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C#逆变与协变详解

时间:2022-01-21 12:01     来源/作者:DW039

该文章中使用了较多的 委托delegate和Lambda表达式,如果你并不熟悉这些,请查看我的文章《委托与匿名委托》、《匿名委托与Lambda表达式》以便帮你建立完整的知识体系。

在C#从诞生到发展壮大的过程中,新知识点不断引入。逆变与协变并不是C#独创的,属于后续引入。在Java中同样存在逆变与协变,后续我还会写一篇Java逆变协变的文章,有兴趣的朋友可以关注一下。

逆变与协变,听起来很抽象、高深,其实很简单。看下面的代码:

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class Person
 {
 
 }
 class Student : Person
 {
 
 }
 class Teacher: Person
 {
 
 }
 
 class Program
 {
  static void Main(string[] args)
  {
   List<Person> plist = new List<Person>();
   plist = new List<Student>();
   plist = new List<Teacher>();
}
}

在上面的代码中,plist = new List<Student>()、plist = new List<Teacher>()两句产生编译错误。虽然Person是Student/Teacher的父类,但List<Person>类型却不是List<Student/Teacher>类型的父类,所以上面的赋值语句报类型转换失败错误。

如上这样的赋值操作,在C# 4.0之前是不允许的,至于为什么不允许,类型安全是首要因素。看下面的示例代码:

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List<Person> plist = new List<Student>();
plist.Add(new Person());
plist.Add(new Student());
plist.Add(new Teacher());

如下示例,假设 List<Person> plist = new List<Student>() 允许赋值,那plist虽然类型为List<Person>集合,但实际指向确是List<Student>集合。plist.Add(new Person()),添加操作实际调用的是List<Student>.Add()。Person类型无法安全转换为Student,所以这样的集合定义没有意义,所以上面的假设不成立。

但情况在C# 4.0之后发生了变化,并不是"不可能发生的事情发生了",而是应用的灵活性做出了新的调整。同样的在C# 4.0中上面的程序仍是不被允许的,但却出现了例外。从C# 4.0开始,在泛型委托、泛型接口中,允许特殊情况的发生(实质上并未发生特殊变化,后面说明)。如下示例:

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delegate void Work<T>(T item);
 
class Person
{
  public string Name { get; set; }
}
class Student : Person
{
  public string Like { get; set; }
}
class Teacher : Person
{
  public string Teach { get; set; }
}
 
class Program
{
  static void Main(string[] args)
  {
   Work<Person> worker = (p) => { Console.WriteLine(p.Name); }; ;
   Work<Student> student_worker = (s) => { Console.WriteLine(s.Like); };
   student_worker = worker; //此处编译错误
  }
}

根据前面的理论支持,student_worker = worker;的错误很容易理解。但此处我们程序的目的是让 woker  充当 Work<Student> 的功能,以后调用 student_worker(s)实际调用的是woker(s)。为了满足我们的需求,需要程序做2方面的处理:

1、因在调用student_worker(s)时,实质执行的是woker(s),所以需要s变量的类型能成功转换为woker需要的参数类型。

2、需要告诉编译器,此处允许将 Work<Person> 类型的对象赋值给 Work<Student>类型的变量。

C#逆变与协变详解

条件1在调用时student_worker(),时编译器会提示要求参数必须是Student类型对象,该对象可成功转换为Person类型对象。

条件2则需要对Woke委托定义进行调整,调整如下:

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delegate void WorkIn<in T>(T item);

委托名字改为WorkIn是为却别修改前后的委托,关键之处为<in T>。通过增加 in 关键字,标注该泛型委托的类型参数T,仅作为委托方法的参数来使用。此时上面的程序便可成功编译并执行。

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delegate void WorkIn<in T>(T item);
class Program
 {
  static void Main(string[] args)
  {
   WorkIn<Person> woker = (p) => { Console.WriteLine(p.Name); };
   WorkIn<Student> student_worker = woker;
   student_worker(new Student() { Name="tom", Like="C#" });
 
  }
 }

对于要求类型参数为子类型,允许赋值类型参数为父类型值的这种情况,称为逆变。逆变在C#中需要用 in 标注泛型的类型参数。逆变虽叫逆变,但只是形式上看似父类对象赋值给子类变量,实质上是方法调用时参数的类型转换。Student s = new Person(),这是不可能的,这不是逆变是错误。

上面的代码如你能转换为下面的形式,那你就可以忘却逆变,本质比现象更重要

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