C# · 12月 20, 2021

那些年搞不懂的术语、概念:协变、逆变、不变体

简述什么是协变性、逆变性、不变性协变性,如:string->object (子类到父类的转换)逆变性,如:object->string (父类到子类的转换)不变性,基于上面两种情况,不可变。具体下面再做分析。泛型委托的可变性

先使用框架定义的泛型委托Func和Action做例子()

协变:object)

Func = () => func2 = ;

逆变:string)

Action = t => func4 = ;

上面代码没有任何问题。

接着我们自己定义委托试试:

我X,看人不来哦。为什么自定义的委托却不能协变呢。

我看看系统定义的Func到底和我们自定义的有什么不同:

TResult Func();

多了一个out,什么鬼:

out keyword specifies that the type parameter is covariant.”>out:out keyword specifies that the type parameter is covariant.”>out keyword in generic interfaces and delegates.”>()in keyword specifies that the type parameter is contravariant.”>对于泛型类型参数,in 关键字指定该类型参数是逆变的。 in keyword in generic interfaces and delegates.”>可以在泛型接口和委托中使用 in 关键字。in keyword specifies that the type parameter is contravariant.”>in keyword in generic interfaces and delegates.”>(in keyword specifies that the type parameter is contravariant.”>in keyword in generic interfaces and delegates.”>)

in keyword specifies that the type parameter is contravariant.”>in keyword in generic interfaces and delegates.”>那么我们可以修改自定义委托:

完美!

那如果我们要实现逆变性呢:

直接逆变是不可行的,我们需要修改泛型类型参数:

我们发现整个委托参数都变了。本来的返回值,改成输入参数才行。

结论:

输入参数->可逆变string])返回值->可协变object])

假设:如果泛型参数中既存在in又存在out改如何:

Tout MyFunc(Tin obj);MyFunc str1 = t => str2 = str1;string)MyFunc str3 = str1;object)MyFunc str4 = str1;

以上都是没有问题的。 

然后我们看看编译后的C#代码:

结论:

以上代码也可以直接写成:

(Tin obj);MyFunc str5 = t => str6 = t => str7 = t => ;泛型接口的可变性

接着看框架默认接口:

协变:父类)

IEnumerable list = List list2 = list;

逆变: 子类)

IComparable list3 = list4 = list3;

接下来我们试试自定泛型接口:

首先定义测试类型、接口:

IMotion Run : IMotion

然后我们测试协变性:

同样我们需要把接口  IMotion 定义为  IMotion 

IMotion{}IMotion x = Run y = x;

如果我们要测试逆变性,则需要把  IMotion  定义为  IMotion 

IMotion{}IMotion x2 = Run y2 = x2;

泛型接口的逆变,编译后同样进行了强制转换:

当然,我们也可以直接写成:

IMotion y3 = Run();不变性

从上面我们知道逆变性的代码编译后都会进行强制转换。假设:那我们不用out、in直接手动强制转换是否可以?:

IMotion Run : IMotion { }IMotion x = Run y = x;

<span style=”color: #008000;”>//<span style=”color: #008000;”>逆变
IMotion x2 = <span style=”color: #0000ff;”>new Run<span style=”color: #000000;”>();
IMotion y2 = <span style=”color: #ff0000;”>(IMotion<span style=”color: #000000;”><span style=”color: #ff0000;”>)x2;
IMotion y3 = <span style=”color: #ff0000;”>(IMotion)<span style=”color: #0000ff;”>new Run();

天才的我发现编译成功了,没有任何问题!且还可以同时协变、逆变??不对,真的天才了吗?我们运行试试:

看来我还是太单纯了,如果真的这么容易绕过去,Microsoft又何必去搞个out、in关键字。

对于同一个泛型参数,我们既想有协变性又想逆变性,咋办?答案是不可行。这就会出现第三种情况,既不可以协变又不可以逆变。称为不变性。

如:

IMotion

上面我们测试过,代码直接强制转换是不能实现协变、逆变的。那么我们只能通过out、in来实现。如果现在我们在泛型参数添加out或in属性会如何?:

