一般来说, 泛型的作用就类似一个占位符, 或者说是一个参数, 可以让我们把类型像参数一样进行传递, 尽可能地复用代码。
我有个朋友, 在使用的过程中发现一个问题
IFace<object> item = new Face<string>(); // CS0266
public interface IFace<T>
{
string Print(T input);
}
public class Face<T> : IFace<T>
{
public string Print(T input) => input.ToString();
}
Q: string
明明是 object
的子类, 为啥这样赋值会报错呢???
A: 因为 Face<string>
实现的是 IFace<string>
, 而 IFace<string>
并不是 IFace<object>
的子类
Q: 但是 string
是 object
的子类啊, IFace<string>
可不就是 IFace<object>
吗?
A: 如果只论接口定义, 看起来确实是这样的, 但是你要看内部实现的方法, IFace<string>
的 Print
方法参数是 string
, 但是 IFace<object>
的 Print
参数是 object
, 如果上面的赋值可以成立, 就意味着允许 Print(string input)
方法传递任意类型的对象, 这样明显是有问题的
Q: 但是我曾经看到过 IEnumerable<object> list = new List<string>();
这个为什么就可以
A: 这就要讲到C#泛型里的逆变协变了
Q: 细嗦细嗦
C#泛型中的逆变(in)协变(out)对于不常自定义泛型的开发来说(可能)是个很难理解的概念, 简单来说其表现形式如下
逆变(in): I<子类> = I<父类>
协变(out): I<父类> = I<子类>
上面例子中提到的 IEnumerable<object> list = new List<string>();
体现的是协变
, 符合一般直觉, 整体上看起来就像是将子类赋值给基类
转到 IEnumerable<>
的定义, 我们可以看到
public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable
{
new IEnumerator<T> GetEnumerator();
}
泛型 T
之前加了协变的关键词 out
, 代表支持协变, 可以进行符合直觉且和谐的转化
前编中提到的代码例子不适用并且也不能改造成协变, 只适合使用逆变
相比于符合直觉且和谐的协变, 逆变是不符合直觉并且别扭的
IFace<string> item = new Face<object>();
public interface IFace<in T>
{
string Print(T input);
}
public class Face<T> : IFace<T>
{
public string Print(T input) => input.ToString();
}
这是一个逆变的例子, 与协变相似, 需要在泛型 T
之前加上关键词 in
对比上方的协变, 逆变看起来就像是将基类赋值给子类, 但这其实符合里氏代换的
当我们调用 item.Print
时, 看起来允许传入的参数为 string
类型, 而实际上最终调用的 Face<object>.Print
是支持 object
的, 传入 string
类型的参数没有任何问题
逆变(in)协变(out)的作用就是扩展泛型的用法, 帮助开发者更好地复用代码, 同时通过约束限制可能会出现的破坏类型安全的操作
逆变协变的限制虽然上面讲了逆变(in)协变(out)看起来是什么样的, 但我的那个朋友还是有些疑问
Q: 那我什么时候可以用逆变, 什么时候可以用协变, 这两个东西用起来有什么限制?
A: 简单来说, 有关泛型输入
的用逆变
, 关键词是in
, 有关泛型输出
的用协变
, 关键词是out
, 如果接口中既有输入又有输出, 就不能用逆变协变
Q: 为什么这两个不能同时存在?
A: 协变
的表现形式为将子类赋值给基类
, 当进行输出
相关操作时, 输出的对象类型为基类, 是将子类转为基类, 你可以说子类是基类;逆变
的表现形式为将基类赋值给子类
, 当进行输入
相关操作时, 输入的对象为子类, 是将子类转为基类, 这个时候你也可以说基类是子类;
如果同时支持逆变协变, 若先进行子类赋值给基类的操作, 此时输出
的是基类, 子类转为基类并不会有什么问题, 但进行输入
操作时就是在将基类转为子类, 此时是无法保证类型安全的;
Q: 听不懂, 能不能举个例子给我?
A: 假设 IEnumerable<>
同时支持逆变协变, IEnumerable<object> list = new List<string>();
进行赋值后, list
中实际保存的类型是string
, item.First()
的输出
类型为object
, 实际类型是string
, 此时说string
是object
没有任何问题, 协变可以正常发挥作用;
但是如果支持了逆变, 假设我们进行输入
类型的操作, item.Add()
允许的参数类型为 object
, 可以是任意类型, 但是实际上支持string
类型, 此时的object
绝无可能是string
Q: 好像听懂了一点了, 我以后慢慢琢磨吧
两者的限制简单总结就是
输入
的用逆变
输出
的用协变