.NET可变性解析(协变和逆变)

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【一】何为可变性

可变性是.NET4.0中的一个新特性,可变性可分为 : 协变性、逆变性、不可变性.

那么在.NET4.0之前是否有可变性? 答案是肯定的,我们可以通过下面的几个实例来简单的了解一下.NET4.0之前的协变和逆变.

实例 1 : 方法参数的协变

static void Main(string[] args)
{
    GetProject(new Course()); // Course 继承自 Project  此处进行了协变
}
static void GetProject(Project course)
{
    Console.WriteLine(course.Name);
}

实例 2 ： 数组协变以及执行时类型检查

Course[] course = new Course[4];
Project[] project = course;
project[0] = new Excercise();

在上述代码中会抛出异常 "system.ArrayTypeMismatchException"，因为从course转换为project会返回原始引用，所以course和project都是引用的同一个数组，对于数组而言，它是一个course数组，所以会拒绝存储对于非course类型的引用。数组的协变会导致类型安全性在执行时才能体现，而不能在编译时体现 

可变性种类分类定义：

 协变 ： 说明泛型类型参数可以从一个派生类更改为它的基类，在C#中，是用out关键字标记协变量形式的泛型类型参数，协变量泛型类型参数只能出现在输出位置，比如作为方法的返回类型

 逆变 ： 说明泛型类型参数可以从一个基类更改为它的派生类，在C#中，是用in关键字标记逆变形式的泛型类型参数，逆变量泛型类型参数只能出现在输入位置，比如作为方法的参数。

 不可变 ：按引用类型传递变量，可以看成是ref参数，表示传入的类型必须与参数本身的类型完全一致，传入方法内部的值，将同样以相同的类型输出。

可变性是以一种类型安全的方式,将一个对象作为另一个对象来使用,在我们面向对象编程中,继承这一特性就很好的体现了对象的可变性.

任何使用了协变和逆变的转换都是引用转换，这意味着转换之后将返回相同的引用，它不会创建新的对象，只是认为现有引用与目标类型匹配，这与某个层次中，引用类型之间的转换是相同的。

在.NET4.0之前，泛型是不能够进行协变和逆变的,也就是说泛型的协变和逆变是C#4.0的一个新特性,泛型的协变和逆变也是为了保持类型的绝对安全性.

在泛型接口或者委托的声明中,.NET4.0能够使用out修饰符来指定类型参数的协变性,使用in修饰符来指定逆变性,声明完成之后,就可以对相关的类型进行隐式转换了,在接口和委托中,它们的工作方式是完全相同的.

二】泛型接口可变性

我们使用的两个接口 ： IEnumberable<T> (T 是协变的)，原型为：IEnumberable<out T>  和 IComparer<T>(T 是逆变的),原型为 : IComparer<in T>,再次记忆提示 : 如果类型参数只用于输出,就使用out,如果只用于输入,就用in.

更多的泛型协变接口 : IEnumerable<T>、IEnumerator<T>、IQueryable<T> 和 IGrouping<TKey, TElement>

泛型逆变接口 : IComparer<T>、IComparable<T> 和 IEqualityComparer<T>

下面我们通过实例来演示一下接口的泛型可变性

实例 3 : 查看泛型接口集合IEnumberable<out T> 进行 协变

class Project
{
    public static void GetCourseByProjects(IEnumerable<Project> projects)
    {
        foreach (var p in projects)
        {
            Console.WriteLine(p);
        }
    }
    public string Name { get; set; }
}
class Course : Project
{
    public static void GetCourse()
    {
        List<Course> courseList = new List<Course>();
        Project.GetCourseByProjects(courseList);
        IEnumerable<Project> pList = courseList;
    }
}

在上述代码中，我们定义了两个类，分别为 ： project和course，其中course继承自project，在project中有一个方法GetCourseByProject,这个方法有一个形参类型为 IEnumberable<Project>,(注意 ： project是course的基类，IEnumberable是可以进行协变的，那么此处的实参我们可以传递任何继承自Project的类)，在course中有一个方法GetCourse，这个方法用于通过course获取到这个course 所有的project，project.GetCourseByProject(courseList);// 此处发生了协变，原本我们的GetCourseByProject的参数类型为IEnumberable<project>,在这里我们传递的是它的派生类List<Course>.同理在IEnbumerbale<project> pList = courseList 也发生了协变.

