C#泛型的协变与逆变-蒲公英云

1.协变性

当我们使用泛型编程时，可能会遇到如下问题，即将一个较具体的类型赋值给一个较泛化的类型是可行的，但在泛型中却无法编译通过。

// 编译不通过:Type 'string' doesn't match expected type 'object'.
List<object> list = new List<string>();  
// 编译通过
object item = new string("abc");

用不同类型参数声明同一个泛型类的两个变量，这两个变量不是类型兼容的——即使是将一个较具体的类型赋值给一个较泛化的类型。也就是说，他们不是协变量。那么什么是协变？举个例子来讲，假设有X和Y两个类型，且X和Y之间有特殊关系，即每个X类型的值都能转换成Y类型。如果I<X>与I<Y>也总有这样的特殊关系，那么就可以说“I<T>对T协变”。

那么为什么泛型不支持协变呢？我们可以假设C#允许泛型协变，看一下会发生什么：

List<string> strList = new List<string>(){
    "aaa","bbb"};
// 假设合法
List<object> objList = strList;
objList.Add(1);
objList.Add(2);

可以看到，因为objList是List<object>类型的，因此向其中添加int类型的数据完全合法，但objList又是strList的别名，而strList只能是一个字符串列表，向其中添加整型数据就破坏了其类型安全。因此若允许不受限制的泛型协变性，类型安全将完全失去保障。

使用out修饰符允许协变性

根据前面的描述，泛型类型之所以限制协变性是因为List<T>允许向其内容写入，从而使类型安全失去保障。那么如果只允许读取，不允许写入呢？

C#从4开始加入了对安全协变性的支持。如果要指出泛型接口应该对它的某个类型参数协变，就用out修饰该类型参数。

List<string> strList = new List<string>(){
    "aaa","bbb"};
// 假设合法
// List<object> objList = strList;
IReadOnlyList<object> objList = strList;

上面的代码中，IReadOnlyList<T>就是使用了out修饰符的泛型接口，而List<T>实现了这一接口。因为IReadOnlyList<T>接口只提供了读取方法，并没有提供写入方法，因此该协变转换是合法的。

协变转换也存在一些限制：
（1）只有泛型接口和泛型委托才支持协变，泛型类和结构不支持。
（2）来源T和目标T必须都为引用类型，不能是值类型。

2.逆变性

逆变性就是协变性的反方向。仍然是之前的例子，假设有X和Y两个类型，且X和Y之间有特殊关系，即每个X类型的值都能转换成Y类型。如果I<X>与I<Y>总具有相反的特殊关系，即I<Y>类型的每个值都能转换为I<X>类型，那么就可以说“I<T>对T逆变”。

固定泛型同样不允许逆变：

public class Fruit {
     }
public class Apple:Fruit {
     }
public class Orange:Fruit {
     }
public interface IExample<T>
{
    public T Item {
     get;set; }
}
public class ExampleClass<T> : IExample<T>
{
    public T Item {
     get; set; }
}
public static void GenericPracticeMain()  
{
    IExample<Fruit> fruit = new ExampleClass<Fruit>(){
    Item = new Orange()};  
    // 编译不通过
    IExample<Apple> apple = fruit;  
}

同样的，我们假设上面这种写法可以通过编译，看看会发生什么问题：

IExample<Fruit> fruit = new ExampleClass(){
    Item = new Orange()};
// 假设编译通过
IExample<Apple> apple = fruit;
Apple app = apple.Item;

我们会发现假如编译通过，我们就可以合法地将Item赋值给一个Apple变量，但问题在于Item原本是一个Orange对象，这样的转换显然是不正确的。

根据上面的示例，我们可以发现，固定泛型接口不允许逆变的原因在于其内部存在有返回值的方法。那么假如泛型接口内部不存在有返回值的方法，是不是就允许逆变了呢？

使用in修饰符允许逆变性

C#提供了in操作符来允许泛型逆变。它的使用方法与out修饰符类似。通过in修饰的泛型接口不允许T作为属性取值方法或方法返回类型使用。

public interface IExample<in T>
{
    public T Item {
     set; }
}
IExample<Fruit> fruit = new ExampleClass(){
    Item = new Orange()};
// 编译通过
IExample<Apple> apple = fruit;