你了解C#的协变和逆变吗,看完这篇就懂了

  • Z时代
  • 2024-01-10
  • 分类：综合

从C# 4.0开始，泛型接口和泛型委托都支持协变和逆变，由于历史原因，数组也支持协变。

里氏替换原则：任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。

协变（out）

  • 协变：即自然的变化，遵循里氏替换原则，表现在代码上则是任何基类都可以被其子类赋值，如Animal = Dog、Animal = Cat

  • 使用out关键字声明（注意和方法中修饰参数的out含义不同）

  • 被标记的参数类型只能作为方法的返回值（包括只读属性）

  • 在没有协变时：

abstract class Animal {}
class Dog : Animal {}
class Cat : Animal {}
interface IPoppable<T>
{
  T Pop();
}
class MyStack<T> : IPoppable<T>
{
  private int _pos;
  private readonly T[] _data = new T[100];
  public void Push(T obj) => _data[_pos++] = obj;
  public T Pop() => _data[--_pos];
}

以下代码是无法通过编译的

var dogs = new MyStack<Dog>();
IPoppable<Animal> animals1 = dogs; // 此处会发生编译错误
Stack<Animal> animals2 = dogs; // 此处会发生编译错误

此时，我们如果需要为动物园饲养员新增一个输入参数为Stack<Animal>饲喂的方法，一个比较好的方法是新增一个约束泛型方法：

class Zookeeper
{
  public static void Feed<T>(IPoppable<T> animals) where T : Animal {}
}
// 或者
class Zookeeper
{
  public static void Feed<T>(Stack<T> animals) where T : Animal {}
}
// Main
Zookeeper.Feed(dogs);

现在，C#增加了协变

使IPoppable<T>接口支持协变

// 仅仅增加了一个 out 声明
interface IPoppable<out T>
{
  T Pop();
}

简化Feed方法

class Zookeeper
{
  public static void Feed(IPoppable<Animal> animals) {}
}
// Main
Zookeeper.Feed(dogs);

协变的天然特性——仅可作为方法返回值，接口（或委托）外部无法进行元素添加，确保了泛型类型安全性，所以不用担心Dog的集合中出现Cat

常用的支持协变的接口和委托有：

  • IEnumerable

  • IEnumerator

  • IQueryable

  • IGrouping<out TKey, out TElement>

  • Func等共17个

  • Converter<in TInput, out TOutput>

IEnumerable<Dog> dogs = Enumerable.Empty<Dog>();
IEnumerable<Animal> animals = dogs;
var dogList = new List<Dog>();
IEnumerable<Animal> animals = dogList;

另外，由于历史原因，数组也支持协变，例如

var dogs = new Dog[10];
Animal[] animals = dogs;

但是无法保证类型安全性，以下代码可正常进行编译，但是运行时会报错

animals[0] = new Cat(); // 运行时会报错

逆变(in)

  • 逆变：即协变的逆向变化，实质上还是遵循里氏替换的原则，将子类赋值到基类上

  • 使用in关键字声明

  • 被标记的参数类型只能作为方法输入参数（包括只写属性）

  • 例如：

abstract class Animal {}
class Dog : Animal {}
class Cat : Animal {}
interface IPushable<in T>
{
  void Push(T obj);
}
class MyStack<T> : IPushable<T>
{
  private int _pos;
  private readonly T[] _data = new T[100];
  public void Push(T obj) => _data[_pos++] = obj;
  public T Pop() => _data[--_pos];
}
// Main
var animals = new MyStack<Animal>();
animals.Push(new Cat());
IPushable<Dog> dogs = animals;
dogs.Push(new Dog());

逆变的天然特性——仅可作为方法输入参数，接口（或委托）无法进行元素获取，即只能将子类赋值到父类上，进而保证了类型安全性。

另外，常用支持逆变的接口和委托有：

  • IComparer

  • IComparable

  • IEqualityComparer

  • Action等共16个

  • Predicate

  • Comparison

  • Converter<in TInput, out TOutput>

Action<Animal> animalAction = new Action<Animal>(a => { });
Action<Dog> DogAction = animalAction;

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