[C# 基础知识系列]专题九: 深入理解泛型可变性

引言：

在C# 2.0中泛型并不支持可变性的（可变性指的就是协变性和逆变性),我们知道在面向对象的继承中就具有可变性，当方法声明返回类型为Stream,我们可以在实现中返回一个FileStream的类型，此时就存在一个隐式的转化——从FileStream类型(子类引用)——>Stream类型（父类引用），并且引用类型的数组也存在这种从子类引用——>父类引用的转化，例如string[] 可以转化为object[]（即这样的代码是可以通过编译的：string[] strs =new string[3]; object[] objs =strs;），此时我们肯定会想是否泛型中的泛型参数也可以支持这样的转化呢？然而在C# 2.0中是不支持的，但是就是因为有这样的需求，所以微软也考虑到这个问题的， 所以在C# 4.0中就引入了泛型的协变和逆变性。下面就具体来介绍下C# 4.0 中对协变和逆变的具体内容有哪些的。

一、协变性

协变性指的是——泛型类型参数可以从一个派生类隐式转化为基类（大家可以这样记忆的，协变性即和谐的变化，生活中我们一般会说子女长的像他们的父母，这样听起来会感觉比较和谐点，这样就很容易记住协变了），在C#4.0中引入out关键字来标记泛型参数支持协变性。为了更好的说明泛型的协变性，下面就以.Net类库的中public interface IEnumerable<out T>这个接口来演示一个例子来帮助大家理解泛型协变：

List<object> listobject = new List<object>();
List<string> liststrs = new List<string>();
// AddRange方法接收的参数类型为IEnumerable<T> collection
// 下面的代码是传入的是List<string>类型的参数。
// 在MSDN中可以看出这个接口的定义为——IEnumerable<int T>。
// 所以 IEnumerable<T>泛型类型参数T支持协变性，所以可以
// 将List<string>转化为IEnumerable<string>(这个是继承的协变性支持的)
// 又因为这个IEnumerable<in T>接口委托支持协变性，所以可以把IEnumerable<string>转化为——>IEnumerable<object>类型。
// 所以编译器验证的时候就不会出现类型不能转化的错误了。
listobject.AddRange(liststrs);  //成功

liststrs.AddRange(listobject); // 出错

代码中如果使用 这代码时 liststrs.AddRange(listobject); 就会出现编译时错误(无法从List<object>转换为IEnumerable<string>,因为List<object>可以因为继承的协变性转化为IEnumerable<object>,但是因为IEnumerable<out T>不支持逆变，即从object到string的转化，所以此时就会产生下面图中的错误了。)， 错误提示截图如下：



二、逆变性

逆变性指的是——泛型类型参数可以从一个基类隐式转化为派生类(可以从生活中的例子来帮助大家记忆逆变的——如果说父母长的像他们的子女的话肯定觉得别扭,在高中语文中经常会找这样的语病的)，在C# 4.0中引入in关键字来标记泛型参数支持逆变性.为了更好的说明泛型的逆变性，下面就以.Net类库的中接口public interface IComparer<in T>来演示一个例子来帮助大家理解泛型逆变：

class Program
{
static void Main(string[] args)
{
List<object> listobject = new List<object>();
List<string> liststrs = new List<string>();
// AddRange方法接收的参数类型为IEnumerable<T> collection
// 下面的代码是传入的是List<string>类型的参数。
// 在MSDN中可以看出这个接口的定义为——IEnumerable<int T>。
// 所以 IEnumerable<T>泛型类型参数T支持协变性，所以可以
// 将List<string>转化为IEnumerable<string>(这个是继承的协变性支持的)
// 又因为这个IEnumerable<in T>接口委托支持协变性，所以可以把IEnumerable<string>转化为——>IEnumerable<object>类型。
// 所以编译器验证的时候就不会出现类型不能转化的错误了。
listobject.AddRange(liststrs);  //成功

////liststrs.AddRange(listobject); // 出错

IComparer<object> objComparer = new TestComparer();
IComparer<string> objComparer2 = new TestComparer();

