[C# 基礎知識系列]專題九: 深入理解泛型可變性

引言：

　　在C# 2.0中泛型並不支持可變性的（可變性指的就是協變性和逆變性),我們知道在面向對象的繼承中就具有可變性，當方法聲明返回類型為Stream,我們可以在實現中返回一個FileStream的類型，此時就存在一個隱式的轉化——從FileStream類型(子類引用)——>Stream類型（父類引用），並且引用類型的數組也存在這種從子類引用——>父類引用的轉化，例如string[] 可以轉化為object[]（即這樣的代碼是可以通過編譯的：string[] strs =new string[3]; object[] objs =strs;），此時我們肯定會想是否泛型中的泛型參數也可以支持這樣的轉化呢？然而在C# 2.0中是不支持的，但是就是因為有這樣的需求，所以微軟也考慮到這個問題的， 所以在C# 4.0中就引入了泛型的協變和逆變性。下面就具體來介紹下C# 4.0 中對協變和逆變的具體內容有哪些的。

一、協變性

　　協變性指的是——泛型類型參數可以從一個派生類隱式轉化為基類（大家可以這樣記憶的，協變性即和諧的變化，生活中我們一般會說子女長的像他們的父母，這樣聽起來會感覺比較和諧點，這樣就很容易記住協變了），在C#4.0中引入out關鍵字來標記泛型參數支持協變性。為了更好的說明泛型的協變性，下面就以.Net類庫的中public interface IEnumerable<out T>這個接口來演示一個例子來幫助大家理解泛型協變：

List<object> listobject = new List<object>();
            List<string> liststrs = new List<string>();
            // AddRange方法接收的參數類型為IEnumerable<T> collection
            // 下面的代碼是傳入的是List<string>類型的參數。
            // 在MSDN中可以看出這個接口的定義為——IEnumerable<int T>。
            // 所以 IEnumerable<T>泛型類型參數T支持協變性，所以可以
            // 將List<string>轉化為IEnumerable<string>(這個是繼承的協變性支持的)
            // 又因為這個IEnumerable<in T>接口委托支持協變性，所以可以把IEnumerable<string>轉化為——>IEnumerable<object>類型。
            // 所以編譯器驗證的時候就不會出現類型不能轉化的錯誤了。
            listobject.AddRange(liststrs);  //成功

            liststrs.AddRange(listobject); // 出錯

　　代碼中如果使用 這代碼時 liststrs.AddRange(listobject); 就會出現編譯時錯誤(無法從List<object>轉換為IEnumerable<string>,因為List<object>可以因為繼承的協變性轉化為IEnumerable<object>,但是因為IEnumerable<out T>不支持逆變，即從object到string的轉化，所以此時就會產生下面圖中的錯誤了。)， 錯誤提示截圖如下：

二、逆變性

　　逆變性指的是——泛型類型參數可以從一個基類隱式轉化為派生類(可以從生活中的例子來幫助大家記憶逆變的——如果說父母長的像他們的子女的話肯定覺得別扭,在高中語文中經常會找這樣的語病的)，在C# 4.0中引入in關鍵字來標記泛型參數支持逆變性.為了更好的說明泛型的逆變性，下面就以.Net類庫的中接口public interface IComparer<in T>來演示一個例子來幫助大家理解泛型逆變：

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            List<object> listobject = new List<object>();
            List<string> liststrs = new List<string>();
            // AddRange方法接收的參數類型為IEnumerable<T> collection
            // 下面的代碼是傳入的是List<string>類型的參數。
            // 在MSDN中可以看出這個接口的定義為——IEnumerable<int T>。
            // 所以 IEnumerable<T>泛型類型參數T支持協變性，所以可以
            // 將List<string>轉化為IEnumerable<string>(這個是繼承的協變性支持的)
            // 又因為這個IEnumerable<in T>接口委托支持協變性，所以可以把IEnumerable<string>轉化為——>IEnumerable<object>類型。
            // 所以編譯器驗證的時候就不會出現類型不能轉化的錯誤了。
            listobject.AddRange(liststrs);  //成功

            ////liststrs.AddRange(listobject); // 出錯

            IComparer<object> objComparer = new TestComparer();
            IComparer<string> objComparer2 = new TestComparer();

