If you want to examine an item in a generic list to determine whether it is valid or to compare it to some other item, the compiler must have some guarantee that the operator or method it has to call will be supported by any type argument that might be specified by client code. This guarantee is obtained by applying one or more constraints to your generic class definition. For example, the base class constraint tells the compiler that only objects of this type or derived from this type will be used as type arguments. Once the compiler has this guarantee, it can allow methods of that type to be called in the generic class. Constraints are applied by using the contextual keyword where. The following code example demonstrates the functionality we can add to the GenericList<T> class (in Introduction to Generics (C# Programming Guide)) by applying a base class constraint.

public class Employee
{
    private string name;
    private int id;

    public Employee(string s, int i)
    {
        name = s;
        id = i;
    }

    public string Name
    {
        get { return name; }
        set { name = value; }
    }

    public int ID
    {
        get { return id; }
        set { id = value; }
    }
}

public class GenericList<T> where T : Employee
{
    private class Node
    {
        private Node next;
        private T data;

        public Node(T t)
        {
            next = null;
            data = t;
        }

        public Node Next
        {
            get { return next; }
            set { next = value; }
        }

        public T Data
        {
            get { return data; }
            set { data = value; }
        }
    }

    private Node head;

    public GenericList() //constructor
    {
        head = null;
    }

    public void AddHead(T t)
    {
        Node n = new Node(t);
        n.Next = head;
        head = n;
    }

    public IEnumerator<T> GetEnumerator()
    {
        Node current = head;

        while (current != null)
        {
            yield return current.Data;
            current = current.Next;
        }
    }

    public T FindFirstOccurrence(string s)
    {
        Node current = head;
        T t = null;

        while (current != null)
        {
            //The constraint enables access to the Name property.
            if (current.Data.Name == s)
            {
                t = current.Data;
                break;
            }
            else
            {
                current = current.Next;
            }
        }
        return t;
    }
}

The constraint enables the generic class to use the Employee.Name property because all items of type T are guaranteed to be either an Employee object or an object that inherits from Employee.

Multiple constraints can be applied to the same type parameter, and the constraints themselves can be generic types, as follows:

class EmployeeList<T> where T : Employee, IEmployee, System.IComparable<T>, new()
{
    // ...
}

By constraining the type parameter, you increase the number of allowable operations and method calls to those supported by the constraining type and all types in its inheritance hierarchy. Therefore, when you design generic classes or methods, if you will be performing any operation on the generic members beyond simple assignment or calling any methods not supported by System.Object, you will have to apply constraints to the type parameter.

When applying the where T : class constraint, avoid the == and != operators on the type parameter because these operators will test for reference identity only, not for value equality. This is the case even if these operators are overloaded in a type that is used as an argument. The following code illustrates this point; the output is false even though the String class overloads the == operator.

public static void OpTest<T>(T s, T t) where T : class
{
    System.Console.WriteLine(s == t);
}
static void Main()
{
    string s1 = "target";
    System.Text.StringBuilder sb = new System.Text.StringBuilder("target");
    string s2 = sb.ToString();
    OpTest<string>(s1, s2);
}

The reason for this behavior is that, at compile time, the compiler only knows that T is a reference type, and therefore must use the default operators that are valid for all reference types. If you must test for value equality, the recommended way is to also apply the where T : IComparable<T> constraint and implement that interface in any class that will be used to construct the generic class.

You can apply constraints to multiple parameters, and multiple constraints to a single parameter, as shown in the following example:

class Base { }
class Test<T, U>
    where U : struct
    where T : Base, new() { }

Type parameters that have no constraints, such as T in public class SampleClass<T>{}, are called unbounded type parameters. Unbounded type parameters have the following rules:

• The != and == operators cannot be used because there is no guarantee that the concrete type argument will support these operators.

• They can be converted to and from System.Object or explicitly converted to any interface type.

• You can compare to null. If an unbounded parameter is compared to null, the comparison will always return false if the type argument is a value type.

