Scala中的协变，逆变，上界，下界等

Java中的协变和逆变

首先我们先回顾一下Java中的协变和逆变，这样我们更容易理解Scala中的协变和逆变。

1 协变

class Super {
Object getSomething(){}
}
class Sub extends Super {
String getSomething() {}
}

Sub.getSomething()是一个协变类型，因为它的返回类型是Super.getSomething返回类型的子类。

2 逆变

class Super{
void doSomething(String parameter)
}
class Sub extends Super{
void doSomething(Object parameter)
}

Sub.getSomething()是一个逆变类型，因为它的输入参数是Super.getSomething输入参数的父类。

3 泛型

泛型中也有协变和逆变。

List<String> aList...
List<? extends Object> covariantList = aList;
List<? super String> contravariantList = aList;
covariantList.add("d"); //wrong
Object a = covariantList.get(0);
contravariantList.add("d"); //OK
String b = contravariantList.get(1); //wrong
Object c = contravariantList.get(2);

你可以调用

covariantList

所有的不需要泛型参数的方法，因为泛型参数必须 extends
Object， 但是编译时你不知道它确切的类型。但是你可以调用getter方法，因为返回类型总是符合Object类型。

contravariantList

正好相反，你可以调用所有的带泛型参数的方法，因为你明确的可以传入一个String的父类。但是getter方法却不行。

Scala的协变

首先我们需要了解的是子类型(subtyping)。一个类可以是其它类的子类(sub-)或者父类(super-)。我们可以使用数学概念(partial
order)来定义:

A -> B iff A <: B

当我们定义一个协变类型

List[A+]

时，List[Child]可以是List[Parent]的子类型。

当我们定义一个逆变类型

List[-A]

时，List[Child]可以是List[Parent]的父类型。

看下面的例子：

class Animal {}
class Bird extends Animal {}
class Consumer[T](t: T) {
}
class Test extends App {
val c:Consumer[Bird] = new Consumer[Bird](new Bird)
val c2:Consumer[Animal] = c
}

c

不能赋值给

c2

，因为

Consumer

定义成不变类型。

稍微改一下：

class Animal {}
class Bird extends Animal {}
class Consumer[+T](t: T) {
}
class Test extends App {
val c:Consumer[Bird] = new Consumer[Bird](new Bird)
val c2:Consumer[Animal] = c
}

因为

Consumer

定义成协变类型的，所以

Consumer[Bird]

是

Consumer[Animal]

的子类型，所以它可以被赋值给

c2

。

Scala的逆变

将上面的例子改一下：

class Animal {}
class Bird extends Animal {}
class Consumer[-T](t: T) {
}
class Test extends App {
val c:Consumer[Bird] = new Consumer[Bird](new Bird)
val c2:Consumer[Hummingbird] = c
}

这里

Consumer[-T]

定义成逆变类型，所以

Consumer[Bird]

被看作

Consumer[Hummingbird]

的子类型，故

c

可以被赋值给

c2

。

下界lower bounds

如果协变类包含带类型参数的方法时：

class Consumer[+T](t: T) {
def use(t: T) = {}
}

编译会出错。出错信息为 "Covariant type T occurs in contravariant position in type T of value t"。

但是如果返回结果为类型参数则没有问题。

class Consumer[+T](t: T)(implicit m1:Manifest[T]) {
def get(): T = {m1.runtimeClass.newInstance.asInstanceOf[T]}
}

为了在方法的参数中使用类型参数，你需要定义下界：

class Consumer[+T](t: T) {
def use[U >: T](u : U) = {println(u)}
}

上界upper bounds

逆变类中使用上界的例子：

class Consumer[-T](t: T) {
def get[U <: T]()(implicit m1:Manifest[U]): U = {m1.runtimeClass.newInstance.asInstanceOf[U]}
}

可以看到方法的返回值是协变类型，方法的参数是逆变类型。

因此协变类的类型参数可以用在方法的返回值的类型，在方法的参数类型上必须使用下界绑定 

>:

。

逆变类的类型参数可以用在方法的参数类型上，用做方法的返回值类型时必须使用上界绑定 

<:

。

综合协变，逆变，上界，下界

一个综合例子：

class Animal {}
class Bird extends Animal {}
class Consumer[-S,+T]()(implicit m1:Manifest[T]) {
def m1[U >: T](u: U): T = {m1.runtimeClass.newInstance.asInstanceOf[T]} //协变，下界
def m2[U <: S](s: S)(implicit m2:Manifest[U]): U = {m1.runtimeClass.newInstance.asInstanceOf[U]} //逆变，上界
}
class Test extends App {
val c:Consumer[Animal,Bird] = new Consumer[Animal,Bird]()
val c2:Consumer[Bird,Animal] = c
c2.m1(new Animal)
c2.m2(new Bird)
}

View Bound 

<%

Scala还有一种视图绑定的功能，如

class Bird {def sing = {}}
class Toy {}
class Consumer[T <% Bird]() {
def use(t: T) = t.sing
}

或者类型参数在方法上：

class Bird {def sing = {}}
class Toy {}
class Consumer() {
def use[T <% Bird](t: T) = t.sing
}
class Test extends App {
val c = new Consumer()
c.use(new Toy)
}

它要求T必须有一种隐式转换能转换成Bird,也就是 

T
=> Bird

,否则上面的代码会编译出错：

No implicit view available from Toy => Bird.

加入一个隐式转换，编译通过。

import scala.language.implicitConversions
class Bird {def sing = {}}
class Toy {}
class Consumer() {
def use[T <% Bird](t: T) = t.sing
}
class Test extends App {
implicit def toy2Bird(t: Toy) = new Bird
val c = new Consumer()
c.use(new Toy)
}

Context Bound

context bound在Scala 2.8.0中引入，也被称作type class pattern。

view bound使用

A
<% String

方式，context bound则需要参数化的类型，如

Ordered[A]

。

它声明了一个类型

A

,隐式地有一个类型

B[A]

,语法如下：

def f[A : B](a: A) = g(a) // where g requires an implicit value of type B[A]

更清晰的一个例子：

def f[A : ClassManifest](n: Int) = new Array[A](n)

又比如

def f[A : Ordering](a: A, b: A) = implicitly[Ordering[A]].compare(a, b)