【轉】那些年搞不懂的術語、概念：協變、逆變、不變體

【轉】那些年搞不懂的術語、概念：協變、逆變、不變體

簡述什麼是協變性、逆變性、不變性

• 協變性，如：string->object （子類到父類的轉換）
• 逆變性，如：object->string （父類到子類的轉換）
• 不變性，基於上面兩種狀況，不可變。具體下面再作分析。

泛型委託的可變性

先使用框架定義的泛型委託Func和Action作例子（不瞭解的請戳）

協變：(string->object)

Func<string> func1 = () => "農碼一輩子"; Func<object> func2 = func1;

逆變：(object->string)

Action<object> func3 = t => { }; Action<string> func4 = func3;

上面代碼沒有任何問題。

接着咱們本身定義委託試試：

我X，看人不來哦。爲何自定義的委託卻不能協變呢。

我看看系統定義的Func到底和咱們自定義的有什麼不一樣：

public delegate TResult Func<out TResult>();

多了一個out，什麼鬼:

• out：對於泛型類型參數，out 關鍵字指定該類型參數是協變的。 能夠在泛型接口和委託中使用 out 關鍵字。（來源）
• in：對於泛型類型參數，in 關鍵字指定該類型參數是逆變的。 能夠在泛型接口和委託中使用 in 關鍵字。（來源）

那麼咱們能夠修改自定義委託：

完美！

那若是咱們要實現逆變性呢：

直接逆變是不可行的，咱們須要修改泛型類型參數：

咱們發現整個委託參數都變了。原本的返回值，改爲輸入參數才行。

結論：

• in->輸入參數->可逆變（父類到子類的轉變[如 object->string]）
• out->返回值->可協變（子類到父類的轉變[如 string->object]）

 

假設：若是泛型參數中既存在in又存在out改如何：

delegate Tout MyFunc<in Tin, out Tout>(Tin obj);

MyFunc<object, string> str1 = t => "農碼一輩子"; MyFunc<string, string> str2 = str1;//第一個泛型的逆變（object->string）
MyFunc<object, object> str3 = str1;//第二個泛型的協變（string->object）
MyFunc<string, object> str4 = str1;//第一個泛型的逆變和第二個泛型的協變

以上都是沒有問題的。 

而後咱們看看編譯後的C#代碼：

結論：

• 所謂的逆變其實只是編譯後進行了強制類型轉換而已。

以上代碼也能夠直接寫成：

//delegate Tout MyFunc<in Tin, out Tout>(Tin obj);
MyFunc<string, string> str5 = t => "農碼一輩子"; MyFunc<object, object> str6 = t => "農碼一輩子"; MyFunc<string, object> str7 = t => "農碼一輩子";

泛型接口的可變性

接着看框架默認接口：

協變：(子類->父類)

IEnumerable<string> list = new List<string>(); IEnumerable<object> list2 = list;

逆變：（父類-> 子類）

IComparable<object> list3 = null; IComparable<string> list4 = list3;

接下來咱們試試自定泛型接口：

首先定義測試類型、接口：

// 人
public class People { } //老師(繼承People[人])
public class Teacher : People { } //運動
public interface IMotion<T> { } //跑步
public class Run<T> : IMotion<T> { }

而後咱們測試協變性：

一樣咱們須要把接口 interface IMotion<T> 定義爲 interface IMotion<out T> 

//運動
public interface IMotion<out T>{}

IMotion<Teacher> x = new Run<Teacher>(); IMotion<People> y = x;

若是咱們要測試逆變性，則須要把 interface IMotion<T>  定義爲 interface IMotion<in T> 

//運動
public interface IMotion<in T>{}

IMotion<People> x2 = new Run<People>(); IMotion<Teacher> y2 = x2;

泛型接口的逆變，編譯後一樣進行了強制轉換：

固然，咱們也能夠直接寫成：

IMotion<Teacher> y3 = new Run<People>();

不變性

從上面咱們知道逆變性的代碼編譯後都會進行強制轉換。假設：那咱們不用out、in直接手動強制轉換是否能夠？：

// 人
public class People { } //老師(繼承People[人])
public class Teacher : People { } //運動
public interface IMotion<T> { } //跑步
public class Run<T> : IMotion<T> { }

