C# 泛型(Generics)的约束有哪些 - where关键字的高级用法

泛型约束（where子句）是编译期类型安全的关键机制，用于限定泛型参数可接受的类型，支持成员访问、实例化及协变/逆变等操作，共六类：class/struct、基类/接口、new()、in/out、组合约束及泛型参数约束。

泛型约束的核心作用

泛型约束（where子句）不是可选项，而是让编译器在编译期就验证类型安全的关键机制。它限制了泛型参数能接受哪些具体类型，从而允许你在泛型代码中调用这些类型支持的操作——比如调用方法、访问属性、使用 new() 创建实例，或者进行特定的类型转换。

六类常见 where 约束及其典型用途

class / struct：限定引用类型或值类型

• where T : class —— 确保 T 是类、接口、委托或数组（即非值类型），可用于判空或作为引用传递
• where T : struct —— 确保 T 是不可为 null 的值类型（不含 Nullable），常用于高性能数值计算场景

基类或接口约束：启用成员访问

• where T : IComparable —— 可直接调用 CompareTo()
• where T : Animal, ICloneable —— 支持多约束，T 必须继承 Animal 并实现 ICloneable
• 注意：基类必须写在接口前面，且只能有一个基类

构造函数约束：new()

• where T : new() —— 要求 T 具有无参公共构造函数
• 常与其它约束组合使用，例如 where T : class, new()，适用于工厂模式或 ORM 实体创建
• 不支持带参构造函数；若需更灵活初始化，应改用工厂委托或抽象工厂

协变与逆变约束（仅适用于泛型接口/委托）

• in T（逆变）：T 仅作输入参数，如 IComparer，允许 IComparer 赋值给 IComparer
• out T（协变）：T 仅作返回值，如 IEnumerable，允许 IEnumerable 赋值给 IEnumerable
• 协变/逆变需显式标注，且受类型安全性严格限制（不能同时 in 和 out 同一类型）

组合约束与实用技巧

多个约束可用逗号分隔，顺序有要求：基类 → 接口 → new()

• 正确：where T : Product, IValidatable, new()
• 错误：where T : new(), IValidatable, Product（编译失败）

泛型类型参数还可约束为另一个泛型参数：

• class Container where T : class where U : T —— 表示 U 必须是 T 或其派生类
• 这在构建类型安全的容器、策略链或泛型树结构时很实用

约束不是万能的 —— 注意边界情况

约束只影响编译期检查，运行时仍可能遇到装箱/拆箱、null 引用或隐式转换问题

• where T : class 不排除 nullable 引用类型（C# 8+ 默认开启 nullable reference types 后才可区分）
• where T : struct 排除了 Nullable（即 int?），因为它本质是泛型结构体，但编译器特殊处理，不能直接用在 struct 约束中
• 接口约束无法保证具体实现行为（比如 IComparable.CompareTo 是否真正按预期比较），仍需运行时逻辑校验

基本上就这些。合理使用 where 约束，能让泛型既保持通用性，又获得接近非泛型代码的类型提示和安全保证。