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C# 4.0中泛型協(xié)變性和逆變性詳解

VS2010的推出會為我們帶來新版本的C#。了解C#4.0中的新功能有助于我們利用編碼。它還能夠幫助我們了解程序中正在出現(xiàn)，而下一代的C#有可能會解決的錯誤。最終，這樣的實踐可以幫助我們在現(xiàn)有的知識結(jié)構(gòu)上創(chuàng)建適應C#4.0的業(yè)務。

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在本文中我們關(guān)注的是C# 4.0中的協(xié)變性和逆變性。

恒定性，協(xié)變性和逆變性

在進一步研究問題之前，我們先解釋一下恒定性，協(xié)變性，逆變性參數(shù)以及返回類型這些概念的意思。大家對這些概念應該是熟悉的，即便那你可能并不能把握這些概念的正式定義。

如果你必須使用完全匹配正式類型的名稱，那么返回的值或參數(shù)是不變的。如果你能夠使用更多的衍生類型作為正式參數(shù)類型的代替物，那么參數(shù)是可變的。如果你能夠?qū)⒎祷氐念愋头峙浣o擁有較少類型的變量，那么返回的值是逆變的。

在大多數(shù)情況下，C#支持協(xié)變參數(shù)和逆變的返回類型。這一特性也符合其他所有的對象指向型語言。事實上，多態(tài)性通常是建立在協(xié)變和逆變的概念之上的。直觀上，我們發(fā)現(xiàn)是可以將衍生的類對象發(fā)送給任何期望基類對象的方法。比較，衍生的對象也是基類對象的實例。本能地我們也清楚，我們可以將方法的結(jié)果保存在擁有較少衍生對象類型的變量中。例如，你可能會需要對這段代碼進行編譯：

public static void PrintOutput(object thing) 
　　{

　　if (thing != null)

　　Console.WriteLine(thing);

　　}

　　// elsewhere:

　　PrintOutput(5);

　　PrintOutput("This is a string");

這段代碼之所以有效是因為參數(shù)類型在C#中具有協(xié)變性，你可以將任意方法保存在類型對象的變量中，因為C#中返回類型是逆變的：

 object value = SomeMethod();

如果在.NET推出后，你已經(jīng)了解C#或VB.NET，那么你應該很熟悉以上的內(nèi)容。但是規(guī)則發(fā)生了一些改變。在很多方法中，你直覺上認為有效的其實不然。隨著你漸漸深入了解，會發(fā)現(xiàn)你曾經(jīng)認為是漏洞的東西很可能是該語言的說明?，F(xiàn)在是時候解釋一下為什么集合以不同的方式工作，以及未來將發(fā)生些什么變化。

基于對象的集合

.NET 1.x集合(ArrayList，HashTable，Queue等)可以被視為具有協(xié)變性。遺憾的是，它們不具有安全的協(xié)變性。事實上，它們具有恒定性。不過由于它們向System.Object保存了參考，它們看上去像是具有了協(xié)變性和逆變性。舉幾個例子就可以說明這個問題。

你可以認為這些集合是協(xié)變的，因為你可以創(chuàng)建一個員工對象的數(shù)組列表，然后使用這個列表作為任意方法的參數(shù)，這些方法使用的是類型數(shù)組列表的對象。通常這種方法很有效。這個方法可能能夠與數(shù)組列表連用：

private void SafeCovariance(ArrayList bunchOfItems) 
　　{

　　foreach(object o in bunchOfItems)

　　Console.WriteLine(o);

　　// reverse the items:

　　int start = 0;

　　int end = bunchOfItems.Count - 1;

　　while (start < end)

　　{

　　object tmp = bunchOfItems[start];

　　bunchOfItems[start] = bunchOfItems[end];

　　bunchOfItems[end] = tmp;

　　start++;

　　end--;

　　}

　　foreach(object o in bunchOfItems)

　　Console.WriteLine(o);

