了解C#的协变和逆变
前言
在引用类型系统时,协变、逆变和不变性具有如下定义。 这些示例假定一个名为 Base 的基类和一个名为 Derived的派生类。
- Covariance
使你能够使用比原始指定的类型派生程度更大的类型。
你可以将 IEnumerable 的实例分配给 IEnumerable 类型的变量。
- Contravariance
使你能够使用比原始指定的类型更泛型(派生程度更小)的类型。
你可以将 Action 的实例分配给 Action 类型的变量。
- Invariance
表示只能使用最初指定的类型。 固定泛型类型参数既不是协变,也不是逆变。
你无法将 List 的实例分配给 List 类型的变量,反之亦然。
以上来自于官方文档对协变、逆变、不变性的解释
为啥C#需要协变和逆变?
我们首先来看一段代码:
class FooBase{ }
class Foo : FooBase
{
}
var foo = new Foo();
FooBase fooBase = foo;
//以下代码在.NET 4.0之前是不被支持的
IEnumerable<Foo> foo = new List<Foo>();
IEnumerable<FooBase> fooBase = foo;
因此,在这里实际上可以回答,C#的协变和逆变就是主要有两种目的:
- 兼容性:.NET2.0就推出了泛型,而从.NET 2.0到.NET 3.5期间不支持对泛型接口中的占位符
T
支持隐式转换,因此在.NET4.0推出协变和逆变 - 为了支持更广泛的隐式类型的转换,在这里就是在泛型体系中支持
在C#中,目前只有泛型接口和泛型委托可以支持协变和逆变,
协变(Covariance)
内置的泛型协变接口,IEnumerator<T>
、IQuerable<T>
、IGrouping<Tkey, TElement>
:
public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable
{
new IEnumerator<T> GetEnumerator();
}
public interface IQueryable<out T> : IEnumerable<T>, IEnumerable, IQueryable
{
}
public interface IGrouping<out TKey, out TElement> : IEnumerable<TElement>, IEnumerable
{
TKey Key { get; }
}
因此这段代码在.NET4.0及以上版本将不会编译报错:
IEnumerable<Foo> foo = new List<Foo>();
IEnumerable<FooBase> fooBase = foo;
实际上,对于协变,有下面的约束,否则则会在编译时报错:
- 泛型参数占位符以
out
关键子标识,并且占位符T
只能用于只读属性、方法或者委托的返回值,out
简而易懂,就是输出的意思 - 当要进行类型转换,占位符
T
要转换的目标类型也必须是其基类,上述例子则是Foo隐式转为FooBase
逆变(Contravariance)
内置的泛型逆变委托Action
、Func
、Predicate
,内置的泛型逆变接口IComparable<T>
、IEquatable<T>
:
public delegate void Action<in T>(T obj);
public delegate TResult Func<in T, out TResult>(T arg);
public delegate bool Predicate<in T>(T obj);
public interface IComparable<in T>
{
int CompareTo(T? other);
}
public interface IEquatable<T>
{
bool Equals(T? other);
}
而逆变的用法则是这样:
Action<FooBase> fooBaseAction = new Action<FooBase>((a)=>Console.WriteLine(a));
Action<Foo> fooAction = fooBaseAction;
而对于逆变,则跟协变相反,有下面的约束,否则也是编译时报错:
- 要想标识为逆变,应该是要在占位符
T
前标识in
,只能用于只写属性、方法或者委托的输入参数 - 当要进行类型转换,占位符
T
要转换的目标类型也必须是其子类,上述例子则是FooBase转为Foo
总结
- 协变和逆变只对泛型委托和泛型接口有效,对普通的泛型类和泛型方法无效
- 协变和逆变的类型必须是引用类型,因为值类型不具备继承性,因此类型转换存在不兼容性
- 泛型接口和泛型委托可同时存在协变和逆变的类型参数,即占位符
T
参考
- 泛型中的协变和逆变 | Microsoft Docs
- 《你必须知道的.NET(第2版)》
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