.NET 4.0 “Covariance”和“Contravariance”趣话

.NET 4.0 “Covariance”和“Contravariance”趣话

面向对象的程序中，我们知道基类变量可以引用子类对象，比如List<T>派生自IEnumerable<T>，所以，以下这句绝无问题：

IEnumerable<Parent> P = new List<Parent>();

现在假设Parent类有一个子类，取名Child。

class Parent { }

class Child : Parent

{ }

请看以下“错误的”代码：

IEnumerable<Parent> P = new List<Child>();

虽然基类变量可以引用子类对象，但上述代码在.NET 4.0之前无法通过编译。

现在有趣的事情发生了，你会发现，同样的代码在.NET 4.0和Visual Studio 2010中则可以顺利通过编译。

这是怎么回事？

请看一下IEnumerable<T >的声明：

public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable

{

IEnumerator<T> GetEnumerator();

}

这里面多了一个“神秘”的out关键字。正是因为它，才发生那些过去不可能发生的情况。

在.NET 4.0中，如果一个泛型接口（或泛型委托）的类型参数前有一个out关键字，那么，此类型参数“子类/父类对象通吃”。这种特性称为“Covariance”。

再来看.NET基类库中的泛型委托Action<T>的定义：

public delegate void Action< in T>(T obj);

请注意其中有一个“in”关键字，由于前面看到了“out”的介绍，敏感的读者一定会估计这个“in”里可能有点名堂，来看个例子。

以下代码定义了一个接收基类Parent对象的方法：

static void ParentFunc(Parent p)

{

//……（代码略）

}

我们发现，在.NET4.0中，此方法可以传给一个以子类Child作为类型参数的Action委托!

Action<Child> del = ParentFunc;

由此我们知道，在.NET 4.0中，如果一个泛型委托（或泛型接口）的类型参数前有一个in关键字，那么，“定义为子类型的in类型参数可以接收对应位置的定义为父类型参数的方法”，这句话实在是太别扭了，但请读者原谅我的汉语水平。

这种特性被称为“Contravariance”。

提示：

别问我“Covariance”和“Contravariance”和这两个词如何翻译，我也不知道，大家等着中文MSDN出来，看看微软的牛人们怎么将这两个词翻译为汉语吧。

为便于记忆，可以总结为两句话：

类型参数前有“in”的，基类可以传入给子类，叫“Contravariance”。

类型参数前有“out”的，子类可以传出给父类，叫“Covariance”。

比较“变态”的是有些委托可以同时“in”和“out”，请看.NET基类库中的Func<T,TResult>的定义：

public delegate TResult Func<in T, out TResult>(T arg);

于是，我们可以写出以下完全正确但却让人“昏菜”的代码：

Func<Child, Parent> func = MyFunc;

其中，MyFunc方法定义如下：

static Child MyFunc(Parent p)

{

return p as Child;

}

警告：

在实际开发中别写这样的代码，如果你这么做了，我担保你一定会被需要维护你代码的同事痛扁一顿！

依据上述原则，你完全可以使用in和out关键字定义支持“Covariance”和“Contravariance”特性的泛型接口与泛型委托。

不过，如果没有特殊需求，你还是直接用基类库中的现有接口和委托就行了，不要滥用“Covariance”和“Contravariance”特性。

对了，如果一个泛型接口（或泛型委托）声明为支持“Covariance”或“Contravariance”特性，我们就将它们统称为“variant”的泛型接口（或泛型委托）。

事实上，Covariance和Contravariance不仅适用于泛型接口和泛型委托，同样适用于非泛型的委托。

例如，以下代码定义了一个MyDelegate委托，注意它返回一个Parent对象：

public delegate Parent MyDelegate();

则我们可以写出以下代码：

MyDelegate del = delegate()

{

return new Child();

};

需要注意的是，上述使用“匿名方法”给委托变量赋值仅适用于“Covariance”，如果要用于“Contravariance”，你必须老老实实地写一个独立的函数，再赋值给委托变量。

好了，来看一个“真正有点用”的实例吧。

请看一个“使用同一个函数同时响应鼠标和键盘操作”的示例程序ContravarianceExample:

示例程序定义了一个键盘和鼠标事件响应函数：

private void MultiHandler(object sender, System.EventArgs e)

{

if (e is KeyEventArgs)

lblInfo.Text = string.Format("您敲了{0}键",

(e as KeyEventArgs).KeyCode.ToString());

if(e is MouseEventArgs)

lblInfo.Text = "您按了鼠标上的键";

}

示例程序的奇特之处在于，此函数可以直接挂接到按钮的KeyDown和MouseClick事件上!

btnTestCovariance.MouseClick += MultiHandler;

btnTestCovariance.KeyDown += MultiHandler;

让我们分析一下“后台”到底发生了什么事情。

首先，我们注意到MouseClick事件和KeyDown事件的参数拥有以下继承关系：

再来看一下KeyDown事件和MouseClick事件的定义：

public event KeyEventHandler KeyDown;

public event MouseEventHandler MouseClick;

请注意两个事件其实都是委托类型的变量。以下是两个事件委托的定义：

public delegate void KeyEventHandler(object sender, KeyEventArgs e);

public delegate void MouseEventHandler(object sender, MouseEventArgs e)

可以看到，这两个委托的定义，其参数都是EventArgs的子类。所以，依据Contravariance特性，它们可以接收参数定义为父类EventArgs的方法。这正是MultiHandler可以直接作为统一的事件响应函数挂接到键盘和鼠标事件的原因。

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下载示例程序（http://files.cnblogs.com/bitfan/ContravarianceExample.rar）