма під час виконання; кожен int упаковується (тема 11); потрібні явні приведення. Узагальнення (generics) усувають ці недоліки: тип даних стає параметром типу, а компілятор перевіряє кожне використання. Сучасний код використовує лише узагальнені колекції простору імен System.Collections.Generic.

Узагальнені методи

Узагальнений метод оголошує один або кілька параметрів типу в кутових дужках після назви. Під час виклику тип зазвичай не вказують: компілятор виводить його з аргументів:

static void Swap<T>(ref T a, ref T b) => (a, b) = (b, a);

int x = 1, y = 2;
Swap(ref x, ref y);                 // T = int
string s1 = "а", s2 = "б";
Swap<string>(ref s1, ref s2);       // тип указано явно

Параметр типу позначають літерою T або назвою з префіксом T: TKey, TValue, TResult. Виведений аргумент типу показує підказка Visual Studio (рис. 13.1).

Рис. 13.1. Виведений аргумент типу в підказці

Узагальнені класи та інтерфейси

Параметри типу може мати й клас, структура, інтерфейс чи запис. Узагальнений тип Box<T> – відкритий: це шаблон, з якого для кожного аргументу типу утворюється закритий тип Box<int>, Box<string> (рис. 13.2). Закриті типи з різними аргументами є різними типами.

Pair<string, int> age = new("Олена", 21);
Pair<DateOnly, double> rate = new(new(2026, 9, 16), 41.25);

class Pair<TFirst, TSecond>(TFirst first, TSecond second)
{
    public TFirst First { get; } = first;
    public TSecond Second { get; } = second;

    public override string ToString() => $"({First}, {Second})";
}

Рис. 13.2. Підстановка аргументу типу в узагальнений клас

Усередині узагальненого коду значення «за замовчуванням» для невідомого типу дає вираз default(T) або скорочено default: 0 для чисел, false для bool, null для посилальних типів. Його використовують, наприклад, у методі TryPop(out T item) власного стека, коли стек порожній.

Обмеження параметрів типу

Без обмежень з об’єктом типу T можна виконувати лише операції класу object. Щоб викликати, наприклад, CompareTo, параметр типу обмежують ключовим словом where:

static T FindMax<T>(T[] items) where T : IComparable<T>

Тепер компілятор дозволяє виклик item.CompareTo(max) і не дозволяє викликати метод для типу, що не реалізує IComparable<T>. Основні обмеження наведено в табл. 13.1.

Таблиця 13.1. Обмеження параметрів типу

Обмеження	Вимога до аргументу типу
where T : class	посилальний тип
where T : struct	тип-значення (крім Nullable<T>)
where T : notnull	тип, що не допускає null
where T : new()	є відкритий конструктор без параметрів
where T : Shape	клас Shape або похідний від нього
where T : IEntity	реалізує інтерфейс IEntity
where T : class, IEntity, new()	кілька обмежень одночасно

Узагальнена математика (generic math, .NET 7) дозволяє записати арифметику для будь-якого числового типу через статичні абстрактні члени інтерфейсів (тема 10). Обмеження INumber<T> надає операції +, *, T.Zero тощо:

using System.Numerics;

static T Sum<T>(T[] items) where T : INumber<T>
{
    T total = T.Zero;
    foreach (T item in items)
    {
        total += item;
    }
    return total;
}

// Sum([1, 2, 3]) == 6;  Sum([1.5m, 2.25m]) == 3.75m