为什么Array不是泛型类型？

时间：2013-01-14 19:13:34

标签： c# generics types language-design

宣布

Array：

public abstract class Array
    : ICloneable, IList, ICollection, IEnumerable {

我想知道为什么不呢：

public partial class Array<T>
    : ICloneable, IList<T>, ICollection<T>, IEnumerable<T> {

  1. 如果它被声明为泛型类型会有什么问题？

  2. 如果它是泛型类型，我们是否还需要非泛型类型，还是来自Array<T>？如

    public partial class Array: Array<object> {

6 个答案:

答案 0 :(得分：116)

历史

  

如果数组成为泛型类型会出现什么问题？

回到C＃1.0，​​他们主要从Java复制了数组的概念。当时Generics并不存在，但是创建者认为它们很聪明并且复制了Java数组所具有的破坏的协变数组语义。这意味着你可以在没有编译时错误的情况下完成这样的事情（但是运行时错误）：

Mammoth[] mammoths = new Mammoth[10];
Animal[] animals = mammoths;            // Covariant conversion
animals[1] = new Giraffe();             // Run-time exception

在C＃2.0中引入了泛型，但没有协变/逆变泛型类型。如果数组是通用的，那么你就不能将Mammoth[]转换为Animal[]，这是你之前可以做的事情（即使它被破坏了）。因此，使数组通用会破坏很多代码。

仅在C＃4.0中引入了接口的协变/逆变通用类型。这使得有可能一劳永逸地修复破碎的阵列协方差。但同样，这会打破许多现有代码。

Array<Mammoth> mammoths = new Array<Mammoth>(10);
Array<Animal> animals = mammoths;           // Not allowed.
IEnumerable<Animals> animals = mammoths;    // Covariant conversion

数组实现通用接口

  

为什么不让数组实现通用的IList<T>，ICollection<T>和IEnumerable<T>接口？

由于运行时技巧，每个数组T[] 自动实现IEnumerable<T>，ICollection<T>和IList<T>。 1 来自Array class documentation：

  

一维数组实现IList<T>，ICollection<T>，IEnumerable<T>，IReadOnlyList<T>和IReadOnlyCollection<T>通用接口。这些实现在运行时提供给数组，因此，泛型接口不会出现在Array类的声明语法中。

  

您可以使用数组实现的接口的所有成员吗？

没有。文档继续这句话：

  

将数组转换为其中一个接口时要注意的关键是添加，插入或删除元素的成员抛出NotSupportedException。

那是因为（例如）ICollection<T>有Add方法，但你无法向数组中添加任何内容。它会引发异常。这是.NET Framework中早期设计错误的另一个示例，它将使您在运行时向您抛出异常：

ICollection<Mammoth> collection = new Mammoth[10];  // Cast to interface type
collection.Add(new Mammoth());                      // Run-time exception

由于ICollection<T>不是协变的（出于显而易见的原因），你不能这样做：

ICollection<Mammoth> mammoths = new Array<Mammoth>(10);
ICollection<Animal> animals = mammoths;     // Not allowed

当然现在有一个协变IReadOnlyCollection<T> interface也由引擎 1 下的数组实现，但它只包含Count所以它的用途有限。

基类Array

  

如果数组是通用的，我们还需要非泛型Array类吗？

在早期我们做到了。所有数组都实现非泛型IList， ICollection和 IEnumerable通过其基类Array进行接口。这是为所有数组提供特定方法和接口的唯一合理方法，也是Array基类的主要用途。您会看到枚举的相同选择：它们是值类型，但是从Enum继承成员;和继承自MulticastDelegate。

的代表
  

在支持泛型的情况下，是否可以删除非通用基类Array？

是的，所有数组共享的方法和接口都可以在泛型Array<T>类中定义（如果它已经存在）。然后，您可以编写Copy<T>(T[] source, T[] destination)而不是Copy(Array source, Array destination)，并获得某些类型安全性的额外好处。

但是，从面向对象的编程的角度来看，拥有一个可用于引用任何数组的公共非泛型基类Array是很好的，无论它是什么其元素的类型。就像IEnumerable<T>从IEnumerable继承的那样（在某些LINQ方法中仍然使用）。

  

Array基类是否可以来自Array<object>？

不，这会产生循环依赖：Array<T> : Array : Array<object> : Array : ...。此外，这意味着您可以将任何对象存储在数组中（毕竟，所有数组最终都将从类型Array<object>继承）。

未来

  

是否可以添加新的通用数组类型Array<T>而不会过多影响现有代码？

没有。虽然可以使语法适合，但是不能使用现有的数组协方差。

数组是.NET中的特殊类型。它甚至在通用中间语言中有自己的指令。如果.NET和C＃设计师决定走这条路，他们可以为T[]制作Array<T>语法语法糖（就像T? Nullable<T>的语法糖一样{{1} }），仍然使用在内存中连续分配数组的特殊指令和支持。

但是，您将无法将Mammoth[]数组投射到其基本类型之一Animal[]，类似于您无法将List<Mammoth>投射到{{1} }}。但无论如何阵列协方差都被打破了，还有更好的选择。

  

数组协方差的替代方法？

所有数组都实现List<Animal>。如果将IList<T>接口设置为正确的协变接口，则可以将任何数组IList<T>（或任何列表）转换为Array<Mammoth>。但是，这需要重写IList<Animal>接口以删除可能更改基础数组的所有方法：

