前言
在引用型別系統時，協變、逆變和不變性具有如下定義。 這些示例假定一個名為 Base 的基類和一個名為 Derived的派生類。
- Covariance
使你能夠使用比原始指定的型別派生程度更大的型別。
你可以將 IEnumerable
- Contravariance
使你能夠使用比原始指定的型別更泛型（派生程度更小）的型別。
你可以將 Action 的例項分配給 Action
- Invariance
表示只能使用最初指定的型別。 固定泛型型別引數既不是協變，也不是逆變。
你無法將 List 的例項分配給 List
以上來自於官方文件對協變、逆變、不變性的解釋
為啥C#需要協變和逆變？
我們首先來看一段程式碼：
class FooBase{ }
class Foo : FooBase
{
}
var foo = new Foo();
FooBase fooBase = foo;
//以下程式碼在.NET 4.0之前是不被支援的
IEnumerable<Foo> foo = new List<Foo>();
IEnumerable<FooBase> fooBase = foo;
因此，在這裡實際上可以回答，C#的協變和逆變就是主要有兩種目的：
- 相容性：.NET2.0就推出了泛型，而從.NET 2.0到.NET 3.5期間不支援對泛型介面中的佔位符
T支援隱式轉換，因此在.NET4.0推出協變和逆變 - 為了支援更廣泛的隱式型別的轉換，在這裡就是在泛型體系中支援
在C#中，目前只有泛型介面和泛型委託可以支援協變和逆變，
協變(Covariance)
內建的泛型協變介面，IEnumerator<T>、IQuerable<T>、IGrouping<Tkey, TElement>:
public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable
{
new IEnumerator<T> GetEnumerator();
}
public interface IQueryable<out T> : IEnumerable<T>, IEnumerable, IQueryable
{
}
public interface IGrouping<out TKey, out TElement> : IEnumerable<TElement>, IEnumerable
{
TKey Key { get; }
}
因此這段程式碼在.NET4.0及以上版本將不會編譯報錯：
IEnumerable<Foo> foo = new List<Foo>();
IEnumerable<FooBase> fooBase = foo;
實際上，對於協變，有下面的約束，否則則會在編譯時報錯：
- 泛型引數佔位符以
out關鍵子標識，並且佔位符T只能用於只讀屬性、方法或者委託的返回值，out簡而易懂，就是輸出的意思 - 當要進行型別轉換，佔位符
T要轉換的目標型別也必須是其基類，上述例子則是Foo隱式轉為FooBase
逆變(Contravariance)
內建的泛型逆變委託Action、Func 、Predicate，內建的泛型逆變介面IComparable<T>、IEquatable<T>:
public delegate void Action<in T>(T obj);
public delegate TResult Func<in T, out TResult>(T arg);
public delegate bool Predicate<in T>(T obj);
public interface IComparable<in T>
{
int CompareTo(T? other);
}
public interface IEquatable<T>
{
bool Equals(T? other);
}
而逆變的用法則是這樣：
Action<FooBase> fooBaseAction = new Action<FooBase>((a)=>Console.WriteLine(a));
Action<Foo> fooAction = fooBaseAction;
而對於逆變，則跟協變相反，有下面的約束，否則也是編譯時報錯：
- 要想標識為逆變，應該是要在佔位符
T前標識in，只能用於只寫屬性、方法或者委託的輸入引數 - 當要進行型別轉換，佔位符
T要轉換的目標型別也必須是其子類，上述例子則是FooBase轉為Foo
總結
- 協變和逆變只對泛型委託和泛型介面有效，對普通的泛型類和泛型方法無效
- 協變和逆變的型別必須是引用型別，因為值型別不具備繼承性，因此型別轉換存在不相容性
- 泛型介面和泛型委託可同時存在協變和逆變的型別引數，即佔位符
T
參考
- 泛型中的協變和逆變 | Microsoft Docs
- 《你必須知道的.NET（第2版）》