　　}

這個方法是安全的因為它沒有改變集合中任何對象的類型。它列舉了集合并將集合中已有的項目移動到了不同索引。不過并未改變?nèi)魏晤愋?，因此這個方法適用于所有實例。但是數(shù)組列表和其他傳統(tǒng)的.NET 1.x集合不會被視為安全的協(xié)變?？催@一方法：

private void UnsafeUse(ArrayList stuff) 
　　{

　　for (int index = 0; index < stuff.Count; index++)

　　stuff[index] = stuff[index].ToString();

　　}

這是對保存在集合中的作出的更深一層的假設(shè)。當方法存在時候，集合包含了類型字符串的對象。或許這不再是原始集合中的類型。事實上，如果原始集合包含這些字符串，那么方法就不會產(chǎn)生效果。否則，它會將集合轉(zhuǎn)換為不同的類型。下列使用實例顯示了在調(diào)用方法的時候遇到的各種問題。此處，一列數(shù)字被發(fā)送到了UnsafeUse，而數(shù)字正是在此處被轉(zhuǎn)換成了字符串的數(shù)組列表。調(diào)用以后，呼叫代碼會嘗試再一次創(chuàng)建能夠?qū)е翴nvalidCastException的項目。

 // usage: 
　　public void DoTest()

　　{

　　ArrayList collection = new ArrayList()

　　{

　　1,2,3,4,5,6,7, 8, 9, 10,

　　11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,

　　21,22,23,24,25,26,27,28,29,30

　　};

　　SafeCovariance(collection);

　　// create the sum:

　　int sum = 0;

　　foreach (int num in collection)

　　sum += num;

　　Console.WriteLine(sum);

　　UnsafeUse(collection);

　　// create the sum:

　　sum = 0;

　　try

　　{

　　foreach (int num in collection)

　　sum += num;

　　Console.WriteLine(sum);

　　}

　　catch (InvalidCastException)

　　{

　　Console.WriteLine(

　　"Not safely covariant");

　　}

　　}

這個例子表明雖然典型的集合是不變的，但是你可以視它們?yōu)榭勺兓蚩赡孀?。不過這些集合并非安全可變。編譯器難保不會出現(xiàn)失誤。#p#

數(shù)組

作為參數(shù)使用的時候，數(shù)組時而可變時而不可變。和典型集合一樣，數(shù)組具有非安全的協(xié)變性。首先，只有包含了參考類型的數(shù)組可以被視為具有協(xié)變性或逆變性。值類型的數(shù)組通常不可變，即便是調(diào)用一個期望對象數(shù)組的方法時也是如此。這一方法可以與其他任何參考類型的數(shù)組一起調(diào)用，但是你不能向其發(fā)送整數(shù)數(shù)組或其他數(shù)值類型：

  private void PrintCollection(object[] collection) 
　　{

　　foreach (object o in collection)

　　Console.WriteLine(o);

　　}

只要你限制引用類型，數(shù)組就會具有協(xié)變性和逆變性。但是仍然是不安全的。你將數(shù)組視為可變或逆變的次數(shù)越多，越會發(fā)現(xiàn)你需要處理ArrayTypeMismatchException。讓我們檢查其中的一些方法。數(shù)組參數(shù)是可變的，但卻是非安全協(xié)變。檢查下列不安全的方法：

  private class B 
　　{

　　public override string ToString()

　　{

　　return "This is a B";

　　}

　　}

　　private class D : B

　　{

　　public override string ToString()

　　{

　　return "This is a D";

　　}

　　}

　　private class D2 : B

　　{

　　public override string ToString()

　　{

　　return "This is a D2";

　　}

　　}

　　private void DestroyCollection(B[] storage)

　　{

　　try

　　{

　　for (int index = 0; index < storage.Length; index++)

　　storage[index] = new D2();

　　}

　　catch (ArrayTypeMismatchException)

　　{

　　Console.WriteLine("ArrayTypeMismatch");

