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現(xiàn)在我們接著來談?wù)凜#4.0中一個重要的新特性：協(xié)變（Covariance）與逆變（Contravariance）。對于協(xié)變與逆變，大家肯定不會感到陌生，但是我相信有很多人不能很清晰地說出他們之間的區(qū)別。我希望通過這篇文章能夠讓讀者更加深刻的認(rèn)識協(xié)變與逆變。但是也不排除另一種可能，那就是讀者這篇文章你對這兩個概念更加模糊。文章一些內(nèi)容僅代表個人觀點，如有不妥，還望指正。

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一、兩個概念：強類型與弱類型

為了后面敘述方便，我現(xiàn)在這里自定義兩個概念：強類型和弱類型。在本篇文章中，強類型和弱類型指的是兩個具有直接或者間接繼承關(guān)系的兩個類。如果一個類是另一個類的直接或者間接基類，那么它為弱類型，直接或者間接子類為強類型。后續(xù)的介紹中會用到的兩個類Foo和Bar先定義在這里。Bar繼承自Foo。Foo是弱類型，而Bar則是強類型。

 
 
 

  
  
  
public class Foo    
  
  
  
 {    
  
  
  
     //Others Members...    
  
  
  
 }    
  
  
  
 public class Bar:Foo    
  
  
  
 {    
  
  
  
     //Others Members...    
  
  
  
 }
 
 
 

有了強類型和弱類型的概念，我們就可以這樣的定義協(xié)變和逆變：如果類型TBar是基于強類型Bar的類型（比如類型參數(shù)為Bar的泛型類型，或者是參數(shù)/返回值類型為Bar的委托），而類型TFoo是基于弱類型Foo的類型，協(xié)變就是將TBar類型的實例賦值給TFoo類型的變量，而逆變則是將TFoo類型的實例賦值給TBar類型的變量。

二、委托中的協(xié)變與逆變的使用

協(xié)變和逆變主要體現(xiàn)在兩個地方：接口和委托，先來看看在委托中如何使用協(xié)變和逆變?，F(xiàn)在我們定義了如下一個表示無參函數(shù)的泛型委托Function ，類型參數(shù)為函數(shù)返回值的類型。泛型參數(shù)之前添加了一個out關(guān)鍵字表示T是一個協(xié)變變體。那么在使用過程中，基于強類型的委托Fucntion 實例就可以賦值給基于弱類型的委托Fucntion 變量。

 
 
 

  
  
  
public delegate T Function();    
  
  
  
 class Program    
  
  
  
 {    
  
  
  
     static void Main()    
  
  
  
    {    
  
  
  
        Function  funcBar =  new Function (GetInstance);      
  
  
  
        Function  funcFoo = funcBar;     
  
  
  
        Foo foo = funcFoo();    
  
  
  
    }   
  
  
  
     static Bar GetInstance()   
  
  
  
     {   
  
  
  
         return new Bar();   
  
  
  
     }   
  
  
  
 }
 
 
 

接下來介紹逆變委托的用法。下面定義了一個名稱為Operate的泛型委托，接受一個具有泛型參數(shù)類型的參數(shù)。在定義泛型參數(shù)前添加了in關(guān)鍵字，表示T是一個基于逆變的變體。由于使用了逆變，我們就可以將基于弱類型的委托Operate 實例就可以賦值給基于強類型的委托Operate 變量。

 
 
 

  
  
  
public delegate void Operate(T instance);  
  
  
  
class Program  
  
  
  
{  
  
  
  
static void Main()  
  
  
  
{  
  
  
  
Operate  opFoo =  new Operate (DoSth);    
  
  
  
Operate  opBar = opFoo;    
  
  
  
opBar(new Bar());  
  
  
  
}  
  
  
  
static void DoSth(Foo foo)  
  
  
  
{  
  
  
  
//Others...  
  
  
  
}  
  
  
  
}
 
 
 

三、接口中的協(xié)變與逆變的使用

接下來我們同樣通過一個簡單的例子來說明在接口中如何使用協(xié)變和逆變。下面定義了一個繼承自 IEnumerable 接口的IGroup 集合類型，和上面一樣，泛型參數(shù)T之前的out關(guān)鍵字表明這是一個協(xié)變。既然是協(xié)變，我們就可以將一個基于強類型的委托IGroup 實例就可以賦值給基于弱類型的委托IGroup 變量。

 
 
 

  
  
  
public interface IGroup : IEnumerable   
  
  
  
{ }  
  
  
  
public class Group  : List , IGroup     
  
  
  
{ }  
  
  
  
public delegate void Operate(T instance);  
  
  
  
class Program  
  
  
  
{  
  
  
  
static void Main()  
  
  
  
{  
  
  
  
IGroup  groupOfBar =  new Group ();    
  
  
  
IGroup  groupOfFoo = groupOfBar;    
  
  
  
//Others...  
  
