C#模拟C++模板特化对类型的值的支持

概述

C++的模板相比于C#的泛型，有很多地方都更加的灵活（虽然代价是降低了编译速度），比如C++支持变长参数模板、支持枚举、int等类型的值作为模板参数。
C++支持枚举、int等类型的值作为模板参数，为C++的静态多态编程提供了很好的帮助，比如根据枚举值编译期确定某个对象的行为策略等（下文举例）。但是C#对这些都是不支持，但是C#天然支持反射，这种需求可以使用反射特性来实现。

需求示例

定义枚举 enum EPlant {Tree, Flower}，根据枚举的值打印Tree,Flower字符串。注意，这里的应用场景是编译器时的多态，即编码时便确定使用的对象的类型。

C++的实现

上述的例子，C++的语法支持可以天然的实现，如下：

#include <iostream>  enum class EPlant {     Tree = 0,     Flower, };  template<EPlant ...Args> class PrintPlant {      };  template<> class PrintPlant<> { public:     void Print()     {         std::cout << "Plant" << std::endl;;     } };  template<> class PrintPlant<EPlant::Tree> { public:      void Print()     {         std::cout << "Tree" << std::endl;;     } };  template<> class PrintPlant<EPlant::Flower> { public:     void Print()     {         std::cout << "Flower" << std::endl;     } };  int main() {     auto plant = new PrintPlant<>();     plant->Print();     auto flower = new PrintPlant<EPlant::Flower>();     flower->Print();     auto tree = new PrintPlant<EPlant::Tree>();     tree->Print(); } 

输出：

• template<EPlant ...Args> 这里使用变长参数模板，来支持没有传入模板参数的情况，特化类型Print函数打印"plant"
• template<> class PrintPlant<EPlant::Tree> 模板特化的类型，在main里使用了new PrintPlant<EPlant::Tree>();语句创建该类型的对象。该对象打印"Tree"。

C# 实现

C#的模板不支持枚举的值作为模板参数，使用反射进行模拟。

using System; using System.Reflection; using System.Collections.Generic;  [AttributeUsage(AttributeTargets.Class, AllowMultiple = false)] public class ABTEX : Attribute {     public object key;      public ABTEX(object k)     {         key = k;     } }  public class TEX {     static Dictionary<Type, Dictionary<Type, Dictionary<string, object>>> dict;     public static void Init(Type[] types)     {         dict = new();         foreach (var t in types)         {             var ABTEX = t.GetCustomAttribute<ABTEX>();             var bt = t.BaseType;             if (ABTEX != null && bt != null)             {                 AddInst(t, bt, ABTEX.key);             }         }     }      static string FmtKey(object key)     {         return $"{key}";     }      static void AddInst(Type ty, Type bt, object key)     {         if (!dict.ContainsKey(bt))         {             dict[bt] = new();         }          var kt = key.GetType();         string k = FmtKey(key);          if (!dict[bt].ContainsKey(kt))         {             dict[bt][kt] = new();         }          dict[bt][kt][k] = Activator.CreateInstance(ty);     }      static public R T<R>(object key)     {         if (dict.TryGetValue(typeof(R), out Dictionary<Type, Dictionary<string, object>> dbt))         {             var kt = key.GetType();             string k = FmtKey(key);             if (dbt.TryGetValue(kt, out Dictionary<string, object> kbt))             {                 if (kbt.TryGetValue(k, out object ins))                 {                     return (R)ins;                 }             }         }          return default(R);     } }  public enum EPlant : int {     None = 0,     Tree,     Flower, }  public class APrintPlant {     public virtual void Print()     {         Console.WriteLine("Plant");     } }  [ABTEX(EPlant.Tree)] public class PrintTree : APrintPlant {     public override void Print()     {         Console.WriteLine("Tree");     } }  [ABTEX(EPlant.Flower)] public class PrintFlower : APrintPlant {     public override void Print()     {         Console.WriteLine("Flower");     } }  class Program {     static void Main(string[] args)     {         var all = Assembly.GetExecutingAssembly().GetTypes();         TEX.Init(all);         TEX.T<APrintPlant>(EPlant.Tree).Print();         TEX.T<APrintPlant>(EPlant.Flower).Print();     } }  

输出：

C#可以保存类型信息到运行期，通过运行期分析类型信息创建对象实现静态多态。

• TEX类分析传入的所有类型，筛选父类和ABTEX特性，使用父类型，ABTEX的key的类型和值来索引该类型。（这里索引是实例对象，有需求的话可以保存类型Type，使用类型通过反射创建对象）
• ABTEX标记需要反射分析的类型，并且标记key。
• Main入口获取当前程序集下所有的类型信息，初始化TEX
• 通过TEX.T<抽象类>（key）.Func 调用方法（注意： 这里使用这些类作为纯函数的类，故使用类似单例的用法。也可以在初始化记录类型，通过反射创建多个实例。）