c# - 了解 C# 中的协变和逆变接口

Question

我在我正在阅读的 C# 教科书中遇到了这些，但我很难理解它们，可能是由于缺乏上下文。

对它们是什么以及它们有什么用处有一个很好的简明解释吗？

编辑澄清：

协变接口：

interface IBibble<out T>
.
.

逆变接口：

interface IBibble<in T>
.
.

score 148 · Accepted Answer

使用<out T>，您可以将接口引用视为层次结构中的一个向上。

使用<in T>，您可以将接口引用视为层次结构中的一个向下。

让我试着用更多的英语来解释它。

假设您正在从动物园中检索动物列表，并且您打算处理它们。所有动物（在您的动物园中）都有一个名称和一个唯一的 ID。有些动物是哺乳动物，有些是爬行动物，有些是两栖动物，有些是鱼，等等，但它们都是动物。

因此，通过您的动物列表（其中包含不同类型的动物），您可以说所有动物都有一个名称，因此显然获得所有动物的名称是安全的。

然而，如果你只有一个鱼的清单，但需要像对待动物一样对待它们，那行得通吗？直观地说，它应该可以工作，但是在 C# 3.0 及之前的版本中，这段代码将无法编译：

IEnumerable<Animal> animals = GetFishes(); // returns IEnumerable<Fish>

这样做的原因是编译器不“知道”你想要或可以在你检索到动物集合后对它做什么。据它所知，可能有一种方法IEnumerable<T>可以将对象放回列表中，这可能允许您将不是鱼的动物放入应该只包含鱼的集合中。

换句话说，编译器不能保证这是不允许的：

animals.Add(new Mammal("Zebra"));

所以编译器直接拒绝编译你的代码。这是协方差。

让我们看看逆变换。

既然我们的动物园可以处理所有的动物，它当然可以处理鱼，所以让我们尝试在我们的动物园中添加一些鱼。

在 C# 3.0 及之前版本中，这不会编译：

List<Fish> fishes = GetAccessToFishes(); // for some reason, returns List<Animal>
fishes.Add(new Fish("Guppy"));

在这里，编译器可以允许这段代码，即使该方法返回List<Animal>只是因为所有的鱼都是动物，所以如果我们只是将类型更改为：

List<Animal> fishes = GetAccessToFishes();
fishes.Add(new Fish("Guppy"));

然后它会起作用，但编译器无法确定您没有尝试这样做：

List<Fish> fishes = GetAccessToFishes(); // for some reason, returns List<Animal>
Fish firstFist = fishes[0];

由于该列表实际上是动物列表，因此这是不允许的。

因此，逆方差和协方差是您处理对象引用的方式以及您可以对它们做什么。

C# 4.0 中的inandout关键字专门将接口标记为一个或另一个。使用in，您可以将泛型类型（通常是 T）放在输入位置，这意味着方法参数和只写属性。

使用out，您可以将泛型类型放在输出位置，即方法返回值、只读属性和输出方法参数。

这将允许您对代码执行预期的操作：

IEnumerable<Animal> animals = GetFishes(); // returns IEnumerable<Fish>
// since we can only get animals *out* of the collection, every fish is an animal
// so this is safe

List<T>在 T 上同时具有进出方向，因此它既不是协变也不是逆变，而是一个允许您添加对象的接口，如下所示：

interface IWriteOnlyList<in T>
{
    void Add(T value);
}

将允许您这样做：

IWriteOnlyList<Fish> fishes = GetWriteAccessToAnimals(); // still returns
                                                            IWriteOnlyList<Animal>
fishes.Add(new Fish("Guppy")); <-- this is now safe

以下是一些展示这些概念的视频：

这是一个例子：

namespace SO2719954
{
    class Base { }
    class Descendant : Base { }

    interface IBibbleOut<out T> { }
    interface IBibbleIn<in T> { }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // We can do this since every Descendant is also a Base
            // and there is no chance we can put Base objects into
            // the returned object, since T is "out"
            // We can not, however, put Base objects into b, since all
            // Base objects might not be Descendant.
            IBibbleOut<Base> b = GetOutDescendant();

            // We can do this since every Descendant is also a Base
            // and we can now put Descendant objects into Base
            // We can not, however, retrieve Descendant objects out
            // of d, since all Base objects might not be Descendant
            IBibbleIn<Descendant> d = GetInBase();
        }

        static IBibbleOut<Descendant> GetOutDescendant()
        {
            return null;
        }

        static IBibbleIn<Base> GetInBase()
        {
            return null;
        }
    }
}

没有这些标记，以下可以编译：

public List<Descendant> GetDescendants() ...
List<Base> bases = GetDescendants();
bases.Add(new Base()); <-- uh-oh, we try to add a Base to a Descendant

或这个：

public List<Base> GetBases() ...
List<Descendant> descendants = GetBases(); <-- uh-oh, we try to treat all Bases
                                               as Descendants

score 9 · Accepted Answer

这篇文章是我读过的关于这个主题的最好的

简而言之，协变/逆变/不变性处理自动类型转换（从基到派生，反之亦然）。仅当在对转换对象执行的读/写操作方面遵守某些保证时，这些类型转换才是可能的。阅读帖子了解更多详情。

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