C# 泛型中的协变和逆变

C#中使用了继承和泛型这两种机制来编写跨类型的可复用的代码。泛型是包含了可变的类型参数的类型，在运行时用具体的类型填充泛型的类型参数，以创建一个具体的类型。在技术上，称未填充类型参数的类型为开放类型，已填充了类型参数的类型为封闭类型。

//public class List : IList, System.Collections.IList, IReadOnlyList
//List是开放类型，List是封闭类型
List d = new List();

一. 与泛型相关的类型转换

泛型的封闭类型和其他类型一样，也可以进行类型转换，其类型转换可以分为两种情形：

1. 所填充的类型参数不变。这种情况可以把封闭类型当作普通的类型，适用普通的类型转换规则。

class Base {}
class Derived : Base {}

//List可以隐式转换为IEnumerable
//因为List间接实现了IEnumerable接口
IEnumerable d = new List();

2. 所填充的类型参数发生改变，这种情况下，称为泛型的协变或逆变，或统称为泛型的可变性(Variance）。具体地：

协变（Covariance）：接收类型所填充的类型参数比原本填充的类型参数派生度更低。

逆变（contravariance）：接收类型所填充的类型参数比原本填充的类型参数派生度更高。

//IEnumerable可以隐式转换为IEnumerable
//因为IEnumerable的类型参数是可协变的
//这种转换称为协变
IEnumerable d = new List();
IEnumerable b = d;

//Action可以隐式转换为Action
//因为Action的类型参数是可逆变的
//这种转换称为逆变
Action b = (target) => { Console.WriteLine(target.GetType().Name); };
Action d = b;
d(new Derived());

上面的代码在编译和运行时都是类型安全的。

二. 协变类型参数和逆变类型参数

泛型中的类型参数默认是不可变的，即既不可以协变，也不可以逆变，如果想要实现可变，则需要使用相应的关键字修饰类型参数。使用关键字 in 指定类型参数为可逆变的，使用关键字 out 指定类型参数为可协变的。

//这是一个.NET内置的泛型委托
//类型参数T是可逆变的
//类型参数TResult是可协变的
public delegate TResult Func(T arg);

一般来说，协变类型参数可以用作委托的返回类型，逆变类型参数可以用作参数类型。对于接口，协变类型参数可以作为接口方法的返回类型，逆变类型参数可以作为接口方法的参数类型。否则的话，可能会发生运行时错误，例如下面的代码：

//编译时错误:
//变型无效: 类型参数“TResult”必须是在“MyFunc.Invoke()”上有效的 协变式。
//“TResult”为 逆变。
public delegate TResult MyFunc();

//试想一下，如果上面的声明是有效的
//下面的第一行语句就可以正常执行
//而第二行语句则会出现运行时错误
//因为Base类型不能隐式转换为Derived类型
//因此编译器不允许上面的声明通过
MyFunc foo = ()=>new Base();
foo();

可变类型参数的使用还具有以下限制

• 仅可在泛型接口和泛型委托的声明中使用
• 仅适用于引用类型，如果使用值类型填充类型参数，则得到的封闭类型是不可变的
• 可变性不能用于委托链，即不能组合两个封闭类型不完全一致的委托

//编译时错误
//无法将类型“System.Func”隐式转换为“System.Func