The use of a generic type parameter as a constraint is useful when a member function with its own type parameter has to constrain that parameter to the type parameter of the containing type, as shown in the following example:

class List<T>
{
    void Add<U>(List<U> items) where U : T {/*...*/}
}

In the previous example, T is a type constraint in the context of the Add method, and an unbounded type parameter in the context of the List class.

Type parameters can also be used as constraints in generic class definitions. Note that the type parameter must be declared within the angle brackets together with any other type parameters:

//Type parameter V is used as a type constraint.
public class SampleClass<T, U, V> where T : V { }

The usefulness of type parameters as constraints with generic classes is very limited because the compiler can assume nothing about the type parameter except that it derives from System.Object. Use type parameters as constraints on generic classes in scenarios in which you want to enforce an inheritance relationship between two type parameters.

Reference

Concepts

Wenn Sie ein Element in einer generischen Liste untersuchen möchten, um seine Gültigkeit zu überprüfen oder um es mit einem anderen Element zu vergleichen, benötigt der Compiler eine Garantie, dass der aufzurufende Operator oder die aufzurufende Methode von den im Clientcode angegebenen Typargumenten unterstützt wird. Diese Garantie wird durch das Einfügen von Einschränkungen in die generische Klassendefinition erreicht. Die Basisklasseneinschränkung teilt dem Compiler mit, dass nur Objekte dieses Typs oder aus diesem Typ abgeleitete Objekte als Typargumente verwendet werden. Sobald der Compiler diese Garantie hat, kann er zulassen, dass Methoden dieses Typs innerhalb der generischen Klasse aufgerufen werden. Einschränkungen werden mit dem where-Kontextschlüsselwort angegeben. Im folgenden Codebeispiel werden die Funktionen dargestellt, die einer GenericList<T>-Klasse (in Einführung in Generika (C#-Programmierhandbuch)) durch Anwenden einer Basisklasseneinschränkung hinzugefügt werden können.

public class Employee
{
    private string name;
    private int id;

    public Employee(string s, int i)
    {
        name = s;
        id = i;
    }

    public string Name
    {
        get { return name; }
        set { name = value; }
    }

    public int ID
    {
        get { return id; }
        set { id = value; }
    }
}

public class GenericList<T> where T : Employee
{
    private class Node
    {
        private Node next;
        private T data;

        public Node(T t)
        {
            next = null;
            data = t;
        }

        public Node Next
        {
            get { return next; }
            set { next = value; }
        }

        public T Data
        {
            get { return data; }
            set { data = value; }
        }
    }

    private Node head;

    public GenericList() //constructor
    {
        head = null;
    }

    public void AddHead(T t)
    {
        Node n = new Node(t);
        n.Next = head;
        head = n;
    }

    public IEnumerator<T> GetEnumerator()
    {
        Node current = head;

        while (current != null)
        {
            yield return current.Data;
            current = current.Next;
        }
    }

    public T FindFirstOccurrence(string s)
    {
        Node current = head;
        T t = null;

        while (current != null)
        {
            //The constraint enables access to the Name property.
            if (current.Data.Name == s)
            {
                t = current.Data;
                break;
            }
            else
            {
                current = current.Next;
            }
        }
        return t;
    }
}

Die Einschränkung ermöglicht der generischen Klasse die Verwendung der Employee.Name-Eigenschaft, da alle Elemente des Typs T garantiert entweder Employee-Objekte sind oder Objekte, die von Employee erben.

Mehrere Einschränkungen können auf denselben Typparameter angewendet werden, und die Einschränkungen selbst können generische Typen sein:

class EmployeeList<T> where T : Employee, IEmployee, System.IComparable<T>, new()
{
    // ...
}

Durch das Einschränken des Typparameters erhöhen Sie die Anzahl der zulässigen Operationen und Methodenaufrufe um die Operationen und Methodenaufrufe, die vom Einschränkungstyp und allen Typen in seiner Vererbungshierarchie unterstützt werden. Wenn Sie Operationen mit generischen Membern durchführen, die über einfache Zuweisungen hinausgehen oder Methoden aufrufen, die nicht von System.Object unterstützt werden, sollten Sie daher beim Entwerfen von generischen Klassen und Methoden Einschränkungen auf die Typparameter anwenden.