IList<T>

（请注意，输入位置上的参数类型不能为interface IList<out T> : ICollection<T> { T this[int index] { get; } int IndexOf(object value); } interface ICollection<out T> : IEnumerable<T> { int Count { get; } bool Contains(object value); } ，因为这会破坏协方差。但T对于object和Contains来说已经足够了传递一个不正确类型的对象时会返回IndexOf。实现这些接口的集合可以提供它们自己的通用false和IndexOf(T value)。）

然后你可以这样做：

Contains(T value)

甚至可以提高性能，因为在设置数组元素的值时，运行时不必检查指定的值是否与数组元素的实际类型兼容。

我刺伤了它

如果它将在C＃和.NET中实现，并结合上面描述的真正的协变Array<Mammoth> mammoths = new Array<Mammoth>(10); IList<Animals> animals = mammoths; // Covariant conversion 和Array<T>接口，我会尝试这样的IList<T>类型是如何工作的，而且效果很好。我还添加了不变的ICollection<T>和IMutableList<T>接口，以提供我的新IMutableCollection<T>和IList<T>接口缺少的变异方法。

我围绕它构建了一个简单的集合库，您可以download the source code and compiled binaries from BitBucket或安装NuGet包：

  

M42.Collections - 比内置.NET集合类具有更多功能，特性和易用性的专用集合。

1 ）.Net 4.5中的数组ICollection<T>通过其基类T[]实现：ICloneable，IList，{{3} }，ICollection，IEnumerable，IStructuralComparable;并默默地通过运行时：IStructuralEquatable，IList<T>，ICollection<T>，IEnumerable<T>和IReadOnlyList<T>。

答案 1 :(得分：11)

兼容性。数组是一种历史类型，可以追溯到没有泛型的时候。

今天有Array，然后Array<T>，然后是特定的类是有道理的;）

答案 2 :(得分：5)

  

因此，我想知道为什么不是：

原因是第一版C＃中没有泛型。

  

但我无法弄清楚自己会出现什么问题。

问题在于它会破坏使用Array类的大量代码。 C＃不支持多重继承，所以像这样的行

Array ary = Array.Copy(.....);
int[] values = (int[])ary;

会被打破。

如果MS从头开始重新编写C＃和.NET，那么将Array作为泛型类可能没有问题，但这不是现实。

答案 3 :(得分：3)

除了人们提到的其他问题之外，尝试添加通用Array<T>会带来一些其他困难：

  • 即使今天的协方差特征从引入仿制药的那一刻起就存在，它们对阵列来说还不够。设计用于对Car[]进行排序的例程将能够对Buick[]进行排序，即使它必须将数组中的元素复制到Car类型的元素中，然后将其复制回来。将元素从Car类型复制回Buick[]并不是真正的类型安全，但它很有用。人们可以定义一个协变阵列的单维阵列接口，以便使分类成为可能[例如，通过包含`Swap（int firstIndex，int secondIndex）方法]，但是很难做出像数组一样灵活的东西。

  • 虽然Array<T>类型可能适用于T[]，但通用类型系统中无法定义包含T[]，{{对于任意数量的下标，1}}，T[,]，T[,,]等。

  • .net中没有任何方法可以表达两种类型应该被视为相同的概念，这样类型T[,,,]的变量可以复制到T1类型的变量中，并且反之亦然，两个变量都持有对同一对象的引用。使用T2类型的人可能希望能够将实例传递给期望Array<T>的代码，并接受使用T[]的代码中的实例。如果无法将旧样式数组传递给使用新样式的代码，那么新样式数组将成为一个障碍而不是功能。

可能有一些方法可以使类型系统允许类型T[]表现得如此，但是这种类型的行为方式与其他泛型类型完全不同，并且因为存在已经是一种实现所需行为的类型（即Array<T>），不清楚定义另一种行为会产生什么好处。

答案 4 :(得分：2)

正如大家所说 - 原始Array是非泛型的，因为在v1中存在时没有泛型。猜测如下......

要使“数组”通用（现在才有意义），你可以

  1. 保留现有Array并添加通用版本。这很好，但是“阵列”的大多数用法都会随着时间的推移而逐渐增加，这很可能是因为实现了相同概念List<T>的更好实现。此时添加“不增长的元素的顺序列表”的通用版本看起来不太吸引人。

  2. 删除非泛型Array并使用相同的接口替换为通用Array<T>实现。现在，您必须为旧版本编译已编译的代码，以使用新类型而不是现有的Array类型。虽然框架代码支持这种迁移是可能的（也很可能很难），但总有很多代码由其他人编写。

    由于Array是非常基本的类型，因此几乎所有现有代码（包括使用本机代码和COM进行反射和编组的自定义代码）都使用它。因此，版本之间甚至微小不兼容的价格（.x框架的1.x - > 2.x）将非常高。

    3. 因此结果Array类型永远存在。我们现在将List<T>作为通用等效项使用。

答案 5 :(得分：0)

也许我错过了一些东西，但除非将数组实例转换为ICollection，IEnumerable等，否则你就不会获得任何T数组。

阵列很快，并且已经是类型安全的，不会产生任何装箱/拆箱开销。

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