Visual C# 2010新特性之协变和逆变

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#c# #2010 #interface #.net #apple #output

介绍.NET Framework 4.0中引入的协变和逆变概念，解决了泛型接口和委托中类型转换的问题。通过示例解释如何使用out和in关键字定义变体泛型接口和委托。

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1. 协变和逆变

开发时经常与到以下的问题,首先看代码:

定义一个水果类和继承了该类的苹果类：

public class Fruit
{
    public string Name { get; set; }
}

public class Apple : Fruit
{

}

有一个方法接收一个元素类型为Fruit的泛型集合，如下所示：

static void Output(IEnumerable<Fruit> fruits)
{
    foreach (Fruit f in fruits)
        Console.WriteLine(f.Name);
}

由于Apple类继承自Fruit，所以很自然的认为以下代码“应该”能够正常运行：

static void Main(string[] args)
{
    IEnumerable<Apple> apples = new List<Apple>();

    Output(apples);

    Console.ReadLine();
}

但实际上在.NET Framework 4.0以前的版本中这段代码不能通过编译。还有另外一种相似的情况，在Windows窗体应用程序中鼠标点击事件和键盘按键事件拥有不同类型的事件参数MouseEventArgs和KeyPressEventArgs，这两个类均继承自EventArgs，如果希望在这两件事件触发时执行相同的操作，期望编写以下“通用”的事件处理程序附加到两个事件上是行不通的：

private void Form1_UserAction(object sender, EventArgs e)
{

}

只能须创建两个单独的事件处理程序来执行操作。

Visual C# 2010 中引入的协变和逆变解决了类似于这样的问题。

在泛型接口和委托中协变（covariance）可以使用泛型参数所定义类型的继承类型，逆变（contravariance）用于使用更一般的类型。一个泛型接口或委托的泛型参数被声明为协变或逆变时该接口或委托称为变体。在.NET Framework 4和Visual Studio 2010中，C#和Visual Basic均支持变体泛型接口和委托，并且允许泛型参数的隐式转换，而且这两种语言都允许创建自定义变体接口和委托。变体只支持引用类型，值类型不支持变体。

使用协变，第一个问题可以解决，这些代码在Visual Studio 2010中能够正确编译并运行。使用逆变可以解决第二个问题，这时事件处理程序使用了“更一般”的类型（该事件的委托允许使用更一般的类型）。

2. 接口中的变体

在.NET Framework 4中对一些已存在的泛型接口引入了变体支持，这支持实现了这些接口的类的隐式转换。这些接口是：

IEnumberable<T>
IEnumerator<T>
IQueryable<T>
IGrouping<TKey,TElement>
IComparer<T>
IEqualityComparer<T>
IComparable<T>

开发人员还可以在泛型类型参数上使用in和out关键字以声明变体泛型接口。

2.1 使用out关键字声明协变泛型参数，例如以下代码：

interface IFileCollection<out T>
{

}

但是该变体类型T必须遵守以下规则：

1. 该类型不能作为方法参数而只能作为返回类型。

interface IFileCollection<out T>
{
    T IndexOf(int i);
}

2. 第一个规则有一个特殊情况是当方法参数是逆变泛型委托时可以将该类型作为该委托的泛型类型参数。

interface IFileCollection<out T>
{
    void Delete(Action<T> file);
}

3. 该类型不能作为接口方法中泛型类型的约束，例如以下代码是错误的

interface IFileCollection<out T>
{
    void Display<R> where R : T;
}

2.2. 使用in关键字声明逆变泛型参数。逆变类型仅能用于方法的参数和泛型类型约束而不能作为返回类型。

interface IOperator<in T>
{
    void Increace(T value);

    void Double<R>() where R : T;
}

2.3. 可以在一个接口中同时使用out和in定义协变和逆变，但仍需遵守相应规则。

2.4. 实现变体接口时语法与普通接口语法一致，但实现了变体接口的类不在是变体的。如果某个接口继承自变体接口，根据需要使用in或out来指定子接口是否仍然为变体类型。如果某个接口同时继承了变体接口和非变体接口，那么该接口为非变体类型，并且不能从逆变接口继承为协变接口。

3. 委托中的变体

.NET Framework 4 中为某些已存在的泛型委托引入变体支持，这些支持在使用委托类型匹配方法签名时提供了很大的灵活性，这些委托是：

System命名空间下的Action委托，例如Action<T>和Action<T1,T2>
System命名空间下的Func委托，例如Func<TResult>和Func<T,TResult>
Predicate<T>委托
Comparison<T>委托
EventHandler<TEventArgs>委托（正是由于该委托的存在解决了我们的第2个问题）
Converter<TInput,TOutput>委托。

同样可以使用out和in关键字定义协变和逆变泛型参数，仍然需要遵守在接口中定义时相应的规则。定义完成之后使用原来的委托访问语法实例化和调用委托即可

4. 总结

Visual C# 2010中新提供了协变和逆变的新特性，一个泛型接口或委托的泛型参数被声明为协变或逆变时该接口或委托称为变体，这为我们解决类似于开篇中的两类问题带来了便利。.NET Framework 4中已为现有的一些接口和委托增加了变体支持，并且开发人员可以使用in和out关键字定义自己的变体接口和委托，但在定义时需要遵守相应的规则。