Beim Anwenden der where T : class-Einschränkung wird empfohlen, die Operatoren == und != nicht für den Typparameter zu verwenden, da diese Operatoren nur die Referenzgleichheit und nicht die Wertgleichheit prüfen. Dies ist auch dann der Fall, wenn diese Operatoren in einem als Argument verwendeten Typ überladen werden. Im folgenden Code wird dies veranschaulicht: Die Ausgabe ist false, obwohl die String-Klasse den Operator == überlädt.

public static void OpTest<T>(T s, T t) where T : class
{
    System.Console.WriteLine(s == t);
}
static void Main()
{
    string s1 = "target";
    System.Text.StringBuilder sb = new System.Text.StringBuilder("target");
    string s2 = sb.ToString();
    OpTest<string>(s1, s2);
}

Der Grund für dieses Verhalten ist, dass der Compiler zur Kompilierzeit nur weiß, dass T ein Referenztyp ist. Deswegen muss er die Standardoperatoren verwenden, die für alle Referenztypen gültig sind. Falls Sie auf Wertgleichheit prüfen müssen, wird empfohlen, die where T : IComparable<T>-Einschränkung anzuwenden und diese Schnittstelle in jeder Klasse zu implementieren, mit der die generische Klasse erstellt wird.

Wie im folgenden Beispiel gezeigt, können Sie eine Einschränkung auf mehrere Parameter, aber auch mehrere Einschränkungen auf einen einzelnen Parameter anwenden:

class Base { }
class Test<T, U>
    where U : struct
    where T : Base, new() { }

Typparameter ohne Einschränkungen, z. B. T in der öffentlichen SampleClass<T>{}-Klasse, werden als ungebundene Typparameter bezeichnet. Ungebundene Typparameter haben die folgenden Regeln:

• Die Operatoren != und == können nicht verwendet werden, weil es keine Garantie gibt, dass das konkrete Typargument diese Operatoren unterstützt.

• Sie können in und von System.Object konvertiert werden oder explizit in einen Schnittstellentyp konvertiert werden.

• Vergleiche mit null sind möglich. Falls ein ungebundener Parameter mit null verglichen wird, wird der Vergleich immer false zurückgeben, wenn das Argument ein Werttyp ist.

Die Verwendung eines generischen Typparameters als Einschränkung ist nützlich, wenn eine Memberfunktion mit eigenem Typparameter diesen auf den Typparameter des enthaltenden Typs einschränken muss. Dies wird im folgenden Beispiel veranschaulicht:

class List<T>
{
    void Add<U>(List<U> items) where U : T {/*...*/}
}

Im vorherigen Beispiel ist T im Kontext der Add-Methode eine Typeinschränkung und im Kontext der List-Klasse ein ungebundener Typparameter.

Typparameter können auch als Einschränkungen in generischen Klassendefinitionen verwendet werden. Beachten Sie, dass der Typparameter in spitzen Klammern zusammen mit allen anderen Typparameter deklariert werden muss:

//Type parameter V is used as a type constraint.
public class SampleClass<T, U, V> where T : V { }

Der Nutzen von Typparametern als Einschränkungen ist bei generischen Klassen sehr begrenzt, weil der Compiler keine Informationen über den Typparameter hat, außer, dass er von System.Object abgeleitet ist. Verwenden Sie Typparameter als Einschränkungen für generische Klassen in Szenarios, in denen Sie eine Vererbungsbeziehung zwischen zwei Typparametern erzwingen möchten.

Referenz

Konzepte