Как работают обобщения (дженерики) в C# на низком уровне?

На уровне CLR (Common Language Runtime) обобщения обрабатываются следующим образом:

1. JIT-компиляция: При первом использовании конкретного типа с обобщенным классом или методом, JIT-компилятор создает специализированную версию этого кода для данного типа. Для ссылочных типов (классов) создается одна общая версия, которая использует тип System.Object для хранения элементов, и при каждом доступе к элементу происходит преобразование (casting). Для значимых типов (структур) для каждого уникального типа создается отдельная, полностью специализированная версия кода.
2. Экономия памяти для ссылочных типов: Поскольку для всех ссылочных типов используется одна и та же JIT-скомпилированная версия кода, это экономит память по сравнению с созданием новой версии для каждого ссылочного типа. Однако, при доступе к элементам возникают накладные расходы на преобразование.
3. Экономия производительности для значимых типов: Для значимых типов JIT-компилятор создает отдельную версию для каждого типа. Это позволяет избежать упаковки и распаковки (boxing/unboxing) и связанных с ними накладных расходов, что повышает производительность.

Пример различия в коде, генерируемом для ссылочных и значимых типов:

// Обобщенный класс
public class MyGeneric<T>
{
    private T item;

    public T GetItem()
    {
        return item;
    }

    public void SetItem(T value)
    {
        item = value;
    }
}

// Использование с ссылочным типом (string)
// JIT создаст одну версию, использующую System.Object
MyGeneric<string> stringGeneric = new MyGeneric<string>();

// Использование со значимым типом (int)
// JIT создаст отдельную версию, специализированную для int
MyGeneric<int> intGeneric = new MyGeneric<int>();

Таким образом, на низком уровне обобщения в C# обеспечивают статическую типизацию и безопасность, а CLR управляет кодогенерацией таким образом, чтобы оптимизировать производительность и использование памяти в зависимости от используемых типов.