泛型技巧系列：如何提供类型参数之间的转换

从今天起，我将分享一些我在.NET泛型方面的研究心得。这些心得大都是我在设计VBF中思考发现的，还受了很多C++模板与JAVA泛型的启发。其中相当多的技巧和概念都是大部分“深入C# 2.0”类文章也见不到的。我考虑把其中概念性的部分系统地整理成书，而技巧性的东西则通过我这个系列不定期地分享到Blog上。希望用到.NET泛型的人能从我这些技巧中受益。

首先我要介绍的技巧是如何提供类型参数之间的转换。我们知道，.NET泛型将每个类型参数理解为一个独立的类型。如果不通过约束指定，编译器不会对类型参数所代表的类型做任何假设。也就是说，如果在某个上下文中有两个不同的类型参数U和V，编译器不会知道运行时他们代表的真实类型能否进行类型转换，因此会拒绝编译如下代码：

Public Function GenericCast(Of U, V)(ByVal obj As U) As V
    Return CType(obj, V)
End Function

除非我们加以约束U是V的子类。这显然是为了类型安全做出的考虑，因为.NET这种跨程序集的泛型无法在编译时做出足够的检查来确保类型安全。但是限制了这种操作，就妨碍了我们做事，很多代码因此写不出来。于是，我们可以利用.NET所有类型的基类Object来绕过这一限制：

Return DirectCast(DirectCast(obj, Object), V)

VB的DirectCast运算符在泛型的类型参数上作用与C#的括号运算符相同。也就是说，这段代码用C#写起来是这样：

return (V)(object)obj;

这样，即使不约束U和V之间的关系，这段代码也能编译了。但是他的功能却不能令我们满意。这样写出的类型转换实际上还是仅当U是V本身或其子类的时候才能转换成功。而其他一切情况都会转换失败。不管U和V的运行时类型之间是否定义有其他类型转换规则。这显然不合我们意愿，我们希望int与double之间的转换等语言内置的类型转换都能够自动进行，否则就和约束没什么两样了。对VB用户来说有一个极为简单的解决方案——把第二次DirectCast变成CType:

Public Function GenericCast(Of U, V)(ByVal obj As U) As V
    Return CType(DirectCast(obj, Object), V)
End Function

现在，GenericCast泛型方法就能执行int与double等内置规则的转换了。很神奇？因为CType运算符在编译时自动调用了VB运行库的转换函数，该函数在运行期间对泛型类型参数的真实类型做了检查。而且这个过程的性能完全可以接受。
现在VB的用户已经轻松享受这一功能了。但是C#的事情还没完，因为C#没有如此智能的类型转换运算符，因此就需要手工实现VB运行库所代办的那些任务。其实就是利用了一下IConvertible：

static V GenericCast(U obj)
{
    IConvertible convertibleObj = obj as IConvertible;
    if (convertibleObj != null)
    {
        Type t = typeof(V);

        switch (Type.GetTypeCode(t))
        {
            case TypeCode.Boolean:
                return (V)(object)convertibleObj.ToBoolean(null);
            case TypeCode.Byte:
                return (V)(object)convertibleObj.ToByte(null);
            case TypeCode.Char:
                return (V)(object)convertibleObj.ToChar(null);
            
            //………
            default:
                //None of them, use the following default way..
                break;
        }
    }
    return (V)(object)obj;
}

不过这个方法看起来不但很丑、很麻烦，功能上还达不到VB版。所以建议您用到这种类型参数之间的转换，就用VB封装这一功能，然后做成dll供C#调用吧。

————Update 1.8, 19:40————

经速马提醒，发现Convert.ChangeType方法已经封装了IConvertible判断的那些代码，因此C#版可采用这种写法：

static V GenericCast(U obj)
{
    return (V)Convert.ChangeType(obj, typeof(V));
}

不过它仍然没有VB版的CType功能丰富。此外我还发现了VB运行库的ChangeType还有支持用户自定义类型转换运算符的功能。所以终极版本如下：

Public Function GenericCast(Of U, V)(ByVal obj As U) As V
    Try
        Return CType(DirectCast(obj, Object), V)
    Catch ex As InvalidCastException
        Return DirectCast( _
            CompilerServices.Conversions.ChangeType(obj, GetType(V)), V)
    End Try
End Function