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C#-协变逆变

发布人:shili8 发布时间:2024-06-25 18:51 阅读次数:0

C# 中的协变(Covariance)和逆变(Contravariance)是一种很强大的特性,它们允许我们在泛型接口和委托中使用类型的子类型和超类型。这个特性让我们能够更加灵活地使用类型,使得代码更加清晰和简洁。在本文中,我们将了解什么是协变和逆变,以及如何在 C# 中使用它们。

首先让我们来了解一下什么是协变和逆变。在 C# 中,协变和逆变是针对泛型类型的参数化类型(Parameterized types)而言的。参数化类型是指那些带有类型参数的类型,比如 List、IEnumerable 等等。协变和逆变是指当一个类型参数可以被替换成它的子类型或者父类型时,我们称之为协变和逆变。

接下来我们来看一个简单的例子来说明什么是协变和逆变。假设我们有一个泛型接口 `IAnimal`,它是一个协变接口(out 关键字表示协变)。这个接口有一个方法 `T GetAnimal()`,返回类型是 T。那么这个接口表示的意思是,T 是一个输出类型,也就是说 T 只会在方法的返回值中出现。我们来看一下这个接口的代码示例和注释。

csharppublic interface IAnimal
{
 T GetAnimal();
}


那么如果我们有一个实现了这个接口的类 `Animal`,它有一个方法 `Animal GetAnimal()`,这个方法返回类型是 `Animal`。那么这个类是可以被赋值给 `IAnimal` 的,因为 `Animal` 是 `T` 的子类型。这就是协变的特性。

在 C#4.0之前,我们并不能直接在泛型接口中使用协变。但是在 C#4.0 中,我们引入了协变和逆变,使得我们可以在接口、委托和数组中使用协变和逆变。不过需要注意的是,协变和逆变只能应用在参考类型(引用类型)上,而不能应用在值类型上。这是因为值类型的存储方式决定了它们只能是协变的而不能是逆变的。

接下来我们来看一个逆变的例子。假设我们有一个泛型接口 `IComparer`,它是一个逆变接口(in 关键字表示逆变)。这个接口有一个方法 `int Compare(T x, T y)`,它接受两个类型为 T 的参数并返回一个整数。那么这个接口表示的意思是,T 是一个输入类型,也就是说 T 只会在方法的参数列表中出现。

csharppublic interface IComparer<in T>
{
 int Compare(T x, T y);
}


那么如果我们有一个实现了这个接口的类 `AnimalComparer`,它有一个方法 `int Compare(Animal x, Animal y)`,这个方法接受两个类型为 `Animal` 的参数并返回一个整数。那么这个类是可以被赋值给 `IComparer` 的,因为 `Animal` 是 `T` 的父类型。这就是逆变的特性。

接下来我们来看一下在 C# 中如何使用协变和逆变。首先我们来看一下在泛型接口和委托中使用协变和逆变。

在泛型接口中,我们可以使用 `out` 关键字来表示协变,使用 `in` 关键字来表示逆变。在实现泛型接口的类中,我们必须保证协变和逆变的语义正确。下面是一个使用协变和逆变的例子。

csharppublic interface IAnimal
{
	T GetAnimal();
}

public class Animal{
//...
}

public class Dog : Animal{
//...
}

public class Cat : Animal{
//...
}

public class Zoo : IAnimal
{
	public Animal GetAnimal()
{
// return an animal}
}

public class DogKennel : IAnimal
{
	public Dog GetAnimal()
{
// return a dog}
}

public class CatHotel : IAnimal
{
	public Cat GetAnimal()
{
// return a cat}
}


在上面的例子中,`IAnimal` 表示一个泛型接口,`T` 是一个输出类型。我们在 `Zoo`、`DogKennel` 和 `CatHotel` 类中实现了这个接口,注意它们的返回类型分别是 `Animal`、`Dog` 和 `Cat`,并且它们都符合了 `IAnimal` 的语义。

在泛型委托中,我们同样可以使用协变和逆变。在声明委托的时候,我们可以使用 `out` 关键字来表示协变,使用 `in` 关键字来表示逆变。下面是一个使用协变和逆变的例子。

csharppublic delegate TOutput Converter<in TInput, out TOutput>(TInput input);

public class Animal{
//...
}

public class Dog : Animal{
//...
}

public class Cat : Animal{
//...
}

public static Animal ToAnimal(Dog dog)
{
// convert a Dog to an Animal}

public static Animal ToAnimal(Cat cat)
{
// convert a Cat to an Animal}

public static void Test()
{
 Converter<Dog, Animal> dogToAnimal = ToAnimal;
 Converter<Cat, Animal> catToAnimal = ToAnimal;
}


在上面的例子中,我们定义了一个泛型委托 `Converter`,它接受一个输入类型为 `TInput` 的参数并返回一个输出类型为 `TOutput` 的参数。我们在 `Test` 方法中使用这个委托并分别赋值给 `dogToAnimal` 和 `catToAnimal` 委托,注意委托方法的输入类型和输出类型分别符合了 `Converter` 的语义。

最后我们来看一下在数组中使用协变和逆变。在 C# 中,数组是协变的,也就是说数组是可以进行协变操作的。这意味着一个数组可以被赋值给一个类型更加派生的数组。但是需要注意的是,数组是不可以进行逆变操作的。这是因为在 C# 中数组是协变的而不是逆变的。

csharpAnimal[] animals = new Dog[10];


在上面的例子中,我们定义了一个类型为 `Animal` 的数组,并赋值给一个类型为 `Dog` 的数组。这是允许的,因为 `Dog` 是 `Animal` 的派生类型,数组是协变的。

总之,在 C# 中的协变和逆变是一种非常强大和灵活的特性,它可以使得我们的代码更加清晰和简洁。在泛型接口和委托中使用协变和逆变可以让我们更加方便地处理类型的转换和关系。而在数组中使用协变可以让我们更加方便地进行数组操作和转换。希望本文可以帮助你更好地理解并使用 C# 中的协变和逆变。

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