ジェネリッククラスの型パラメーターに型パラメータ付きのものを指定する際、簡略化する方法

Question

前提・実現したいこと

C#のジェネリックについてですが、
以下のようなクラスがあるとすると、

DataModel.cs

class DataModel<Support> where Support : BaseDataSupport
{
}

BaseDataSupport.cs

///DataModelクラスの動作するために必要な情報やその情報を加工するクラス
class BaseDataSupport
{
}

DataManager.cs

///DataModelのデータを操作したり、データを用いて何かをするクラス
abstract class DataManager<D> where D : DataModel<BaseDataSupport>
{
    D _data;
}

このようなクラスの関係を用いて
プログラムを作成するにあたり、
上記のように
DataManagerクラスは
where制約でBaseDataSupportを型パラメーターに持つジェネリッククラス
DataModelクラスで制約した型パラメーターDを持つのですが、
DataModelですでにBaseDataSupportで型制約しているにも関わらず、
DataManagerでDataModelの制約
where : BaseDataSupport
と再び記述しなければなりません。

DataModelで制約している時点で、
その型パラメータはBaseDataSupport(またはBaseDataSupportを継承しているクラス)
に決まっているので
必要がない場合それらをDataManagerで記述したくないのですが、
それらの記述を簡略化する方法
または記述しなくていい方法はありませんでしょうか？

このようなサイトでの質問もまだ慣れておらず、情報不足ありましたら
ご指摘ください。
宜しくお願い致します。

実現したいこと

※以下全てそのまま試しましたが、使用できなかった理想例

・型名だけで指定できる

abstract class DataManager<D> where D : DataModel
{
    D _data;
}

エラーメッセージ:
エラー CS0305 ジェネリック 種類 'DataModel<Support>' を使用するには、1 型引数が必要です。

・型パラメーターを省略できる
省略した場合、制約で指定した型(上記だとBaseDataSupport)
を使用してくれる

・型パラメーターを短く1か所に定義して使える
using where S : KataParameterTest.BaseDataSupport;
のような感じで変数やusingみたいに定義してそれを使用できるようにできるなど

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

・OS バージョン Windows10

・継承を用いたクラス作成で別の疑問が発生したが、
当疑問などの理由によりそちらも未解決
https://teratail.com/questions/292687

Answer 1

こんにちは。

そのようなジェネリック制約を用いた関係性の定義をするときは、通常 interface を使います。
interface の Generics は Varianceをサポートしているので、正しく使えば質問にあるようなコードも動作させることができます。

以下は一例ですが、ビルドは通ります。

interface IDataSupport
{ }

interface IDataModel<out TSupport> // TSupport は covariant
    where TSupport : IDataSupport
{ }

abstract class DataManager<TModel>
    where TModel : IDataModel<IDataSupport>
{
    TModel _data;
}

class SuperSupport : IDataSupport
{ }

class SuperDataSuperSupportModel : IDataModel<SuperSupport>
{ }

class SuperDataManager : DataManager<SuperDataSuperSupportModel>
{ }

Comments

[hirotamasami]

回答ありがとうございます。

共変性というものがあるのですね。
勉強になりました。

この共変性なのですが、
ベースをinterfaceにすることで、
クラス同士の関係を大元で定義することで
そこから派生したクラスを
Support → DataModel → Manager
の順番で実装していくところまでは理解したのですが、

DataManagerの要素をジェネリックで指定しているのは(TModelにあたる部分)
このTModelに共通の要素(変数やメソッド(virtualなどで処理込み))
を保持するために定義しているのですが、
回答くださった例では、
共変性を持たせるためにTModelにあたる部分をinterfaceにされておりますので、
継承させることでできていた共通の定義を
例でいうところのIDataModelに定義することができなくなってしまいます。

▲1 ここをベースにしたい
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
interface IDataSupport{ }
interface IDataModel<out TSupport> where TSupport : IDataSupport { } // TSupport は covariant
abstract class DataManager<TModel>where TModel : IDataModel<IDataSupport>
{
TModel _data;
}
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▲2 ベースからの派生クラス
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
class BaseSupport : IDataSupport{ }
class SuperDataSuperSupportModel : IDataModel<BaseSupport> { }
class SuperDataManager : DataManager<SuperDataSuperSupportModel>{ }
↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑

継承の説明でよく用いられる例で車がございますので、
車,タイヤそしてそれらの車やタイヤの関係の管理を用いますと、

▲1にあたる部分を車(BaseCar),タイヤ(BaseTire),車やタイヤの関係の管理(BaseCarManager)
としこの車の定義にタイヤの数やタイヤを回転させる
といったものを定義し
※いい感じの車の共通要素が思いつかなかったので上記のように定義したが、
　タイヤの数やタイヤを回転させるのはBaseCarManager役割かもしれないのであくまで一例
ここから
除雪車や惑星探査車などを作成していく感じです
以下理想例 (イメージなのでコンパイルは通りません)

