协变（收银员）逆变（外卖员）

协变（收银员）逆变（外卖员）

协变（收银员）逆变（外卖员）

 

 

🌟通俗易懂讲协变与逆变

很多人第一次遇到 协变 (Covariance) 和 逆变 (Contravariance) 都觉得绕口，其实它们的本质就像是 “超市收银台” 与 “外卖送餐” 的区别。让我用简单的比喻和直观类比帮你理解这两个概念！ 🚀

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🧩 1️⃣ 协变 (Covariance)：”我买东西，我不在乎谁卖，只要货对就行”

定义：协变表示你可以使用 返回值类型更具体（子类） 的方法，而不必严格要求返回值是基类类型。

✅ 现实比喻：

你去超市买饮料，只关心买到饮料就行，无论是果汁、可乐，还是矿泉水（都是饮料的子类），你都能接受。

• 我需要的是“饮料” (基类)
• 给我“果汁” (子类) 也可以 —— 这就是协变！

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💻 C# 示例（协变 out）：

 

 

 

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// 基类与子类

public class Beverage { }

public class Juice : Beverage { }

// 协变接口 (只生产数据)

public interface IProducer<out T>

{

    T Produce();

}

// 子类生产器

public class JuiceProducer : IProducer<Juice>

{

    public Juice Produce() => new Juice();

}

// 使用协变

IProducer<Beverage> beverageProducer = new JuiceProducer(); // JuiceProducer 赋给IProducer<Beverage>

Beverage drink = beverageProducer.Produce();

Debug.Log(drink.GetType().Name); // 输出 "Juice"

 

 

👉 解释：

• IProducer<out T>只提供数据 (只出不进)，因此可以 用子类代替父类。
• 饮料生产商 (IProducer<Beverage>) 协变地接受 果汁厂 (JuiceProducer) 提供的果汁。

📝 协变口诀:

“只出不进，子类能行。” （只生产数据，子类可以赋值给父类接口）

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🧩 2️⃣ 逆变 (Contravariance)：”我只要送餐，你吃啥都行”

定义：逆变表示你可以使用 参数类型更通用（父类） 的方法，而不必严格要求参数是子类类型。

✅ 现实比喻：

你是外卖小哥，只管送餐到门口，不管顾客点的是 “披萨”、“汉堡” 还是 “沙拉”，统统帮他们送。

• 我是“送餐员” (父类)
• 不管披萨还是沙拉（子类），我都能送 —— 这就是逆变！

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💻 C# 示例（逆变 in）：

 

 

 

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// 父类与子类

public class Food { }

public class Pizza : Food { }

// 逆变接口 (只消费数据)

public interface IDelivery<in T>

{

    void Deliver(T item);

}

// 食物配送员

public class FoodDelivery : IDelivery<Food>

{

    public void Deliver(Food item) => Debug.Log($"送达 {item.GetType().Name}");

}

// 使用逆变

IDelivery<Pizza> pizzaDelivery = new FoodDelivery(); // FoodDelivery 赋给 IDelivery<Pizza>

pizzaDelivery.Deliver(new Pizza());

 

 

👉 解释：

• IDelivery<in T>只接收数据 (只进不出)，因此可以 用父类代替子类。
• 披萨专送 (IDelivery<Pizza>) 逆变地接受 通用外卖员 (FoodDelivery)，因为外卖员送什么都行！

📝 逆变口诀:

“只进不出，父类开路。” （只消费数据，父类可以赋值给子类接口）

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🌟 3️⃣ 协变与逆变口诀总结：

特性	关键字	口诀	直观理解
协变	out	“只出不进，子类能行”	子类替代父类 (输出)
逆变	in	“只进不出，父类开路”	父类替代子类 (输入)

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🎨 4️⃣ 用现实角色记忆协变与逆变：

特性	现实角色	编程含义
协变	供应商 (Producer)	“卖饮料” → 协变 out
逆变	快递员 (Consumer)	“送餐” → 逆变 in

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🚀 5️⃣ 总结与应用建议

• 🚩 协变 (out) 适合 “只生产数据” 的角色，如：

  • IEnumerable<T> （只读集合）
  • Func<T> （返回结果）
  • 数据流或生产者模式

• 🚩 逆变 (in) 适合 “只消费数据” 的角色，如：

  • IComparer<T> （比较器）
  • Action<T> （只接收参数）
  • 事件监听或消费者模式

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🎯 1️⃣ IEnumera/ble 与协变：多态集合传递

协变 (out) 在集合接口中尤为重要，如 IEnumerable<T> 允许子类型集合被赋值给父类型集合。

 

 

 

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namespace System.Collections.Generic

