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C#有如下两种不同的机制来编写跨类型可复用的代码：继承和泛型。但继承的复用性来自基类，而泛型的复用性是通过带有占位符的模板类型实现的。和继承相比，泛型能够提高类型的安全性，并减少类型转换和装箱。
C#的泛型和C++的模板是相似的概念，但它们的工作方法不同。我们将在3.9.14节讲解。
泛型类型中声明的类型参数（占位符类型）需要由泛型类型的消费者（即提供类型参数的一方）来填充。下面是一个存放类型 T 实例的泛型栈类型 Stack<T> 。 Stack<T> 声明了单个类型参数 T ：
Stack<T> 的使用方式如下：
Stack<int> 用类型参数 int 填充 T ，这会在运行时隐式创建一个类型 Stack<int> 。若试图将一个字符串加入 Stack<int> 中则会产生一个编译时错误。 Stack<int> 具有如下的定义（为了防止混淆，类的名字将以 # 代替，替换的部分将用粗体展示）：
技术上，我们称 Stack<T> 是开放类型，称 Stack<int> 是封闭类型。在运行时，所有的泛型实例都是封闭的，占位符已经被类型填充。这意味着以下语句是非法的：
但是，在类或者方法的内将 T 定义为类型参数是合法的：
泛型是为了代码能够跨类型复用而设计的。假定我们需要一个整数栈，但是没有泛型的支持。那么一种解决方法是为每一个需要的元素类型硬编码不同版本的类（例如 IntStack 、 StringStack 等）。显然，这将导致大量的重复代码。另一个解决方法是写一个用 object 作为元素类型的栈：
但是 ObjectStack 类不会像硬编码的 IntStack 类一样只处理整数元素。而且 ObjectStack 需要用到装箱和向下类型转换，而这些都不能够在编译时进行检查：
我们的栈既需要支持各种不同类型的元素，又需要一种简便的方法将栈的元素类型限定为特定类型，以提高类型安全性，减少类型转换和装箱。泛型恰好将元素类型参数化从而提供了这些功能。 Stack<T> 同时具有 ObjectStack 和 IntStack 的全部优点。它与 ObjectStack 的共同点是 Stack<T> 只需要书写一次就可以支持各种类型，而与 IntStack 的共同点是 Stack<T> 的元素是特定的某个类型。 Stack<T> 的独特之处在于操作的类型是 T ，并且可以在编程时将 T 替换为其他类型。
ObjectStack
在功能上等价于
Stack<object>
。
泛型方法在方法的签名中声明类型参数。
使用泛型方法，许多基本算法就可以用通用方式实现了。以下是交换两个任意类型 T 的变量值的泛型方法：
Swap<T> 的使用方式如下：
通常调用泛型方法不需要提供类型参数，因为编译器可以隐式推断得到类型信息。如果有二义性，则可以用以下方式调用泛型方法：
在泛型中，只有引入类型参数（用尖括号标出）的方法才可归为泛型方法。泛型 Stack 类中的 Pop 方法仅仅使用了类型中已有的类型参数 T ，因此不属于泛型方法。
只有方法和类可以引入类型参数。属性、索引器、事件、字段、构造器、运算符等都不能声明类型参数，虽然它们可以参与使用所在类型中已经声明的类型参数。例如，在泛型的栈中，我们可以写一个索引器返回一个泛型项：
类似地，构造器可以参与使用已经存在的类型参数，但是不能引入新的类型参数：
可以在声明类、结构体、接口、委托（参见第4章）和方法时引入类型参数。其他的结构（如属性）虽不能引入类型参数，但可以使用类型参数。例如，以下代码中的属性 Value 使用了类型参数 T ：
泛型或方法可以有多个参数：
可以用以下方式实例化：
或者：
只要类型参数的数量不同，泛型类型名和泛型方法的名称就可以进行重载。例如，下面的三个类型名称不会冲突：
习惯上，如果泛型类型和泛型方法只有一个类型参数，且参数的含义明确，那么一般将其命名为
T
。当使用多个类型参数时，每一个类型参数都使用
T
作为前缀，后面跟一个更具描述性的名称。
在运行时不存在开放的泛型类型，开放泛型类型将在编译过程中封闭。但运行时可能存在未绑定（unbound）的泛型类型，这种泛型类型只作为 Type 对象存在。C#中唯一指定未绑定泛型类型的方式是使用 typeof 运算符：
开放泛型类型一般与反射API（参见第18章）一起使用。
typeof 运算符也可以用于指定封闭的类型：
或一个开放类型（当然，它会在运行时封闭）：
default 关键字可用于获取泛型类型参数的默认值。引用类型的默认值为 null ，而值类型的默认值是将值类型的所有字段按位设置为 0 的值。
从C# 7.1开始，我们可以在编译器能够进行类型推断的情况下忽略类型参数。因此以上程序最后一行可以写为：
默认情况下，类型参数可以由任何类型来替换。在类型参数上应用约束，可以将类型参数定义为指定的类型参数。以下列出了可用的约束：