  
  
} 
  
  
  
} 
 
 
 

下面是一個逆變接口的例子。首先定義了一個IPaintable的接口，里面定義了一個可讀寫的Color屬性，便是實現(xiàn)該接口的類型的對象具有自己的顏色，并可以改變顏色。類型Car實現(xiàn)了該接口。接口IBrush 定義了一把刷子，泛型類型需要實現(xiàn)IPaintable接口，in關(guān)鍵字表明這是一個逆變。方法Paint用于將指定的對象粉刷成相應(yīng)的顏色，表示被粉刷的對象的類型為泛型參數(shù)類型。Brush 實現(xiàn)了該接口。由于IBrush 定義成逆變，我們就可以將基于強類型的委托IBrush 實例就可以賦值給基于弱類型的委托IBrush 變量。

 
 
 

  
  
  
public interface IPaintable  
  
  
  
{ 
  
  
  
Color Color { get; set; }  
  
  
  
} 
  
  
  
public class Car : IPaintable  
  
  
  
{  
  
  
  
public Color Color { get; set; }  
  
  
  
}  
  
  
  

  
  
  
public interface IBrush where T : IPaintable  
  
  
  
{  
  
  
  
void Paint(T objectToPaint, Color color);  
  
  
  
}  
  
  
  
public class Brush  : IBrush  where T : IPaintable    
  
  
  
{  
  
  
  
public void Paint(T objectToPaint, Color color)  
  
  
  
{  
  
  
  
objectToPaint.Color = color;  
  
  
  
}  
  
  
  
}  
  
  
  

  
  
  
class Program  
  
  
  
{  
  
  
  
static void Main()  
  
  
  
{  
  
  
  
IBrush  brush =  new Brush ();    
  
  
  
IBrush  carBrush = brush;    
  
  
  
Car car = new Car();  
  
  
  
carBrush.Paint(car, Color.Red);  
  
  
  
Console.WriteLine(car.Color.Name);  
  
  
  
}  
  
  
  
} 
 
 
 

四、從Func 看協(xié)變與逆變的本質(zhì)

接下來我們來談?wù)剠f(xié)變和逆變的本質(zhì)區(qū)別是什么。在這里我們以我們非常熟悉的一個委托Func 作為例子，下面給出了該委托的定義。我們可以看到Func 定義的兩個泛型參數(shù)分別屬于逆變和協(xié)變。具體來說輸入?yún)?shù)類型為逆變，返回值類型為協(xié)變。

 
 
 

  
  
  
public delegate TResult Func(T arg);
 
 
 

再重申以下這句話“輸入?yún)?shù)類型為逆變，返回值類型為協(xié)變”。然后，你再想想為什么逆變用in關(guān)鍵字，而協(xié)變用out關(guān)鍵字。這兩個不是偶然，實際上我們可以將協(xié)變/逆變與輸出/輸入匹配起來。

我們再從另一個角度來理解協(xié)變與逆變。我們知道接口代表一種契約，當(dāng)一個類型實現(xiàn)一個接口的時候就相當(dāng)于簽署了這份契約，所以必須是實現(xiàn)接口中所有的成員。實際上類型繼承也屬于一種契約關(guān)系，基類定義契約，子類“簽署”該契約。對于類型系統(tǒng)來說，接口實現(xiàn)和類型繼承本質(zhì)上是一致的。契約是弱類型，簽署這份契約的是強類型。

將契約的觀點應(yīng)用在委托上面，委托實際上定義了一個方法的簽名（參數(shù)列表和返回值），那么參數(shù)和返回值的類型就是契約，現(xiàn)在的關(guān)鍵是誰去履行這份契約。所有參數(shù)是外界傳入的，所以基于參數(shù)的契約履行者來源于外部，也就是被賦值變量的類型，所以被賦值變量類型是強類型。而對于代理本身來說，參數(shù)是一種輸入，也就是一種采用in關(guān)鍵字表示的逆變。

而對于委托的返回值，這是給外部服務(wù)的，是委托自身對外界的一種承諾，所以它自己是契約的履行著，因此它自己應(yīng)該是強類型。相應(yīng)地，對于代理本身來說，返回值是一種輸出，也就是一種采用out關(guān)鍵字定義的協(xié)變。

也正式因為這個原因，對于一個委托，你不能將參數(shù)類型定義成成協(xié)變，也不能將返回類型定義成逆變。下面兩中變體定義方式都是不能通過編譯的。

 
 
 

  
  
  
delegate TResult Fucntion(T arg);  
  
  
  
delegate TResult Fucntion in  TResult>(T arg);   
 
 
 

說到這里，我想有人要問一個問題，既然輸入表示逆變，輸出表示協(xié)變，委托的輸出參數(shù)應(yīng)該定義成協(xié)變了？非也，實際上輸出參數(shù)在這里既輸出輸出，也輸出輸入（畢竟調(diào)用的時候需要指定一個對應(yīng)類型的對象）。也正是為此，輸出參數(shù)的類型及不能定義成協(xié)變，也不能定義成逆變。所以下面兩種變體的定義也是不能通過編譯的。

 
 
 

  
  
  
delegate void Action(out T arg);  
  
  
  
delegate void Action(out T arg);
 
 
 

雖然這里指介紹了關(guān)于委托的協(xié)變與逆變，上面提到的契約和輸入/輸出的關(guān)系也同樣適用于基于接口的協(xié)變與逆變。你自己可以采用這樣的方式去分析上面一部分我們定義的IGroup 和IBrush 。

五、逆變實現(xiàn)了“算法”的重用

實際上關(guān)系協(xié)變和逆變體現(xiàn)出來的編程思想，還有一種我比較推崇的說法，那就是：協(xié)變是繼承的體現(xiàn)，而逆變體現(xiàn)的則是多態(tài)。實際上這與上面分析的契約關(guān)系本質(zhì)上是一致的。

關(guān)于逆變，在這里請容我再啰嗦一句：逆變背后蘊藏的編程思想體現(xiàn)出了對算法的重用——我們?yōu)榛惗x了一套操作，可以自動應(yīng)用于所有子類的對象。

網(wǎng)站名稱：C#4.0新特性:協(xié)變與逆變中的編程思想
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