　　}

　　}

下面的調(diào)用順序會引發(fā)循環(huán)以拋出一個ArrayTypeMismatch例外：

D[] array = new D[]{ 
　　new D(),

　　new D(),

　　new D(),

　　new D(),

　　new D(),

　　new D(),

　　new D(),

　　new D(),

　　new D(),

　　new D()};

　　DestroyCollection(array);

當我們將兩個板塊集合起來看時就一目了然了。調(diào)用頁面創(chuàng)建了一個D 對象數(shù)組，然后調(diào)用了期望B對象數(shù)組的方法。因為數(shù)組是可變的，你可以將D[]發(fā)送到期望B[]的方法。但是在DestroyCollection()里面，可以修改數(shù)組。在本例中，它創(chuàng)建了用于集合的新對象，類型D2的對象。這在該方法中是允許的：D2對象可以保存在B[]中因為D2是由B衍生出來的。但是其結(jié)合往往會引發(fā)錯誤。當你引入一些返回數(shù)組儲存的方法并視其為逆變值時，同樣的事情也會發(fā)生。向這樣的代碼才能有效：

B[] storage = GenerateCollection(); 
　　storage[0] = new B();

但是，如果GenerateCollection的內(nèi)容向這樣的話，那么當storage[0]要素被設(shè)置到B對象中，它會引發(fā)ArrayTypeMismatch異常。#p#

泛型集合

數(shù)組被當作是可變和可逆變，即便是不安全的。.NET1.x集合類型是不可變的，但是將參考保存到了Systems.Object。.NET2.x中的泛型集合并且被視為不可變。這意味著你不能夠替代包含有較多衍生對象的集合。最好你試一試下面的代碼：

private void WriteItems(IEnumerable< object> sequence) 
　　{

　　foreach (var item in sequence)

　　Console.WriteLine(item);

　　}

你要知道自己可能會和其他執(zhí)行IEnumberable< T>集合一起對其進行調(diào)用因為任何T必須由對象衍生。這或許是你的期望，但是由于泛型是不變的，下面的操作將無法進行編譯：

IEnumerable< int> items = Enumerable.Range(1, 50);

WriteItems(items); // generates CS1502, CS1503

你也不能將泛型集合類型視為可逆變。這行代碼之所以不能進行編譯是因為分配返回數(shù)值的時候，你不能將IEnumberable< T>轉(zhuǎn)換成IEnumberable< object>：

IEnumerable< object> moreItems =

Enumerable.Range(1, 50);

你或許認為IEnumberable< int>衍生自IEnumberable< object>，但是事實不然。IEnumberable< int>是一個基于IEnumberable< T>泛型類定義的閉合泛型類。它們不會相互衍生，因此沒有關(guān)聯(lián)性，而且你也不能視其具有可變性。即便在兩個類型參數(shù)之間具備關(guān)聯(lián)性，使用類型參數(shù)的泛型類型不會對這種關(guān)聯(lián)有響應。

C#以不變的方式對待泛型顯示出了該語言的強大優(yōu)勢。最重要的是，你不能在數(shù)組和1.x集合中出錯。一旦你編譯了泛型代碼，你就能夠很好地利用這些代碼了。這與C#的傳統(tǒng)具有一致性，因為它利用了編譯器來刪除代碼中可能存在的漏洞。

但是對于對于強效輸入的依賴性顯示出了一定的局限性。上文顯示的關(guān)于泛型轉(zhuǎn)換的構(gòu)造看上去是有效的。但是你不會想將其轉(zhuǎn)換為.NET1.x集合和數(shù)組中使用的行為。我們真正想要的是僅在它運行的時候?qū)⒎盒皖愋鸵曌魇强勺兊幕蚩赡孀兊?，而不是用運行時錯誤代替編譯時錯誤的時候。

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本文標題：C# 4.0中泛型協(xié)變性和逆變性詳解
文章起源：http://www.5511xx.com/article/ccdgehh.html