▲1のように作成したいベース
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
class BaseTire{ }
class BaseCar<Tire> where Tire : Base
{
Tire _tire;
public virtual int _tireCount{ get; } = 4; //継承後何もいじらなければ4輪
public virtual void TireRotation(Direction direction)
{
//_tireを用いて、タイヤを回転させたときに働くすべての車で共通の処理など
}
}
abstract class DataManager<TModel>where TModel : IDataModel<IDataSupport>
{
TModel _data;
}
↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑

除雪車
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
class SnowTire : BaseTire { }
class Snowplow : BaseCar<SnowTire> { }
class SnowplowManager : SnowplowManager<Snowplow>{ }
↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑

惑星探査車
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
class AirlessTire : BaseTire { }
class PlanetaryRover : BaseCar<AirlessTire>
{
public override int _tireCount{ get => base._tireCount; } = 6;
}
class PlanetaryRoverManager : PlanetaryRoverManager<PlanetaryRover>{ }
↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑

上記のようなものを作成しようとすると
もし回答してくださった一例ですと、
タイヤ数やタイヤの回転時の処理(車のクラスに必要かどうかは別として)などの共通要素
を除雪車や惑星探査車にそれぞれ定義しなければなりません

長くなってしまいましたが、
共変性を用いた定義と
継承させることで持たせられる共通の定義は
共存できないのでしょうか？

[tamoto]

言いたいことがよくわかりませんが、依存関係グラフと実装を別にすれば良いのでは？
interface は単なる API の定義なので、実装は別にベースを作れば良いです。

....ITire (interface)
........<- BaseTire (abstract class with implementation)
............<- Tire (concrete class)
............<- SnowTire (concrete class)
............<- AirlessTire (concrete class)

この設計で実装するのが本当に用途にマッチしてるのかどうかは知りませんが。

[hirotamasami]

共変性も継承されるということですね
実装の仕方が悪かったのか無理だと勘違いしてました。
つまり以下のように3層構造にすればいいということですね

クラスの関係紐づけ用のインターフェース
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
interface ITire { }
interface ICar<out I_Tire> where I_Tire : ITire { } // I_Tire は covariant
interface ICarManager<out I_Car> where I_Car : ICar<ITire> { }
↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑

ベースのクラス
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
class BaseTire : ITire { }
class BaseCar<Base_Tire> : ICar<Base_Tire> where Base_Tire : BaseTire
{
Base_Tire _tire;
public virtual int _tireCount { get; } = 4; //継承後何もいじらなければ4輪
public virtual void TireRotation()
{
//_tireを用いて、タイヤを回転させたときに働くすべての車で共通の処理など
}
}
//class BaseDataManager<Base_Car> : ICarManager<Base_Car> where Base_Car : BaseCar<BaseTire>{ }
↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑

使用するクラス
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
class SnowTire : BaseTire { }
class Snowplow : BaseCar<SnowTire> { }
//class SnowplowManager : BaseDataManager<Snowplow> { } //これだけ無理でした
class SnowplowManager : ICarManager<Snowplow> { }
↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑

教えていただいた方法で作成していきます。
ありがとうございました。

また何か機会がございましたら、
よろしくお願いします。

Answer 2

・型パラメーターを短く1か所に定義して使える
using where S : KataParameterTest.BaseDataSupport;
のような感じで変数やusingみたいに定義してそれを使用できるようにできるなど

こんなんでどうでしょう。

using BDSModel = DataModel<BaseDataSupport>;

///DataModelのデータを操作したり、データを用いて何かをするクラス
abstract class DataManager<D> where D : BDSModel
{
    D _data;
}

Comments

[hirotamasami]

回答ありがとうございます。

この方法も一応前に試したことはあるんですが
DataManagerで使用するD _dataは
DataModel<BaseDataSupport>
または、DataModel<BaseDataSupport>を継承したクラスを使用したいのですが、
この方法を用いた場合、
BDSModelがDataModel<BaseDataSupport>で決まってしまい。
DataModel<BaseDataSupport>を継承したクラスは
使用できませんでした

具体的には

class SuperSupport : BaseDataSupport
{
}

class SuperDataSuperSupportModel : DataModel<SuperSupport>
{
}

class SuperDataManager : DataManager<SuperDataSuperSupportModel>
{
}

のようにしたとき

SuperDataManagerでエラーが出る感じです。

情報不足で申し訳ございません