最近在看 C++ 的方法和類模板，我就在想 C# 中也是有這個概念的，不過叫法不一樣，人家叫模板，我們叫泛型，哈哈，有點意思，這一篇我們來聊聊它們底層是怎么玩的？

一：C++ 中的模板玩法

畢竟 C++ 是兼容 C 語言，而 C 是過程式的玩法，所以 C++ 就出現了兩種模板類型，分別為：函數模板 和 類模板，下面簡單分析一下。

1. 函數模板的玩法

玩之前先看看格式：template <typename T> rettype funcname (parameter list) { }。

說實話，我感覺 C++ 這一點就做的非常好，人家在開頭就特別強調了，這是一個 template，大家不要搞錯了，按照這個格式，我們來一個簡單的 Sum 操作，參考代碼如下：

#include?<iostream>//求和函數
template?<typename?T>?T?getsum(T??t1,?T??t2)?{return?t1?+?t2;
}int?main()?{int?sum1?=?getsum<int>(10,?10);long?sum2?=?getsum<long>(20,?20);printf("output: int：sum=%d, long: sum=%ld",?sum1,?sum2);
}

接下來我就很好奇，這種玩法和 普通方法 調用有什么不同，要想找到答案，可以用 IDA 去看它的靜態匯編代碼。

從靜態反匯編代碼看，當前生成了兩個函數符號分別為：j_??$getsum@H@@YAHHH@Z 和 j_??$getsum@J@@YAJJJ@Z，現在我們就搞清楚了，原來一旦給 模板 指定了具體類型，它就生成了一個新的函數符號。

乍一看這句話好像沒什么問題，但如果你心比較細的話，會發現一個問題，如果我調用兩次 getsum<int> 方法，那會生成兩個具體函數嗎？為了尋找答案，我們修改下代碼：

int?main()?{int?sum1?=?getsum<int>(10,?10);int?sum2?=?getsum<int>(15,?15);
}

然后再用 IDA 查看一下。

哈哈，可以發現這時候并沒有生成一個新的函數符號，其實往細處說：j_??$getsum@H@@YAHHH@Z ?是函數簽名組合出來的名字，因為它們簽名一致，所以在編譯階段必然就一個了。

2. 類模板的玩法

首先看下類模板的格式：template <typename T1, typename T2, …> class className { };

還是那句話，開頭一個 template 暴擊，告訴你這是一個模板 😄😄😄, 接下來上一段代碼：

#include?<iostream>template?<typename?T>?class?Calculator
{
public:T?getsum(T?a1,?T?b1)?{return?a1?+?b1;}
};int?main()?{Calculator<int>?cal1;int?sum1?=?cal1.getsum(10,?10);Calculator<long>?cal2;int?sum2?=?cal2.getsum(15,?15);printf("output:?sum1=%d,?sum2=%ld",?sum1,sum2);
}

接下來直接看 IDA 生成的匯編代碼。

從上面的方法簽名組織上看，有點意思，類名+方法名 柔和到一個函數符號上去了，可以看到符號不一樣，說明也是根據模板實例化出的兩個方法。

二：C# 中的模板玩法

接下來我們看下 C# 中如何實現 getsum 方法，當我把代碼 copy 到 C# 中，我發現不能實現簡單的 泛型參數 加減乘除操作，這就太搞了，網上找了下實現方式，當然也可以讓 T 約束于 unmanaged，那就變成指針玩法了。

