C#泛型編程已經(jīng)深入人心了。為什么又提出C#模板編程呢？因為C#泛型存在一些局限性，突破這些局限性，需要使用C#方式的模板編程。由于C#語法、編譯器、IDE限制，C#模板編程沒有C++模板編程使用方便，但是，仍然可以解決一些問題。
下面先看C#泛型編程的兩個限制：
（1）類型約束問題。
C#泛型的類型約束是個很嚴(yán)重的問題。
假設(shè)需要寫一個泛型方法，這個方法有2個參數(shù)，然后方法返回結(jié)果是這兩個參數(shù)的和。
這樣的泛型方法無法直接實現(xiàn)。因為Byte,Int32等等并沒有公共接口。
沒有公共接口，但又想借助泛型來節(jié)省代碼，減少維護(hù)量。怎么辦呢？
我之前寫過2篇博客《實現(xiàn).net下的動態(tài)代理》、《實現(xiàn).net下的動態(tài)代理(續(xù))-多對象Mixin》，通過Ducking Typing來實現(xiàn)，但這種實現(xiàn)方式不自然，且性能低下，只適合對性能不敏感的場景。
（2）泛型指針問題。
泛型程序中無法使用泛型指針，因為編譯器編譯時無法知道具體類型的Size，這對寫unsafe代碼是很大的限制。
因此，我們需要C#模板編程。C#模板編程說起來很簡單，它借助的是C#的一個語法——Using T0=T1。它沒有C++那么自然，因為它缺乏C/C++源文件的Include機(jī)制。你可以將整塊的文件在不同的類之間進(jìn)行復(fù)制和粘帖。雖然復(fù)制和粘帖是一大邪惡，但總比復(fù)制/粘帖/替換要好很多。
下面是C#模板編程的一個重要應(yīng)用——圖像處理的空間線性濾波。關(guān)于空間線性濾波可參見各種圖像處理的書，這里不做介紹。
我們假定圖像是一個泛型類Image<T0>，這里T代表每一個像素的存儲類型。可以是Byte，Short，Int32，Int64，Single，Double等。然后，核是一個泛型類，Kernel<T1>，這里還有第三個泛型類，就是用于存放中間數(shù)據(jù)的Image<T2>。為什么需要T2呢？假如T0是Byte，T1是帶有Scale的Int32（如，Scale=9，每個元素值=1的3*3矩陣），計算的中間結(jié)果會超出Byte的最大值，需要一個不同類型緩存來存儲這個中間數(shù)據(jù)。
只用泛型的話，解決不了這個問題。第一點，Byte，Short，Int32，Int64，Single，Double之間未實現(xiàn)共同接口；第二點，為提升性能，Image<T>采用非托管內(nèi)存實現(xiàn)，使用指針進(jìn)行操作，而泛型中無法使用泛型指針。
使用C#模板可以解決這個問題——代碼照舊，只是在頭部寫下：Using T0=XXX;Using T1=XXX;Using T2=XXX；即可。
由于欠缺源代碼的Include機(jī)制，當(dāng)要編寫新的濾波器時，需要把相同的代碼復(fù)制過去，然后更改頭部的Using ……。但無論如何，這樣使用，還是比在代碼中直接寫明類型，然后復(fù)制、粘帖、替換新類型的可讀性以及可維護(hù)性要好。
如果.Net允許源代碼的Include，C#的模板編程將變得更為流暢（比起C++還是欠缺很多）。不知道等后續(xù).Net版本開放編譯服務(wù)之后，會不會有更優(yōu)雅的寫法。
下面是我隨便寫下的一段對圖像進(jìn)行空間線性濾波的代碼（不要看具體算法，具體算法是極端錯誤的，且不完整的，只用看看編碼風(fēng)格就行了，寫這段代碼只為驗證這種編程模式的優(yōu)點和缺點）：
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using T = System.Byte;
using CacheT = System.Int32;
using K = System.Int32;
namespace Orc.SmartImage.UnmanagedImage
{
public static class FilterHelper
{
public unsafe static UnmanagedImage<T> Filter(this UnmanagedImage<T> src, FilterKernel<K> filter)
{
K* kernel = stackalloc K[filter.Length];
Int32 srcWidth = src.Width;
Int32 srcHeight = src.Height;
Int32 kWidth = filter.Width;
Int32 kHeight = filter.Height;
T* start = (T*) src.StartIntPtr;
T* lineStart = start;
T* pStart = start;
T* pTemStart = pStart;
T* pT;
Int32* pK;
for (int c = 0; c < srcWidth; c++)
{
for (int r = 0; r < srcHeight; r++)
{
pTemStart = pStart;
pK = kernel;
Int32 val = 0;
for (int kc = 0; kc < kWidth; kc++)
{
pT = pStart;
for (int kr = 0; kr < kHeight; kr++)
{
val += *pK * *pT;
pT++;
pK++;
}
pStart += srcWidth;
}
pStart = pTemStart;
pStart++;
}
lineStart += srcWidth;
pStart = lineStart;
}
return null;
}
}
}
是不是很像模板編程呢？