// List<string>类型的 liststrs变量的sort方法接收的是IComparer<string>类型的参数
// 然而下面代码传入的是 IComparer<object>这个类型的参数，要编译成功的话，必须能够转化为IComparer<string>这个类型
// 正是因为IComparer<in T>泛型接口支持逆变，所以支持object转化为string类型
// 所以下面的这行代码可以编译通过，在.Net 4.0之前的版本肯定会编译错误，
// 大家可以把项目的目标框架改为.Net Framework 3.5或者更加低级的版本
// 这样下面这行代码就会出现编译错误，因为泛型的协变和逆变是C# 4.0 中新增加的特性，而.Net 4.0对应于C# 4.0。
liststrs.Sort(objComparer);  // 正确

// 出错
////listobject.Sort(objComparer2);
}
}

public class TestComparer : IComparer<object>
{
public int Compare(object obj1,object obj2)
{
return obj1.ToString().CompareTo(obj2.ToString());
}
}

上面代码中如果使用 listobject.Sort(objComparer2);时，就会出现编译错误，错误原因看过上面协变中错误原因的解释应该都可以明白的，下面是错误的截图:



为了进一步说明泛型的协变和逆变是在C# 4.0中（C# 4.0即对于.net Framework 4.0）的版本都不支持泛型的协变和逆变,大家从MSDN中也可以发现的。下面是一张比较的截图（大家可以自己具体去MSDN上查看的， 当版本改为3.5或更低级的版本时，看下泛型的定义是不是没有out或in关键字，即之前的版本不支持泛型的可变性）：



三、协变和逆变的注意事项

并不是所有类型都支持泛型的协变和逆变的， 下面列出泛型的协变和你逆变中值得注意和明确的地方：

1. 只有接口和委托支持协变和逆变（如Func<out TResult>，Action<in T>），类或泛型方法的类型参数都不支持协变和逆变。

2. 协变和逆变只适用于引用类型，值类型不支持协变和逆变(因为可变性存在一个引用转换，而值类型变量存储的就是对象本身，而不是对象的引用)，所以List<int>无法转化为Ienumerable<object>.

3. 必须显示用in或out来标记类型参数。

4. 委托的可变性不要再多播委托中使用，相信这点很多人都没有注意到的， 下面我举个例子来说明下，当大家遇到这样的问题可以知道为什么：

// 下面初始化委托使用了Lambda表达式，Lambda表达式将在后面专题向大家具体介绍
Func<string> stringfunc = () => "";
Func<object> objectfunc = () => new object();
Func<object> combined = stringfunc + objectfunc;

上面代码可以通过编译，因为泛型Func<out T>支持协变，所以将Func<string>转换为Func<object>类型，但是对象本身仍然为Func<string>类型，然而 Delegate.Combine方法要求参数必须为相同类型——否则该方法无法确定要创建什么类型的委托（是Func<string>类型呢还是Func<object>?）， 所以上面代码在运行时会抛出ArgumetException（错误信息为——委托必须具有相同的类型）。我们可以稍微修改下上面代码来使其不出现运行时错误

Func<string> stringfunc = () => "";

// 转换 委托类型
Func<object> tempfunc = new Func<object>(stringfunc);
Func<object> objectfunc = () => new object();
Func<object> combined = tempfunc + objectfunc;

四、小结

虽然可能这个系列对实际的开发中没有多大的帮助，但是我个人认为基础还是需要打扰，只有基础打好了，才可以让我们飞的更远，更容易掌握新的技术，所以我会一直坚持下去写完这个系列的， 希望对大家巩固基础知识有所帮助。（我觉得尤其是在校学生，应该更加注重基础知识的巩固，然后写一些例子来加深对基础知识的理解）。

本专题到这里也就介绍完了（对于泛型还有一个相当有趣的话题的，就是协变和逆变的相互作用，具体这点内容大家可以参考这篇文章的：/article/4797502.html（因为我也是从这篇文章中知道这点的， 大家有兴趣的话可以去上面的链接具体看看怎么回事）），下一个专题我将和大家介绍C# 2.0中的另外一个新的特性——可空类型。