泛型协变抗变

一、协变和逆变是什么？

先从字面上理解 协变(Covariance)、逆变(Contravariance)。

co- 是英文中表示“协同”、“合作”的前缀。协变 的字面意思就是 “与变化的方向相同”。
contra- 是英文中表示“相反”的前缀，逆变 的字面意思就是是 “与变化方向相反”。

那么问题来了，这里的 变化方向 指的是什么？

C# 中对于对象（即对象引用），仅存在一种隐式类型转换，即 子类型的对象引用到父类型的对象引用的转换。这里的变化指的就是这种 子->父 的类型转换。

object o = "hello";
//string （子类）类型的引用转换为 object （父类）类型的引用
协变与逆变虽然从名字上看是两个完全相反的转换，但其实只是“子类型引用到父类型引用”这一过程在函数中使用的 两个不同阶段 而已，接下来将详细说明这点。

二、使用函数的不同阶段发生的类型转换
假设有一函数，接收 object 类型的参数，输出 string 类型的返回值：

string Method(object o)
{
return "abc";
}
那么在Main函数中我们可以这样调用它：

string s = "abc";
object o = Method(s);
注意，这里发生了两次隐式类型转换：

在向函数输入时，参数 s 由 string 类型转换为 object 类型

在函数输出（返回）时，返回值 由 string 类型转换为 object 类型

我们这里可以看作是函数签名可发生变换（不论函数的内容，不影响结果）：

string Method(object o) 可变换为 string Method(string o)

string Method(string o) 可变换为 object Method(string o)

也就是说，在函数输入时，函数的 输入类型 可由 object 变换为 string，父->子
在函数输出时，函数的 输出类型 可由string变换为object，子->父

三、理解泛型接口中的 in、out参数
没有指定in、out的情况
假设有一泛型接口，并且有一个类实现了此接口：

interface IDemo<T>
{
T Method(T value);
}
public class Demo : IDemo<string>
{
//实现接口 IDemo<string>

public string Method(string value)
{
return value;
}
}
在Main函数中这样写：

IDemo<string> demoStr = new Demo();
IDemo<object> demoObj = demoStr;
上面的这段代码中的第二行包含了一个假设：

IDemo<string> 类型能够隐式转换为 IDemo<object> 类型

这乍看上去就像“子类型引用转换为父类型引用” 一样，然而很遗憾，他们并不相同。假如可以进行隐式类型转换，那就意味着：

string Method(string value) 能转换为 object Method(object value)

从上一节中我们知道，在函数这输入和输出阶段，其类型可变化方向是不同的。
所以在C#中，要想应用泛型接口类型的隐式转换，需要讨论“输入”和“输出”两种情况。

接口仅用于输出的情况，协变
interface IDemo<out T>
{
//仅将类型 T 用于输出
T Method(object value);
}

public class Demo : IDemo<string>
{
//实现接口
public string Method (object value)
{
//别忘了类型转换！
return value.ToString();
}
}
在Main函数中这样写：

IDemo<string> demoStr = new Demo();
IDemo<object> demoObj = demoStr;
可将 string Method (object value) 转换为 object Method (object value)
即可将 IDemo<string> 类型转换为 IDemo<object> 类型。
仅从泛型的类型上看，这是 “子->父” 的转换，与第一节中提到的转换方向相同，称之为“协变”。

接口仅用于输入的情况，逆变
同理我们可以给 T 加上 in 参数：

interface IDemo<in T>
{
//仅将类型 T 用于输入
string Method(T value);
}

public class Demo : IDemo<object>
{
//实现接口
public string Method (object value)
{
return value.ToString();
}
}
在Main函数中这样写：

IDemo<object> demoObj = new Demo();
IDemo<string> demoStr = demoObj;
这里可将 string Method (object value) 转换为 string Method (string value)
即可将 IDemo<object> 类型转换为 IDemo<string> 类型。
仅从泛型的类型上看，这是 “父->子” 的转换，与第一节中提到的转换方向相反，称之为“逆变”，有时也译作“抗变”或“反变”。

四、总结
以上只讨论了协变与逆变在方法中的情况，其实在属性中情况也相类似，不再说明。

可能大家也发现了，所谓“协”与“逆”都是只是一种表象，其内在本质为同一过程。

协变代码实例
static void Main(string[] args)
        {
            IIndex<Rectangle> rectangles = RectangleCollection.GetRectangles();
            IIndex<Shape> shapes = rectangles;        
            Console.ReadKey();
        }


public interface IIndex<out T>
    {
        T this[int index] { get; }
        int Count { get; }
    }
    public class RectangleCollection : IIndex<Rectangle>
    {
        private Rectangle[] data = new Rectangle[3]
        {
            new Rectangle{Width=2,Height=3},
            new Rectangle{Width=3,Height=7},
            new Rectangle{Width=4.5,Height=2.9}
        };
        private static RectangleCollection coll;

        public static RectangleCollection GetRectangles()
        {
            return coll ?? (coll = new RectangleCollection());
        }
        public Rectangle this[int index]
        {
            get
            {
                if (index < 0 || index > data.Length)
                {
                    throw new ArgumentOutOfRangeException("index");
                }
                return data[index];
            }
        }
        public int Count
        {
            get
            {
                return data.Length;
            }
        }
    }
    public class Shape
    {
        public double Width { get; set; }
        public double Height { get; set; }
        public override string ToString()
        {
            return String.Format("width:{0},height:{1}", Width, Height);
        }
    }
    public class Rectangle : Shape
    {

    }

抗变代码实例：
static void Main(string[] args)
        {
            IIndex<Rectangle> rectangles = RectangleCollection.GetRectangles();        
            IDisplay<Shape> shapeDisplay = new ShapeDisplay();
            IDisplay<Rectangle> rectangleDisplay = shapeDisplay;
            rectangleDisplay.Show(rectangles[0]);
            Console.ReadKey();
        }

public interface IDisplay<in T>
    {
        void Show(T item);
    }
    public class ShapeDisplay : IDisplay<Shape>
    {
        public void Show(Shape item)
        {
            Console.WriteLine("{0} width:{1},height:{2}", item.GetType().Name, item.Width, item.Height);
        }
    }