[C#]浅谈协变与逆变

看过几篇说协变与逆变的博客，虽然都是正确无误的，但是感觉都没有说得清晰明了，没有切中要害。
那么我也试着从我的理解角度来谈一谈协变与逆变吧。

什么是协变与逆变

MSDN的解释：
https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/dd799517.aspx

协变和逆变都是术语，前者指能够使用比原始指定的派生类型的派生程度更小(不太具体的)的类型，后者指能够使用比原始指定的派生类型的派生程度更大（更具体的）的类型。
泛型类型参数支持协变和逆变，可在分配和使用泛型类型方面提供更大的灵活性。

一开始我总是分不清协变和逆变，因为MSDN的解释实在是严谨有余而易读不足。
其实从中文的字面上来理解这两个概念就挺容易的了：

"协变"即"协调的转变"，"逆变"即"逆向的转变"。

为什么说"能够使用比原始指定的派生类型的派生程度更小(不太具体的)的类型"是协调的，而"能够使用比原始指定的派生类型的派生程度更大（更具体的）的类型"是逆向的呢，看这两行代码：

object o = "";
string s = (string) o;

string类型到object类型，也就是派生类到基类，是可以隐式转换的，因为任何类型向基类的转换都是类型安全的，所以认为这一转变是协调的。
object类型到string类型，也就是基类到派生类，就只能是显式转换，因为对象o的实际类型不一定是string，强制转换不是类型安全的，所以认为这一转变是逆向的。

再看协变与逆变的常见场合：

IEnumerable<object> o = new List<string>();//协变
Action<string> s = new Action<object>((arg)=>{...});//逆变

上例的泛型参数就是分别发生了协调的与逆向的转变。

协变与逆变的作用对象

从定义中可以看到，协变与逆变都是针对的泛型参数，而且

在.NET Framework 4中，Variant类型参数仅限于泛型接口和泛型委托类型。

为什么是接口和委托？先看IEnumerable<T>和Action<T>的声明：

public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable
{
    IEnumerator<T> GetEnumerator();
}
 
public delegate void Action<in T>(T obj);

IEnumerable中的out关键字给泛型参数提供了协变的能力，Action中的in关键字给泛型参数提供了逆变的能力。
这里的out和in是相对于谁的入和出？不是相对于接口和委托，而是相对于方法体！
看它们的实现：

class MyEnumerable<T> : IEnumerable<T>
{
    public IEnumerator<T> GetEnumerator()
    {
        yield return default(T);
    }
 
    IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() { return GetEnumerator(); }
}
 
Action<string> myAction = new Action<object>(
    (o) =>
    {
        Console.WriteLine(o.ToString());
    });

这样是不是能看出来泛型参数是怎么入和出的了？
那么接口和委托，它们和方法是什么关系呢，它们两个之间又是什么关系，以下纯属个人理解：

接口类型定义了一组方法签名，委托类型定义了一个方法结构(方法签名刨除方法名)。
接口实例和委托实例都包含了一组方法入口。

综上所述，协变与逆变的作用对象是方法体中的泛型参数。

为什么允许协变与逆变

协变和逆变都是类型发生了转换，一旦涉及到类型转换当然就要想类型安全的问题。
协变和逆变之所以可以正常的运转，就是因为这里所涉及到的所有类型转换都是类型安全的！
回头看最开始的四行代码：

 object o1 = "";//类型安全
 string s1 = (string) o1;//非类型安全
 IEnumerable<object> o2 = new List<string>();//协变
 Action<string> s2 = new Action<object>((arg)=>{...});//逆变

显然第二行的object到string是非类型安全的，那为什么第四行的object到string就是类型安全的呢？
结合上一个方法体的示例，来看这段代码：

 Action<List<int>> myAction = new Action<IList<int>>(
     (list) =>
     {
         Console.WriteLine(list.Count);
     });
 myAction(new List<int> {, , });

第一行貌似是把IList转换成了List，但是实际上是这样的：
第六行传入的实参是一个List，进入方法体，List被转换成了IList，然后使用了IList的Count属性。
所以传参的时候其实发生的是派生类到基类的转换，自然也就是类型安全的了。

List<string>到IEnumerable<object>的协变其实也是类似的过程：

 IEnumerable<Delegate> myEnumerable = new List<Action>
 {
     new Action(()=>Console.WriteLine()),
     new Action(()=>Console.WriteLine()),
     new Action(()=>Console.WriteLine()),
 };
 foreach (Delegate dlgt in myEnumerable)
 {
     dlgt.DynamicInvoke();
 }

实参是三个Action，调用的是Delegate的DynamicInvoke方法，完全的类型安全转换。

最后想说的是，所有死记硬背来的知识，都远远不如充分理解的知识来得可靠。