C# Generics: Tür Güvenli ve Performanslı Koleksiyonların Sırrı

Bir kutuya kalem koyup daha sonra içinden kahve kupası çıkarmayı beklemezsiniz. C# koleksiyonlarında da benzer bir düzen gerekir: Eklenen ve alınan değerlerin türü önceden bilinmelidir. Genel türler, yani generics, bu düzeni derleme zamanında sağlayarak çalışma anındaki sürpriz tür dönüşümü hatalarını azaltır ve özellikle değer türlerinde daha iyi performans sunar.

``

Generic yapı nedir?

Generic yapı; sınıf, metot, arayüz veya temsilcinin çalışacağı veri türünü baştan sabitlemek yerine bir tür parametresiyle tanımlamaktır. En yaygın gösterim olan T, İngilizce type kelimesinden gelir; ancak zorunlu bir isim değildir.

public class Kutu<T>
{
    public T Deger { get; set; }

    public Kutu(T deger)
    {
        Deger = deger;
    }
}

var sayiKutusu = new Kutu<int>(42);
var metinKutusu = new Kutu<string>("Merhaba");

Burada aynı Kutu<T> sınıfı hem int hem de string ile kullanılabilir. Buna rağmen iki kutunun kuralları birbirinden ayrıdır. Örneğin sayiKutusu.Deger özelliğine metin atanması derleme aşamasında engellenir.

Eski yaklaşım ve tür güvenliği

Generic koleksiyonlardan önce farklı türleri saklamak için sıklıkla ArrayList kullanılırdı. Bu koleksiyon elemanları object olarak tuttuğu için hemen her şeyi kabul eder.

using System.Collections;

var liste = new ArrayList();
liste.Add(10);
liste.Add("yirmi");

int toplam = (int)liste[0] + (int)liste[1]; // Çalışma zamanı hatası

Kod derlenir; fakat ikinci eleman int olmadığı için InvalidCastException oluşur. List<int> kullanıldığında yanlış değer daha program çalışmadan yakalanır:

var sayilar = new List<int>();
sayilar.Add(10);
// sayilar.Add("yirmi"); // Derleme hatası

int toplam = sayilar[0]; // Dönüşüm gerekmiyor

Performans neden artar?

int, double ve bool gibi değer türleri doğrudan değer taşır. Bunların object değişkenine yerleştirilmesine boxing, yeniden özgün türe çevrilmesine unboxing denir. Her boxing işlemi yönetilen bellekte ek bir nesne oluşturabilir ve dönüşüm maliyeti doğurabilir.

Basitleştirilmiş biçimde, $n$ elemanın boxing maliyeti $b$, unboxing maliyeti $u$ ise ek işlem yükü şöyle düşünülebilir:

Generic bir List<int> için bu dönüşümlerin çoğu ortadan kalktığından yaklaşık ek yük:

Gerçek performans donanıma, .NET sürümüne ve kullanım şekline bağlıdır; dolayısıyla bu eşitlik bir ölçüm değil, maliyet farkını anlatan zihinsel modeldir.

Generic metotlar ve kısıtlar

Generics yalnızca koleksiyonlara özgü değildir. Metotlar da tür parametresi alabilir:

static T IlkElemaniGetir<T>(IEnumerable<T> kaynak)
{
    return kaynak.First();
}

int ilkSayi = IlkElemaniGetir(new[] { 7, 8, 9 });
string ilkAd = IlkElemaniGetir(new[] { "Ada", "Linus" });

Bazen T tamamen serbest bırakılmamalıdır. where kısıtları, kabul edilen türlerin sahip olması gereken özellikleri belirtir:

static T YeniOlustur<T>() where T : class, new()
{
    return new T();
}

Bu metot yalnızca referans türleriyle çalışır ve parametresiz kurucu ister. Yaygın kısıtlar arasında class, struct, notnull, new() ve belirli bir arayüz bulunur.

Hangi koleksiyon seçilmeli?

Generics; tekrar kullanılabilirliği, tür güvenliğini ve okunabilirliği aynı yapıda buluşturur. En önemli kazanç yalnızca hız değildir: Hataları kullanıcıya ulaşmadan derleyicide durdurmaktır. Kısacası T, küçük bir harf olsa da C# dünyasında oldukça büyük bir güvenlik görevlisidir.