{

  public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable

  {

    IEnumerator<T> GetEnumerator();

  }

}

 

 

✅ 案例：动物与猫的集合多态性

 

 

 

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public class Animal { public string Name { get; set; } }

public class Cat : Animal { public string Breed { get; set; } }

public static void PrintAnimals(IEnumerable<Animal> animals)

{

    foreach (var animal in animals)

    {

        Console.WriteLine($"Animal: {animal.Name}");

    }

}

// 协变特性允许子类型集合赋值给父类型集合

IEnumerable<Cat> cats = new List<Cat>

{

    new Cat { Name = "Tom", Breed = "Persian" },

    new Cat { Name = "Jerry", Breed = "Siamese" }

};

PrintAnimals(cats); // IEnumerable<Cat> -> IEnumerable<Animal>

// 输出：

// Animal: Tom

// Animal: Jerry

 

 

✨ 解读：

• IEnumerable<out T> 使用了 协变 (out)，只生产数据（返回值），因此支持多态集合。
• 在实际项目中常见于 LINQ 查询链式操作、仓储 (Repository) 层设计 中。

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🎯 2️⃣ IComparer 与逆变：通用排序器

逆变 (in) 常用于比较器或过滤器等 “只消费” 输入数据的接口，如 IComparer<T>。

 

 

 

 

 

 

 

 

  public interface IComparer<in T>

  {

    int Compare(T x, T y);

  }

 

 

 

✅ 案例：订单排序系统

 

 

 

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public class Order { public int Id { get; set; } }

public class SpecialOrder : Order { public string SpecialNote { get; set; } }

// 订单比较器

public class OrderComparer : IComparer<Order>

{

    public int Compare(Order x, Order y) => x.Id.CompareTo(y.Id);

}

public static void SortOrders<T>(List<T> orders, IComparer<T> comparer) where T : Order

{

    orders.Sort(comparer);

    foreach (var order in orders)

    {

        Console.WriteLine($"Order ID: {order.Id}");

    }

}

// 使用 IComparer<Order> 比较 SpecialOrder

var orders = new List<SpecialOrder>

{

    new SpecialOrder { Id = 102 },

    new SpecialOrder { Id = 101 }

};

SortOrders(orders, new OrderComparer());

// 输出：

// Order ID: 101

// Order ID: 102

 

 

✨ 解读：

• IComparer<in T> 使用了 逆变 (in)，因此子类集合也能被父类比较器处理。
• 常应用于 排序算法、搜索算法、集合操作 (如 List<T>.Sort()) 中。

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🎯 3️⃣ 多态委托：协变与逆变联合应用

协变与逆变在 委托 (Delegate) 中灵活搭配，使方法分派更加多态。

✅ 案例：泛型委托中的协变与逆变

 

 

 

 

 

 

 

 

//泛型委托定义

public delegate TResult Transformer<in TInput, out TResult>(TInput input);

// 方法实现

public static string ProcessAnimal(Animal animal) => $"Animal: {animal.Name}";

public static string ProcessCat(Cat cat) => $"Cat Breed: {cat.Breed}";

// 协变 (返回类型)：子类方法作为父类委托实现

Transformer<Cat, string> catTransformer = ProcessCat;

Transformer<Animal, string> animalTransformer = catTransformer; // 协变 (out)

// 逆变 (参数类型)：父类方法作为子类委托实现

Transformer<Animal, string> animalProcessor = ProcessAnimal;

Transformer<Cat, string> catProcessor = animalProcessor; // 逆变 (in)

// 测试

Console.WriteLine(animalTransformer(new Cat { Name = "Whiskers", Breed = "Maine Coon" }));

Console.WriteLine(catProcessor(new Cat { Name = "Luna", Breed = "Bengal" }));

// 输出：

// Cat Breed: Maine Coon

// Animal: Luna

 

 

✨ 解读：

• 协变 (out)：子类委托 (Transformer<Cat,string>) 赋值给父类委托 (Transformer<Animal,string>)
• 逆变 (in)：父类委托 (Transformer<Animal,string>) 赋值给子类委托 (Transformer<Cat,string>)
• 常用于 事件回调、策略模式 (Strategy Pattern)、工厂模式 (Factory Pattern) 等场景。

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🏆 协变与逆变在设计模式中的角色

设计模式	协变/逆变角色	应用示例
策略模式	委托协变/逆变，灵活注入不同策略	算法库、支付网关、多态行为
工厂模式	工厂方法返回协变类型 (out)	服务创建、依赖注入 (DI)
观察者模式	事件委托使用逆变参数类型 (in)	UI 事件系统、通知中心
仓储模式	接口协变 (IEnumerable) 提供多态集合	数据访问层 (DAL)