C#的协变和抗变

一、协变和抗变的基本概念

      在.NET4之前，泛型接口是不变的。.NET4通过协变和抗变为泛型接口和泛型委托添加了一个重要的扩展。协变和抗变指对参数和返回值的类型进行转换。例如，可以给一个需要Shape参数的方法传入一个Rectangle参数吗？下面用实例说明这些扩展的优点。

      在.NET中，参数类型是协变的。假定有Shape和Rectangle类，Rectangle派生自Shape基类。声明Display()方法是为了接受Shape类型的对象作为其参数：

 

public void Display(Shape o) { }

      现在可以传递派生自Shape基类的任意对象。因为Rectangle派生自Shape，所以Rectangle满足Shape的所有要求，编译器接受这个方法调用：

 

Rectangle r = new Rectangle() { Width = 5, Height = 2.5 };
Display(r);

       方法的返回类型是抗变的。当方法返回一个Shape时，不能把它赋予Rectangle，因为Shape不一定总是Rectangle。反过来是可行的：如果一个方法向GetRectangle()方法那样返回一个Rectangle，

 

public Rectangle GetRectangle();

      就可以把结果赋予某个Shape：

 

Shape s = GetRectangle();

      在.NET Framework 4版本之前，这种行为方式不适用于泛型。在C#4中，扩展后的语言支持泛型接口和泛型委托的协变和抗变。下面开始定义Shape基类和Rectangle类：

 

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.ToString(), Height.ToString());
    }
}

public class Rectangle : Shape
{

}

二、泛型接口的协变

       如果泛型类型用out关键字标注，泛型接口就是协变的。这也意味着返回类型只能是T。接口IIndex与类型T是协变的，并从一个只读索引器中返回这个类型：

 

public interface IIndex<out T>
{
    T this[int index] { get; }
    int Count { get; }
}

      IIndex<T>接口用RectangleCollection类来实现。RectangleCollection类为泛型类型T定义了Rectangle：

 

public class RectangleCollection : IIndex<Rectangle>
{
    private readonly Rectangle[] _data = new Rectangle[3]
                             {
                                 new Rectangle{Height = 2,Width = 5},
                                 new Rectangle{Height = 3,Width = 4},
                                 new Rectangle{Height = 4,Width = 5},
                             };

    public static RectangleCollection GetRectangles()
    {
        return 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; } }
}

    RectangleCollection.GetRectangles()方法返回一个实现IIndex<Rectangle>接口的RectangleCollection类，所以可以把返回值赋予IIndex<Rectangle>类型中的变量rectangle。因为接口是协变的，所以也可以把返回值赋予IIndex<Shape>类型的变量。Shape不需要Rectangle没有提供的内容。使用shapes变量，就可以在for循环中使用接口中的索引器和Count属性：

static void Main(string[] args)
 {
     //协变
     IIndex<Rectangle> rectangles = RectangleCollection.GetRectangles();
     IIndex<Shape> shapes = rectangles;
     for (var i = 0; i < shapes.Count; i++)
     {
         Console.WriteLine(shapes[i]);
     }
 }

    运行结果如下：

 

三、泛型接口的抗变

       如果泛型类型用in关键字标注，泛型接口就是抗变的。这样，接口只能把泛型类型T用作其方法的输入：

 

public interface IDisplay<in T>
{
    void Show(T s);
}

      ShapeDisplay类实现了IDisplay<Shape>，并使用Shape对象作为输入参数：

 

public class ShapeDisplay : IDisplay<Shape>
{
    public void Show(Shape s)
    {
        Console.WriteLine("{0} Width: {1}, Height: {2}.", s.GetType().Name, s.Width, s.Height);
    }
}

      创建ShapeDisplay的一个新实例，会返回IDisplay<Shape>，并把它赋予shapeDisplay变量。因为IDisplay<T> 是抗变的，所以可以把结果赋予IDisplay<Rectangle>，其中Rectangle派生自Shape。这次接口的方法只能把泛型类型定义为输入，而Rectangle满足Shape的所有要求：

 

private static void Main(string[] args)
{
    //协变
    IIndex<Rectangle> rectangles = RectangleCollection.GetRectangles();
    IIndex<Shape> shapes = rectangles;
    for (var i = 0; i < shapes.Count; i++)
    {
        Console.WriteLine(shapes[i]);
    }

    //抗变
    IDisplay<Shape> shapeDisplay = new ShapeDisplay();
    IDisplay<Rectangle> rectangleDisplay = shapeDisplay;
    rectangleDisplay.Show(rectangles[0]);
}

 

  运行结果如下：