我们发现out和in都不能用。在用out时,有个传入参数为泛型  Match(T t) 的方法。使用in时,有个返回参数为泛型  的方法。现在就出现了是矛更锋利,还是盾更坚硬的问题了。

最后结果是:都不能用,既不能协变,也不能逆变。此为不变体。

小知识:

C#4.0之前  、  、  等接口都不支持可变性,在4.0及之后才支持。因为4.0之前定义的泛型接口没有添加out、in关键字,有兴趣可以切换版本看看。

延伸思考

为什么in[输入参数]就只能逆变?分析如下:

{ ; <span style=”color: #008000;”>//<span style=”color: #008000;”>运动
<span style=”color: #0000ff;”>public <span style=”color: #0000ff;”>interface IMotion<<span style=”color: #0000ff;”>in T><span style=”color: #000000;”>
{
<span style=”color: #0000ff;”>void<span style=”color: #000000;”> Match(T t);
}
<span style=”color: #008000;”>//<span style=”color: #008000;”>跑步
<span style=”color: #0000ff;”>public <span style=”color: #0000ff;”>class Run : IMotion<span style=”color: #000000;”>
{
<span style=”color: #0000ff;”>public <span style=”color: #0000ff;”>void<span style=”color: #000000;”> Match(T t)
{
<span style=”color: #008000;”>//<span style=”color: #008000;”>假设中间有很多逻辑…..
<span style=”color: #000000;”> }
}

为什么out[返回值]只能协变?分析如下:

Salary { ; <span style=”color: #008000;”>//<span style=”color: #008000;”>运动
<span style=”color: #0000ff;”>public <span style=”color: #0000ff;”>interface IMotion<<span style=”color: #ff0000;”>out T><span style=”color: #000000;”>
{
<span style=”color: #ff0000;”>T Show();
<span style=”color: #008000;”>//<span style=”color: #008000;”>void Match(T t);
<span style=”color: #000000;”>}
<span style=”color: #008000;”>//<span style=”color: #008000;”>跑步
<span style=”color: #0000ff;”>public <span style=”color: #0000ff;”>class Run : IMotion<span style=”color: #000000;”>
{
<span style=”color: #0000ff;”>public<span style=”color: #000000;”> T Show()
{
<span style=”color: #0000ff;”>return <span style=”color: #0000ff;”>default<span style=”color: #000000;”>(T);
}
<span style=”color: #008000;”>//<span style=”color: #008000;”>public void Match(T t)
<span style=”color: #008000;”>//<span style=”color: #008000;”>{
<span style=”color: #008000;”>// <span style=”color: #008000;”>//<span style=”color: #008000;”>假设中间有很多逻辑…..
<span style=”color: #008000;”>//<span style=”color: #008000;”>}
}

这里有两个关键点:

传入参数(in)是把参数当成父类来用,显然可以逆变(子类当成父类来用[]),但是却不可以把父类当子类来用。返回值(out)返回值类型用父类来接收,显然可以协变(父类可以接收一切子类),但却不可用子类接收父类数据。

。。。是不是有点越想越头晕,想不明白就慢慢想。自己动动手。

如果实在想的头大,就把它当成是乌龟的屁股吧,知道是C#做的一种安全限制!

总结

关于泛型接口、泛型委托的可变性:

-> 比较和谐正常的变化 -> 子类转父类 [如 string转object] ->  [返回值] -> 逆天的变化 -> 父类转子类 [如object转string] ->  [传入参数]  所谓的逆变,会在编译后的C#代码中进行强制类型转换。示例:

IEnumerable list = new List();  IEnumerable list2 = list; IEnumerable list2 = new List();  

IComparable list3 = null;IComparable list4 = list3;  IComparable list4 = ) 

注意:

不支持类的类型参数的可变性只有泛型接口和泛型委托可以拥有可变的类型参数(out、in)可变性只支持引用转换。(不能用于值类型)类型参数使用了 out 或者 ref 将禁止可变性

好了,今天就到这里。没啥高深的技术知识,主要为理解协变、逆变、不变体等术语和概念。

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