C# 泛型(Generics)的约束有哪些 – where关键字的高级用法

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泛型约束(where 子句)是编译期类型安全的关键机制,用于限定泛型参数可接受的类型,支持成员访问、实例化及协变 / 逆变等操作,共六类:class/struct、基类 / 接口、new()、in/out、组合约束及泛型参数约束。

C# 泛型 (Generics) 的约束有哪些 - where 关键字的高级用法

泛型约束的核心作用

泛型约束(where子句)不是可选项,而是让编译器在编译期就验证类型安全的关键机制。它限制了泛型参数能接受哪些具体类型,从而允许你在泛型代码中调用这些类型支持的操作——比如调用方法、访问属性、使用 new() 创建实例,或者进行特定的类型转换。

六类常见 where 约束及其典型用途

class / struct:限定引用类型或值类型

  • where T : class —— 确保 T 是类、接口、委托或数组(即非值类型),可用于判空或作为引用传递
  • where T : struct —— 确保 T 是不可为 null 的值类型(不含 Nullable),常用于高性能数值计算场景

基类或接口约束:启用成员访问

  • where T : IComparable —— 可直接调用 CompareTo()
  • where T : Animal, ICloneable —— 支持多约束,T 必须继承 Animal 并实现 ICloneable
  • 注意:基类必须写在接口前面,且只能有一个基类

构造函数约束new()

  • where T : new() —— 要求 T 具有无参公共构造函数
  • 常与其它约束组合使用,例如 where T : class, new(),适用于工厂模式或 ORM 实体创建
  • 不支持带参构造函数;若需更灵活初始化,应改用工厂委托或抽象工厂

协变与逆变约束(仅适用于泛型接口 / 委托)

  • in T(逆变):T 仅作输入参数,如 IComparer,允许 IComparer 赋值给 IComparer
  • out T(协变):T 仅作返回值,如 IEnumerable,允许 IEnumerable 赋值给 IEnumerable
  • 协变 / 逆变需显式标注,且受类型安全性严格限制(不能同时 in 和 out 同一类型)

组合约束与实用技巧

多个约束可用逗号分隔,顺序有要求:基类 → 接口 → new()

  • 正确:where T : Product, IValidatable, new()
  • 错误:where T : new(), IValidatable, Product(编译失败)

泛型类型参数还可约束为另一个泛型参数:

  • class Container where T : class where U : T —— 表示 U 必须是 T 或其派生类
  • 这在构建类型安全的容器、策略链或泛型树结构时很实用

约束不是万能的 —— 注意边界情况

约束只影响编译期检查,运行时仍可能遇到装箱 / 拆箱、null 引用或 隐式转换 问题

  • where T : class 不排除 nullable 引用类型(C# 8+ 默认开启 nullable reference types 后才可区分)
  • where T : struct 排除了 Nullable(即 int?),因为它本质是泛型结构体,但编译器特殊处理,不能直接用在 struct 约束中
  • 接口约束无法保证具体实现行为(比如 IComparable.CompareTo 是否真正按预期比较),仍需运行时逻辑校验

基本上就这些。合理使用 where 约束,能让泛型既保持通用性,又获得接近非泛型代码的类型提示和安全保证。

星耀云
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