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[ASP.net教程]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(不了解的请戳)

协变:(string->object)

Func<string> func1 = () => "农码一生";Func<object> func2 = func1;

逆变:(object->string)

Action<object> func3 = t => { };Action<string> func4 = func3;

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:

public delegate TResult Func<out TResult>();

多了一个out,什么鬼:

  • out:对于泛型类型参数,out 关键字指定该类型参数是协变的。 可以在泛型接口和委托中使用 out 关键字。(来源)
  • in:对于泛型类型参数,in 关键字指定该类型参数是逆变的。 可以在泛型接口和委托中使用 in 关键字。(来源)

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:

  • in->输入参数->可逆变(子类到父类的转变[如object->string])
  • out->返回值->可协变(父类到之类的转变[如string->object])

 

假设:如果泛型参数中既存在in又存在out改如何:

delegate Tout MyFunc<in Tin, out Tout>(Tin obj);

MyFunc<object, string> str1 = t => "农码一生";MyFunc<string, string> str2 = str1;//第一个泛型的逆变(object->string)MyFunc<object, object> str3 = str1;//第二个泛型的协变(string->object)MyFunc<string, object> str4 = str1;//第一个泛型的逆变和第二个泛型的协变

以上都是没有问题的。 

然后我们看看编译后的C#代码:

结论:

  • 所谓的逆变其实只是编译后进行了强制类型转换而已。

以上代码也可以直接写成:

//delegate Tout MyFunc<in Tin, out Tout>(Tin obj);MyFunc<string, string> str5 = t => "农码一生";MyFunc<object, object> str6 = t => "农码一生";MyFunc<string, object> str7 = t => "农码一生";

泛型接口的可变性

接着看框架默认接口:

协变:(子类->父类)

IEnumerable<string> list = new List<string>();IEnumerable<object> list2 = list;

逆变:(父类-> 子类)

IComparable<object> list3 = null;IComparable<string> 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:

// 人public class People{ }//老师(继承People[人])public class Teacher : People{ }//运动public interface IMotion<T>{ }//跑步public class Run<T> : IMotion<T>{ }

然后我们测试协变性:

同样我们需要把接口 interface IMotion<T> 定义为 interface IMotion<out T> 

//运动public interface IMotion<out T>{}

IMotion<Teacher> x = new Run<Teacher>();IMotion<People> y = x;

如果我们要测试逆变性,则需要把 interface IMotion<T>  定义为 interface IMotion<in T> 

//运动public interface IMotion<in T>{}

IMotion<People> x2 = new Run<People>();IMotion<Teacher> 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<Teacher> y3 = new Run<People>();

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?:

// 人public class People { }//老师(继承People[人])public class Teacher : People { }//运动public interface IMotion<T> { }//跑步public class Run<T> : IMotion<T> { }

//协变IMotion<Teacher> x = new Run<Teacher>();IMotion<People> y = (IMotion<People>)x;//逆变IMotion<People> x2 = new Run<People>();IMotion<Teacher> y2 = (IMotion<Teacher>)x2;IMotion<Teacher> y3 = (IMotion<Teacher>)new Run<People>();

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(我们在IMotion定义两个方法):

//运动public interface IMotion<T>{  T Show();  void Match(T t);}

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 void Match(T t) 的方法。使用in时,有个返回参数为泛型 T Show() 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 IEnumerable<T> 、 IComparable<T> 、 IQueryable<T> 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:

// 人public class People { }//老师(继承People[人])public class Teacher : People{  //薪水  public decimal Salary { get; set; }}//运动public interface IMotion<in T>{  void Match(T t);}//跑步public class Run<T> : IMotion<T>{  public void Match(T t)  {    //假设中间有很多逻辑.....      }}

为什么out[返回值]只能协变?分析如下:

// 人public class People { }//老师(继承People[人])public class Teacher : People{  //薪水  public decimal Salary { get; set; }}//运动public interface IMotion<out T>{  T Show();  //void Match(T t);}//跑步public class Run<T> : IMotion<T>{  public T Show()  {    return default(T);  }  //public void Match(T t)  //{  //  //假设中间有很多逻辑.....       //}}

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[里氏替换原则]),但是却不可以把父类当子类来用(如:子类存在有而父类没有的方法或属性)。
  • 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(如:父类代表的对象不能强制转给子类[string str = (string)objcet])。

。。。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(龟腚\规定)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:

  • 协变 -> 比较和谐正常的变化 -> 子类转父类 [如 string转object] -> 必须有out标识 [返回值]
  • 逆变 -> 逆天的变化 -> 父类转子类 [如object转string] -> 必须有in标识 [传入参数]  (父亲变儿子,越活越年轻,还不够逆天吗?)
  • 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<string> list = new List<string>();  
      IEnumerable<object> list2 = list; //协变
      IEnumerable<object> list2 = new List<string>();  //(也可以直接写成这样)

    • IComparable<object> list3 = null;
      IComparable<string> list4 = list3; //逆变  编译后 [ IComparable<string> list4 = (IComparable<string>) list3;]

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。

本文以同步至索引目录:《C#基础知识巩固》

 

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