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一文帶你了解C#中的協(xié)變與逆變

 更新時(shí)間:2023年02月26日 08:32:22   作者:微小冷  
這篇文章介紹了C#中協(xié)變和逆變的相關(guān)知識(shí),文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)。對(duì)大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值,需要的朋友可以參考下

協(xié)變

協(xié)變概念令人費(fèi)解,多半是取名或者翻譯的鍋,其實(shí)是很容易理解的。

比如大街上有一只狗,我說(shuō)大家快看,這有一只動(dòng)物!這個(gè)非常自然,雖然動(dòng)物并不嚴(yán)格等于狗,但不會(huì)有人覺(jué)得我說(shuō)的不對(duì),把狗變成動(dòng)物就是協(xié)變,C#也支持這個(gè):

// C#6頂級(jí)語(yǔ)句
Dog dog= new Dog();
Animal animal= dog;

interface Animal
{}

class Dog : Animal
{}

那么接下來(lái),大街上有一群狗,我說(shuō)有一群動(dòng)物,按理說(shuō)也是對(duì)的,但看樣子C#不這么認(rèn)為

List<Dog> dogLst = new List<Dog>();
List<Animal> aniLst = dogLst;       //飆紅飆紅飆紅了
interface Animal {}
class Dog : Animal {}

原因其實(shí)很容易理解,畢竟在上述的代碼中,寫(xiě)了Dog:Animal,即聲明了狗是動(dòng)物的子類(lèi),但是并沒(méi)有寫(xiě)List<Animal> : List<Dog>,換言之,從來(lái)沒(méi)有聲明過(guò)一群狗是一群動(dòng)物的子類(lèi)。

但是,如果不用List,而用其父類(lèi)IEnumerable,寫(xiě)成下面這樣,就又不報(bào)錯(cuò)了。

List<Dog> dogLst = new List<Dog>();
IEnumerable<Animal> aniLst = dogLst;

換言之,C#承認(rèn)List<Dog>是IEnumerable<Animal>的子類(lèi),個(gè)中差別,只需一覽源碼,就會(huì)知曉:

public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable
public class List<T> : ..., IEnumerable<T>, ...

IEnumerable無(wú)非比List多了一個(gè)out參數(shù),有了這個(gè)參數(shù),就擁有了協(xié)變的功能,從而當(dāng)U是T的子類(lèi)時(shí),可以支持IEnumerable<U>到IEnumerable<T>的轉(zhuǎn)換。

在官方文檔中,指明了具有out關(guān)鍵字的泛型接口包括IEnumerable<T>, IEnumerator<T>, IQueryable<T>和IGrouping<TKey,TElement>。

協(xié)變接口的實(shí)現(xiàn)

協(xié)變和逆變目前只能在泛型接口和委托中使用,下面新建一個(gè)泛型接口,并使用關(guān)鍵字out。由于使用.Net6.0的頂級(jí)語(yǔ)句,所以接口和類(lèi)的聲明放在后面。

IOut<string> outStr = new Out();
IOut<object> outObj = outStr;
Console.WriteLine(outObj.getName());

interface IOut<out T>
{
    T getName();
}

class Out : IOut<string>
{
    public string getName()
    {
        return GetType().Name;
    }
}

編譯運(yùn)行,最后輸出Out,即outObj盡管在聲明的時(shí)候用的是IOut<object>,但在IOut的out修飾符的作用下,成功讓IOut<object>變成了IOut<string>的父類(lèi),得以順利調(diào)用Out中的方法。

那么接下來(lái),如果想讓getName更加完備一些,例如要求實(shí)現(xiàn)getName(T name)這樣的功能,那么經(jīng)out修飾的協(xié)變接口就無(wú)能為力了,像下面這樣的寫(xiě)法果然被無(wú)情地飆紅了

interface IOut<out T>
{
    void getName(T name);
}

逆變

VS作為宇宙頂級(jí)IDE,協(xié)變逆變十分拎得清,上述代碼在飆紅的同時(shí),直接給出如下錯(cuò)誤

變型無(wú)效: 類(lèi)型參數(shù)“T”必須是在“IOut.getName(T)”上有效的 逆變式。“T”為 協(xié)變。

換言之,如果想讓泛型接口可以輸入泛型參數(shù),那么需要用到逆變,具體寫(xiě)法如下,其中修飾符in表示逆變

IIn<object> inObj = new In();
IIn<string> inStr = inObj;
inStr.getName("in");

interface IIn<in T>
{
    void getName(T name);
}

class In : IIn<object>
{
    public void getName(object name)
    {
        Console.WriteLine(name);
    }
}