在下面的例子中， GenericClass<T，U> 的 T 要求派生自（或者本身就是） SomeClass 并且实现 Interface1 ，要求 U 提供无参数构造器。
约束可以应用在方法定义或者类型定义——这些可以定义类型参数的地方。
基类约束要求类型参数必须是子类（或者匹配特定的类），接口约束要求类型参数必须实现特定的接口。这些约束要求类型参数的实例可以隐式转换为相应的类和接口。例如，我们可以使用 System 命名空间中的 IComparable<T> 泛型接口实现泛型的 Max 方法，该方法会返回两个值中更大的一个：
CompareTo 方法在 this 大于 other 时返回正值。以此接口为约束，我们可以将 Max 方法写为（为了避免分散注意力，省略了 null 检查）：
Max 方法可以接受任何实现了 IComparable<T> 接口的类型参数（大部分内置类型都实现了该接口，例如 int 和 string ）：
类约束和结构体约束规定 T 必须是引用类型或值类型（不能为空）。结构体约束的一个很好的例子是 System.Nullable<T> 结构体（请参见4.7节）：
非托管类型约束（C# 7.3引入）是一个增强型的结构体约束。其中 T 必须是一个简单的值类型或该值类型中（递归的）不包含任何引用类型字段 [1] 。
无参数构造器约束要求 T 有一个public无参数构造器。如果定义了这个约束，就可以对类型 T 使用 new（） 了：
裸类型约束要求一个类型参数必须从另一个类型参数中派生（或匹配）。在本例中， FilteredStack 方法返回了另一个 Stack ，返回的 Stack 仅包含原来类中的一部分元素，并且类型参数 U 是类型参数 T 的子类：
泛型类和非泛型类一样都可以派生子类，并且在泛型类型子类中仍可以令基类中类型参数保持开放，如下所示：
子类也可以用具体的类型来封闭泛型参数：
子类型还可以引入新的类型参数：
技术上，子类型中所有的类型参数都是新的，可以说子类型封闭后又重新开放了基类的类型参数。因此子类可以在重新打开的类型参数上使用更有意义的新名称：
一个类型可以使用自身类型作为具体类型来封闭类型参数：
以下的写法也是合法的：
静态数据对于每一个封闭的类型来说都是唯一的：
C#的类型转换运算符可以进行多种的类型转换，包括：
· 数值转换。
· 引用转换。
· 装箱/拆箱转换。
· 自定义转换（通过运算符重载，请参见第4章）。
根据已知操作数的类型，在编译时就已经决定了类型转换的方式。但对于泛型类型参数来说，由于编译时操作数的类型还并未确定，上述规则就会出现特殊的情形。如果导致了二义性，那么编译器会产生一个错误。
最常见的场景是在执行引用转换时：
由于不知道 T 的确切类型，编译器会疑惑你是否希望执行自定义转换。上述问题最简单的解决方案就是改用 as 运算符，因为它不能进行自定义类型转换，因此是没有二义性的：
而更一般的做法是先将其转换为 object 类型。这种方法行得通，因为从 object 转换，或将对象转换为 object 都不是自定义转换，而是引用或者装箱/拆箱转换。在下例中， StringBuilder 是引用类型，所以一定是引用转换：
拆箱转换也可能导致二义性。例如，下面的代码可能是拆箱转换、数值转换或者自定义转换：
而解决方案也是先将其转换为 object ，然后再将其转换为 int （很明显，这是一个非二义性的拆箱转换）：
假定 A 可以转换为 B ，如果 X<A> 可以转换为 X<B> ，那么称 X 有一个协变类型参数。
由于C#有协变（covariance）和逆变（contravariance）的概念，所以“可转换”意味着可以通过隐式引用转换进行类型转换，例如，
A
是
B
的子类或者
A
实现
B
。而数值转换、装箱转换和自定义转换是不包含在内的。
例如， IFoo<T> 类型如果能够满足以下条件，则 IFoo<T> 拥有协变参数 T ：
接口支持协变类型参数（委托也支持协变类型参数，请参见第4章），但是类是不支持协变类型参数的。数组也支持协变（如果 A 可以隐式引用转换为 B ，则 A[] 也可以隐式引用转换为 B[] ）。接下来将对此进行一些讨论和比较。
协变和逆变（或简称可变性）都是高级概念。在C#中引入和强化协变的动机在于允许泛型接口和泛型类型（尤其是.NET中定义的那些类型，例如，
IEnumerable<T>
）像人们期待的那样工作。即使你不了解它们背后的细节，也可以从中获益。
为了保证静态类的安全性，泛型类型参数不是自动可变的。请看下面的例子：
接下来的语句是不能通过编译的：
这种约束避免了以下代码可能产生的运行时错误：
但是协变的缺失可能妨碍复用性。例如在下例中，我们希望写一个 Wash 方法“清洗”整个Animal栈：
将Bear栈传入 Wash 方法会产生编译时错误。一种解决方法是重新定义一个带有约束的 Wash 方法：
这样我们就可以使用如下方式调用 Wash 了：