实例 4 ： 定义泛型接口查看逆变

static void Main(string[] args)
{
    IBase<Course> getCourse = new Derived<Project>();
}
public class Derived<T> : IBase<T>
{
        
    public string Name { get; set; }

    public void GetProject(T t)
    {
        Console.WriteLine("获取到项目");
    }
}
public interface IBase<in T> 
{
    void GetProject(T t);
}
class Course : Project
{
    public static void GetCourse()
    {

    }
}

在上述代码中,我们定义一个泛型接口 IBase<in T>, 参数类型为" in T " 说明它是可以逆变的，同时呢，Derived<T>这个泛型类继承自IBase<T>,那么我们在实现的时候就可以这样来做。

IBase<Course> courseList = new Derived<Project>(); 在我们调用的这行代码中，将Project转换为了他的下级类Course，所以发生了逆变。

【三】泛型委托可变性

在我们看了,泛型接口的协变和逆变之后,对于泛型委托的可变性其实性质是一样的.我们可以通过下面两个实例来演示一下 :

实例 5 : 委托协变

public delegate Project GetProject();

static Course GetCourse()
{
    return new Course();
}
GetProject projects = GetCourse;

在上述的代码中,我们首先定义了一个委托类型,getproject, 在GetProject projects = GetCourse,GetCourse是一个返回值为Course对象的一个函数, 此处发生了协变,Course类型转换为了Project类型,子类转换为父类.

实例 6 : 泛型委托协变

public delegate T Find<out T>();
static void Main(string[] args)
{
    Find<Course> getCourse = () => new Course(); // lambda 
    Find<Project> getProject = getCourse; // 发生了协变
}

在上述的代码中,我们定义了一个泛型委托,Find<out T>,这里指定out说明它可以进行协变,然后在Main函数中, 首先我们通过Lambda表达式声明了一个返回值为Course的方法,然后在将getCourse赋值给getProject,这里发生了协变.

实例 7 ： 委托中的逆变

public delegate void FindCourse(Course course);
static void GetProject(Project pro)
{
    Console.WriteLine(pro.Name);
}
FindCourse getCourse = GetProject;

在上述的代码中,首先我们声明了一个带参数的委托FindCourse,参数类型为 Course , 然后注意在第六行代码中, 我们将 GetProject这个方法赋值给了 委托FindCourse,同时,GetProject这个方法的参数类型为 Project,Project为Course 的基类,所以在第六行代码中它发生了逆变.

实例 8 : 泛型委托中的逆变

 public delegate void Find<in T>(T t);
 Find<Project> getProject = p => Console.Write("查看一个项目");
 Find<Course> getCourse = getProject;

相信通过了前面的几个实例,这个例子也就不难看懂了,在上述的代码中,我们首先声明了一个泛型委托,并且泛型中有一个in说明是可以进行逆变,然后在第二行代码中,我们还是通过lambda表达式,创建一个参数类型为Project的函数,注意第三行代码, 第三行代码中将GetProject方法赋值给了getCourse,此处发生了逆变.

【四】.NET中可变性的好处

1 、更好的代码复用性.

通过刚才的几个实例,我们可以知道,如果在Project下还有Excerise,Test等派生类的话, 利用协变和逆变性,我们就可以直接 Project.GetCourseByProjects(ExceriseList); (协变了) . IBase<ExceriseList> exceriseList = new Dervied<Project>();(逆变了)。所以我们就不需要在去繁多的创建多余的实例对象来调用Project和使用ExceriseList

2、更好的保持了泛型的类型安全性

首先,协变和逆变是通过out,in来指定的,编译器是不知道那种形式是协变那种形式是逆变的,通过out(输出参数)和in(输入参数),来指定参数的输入输出类型这一形式,很好的保持了泛型的类型安全性.

PS  : ref 也是一种,用来指定不变性,指定要求传入什么类型的就是什么类型,在一般我们开发过程中,通过都是通过这样的形式来传参的,比如:

实例 9 ： ref双向传值,要求实参类型必须与形参类型完全一致

Project p = new Project();
GetProject( ref p);
public static void GetProject(ref Project project)
{
    Console.WriteLine(project.Name);
}

调用方法所传入的类型必须要与方法要求的参数类型完全一致

【五】总结

平日里我们觉得一些比较难的技术点,当我们花费一些时间去学习,去总结,去思考一下.会发现其实并不是我们想象中那么难, 难得是我们下定决心去做的那份意念而已.

通过本文我们了解到了协变性、逆变性、不变性的定义,以及它是通过一种什么样的形式来实现的， 另外通过实例我们也可以想到如果用好了它，也会给我的开发带来事半功倍的效果。使我们的代码更加优雅、提高程序可扩展性以及复用性，同时这不也是一种多态的体现吗？

通过协变和逆变也有一些限制,这可能也是因为设计者出于类型安全性的方面考虑,它是不支持类的类型参数的可变性,只有接口和委托可以拥有可变的类型参数. 可变性只支持引用转换.

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.NET可变性解析(协变和逆变)

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