namespace?ConsoleApp1
{internal?class?Program{static?void?Main(string[]?args){Calculator<int>?calculator1?=?new?Calculator<int>();Calculator<long>?calculator2?=?new?Calculator<long>();int?sum1?=?calculator1.getsum(10,?10);long?sum2?=?calculator2.getsum(15,?15);Console.WriteLine($"sum={sum1},?sum2={sum2}");Console.ReadLine();}}public?class?Calculator<T>?where?T?:?struct,?IComparable{public?T?getsum(T?a1,?T?b1){if?(typeof(T)?==?typeof(int)){int?a?=?(int)Convert.ChangeType(a1,?typeof(int));int?b?=?(int)Convert.ChangeType(b1,?typeof(int));int?c?=?a?+?b;return?(T)Convert.ChangeType(c,?typeof(T));}else?if?(typeof(T)?==?typeof(float)){float?a?=?(float)Convert.ChangeType(a1,?typeof(float));float?b?=?(float)Convert.ChangeType(b1,?typeof(float));float?c?=?a?+?b;return?(T)Convert.ChangeType(c,?typeof(T));}else?if?(typeof(T)?==?typeof(double)){double?a?=?(double)Convert.ChangeType(a1,?typeof(double));double?b?=?(double)Convert.ChangeType(b1,?typeof(double));double?c?=?a?+?b;return?(T)Convert.ChangeType(c,?typeof(T));}else?if?(typeof(T)?==?typeof(decimal)){decimal?a?=?(decimal)Convert.ChangeType(a1,?typeof(decimal));decimal?b?=?(decimal)Convert.ChangeType(b1,?typeof(decimal));decimal?c?=?a?+?b;return?(T)Convert.ChangeType(c,?typeof(T));}return?default(T);}}
}

那怎么去看 Calculator<int> 和 Calculator<long> 到底變成啥了呢？大家應該知道，C# 和 操作系統 隔了一層 C++，所以研究這種遠離操作系統的語言還是有一點難度的，不過既然隔了一層 C++ ，那在 C++ 層面上必然會有所反應。

如果你熟悉 CLR 的類型系統，應該知道 C# 所有的 類 在其上都有一個 MethodTable 類來承載，所以它就是鑒別我們是否生成多個個體的依據，接下來我們用 WinDbg 查看托管堆，看看在其上是如何呈現的。

0:008>?!dumpheap?-stat
Statistics:MT????Count????TotalSize?Class?Name
00007ff9d37638e0????????1???????????24?ConsoleApp1.Calculator`1[[System.Int64,?System.Private.CoreLib]]
00007ff9d3763800????????1???????????24?ConsoleApp1.Calculator`1[[System.Int32,?System.Private.CoreLib]]

從輸出信息看，C++ 層面變成了兩個 methodtable 類，如果不信的化，還可以分別查看 mt 下的所有方法。

0:008>?!dumpmt?-md?00007ff9d37638e0
MethodDesc?TableEntry???????MethodDesc????JIT?Name
...
00007FF9D36924E8?00007ff9d37638d0????JIT?ConsoleApp1.Calculator`1[[System.Int64,?System.Private.CoreLib]]..ctor()
00007FF9D36924E0?00007ff9d37638c0????JIT?ConsoleApp1.Calculator`1[[System.Int64,?System.Private.CoreLib]].getsum(Int64,?Int64)0:008>?!dumpmt?-md?00007ff9d3763800
--------------------------------------
MethodDesc?TableEntry???????MethodDesc????JIT?Name
00007FF9D36924D0?00007ff9d37637f0????JIT?ConsoleApp1.Calculator`1[[System.Int32,?System.Private.CoreLib]]..ctor()
00007FF9D36924C8?00007ff9d37637e0????JIT?ConsoleApp1.Calculator`1[[System.Int32,?System.Private.CoreLib]].getsum(Int32,?Int32)

從輸出信息看，getsum(Int64, Int64) 和 getsum(Int32, Int32) 方法的入口地址 Entry 是完全不一樣的，所以它們是完全獨立的個體。

三：總結

當看到 模板 和 泛型 兩個詞，我感覺前者更 通俗易懂 一些，當給模板賦予不同類型時將會生成新的實例，在 ?C/C++ 中直接化為不同的函數符號，在 C# 中會生成不同的 MethodTable，由于 C# 遠離機器， 所以盡量談到 C++ 層面即可 🤣🤣🤣