//協變
IMotion<Teacher> x = new Run<Teacher>(); IMotion<People> y = (IMotion<People>)x; //逆變
IMotion<People> x2 = new Run<People>(); IMotion<Teacher> y2 = (IMotion<Teacher>)x2; IMotion<Teacher> y3 = (IMotion<Teacher>)new Run<People>();

天才的我發現編譯成功了，沒有任何問題！且還能夠同時協變、逆變？？不對，真的天才了嗎？咱們運行試試：

看來我仍是太單純了，若是真的這麼容易繞過去，Microsoft又何須去搞個out、in關鍵字。

對於同一個泛型參數，咱們既想有協變性又想逆變性，咋辦？答案是不可行。這就會出現第三種狀況，既不能夠協變又不能夠逆變。稱爲不變性。

如（咱們在IMotion定義兩個方法）：

//運動
public interface IMotion<T> { T Show(); void Match(T t); }

上面咱們測試過，代碼直接強制轉換是不能實現協變、逆變的。那麼咱們只能經過out、in來實現。若是如今咱們在泛型參數添加out或in屬性會如何？：

咱們發現out和in都不能用。在用out時，有個傳入參數爲泛型 void Match(T t) 的方法。使用in時，有個返回參數爲泛型 T Show() 的方法。如今就出現了是矛更鋒利，仍是盾更堅硬的問題了。

最後結果是：都不能用，既不能協變，也不能逆變。此爲不變體。

小知識：

C#4.0以前 IEnumerable<T> 、 IComparable<T> 、 IQueryable<T> 等接口都不支持可變性，在4.0及以後才支持。由於4.0以前定義的泛型接口沒有添加out、in關鍵字，有興趣能夠切換版本看看。

延伸思考

爲何in[輸入參數]就只能逆變？分析以下：

// 人
public class People { } //老師(繼承People[人])
public class Teacher : People { //薪水
    public decimal Salary { get; set; } } //運動
public interface IMotion<in T> { void Match(T t); } //跑步
public class Run<T> : IMotion<T> { public void Match(T t) { //假設中間有不少邏輯..... 
 } }

爲何out[返回值]只能協變？分析以下：

// 人
public class People { } //老師(繼承People[人])
public class Teacher : People { //薪水
    public decimal Salary { get; set; } } //運動
public interface IMotion<out T> { T Show(); //void Match(T t);
} //跑步
public class Run<T> : IMotion<T> { public T Show() { return default(T); } //public void Match(T t) //{ //    //假設中間有不少邏輯..... //}
}

這裏有兩個關鍵點：

• 傳入參數（in）是把參數當成父類來用，顯然能夠逆變（子類當成父類來用[里氏替換原則]），可是卻不能夠把父類當子類來用（如：子類存在有而父類沒有的方法或屬性）。
• 返回值（out）返回值類型用父類來接收，顯然能夠協變（父類能夠接收一切子類），但卻不可用子類接收父類數據（如：父類表明的對象不能強制轉給子類[string str = (string)objcet]）。

。。。是否是有點越想越頭暈，想不明白就慢慢想。本身動動手。

若是實在想的頭大，就把它當成是烏龜的屁股（龜腚\規定）吧，知道是C#作的一種安全限制！

總結

關於泛型接口、泛型委託的可變性：

• 協變 -> 比較和諧正常的變化 -> 子類轉父類 [如 string轉object] -> 必須有out標識 [返回值]
• 逆變 -> 逆天的變化 -> 父類轉子類 [如object轉string] -> 必須有in標識 [傳入參數]  （父親變兒子，越活越年輕，還不夠逆天嗎？）
• 所謂的逆變，會在編譯後的C#代碼中進行強制類型轉換。
• 示例：

• IEnumerable<string> list = new List<string>();  
  IEnumerable<object> list2 = list; //協變
  IEnumerable<object> list2 = new List<string>();  //(也能夠直接寫成這樣)

• IComparable<object> list3 = null;
  IComparable<string> list4 = list3; //逆變  編譯後 [ IComparable<string> list4 = (IComparable<string>) list3;]
  

注意：

• 不支持類的類型參數的可變性
• 只有泛型接口和泛型委託能夠擁有可變的類型參數（out、in）
• 可變性只支持引用轉換。（不能用於值類型）
• 類型參數使用了 out 或者 ref 將禁止可變性

 

好了，今天就到這裏。沒啥高深的技術知識，主要爲理解協變、逆變、不變體等術語和概念。

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