逆變和協(xié)變最大的不同,并非in和out這兩個(gè)修飾符的字?jǐn)?shù),而是整個(gè)替換邏輯發(fā)生了變化,上述代碼中,實(shí)際上是作為子類(lèi)的string調(diào)用了通過(guò)父類(lèi)object作為參數(shù)定義的函數(shù)。

里氏替換原則

在具體實(shí)現(xiàn)了協(xié)變與逆變之后,總覺(jué)得那里怪怪的,最怪的其實(shí)還是下面這行代碼的錯(cuò)誤

//錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)
interface IOut<out T>
{
    void getName(T name);
}

而且可以想象,與之相對(duì)應(yīng)的下面的逆變代碼也是不對(duì)的

//錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)
interface IOut<in T>
{
    T getName();
}

接下來(lái)復(fù)盤(pán)一下產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因,為了破除命名帶來(lái)的困擾,接下來(lái)考慮泛型接口I<T>,其中有一個(gè)函數(shù)T test(T t)?,F(xiàn)有兩個(gè)特定的繼承自泛型接口I<A>和I<B>的類(lèi),假設(shè)I<A>要調(diào)用I<B>中的方法,那么其流程如下

1.A I<A>.test(A t),即輸入一個(gè)A類(lèi)型的參數(shù)

2.將這個(gè)A類(lèi)型的參數(shù)t,傳入到B I<B>.test(B t)。由于I<B>要求輸入B類(lèi)型的參數(shù),所以要求A可以轉(zhuǎn)換為B類(lèi)型。

3.B I<B>.test(B t)計(jì)算完畢,返回一個(gè)B類(lèi)型的參數(shù)

4.這個(gè)B類(lèi)型的參數(shù)又被返回給最初的調(diào)用者A I<A>.test,而這時(shí)I<A>的函數(shù)最終將返回一個(gè)A類(lèi)型的參數(shù),換言之,在這個(gè)步驟,要求B可以轉(zhuǎn)換為A。

A能轉(zhuǎn)為B,然后還得B能轉(zhuǎn)為A,同時(shí)A和B還不相等,這顯然是不可能的。

所以逆變和協(xié)變分別實(shí)現(xiàn)了第2步和第4步。

如果I<A>想要調(diào)用I<B>test(B t)中的函數(shù),那么A類(lèi)型必須可以轉(zhuǎn)成B類(lèi)型。正如string可以轉(zhuǎn)為object一樣,此即逆變,用in修飾,其作用場(chǎng)合為子類(lèi)調(diào)用父類(lèi)中的方法。

如果I<A>想要調(diào)用B I<B>test(),那么作為返回值的B類(lèi)型必須可以轉(zhuǎn)化為A類(lèi)型,此即協(xié)變,用out修飾,正是父類(lèi)調(diào)用子類(lèi)的方法。

協(xié)變和逆變的統(tǒng)一之處在于,二者都嚴(yán)格遵循這子類(lèi)可以轉(zhuǎn)變?yōu)楦割?lèi)的規(guī)則,此即里氏替換。這是1987年,芭芭拉·利斯科夫提出的,她也是2008年圖靈獎(jiǎng)得主。

在協(xié)變逆變的過(guò)程中,對(duì)里氏替換的遵循主要表現(xiàn)在當(dāng)子類(lèi)方法重載父類(lèi)方法時(shí)

  • 方法的輸入?yún)?shù)要更加寬松,此即逆變(IOut<object>調(diào)用IOut<string>,object比string更寬松)
  • 方法的返回值要更加嚴(yán)格,此即協(xié)變(IOut<string>調(diào)用IOut<object>,string比object更嚴(yán)格)

以上就是一文帶你了解C#中的協(xié)變與逆變的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于C# 協(xié)變 逆變的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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