            // List<string>類型的 liststrs變量的sort方法接收的是IComparer<string>類型的參數
            // 然而下面代碼傳入的是 IComparer<object>這個類型的參數，要編譯成功的話，必須能夠轉化為IComparer<string>這個類型
            // 正是因為IComparer<in T>泛型接口支持逆變，所以支持object轉化為string類型
            // 所以下面的這行代碼可以編譯通過，在.Net 4.0之前的版本肯定會編譯錯誤，
            // 大家可以把項目的目標框架改為.Net Framework 3.5或者更加低級的版本
            // 這樣下面這行代碼就會出現編譯錯誤，因為泛型的協變和逆變是C# 4.0 中新增加的特性，而.Net 4.0對應於C# 4.0。
            liststrs.Sort(objComparer);  // 正確

            // 出錯
            ////listobject.Sort(objComparer2);
        }    
    }

    public class TestComparer : IComparer<object>
    {
        public int Compare(object obj1,object obj2)
        {
            return obj1.ToString().CompareTo(obj2.ToString());
        }
    }

　　上面代碼中如果使用 listobject.Sort(objComparer2);時，就會出現編譯錯誤，錯誤原因看過上面協變中錯誤原因的解釋應該都可以明白的，下面是錯誤的截圖:

　　為了進一步說明泛型的協變和逆變是在C# 4.0中（C# 4.0即對於.net Framework 4.0）的版本都不支持泛型的協變和逆變,大家從MSDN中也可以發現的。下面是一張比較的截圖（大家可以自己具體去MSDN上查看的， 當版本改為3.5或更低級的版本時，看下泛型的定義是不是沒有out或in關鍵字，即之前的版本不支持泛型的可變性）：

三、協變和逆變的注意事項

　　並不是所有類型都支持泛型的協變和逆變的， 下面列出泛型的協變和你逆變中值得注意和明確的地方：

　　1. 只有接口和委托支持協變和逆變（如Func<out TResult>，Action<in T>），類或泛型方法的類型參數都不支持協變和逆變。

　　2. 協變和逆變只適用於引用類型，值類型不支持協變和逆變(因為可變性存在一個引用轉換，而值類型變量存儲的就是對象本身，而不是對象的引用)，所以List<int>無法轉化為Ienumerable<object>.

　　3. 必須顯示用in或out來標記類型參數。

　　4. 委托的可變性不要再多播委托中使用，相信這點很多人都沒有注意到的， 下面我舉個例子來說明下，當大家遇到這樣的問題可以知道為什么：

            // 下面初始化委托使用了Lambda表達式，Lambda表達式將在后面專題向大家具體介紹
            Func<string> stringfunc = () => "";
            Func<object> objectfunc = () => new object();
            Func<object> combined = stringfunc + objectfunc;

　　上面代碼可以通過編譯，因為泛型Func<out T>支持協變，所以將Func<string>轉換為Func<object>類型，但是對象本身仍然為Func<string>類型，然而Delegate.Combine方法要求參數必須為相同類型——否則該方法無法確定要創建什么類型的委托（是Func<string>類型呢還是Func<object>?），所以上面代碼在運行時會拋出ArgumetException（錯誤信息為——委托必須具有相同的類型）。我們可以稍微修改下上面代碼來使其不出現運行時錯誤

            Func<string> stringfunc = () => "";

            // 轉換 委托類型
            Func<object> tempfunc = new Func<object>(stringfunc);
            Func<object> objectfunc = () => new object();
            Func<object> combined = tempfunc + objectfunc;

 

四、小結

 　　雖然可能這個系列對實際的開發中沒有多大的幫助，但是我個人認為基礎還是需要打擾，只有基礎打好了，才可以讓我們飛的更遠，更容易掌握新的技術，所以我會一直堅持下去寫完這個系列的， 希望對大家鞏固基礎知識有所幫助。（我覺得尤其是在校學生，應該更加注重基礎知識的鞏固，然后寫一些例子來加深對基礎知識的理解）。

　　本專題到這里也就介紹完了（對於泛型還有一個相當有趣的話題的，就是協變和逆變的相互作用，具體這點內容大家可以參考這篇文章的：http://www.cnblogs.com/Ninputer/archive/2008/11/22/generic_covariant.html（因為我也是從這篇文章中知道這點的， 大家有興趣的話可以去上面的鏈接具體看看怎么回事）），下一個專題我將和大家介紹C# 2.0中的另外一個新的特性——可空類型。