深入理解 C# 協變和逆變


msdn 解釋如下: 

協變是指能夠使用與原始指定的派生類型相比,派生程度更大的類型。 

逆變則是指能夠使用派生程度更小的類型。 

解釋的很正確,大致就是這樣,不過不夠直白。 

直白的理解: 

協變”->”和諧的變”->”很自然的變化”->string->object :協變。 

逆變”->”逆常的變”->”不正常的變化”->object->string 逆變。 

上面是個人對協變和逆變的理解,比起記住那些派生,類型,原始指定,更大,更小之類的詞語,個人認為要容易點。 

下面是一則笑話: 

一個星期的每一天應該這樣念:

星期一 = 忙day;
星期二 = 求死day;
星期三 = 未死day;
星期四 = 受死day;
星期五 = 福來day;
星期六 = 灑脫day;
星期天 = 傷day

 

為了演示協變和逆變,以及之間的區別,請創建控制台程序CAStudy,手動添加兩個類: 

image

  

因為是演示,所以都是個空類,

  

只是有一點記住Dog 繼承自Animal,

  

所以Dog變成Animal 就是和諧的變化(協變),而如果Animal 變成Dog就是不正常的變化(逆變)

  

Main函數中輸入:

 

image

  

因為Dog繼承自Animal,所以Animal aAnimal = aDog; aDog 會隱式的轉變為Animal.

  

但是List<Dog> 不繼承List<Animal> 所以出現下面的提示:

  

image

  

如果想要轉換的話,應該使用下面的代碼:

  

List<Animal> lstAnimal2 = lstDogs.Select(d => (Animal)d).ToList();

  

可以看到一個lstDogs 變成lstAnimal 是多么復雜的操作了。

  

正因如此,所以微軟新增了兩個關鍵字:Out,In,下面是他們的msdn解釋:

 

image

image

 

協變的英文是:“covariant”,逆變的英文是:“Contravariant

  

為什么Microsoft選擇的是”Out” ”In” 作為特性而不是它們呢?

  

我個人的理解:

  

因為協變和逆變的英文太復雜了,並沒有體現協變和逆變的不同,但是out in 卻很直白。

  

out: 輸出(作為結果),in:輸入(作為參數)

  

所以如果有一個泛型參數標記為out,則代表它是用來輸出的,只能作為結果返回,而如果有一個泛型參數標記為in,則代表它是用來輸入的,也就是它只能作為參數。

  

目前out in 關鍵字只能在接口和委托中使用,微軟使用out in 標記的接口和委托大致如下:

image

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先看下第一個IEnumerable<T>

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 和剛開始說的一樣,T out 標記,所以T代表了輸出,也就是只能作為結果返回。

 

public static void Main()

 

{

    Dog aDog = new Dog(); 

    Animal aAnimal = aDog; 

    List<Dog> lstDogs = new List<Dog>();

    //List<Animal> lstAnimal = lstDogs;

    List<Animal> lstAnimal2 = lstDogs.Select(d => (Animal)d).ToList();

    IEnumerable<Dog> someDogs = new List<Dog>();

    IEnumerable<Animal> someAnimals = someDogs;

}

 

因為T只能做結果返回,所以T不會被修改,編譯器就可以推斷下面的語句強制轉換合法,所以

IEnumerable<Animal> someAnimals = someDogs; 

可以通過編譯器的檢查,反編譯代碼如下: 

image 

雖然通過了C#編譯器的檢查,但是il 並不知道協變和逆變,還是得乖乖的強制轉換。 

在這里我看到了這句話:

IEnumerable<Animal> enumerable2 = (IEnumerable<Animal>) enumerable1;

那么是不是可以List<Animal> lstAnimal3 = (List<Animal>)lstDogs; 呢? 

想要回答這個問題需要在回頭看看Clr via C# 關於泛型和接口的章節了,我就不解釋了, 

答案是不可以。 

上面演示的是協變,接下來要演示下逆變。 

為了演示逆變,那么就要找個in標記的接口或者委托了,最簡單的就是: 

clip_image002   

Main函數中添加: 

Action<Animal> actionAnimal = new Action<Animal>(a => {/*讓動物叫*/ });

Action<Dog> actionDog = actionAnimal;

actionDog(aDog);

很明顯actionAnimal 是讓動物叫,因為DogAnimal,那么既然Animal 都能叫,Dog肯定也能叫。 

In 關鍵字:逆變,代表輸入,代表着只能被使用,不能作為返回值,所以C#編譯器可以根據in關鍵字推斷這個泛型類型只能被使用,所以Action<Dog> actionDog = actionAnimal;可以通過編譯器的檢查。 

再次演示Out關鍵字:

添加兩個類:

public interface IMyList<out T>

{

    T GetElement();

}

 

public class MyList<T> : IMyList<T>

{

    public T GetElement()

    {

        return default(T);

    }

} 

因為out 關鍵字,所以下面的代碼可以通過編譯

IMyList<Dog> myDogs = new MyList<Dog>();

IMyList<Animal> myAnimals = myDogs;

 

將上面的兩個類修改為:

public interface IMyList<out T>

{

    T GetElement();

    void ChangeT(T t);

}

 

public class MyList<T> : IMyList<T>

{

    public T GetElement()

    {

        return default(T);

    }

 

    public void ChangeT(T t)

    {

        //Change T

    }

}

 

編譯:

image 

因為Tout修飾,所以T只能作為參數。

 

同樣修改兩個類如下:

public interface IMyList<in T>

{

    T GetElement();

    void ChangeT(T t);

}

 

public class MyList<T> : IMyList<T>

{

    public T GetElement()

    {

        return default(T);

    }

 

    public void ChangeT(T t)

    {

        //Change T

    }

}

 

這一次使用in關鍵字。

編譯:

image 

因為用in關鍵字標記,所以T只能被使用,不能作為返回值。

 

最后修改代碼為:

public interface IMyList<in T>

{

    void ChangeT(T t);

}

 

public class MyList<T> : IMyList<T>

{

    public void ChangeT(T t)

    {

        //Change T

    }

}

 

編譯成功,因為in代表了逆變,所以

IMyList<Animal> myAnimals = new MyList<Animal>();

IMyList<Dog> myDogs = myAnimals;

 

可以編譯成功!。


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