另一种解决方案是让 Stack<T> 实现一个拥有协变类型参数的泛型接口，后面会举例讲解。
出于历史原因，数组类型支持协变。这说明如果 B 是 A 的子类，则 B[] 可以转换为 A[] （ A 和 B 都是引用类型）。例如：
然而这种复用性也有缺点，数组元素的赋值可能在运行时发生错误：
在接口和委托的类型参数上指定 out 修饰符可将其声明为协变参数。和数组不同，这个修饰符保证了协变类型参数是完全类型安全的。
为了阐述这一点，我们假定 Stack<T> 类实现了如下的接口：
T 上的 out 修饰符表明了 T 只用于输出的位置（例如，方法的返回值）。 out 修饰符将类型参数标记为协变参数，并且可以进行如下操作：
bears到animals的转换是由编译器保证的，因为类型参数具有协变性。在这种情况下，若试图将 Camel 实例入栈，则编译器会阻止这种行为。因为 T 只能在输出位置出现，所以不可能将 Camel 类输入接口中。
接口中的协变或逆变都是常见的，在接口中同时支持协变和逆变是很少见的。
特别注意，方法中的
out
参数是不支持协变的，这是CLR的限制。
如前所述，我们可以利用类型转换的协变性解决复用性问题：
第7章讲述的
IEnumerator<T>
和
IEnumerable<T>
接口的
T
都是协变的。这意味着需要时可以将
IEnumerable<string>
转换为
IEnumerable<object>
。
如果在输入位置（例如，方法的参数或可写属性）使用协变参数，则会发生编译时错误。
不管是类型参数还是数组，协变（和逆变）仅仅对于引用转换有效，而对装箱转换无效。因此，如果编写了一个接受
IPoppable<object>
类型参数的方法，则可以使用
IPoppable<string>
调用它，但不能使用
IPoppable<int>
。
通过前面的介绍我们已经知道，假设 A 可以隐式引用转换为 B ，如果 X<A> 允许引用类型转换为 X<B> ，则类型 X 具有协变类型参数。而逆变的转换方向正好相反，即从 X<B> 转换到 X<A> 。它仅在类型参数出现在输入位置上，并用 in 修饰符标记才行得通。以下扩展了之前的例子，假设 Stack<T> 实现了如下的接口：
则以下的语句是合法的：
IPushable 中没有任何成员输出 T ，所以将 animals 转换为 bears 时不会出现问题（但是通过这个接口无法实现 Pop 方法）。
即使
T
含有相反的可变性标记，
Stack<T>
类可以同时实现
IPushable<T>
和
IPoppable<T>
。由于只能通过接口而不是类实现可变性，因此在进行可变性转换之前，必须首先选定
IPoppable
或者
IPushable
接口。而选定的接口会限制操作在合适的可变性规则下执行。
这也说明了为什么类不允许接受可变性类型参数：具体实现通常都需要数据进行双向流动。
再看一个例子，以下是 System 命名空间中的一个接口定义：
该接口含有逆变参数 T ，因此我们可以使用 IComparer<object> 来比较两个字符串：
与协变正好相反，如果将逆变的类型参数用在输出位置（例如，返回值或者可读属性）上，则编译器将报告错误。
C#的泛型和C++的模板在应用上很相似，但是它们的工作原理却大不相同。两者都发生了生产者和消费者的关联，且生产者的占位符将被消费者填充。但是在C#泛型中，生产者的类型（开放类型，如 List<T> ）可以编译到程序库中（如 mscorlib.dll ）。这是因为生产者和消费者进行关联生成封闭类型是在运行时发生的。而在C++模板中，这一关联是在编译时进行的。这意味着C++不能将模板库部署为 .dll ，它们只存在于源代码中。这令动态语法检查难以实现，更不用说即时创建或参数化类型了。
为了深究这一情形形成的原因，我们重新观察C#的 Max 方法：
为什么我们不能按以下方式实现呢？
原因是， Max 需要在编译时支持所有可能的 T 类型值。由于对于任意类型 T ，运算符 > 没有统一的含义，因此上述程序无法通过编译。实际上，并不是所有的类型都支持 > 运算符。相对地，下面的代码是用C++的模板编写的 Max 方法。该代码会为每一个 T 值分别编译，对特定的 T 呈现不同的 > 语义，而当 T 不支持 > 运算符时，编译失败：
[1] 引用类型也可以是 System.ValueType 或 System.Enum ，参见第6章。
[1] 更加严格的说法是，非托管类型约束指类型参数必须是一个非可空的非托管类型，其中非托管类型指 sbyte 、 byte 、 short 、 ushort 、 int 、 uint 、 long 、 ulong 、 char 、 float 、 double 、 decimal 和 bool ，以及枚举类型、指针类型和任何自定义的结构体（该结构体不包含任何类型参数，仅仅包含非托管类型的字段）。