解读经典《C#高级编程》最全泛型协变逆变解读 页127-131.章4

前言

本篇继续讲解泛型。上一篇讲解了泛型类的定义细节。本篇继续讲解泛型接口。

泛型接口

使用泛型可定义接口，即在接口中定义的方法可以带泛型参数。然后由继承接口的类实现泛型方法。用法和继承泛型类基本没有区别。

不变、协变和逆变

在.Net4.0之前，泛型接口是不变的。.Net4.0通过协变和逆变为泛型接口和泛型委托增加了重要的扩展。

注：本书总体非常好，但在协变和逆变方面，我认为是有缺陷的。我一直偏好通过读书籍来了解技术，而不是逛论坛，但协变和逆变的问题我研究了本书多次，都没搞懂而放弃了，反正平时不需要理解这个也能编程，问题不大。但今天要做课程输出了，就必须得搞懂了。
然后我就结合网络上的文章来帮助理解，发现本书的命名和微软官方的命名的不同。本书中叫“协变”和“抗变”，而微软官方叫协变和逆变。在我最终理解清楚了这两个概念后，我认为“抗变”的命名是不合理的。所以我还是采用了微软官方的说法。而可能正是因为“抗变”的概念误导而导致逻辑分析时一直理不顺。后面我也会稍加分析为什么抗变的命名不合理。

要理解协变和逆变，并不容易。我网上搜索了不少文章。包括我前几次研究没透彻的那几次，也没少在网上找文章，但我认为都有这样或者那样的问题没讲清楚。所以，我本篇文章讲协变和逆变，也不一定能让大家都理解。但我尽量针对我理解过程中的困难，和网上的文章不足，重新构思整个理解思路，尽量把来龙去脉都交代到位。

注：泛型委托有同样的课题，原理相同，这里不表，后面委托章节会再提及

首先，协变和逆变，对应的是“不变”的概念。什么是不变：

string val1 = "abc";                            //声明类型 = 实例化类型，是所谓不变
List<string> list1 = new List<string>();        //声明泛型类型 = 实例化泛型类型，是所谓不变

其次，协变和逆变是个通用概念，不只是泛型接口或者泛型委托的专有概念：

object user = new User();                       //实例化类型是声明类型的子类，是所谓协变
IEnumerable<object> list2 = new List<string>(); //实例化泛型类型是声明泛型类型的子类，是所谓协变（这同时也是泛型接口）

上面举了协变的例子，逆变先不举例，这个比较逆天，要先有铺垫知识后面才能继续讲。
在这个例子里，我们可以对协变的概念用土话再描述下，所谓协变，是“符合对象继承规则，符合编译器验证规则，在类型间能够顺畅的转变，即所谓协变”。而逆变呢，并不是“不能够顺畅的转变”（那就是“抗变”了），我认为是不对的。逆变我认为应该理解为：“反向的变，逆向的变”。

第三，关注类型转换的矛盾。回到泛型接口，泛型接口实现的内部代码和外部代码间的类型转换点在哪里？当然是在泛型接口的方法上，这是泛型接口的“界面”。而方法中定义的返回值和实际返回值可能是继承关系，定义的传入参数和实际传入参数也可能是继承关系。而这将导致问题，从而最终需要通过给T增加关键字in或者out，来限制方法参数和返回值的行为。因此，我们下面需要仔细分析泛型接口的方法的传入参数和返回值。

第四，在讲协变和逆变前，先举个“不变”的泛型例子作为基础。这个例子中，T既作为方法参数，又作为方法返回值。

/// 

/// 同时有输入T和输出T的泛型
/// 
/// 
public interface IBase<T>
{
     
    T Test(T param);        //T既作为传入参数，又作为传出的返回值
}
public class Sub<T> : IBase<T>
{
     
    public T Test(T param) {
      return default(T); }
}

/// 

/// 泛型的"不变"测试
/// 
public static class Gen
{
     
    public static void Test()
    {
     
        IBase<string> b = new Sub<string>();    //声明泛型类型 = 实例化泛型类型： 即所谓“不变”
        var result = b.Test("");

        Console.ReadKey();
    }
}

如果，在使用过程中，泛型类型是“不变”的，那么就没有协变和逆变的问题。但我们也需要探究这段代码执行的原理，为理解协变和逆变打下基础。下面这个图是我在网上一片文章上找的，描述的就是执行b.Test("")时的执行流程，务必读懂：

执行过程：

1. 执行IBase.Test("")，泛型类型是string
2. 因为创建的实例是Sub，所以调用的是Sub.Test("")
3. 执行结果返回类型是string
4. 结果再转化为IBase.Test("")的返回值，也是string

因为实例化的泛型类型是不变的（参数和返回值都是string），所以执行过程中没有发生泛型类型的类型转换，所以执行成功。

第五，协变需求的产生，以及问题的出现。如果是按上面的方式，在泛型接口中就无法体现继承关系的优势。因为只能用确定类作为泛型类型，不能同时使用基类和派生类。那么我们尝试在以上案例的基础上尝试一下使用基类和派生类。
上述代码修改点：将声明的string泛型类型改为object泛型类型，其他不变。

我们发现编译出错了。为什么会这样呢？我们再分析一下执行过程。

执行过程：

1. 执行IBase