C#泛型接口的协变和逆变

C#泛型接口的协变和逆变是指能够使泛型对象之间存在子类关系的一种特性，使接口的使用更加灵活方便。在使用泛型接口时，可以使用协变和逆变的特性来增强程序的稳健性和可扩展性。

什么是协变和逆变

在 C# 中，协变和逆变是指参数类型的转换。在泛型接口中，接口定义了必须实现的方法，而协变和逆变则影响了实现这些方法的类的类型关系。

协变：从派生类向基础类转换。也就是说，如果有一个以派生类作为输入的接口，那么同样的接口也可以以基础类作为输入，反之则不行。可以用 out 修饰泛型参数实现协变。

逆变：从基础类向派生类转换。也就是说，如果有一个以基础类作为输入的接口，那么同样的接口也可以以派生类作为输入，反之则不行。可以用 in 修饰泛型参数实现逆变。

协变和逆变的示例

下面分别以协变和逆变的示例说明如何在泛型接口中使用协变和逆变。

协变

以 IEnumerable 接口为例子，该接口定义了一个元素遍历器，常用于实现集合类型。在遍历元素时，通常是基于集合元素的实际类型进行操作。可以使用 out 修饰泛型类型参数，来将泛型接口协变。

public interface IEnumerable<out T>  
{
    IEnumerator<T> GetEnumerator();
}

假设现在有一个的类型定义如下：

public class Animal { }

public class Cat : Animal { }

要实现 IEnumerable<Cat> 接口，可以使用 IEnumerable<Animal> 声明：

public class CatList : IEnumerable<Cat>
{
    private List<Cat> _catList = new List<Cat>();

    public IEnumerator<Cat> GetEnumerator()
    {
        foreach (var cat in _catList)
        {
            yield return cat;
        }
    }

    IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
    {
        return GetEnumerator();
    }
}

注意，CatList 类实现了 IEnumerable<Cat> 接口，但是通过使用协变，它可以被强制转换为 IEnumerable<Animal> 接口。

IEnumerable<Animal> animalList = new CatList();

这意味着可以在 IEnumerable<Animal> 类型的变量中使用 CatList 的对象，但是在使用其中的对象时，只能使用 Animal 的成员。

逆变

以 IComparer 接口为例，IComparer 是一个泛型接口，通常用于用于比较两个对象。如果现在有一个基类 Animal，一个派生类 Cat，要实现 IComparer<Animal> 接口，可以使用 in 修饰泛型类型参数:

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

然后，针对 Cat 实现 IComparer<Animal> 接口，代码如下：

public class AnimalComparer : IComparer<Animal>
{
    public int Compare(Animal x, Animal y)
    {
        return x is Cat && y is Cat ? 0 : 1;
    }
}

这里，AnimalComparer 类实现了 IComparer<Animal> 接口，但是通过使用逆变，它可以被强制转换为 IComparer<Cat> 接口。

IComparer<Cat> catComparer = new AnimalComparer();

这使得可以将 AnimalComparer 类的对象传递给要求 IComparer<Cat> 接口的方法。

结论

协变和逆变是 C# 泛型接口中一种非常有用的特性，可以使接口的使用更加灵活和方便。通过使用 in 和 out 关键字，可以对泛型类型参数进行协变或逆变。在使用协变和逆变时，需要了解它们的实际操作和使用方式，并注意不要违反类型约束。