你瞭解C#的協變和逆變嗎

xiaoxiaotank發表於2020-05-18
C#
  • 從C# 4.0開始，泛型介面和泛型委託都支援協變和逆變，由於歷史原因，陣列也支援協變。
  • 里氏替換原則：任何基類可以出現的地方，子類一定可以出現。

協變（out）

  • 協變：即自然的變化，遵循里氏替換原則，表現在程式碼上則是任何基類都可以被其子類賦值，如Animal = Dog、Animal = Cat
  • 使用out關鍵字宣告（注意和方法中修飾引數的out含義不同）
  • 被標記的引數型別只能作為方法的返回值（包括只讀屬性）
  • 在沒有協變時：
    abstract class Animal {}
class Dog : Animal {}
class Cat : Animal {}

interface IPoppable<T>
{
    T Pop();
}
class MyStack<T> : IPoppable<T>
{
    private int _pos;
    private readonly T[] _data = new T[100];

    public void Push(T obj) => _data[_pos++] = obj;
    public T Pop() => _data[--_pos];
}
    以下程式碼是無法通過編譯的
    var dogs = new MyStack<Dog>();
IPoppable<Animal> animals1 = dogs; // 此處會發生編譯錯誤
Stack<Animal> animals2 = dogs; // 此處會發生編譯錯誤
    此時，我們如果需要為動物園飼養員新增一個輸入引數為Stack<Animal>飼餵的方法，一個比較好的方法是新增一個約束泛型方法：
    class Zookeeper
{
    public static void Feed<T>(IPoppable<T> animals) where T : Animal {}
}
// 或者
class Zookeeper
{
    public static void Feed<T>(Stack<T> animals) where T : Animal {}
}

// Main
Zookeeper.Feed(dogs);
  • 現在，C#增加了協變
    使IPoppable<T>介面支援協變
    // 僅僅增加了一個 out 宣告
interface IPoppable<out T>
{
    T Pop();
}
    簡化Feed方法
    class Zookeeper
{
    public static void Feed(IPoppable<Animal> animals) {}
}

// Main
Zookeeper.Feed(dogs);
    協變的天然特性——僅可作為方法返回值，介面（或委託）外部無法進行元素新增，確保了泛型型別安全性，所以不用擔心Dog的集合中出現Cat
  • 常用的支援協變的介面和委託有：
    • IEnumerable
    • IEnumerator
    • IQueryable
    • IGrouping<out TKey, out TElement>
    • Func等共17個
    • Converter<in TInput, out TOutput>
    IEnumerable<Dog> dogs = Enumerable.Empty<Dog>();
IEnumerable<Animal> animals = dogs;

var dogList = new List<Dog>();
IEnumerable<Animal> animals = dogList;
  • 另外，由於歷史原因，陣列也支援協變，例如
    var dogs = new Dog[10];
Animal[] animals = dogs;
    但是無法保證型別安全性，以下程式碼可正常進行編譯，但是執行時會報錯
    animals[0] = new Cat(); // 執行時會報錯

逆變(in)

  • 逆變：即協變的逆向變化，實質上還是遵循里氏替換的原則，將子類賦值到基類上
  • 使用in關鍵字宣告
  • 被標記的引數型別只能作為方法輸入引數（包括只寫屬性）
  • 例如：
    abstract class Animal {}
class Dog : Animal {}
class Cat : Animal {}

interface IPushable<in T>
{
    void Push(T obj);
}
class MyStack<T> : IPushable<T>
{
    private int _pos;
    private readonly T[] _data = new T[100];

    public void Push(T obj) => _data[_pos++] = obj;
    public T Pop() => _data[--_pos];
}

// Main
var animals = new MyStack<Animal>();
animals.Push(new Cat());
IPushable<Dog> dogs = animals;
dogs.Push(new Dog());
    逆變的天然特性——僅可作為方法輸入引數，介面（或委託）無法進行元素獲取，即只能將子類賦值到父類上，進而保證了型別安全性。
  • 另外，常用支援逆變的介面和委託有：
    • IComparer
    • IComparable
    • IEqualityComparer
    • Action等共16個
    • Predicate
    • Comparison
    • Converter<in TInput, out TOutput>
Action<Animal> animalAction = new Action<Animal>(a => { });
Action<Dog> DogAction = animalAction;

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