C#协变和逆变

青草堂 2022-05-28 我要评论

1、什么是协变、逆变？

假设：TSub是TParent的子类。
协变：如果一个泛型接口IFoo<T>，IFoo<TSub>可以转换为IFoo<TParent>的话，我们称这个过程为协变，IFoo支持对参数T的协变。
逆变：如果一个泛型接口IFoo<T>，IFoo<TParent>可以转换为IFoo<TSub>的话，我们称这个过程为逆变，IFoo支持对参数T的逆变。

2、为什么要有协变、逆变?

通常只有具备继承关系的对象才可以发生隐式类型转换，如Base b=new sub()。
协变和逆变可以使得更多的类型之间能够实现隐式类型转换、类型安全性有了保障。

3、为什么泛型接口要引入协变、逆变？

基于以上原因的同时、许多接口仅仅将类型参数用于参数或返回值。所以支持协变和逆变后泛型的使用上有了更大的灵活性

4、为什么支持协变的参数只能用于方法的返回值？支持逆变的参数只能用于方法参数？

“TParent不能安全转换成TSub”，是这两个问题的共同原因。
我们定义一个接口IFoo。

    interface IFoo<T>
    {
        void Method1(T param);
        T Method2();
    }

我们看一下协变的过程：IFoo<TSub>转换成IFoo<TParent>。

Method1：将TSub替换成TParent，Method1显然存在 TParent到TSub的转换。
Method2：返回值类型从TSub换成了TParent，是类型安全的。

所以支持协变的参数只能用在方法的返回值中。

再看一下逆变的过程：IFoo<TParent>转换成IFoo<TSub>。

Method1：将TParent替换成TSub，Method1存在 TSub到TParent的转换，是类型安全的。
Method2：返回值类型从TParent换成了TSub，是不安全的。

所以支持逆变的参数只能用在方法的参数中。

5、泛型接口支持协变、逆变和不支持协变、逆变的对比？

这其实是对3个问题的补充。

定义一个接口IFoo，既不支持协变，也不支持逆变。

    interface IFoo<T>
    {
        void Method1(T param);
        T Method2();
    }

实现接口IFoo

    public class FooClass<T> : IFoo<T>
    {
        public void Method1(T param)
        {
            Console.WriteLine(default(T));
        }
        public T Method2()
        {
            return default(T);
        }
    }

定义一个接口IBar支持对参数T的协变

    interface IBar<out T>
    {
        T Method();
    }

实现接口IBar

    public class BarClass<T> : IBar<T>
    {
        public T Method()
        {
            return default(T);
        }
    }

定义一个接口IBaz支持对参数T的逆变

    interface IBaz<in T>
    {
        void Method(T param);
    }

实现接口IBaz

    public class BazClass<T> : IBaz<T>
    {
        public void Method(T param)
        {
            Console.WriteLine(param.ToString());
        }
    }

定义两个有继承关系的类型，IParent和SubClass。

    interface IParent
    {
        void DoSomething();
    }
    public class SubClass : IParent
    {
        public void DoSomething()
        {
            Console.WriteLine("SubMethod");
        }
    }

按照协变的逻辑，分别来使用IFoo和IBar。

            //IFoo 不支持对参数T的协变
            IFoo<SubClass> foo_sub = new FooClass<SubClass>();
            IFoo<IParent> foo_parent = foo_sub;//编译错误

            //IBar 支持对参数T的协变
            IBar<SubClass> bar_sub = new BarClass<SubClass>();
            IBar<IParent> bar_parent = bar_sub;

foo_parent = foo_sub 会提示编译时错误“无法将类型“IFoo<SubClass>”隐式转换为“IFoo<IParent>”。存在一个显式转换(是否缺少强制转换?)”

按照逆变的逻辑，分别来使用IFoo和IBaz。

            //IFoo 对参数T逆变不相容
            IFoo<IParent> foo_parent = null;
            IFoo<SubClass> foo_sub = foo_parent;//编译错误

            //IBaz 对参数T逆变相容
            IBaz<IParent> baz_parent = null;
            IBaz<SubClass> baz_sub = baz_parent;

foo_sub = foo_parent 会提示编译时错误“无法将类型“IFoo<IParent>”隐式转换为“IFoo<ISub>”。存在一个显式转换(是否缺少强制转换?)”

6、.NET4.0对IEnumerable接口的修改？

2.0中的定义：

    public interface IEnumerable<T> : IEnumerable
    {
        IEnumerator<T> GetEnumerator();
    }

4.0中的定义：

    public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable
    {
        IEnumerator<T> GetEnumerator();
    }

可以看到4.0中增加了对协变的支持。

可以在两个版本试下，下面的语句在2.0下会报错。

    List<SubClass> subarr = new List<SubClass>();
    IEnumerable<IParent> parentarr = subarr;