图文详解C#中的协变与逆变

什么是协变与逆变

协变和逆变是指可以使用派生类型来代替基类型的能力。协变用于返回值类型，逆变用于参数类型。在C#中，协变和逆变可以应用于委托（delegate）和泛型（generic）类型。

协变

协变可用于返回类型，指一个方法返回类型可以使用它继承的类型。使用out关键字可实现协变。

示例1

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        IAnimalContainer<Cat> catContainer = new AnimalContainer<Cat>();
        IAnimalContainer<Animal> animalContainer = catContainer;
        Console.WriteLine(animalContainer.GetType()); //输出AnimalContainer`1

        Console.ReadKey();
    }
}

interface IAnimalContainer<out T>
{
    T GetAnimal();
}

class AnimalContainer<T> : IAnimalContainer<T> where T : Animal, new()
{
    public T GetAnimal()
    {
        Console.WriteLine("Create a {0}", typeof(T).Name);
        return new T();
    }
}

class Animal
{
}

class Cat : Animal
{
}

上面代码片段中定义了三个类Animal、Cat和AnimalContainer<T>。Animal和Cat是继承关系，AnimalContainer<T>为泛型接口IAnimalContainer<T>的实现类，并且AnimalContainer<T>类中的T的限制为继承Animal，并且具有默认公共构造函数。

在Main方法中，我们定义了两个对象catContainer和animalContainer，分别是IAnimalContainer<Cat>和IAnimalContainer<Animal>类型的，catContainer对象是具体类型AnimalContainer<Cat>的实例。然后我们将catContainer赋值给animalContainer，由于out关键字的使用，这行代码是合法的，可以成功编译。

最后我们输出了animalContainer对象的类型，结果是AnimalContainer，即像我们预期的类型成功变成了它的基类类型。这就是协变的示例。

逆变

逆变用于参数类型，表示一个方法的参数可以使用其基类型。使用in关键字可实现逆变。

示例2

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        IAnimalTracker<Cat> catTracker = new CatTracker();
        IAnimalTracker<Animal> animalTracker = catTracker;
        animalTracker.Track(new Animal());
        Console.ReadKey();
    }
}

interface IAnimalTracker<in T>
{
    void Track(T animal);
}

class CatTracker : IAnimalTracker<Cat>
{
    public void Track(Cat cat)
    {
        Console.WriteLine("Tracking a cat");
    }

    public void Track(Animal animal)
    {
        Console.WriteLine("Tracking an animal");
    }
}

class Animal
{
}

class Cat : Animal
{
}

上面代码片段中定义了三个类Animal、Cat和CatTracker，Animal和Cat是继承关系，CatTracker为泛型接口IAnimalTracker<T>的实现类，并且IAnimalTracker<T>中的T使用in关键字实现逆变。

在Main方法中，我们定义了两个对象catTracker和animalTracker，分别是IAnimalTracker<Cat>和IAnimalTracker<Animal>类型的，catTracker对象是具体类型CatTracker的实例。然后我们将catTracker赋值给animalTracker，由于in关键字的使用，这行代码是合法的，可以成功编译。

最后我们对animalTracker对象执行了Track方法，并且传入了一个具体类型为Animal的对象，运行结果仍然是Tracking a cat，我们传入的具体类型为Animal的参数成功转换为基类型Cat，这就是逆变的示例。

结论

协变和逆变是C#中非常有用的特性，可用于泛型和委托中。协变可用于返回类型，逆变可用于参数类型。当一个类型可以被替换为他的基类型或者继承类型时，我们可以使用协变或逆变。