.NET可變性解析(協(xié)變和逆變)

【一】何為可變性

可變性是.NET4.0中的一個(gè)新特性,可變性可分為 : 協(xié)變性、逆變性、不可變性.

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那么在.NET4.0之前是否有可變性? 答案是肯定的,我們可以通過(guò)下面的幾個(gè)實(shí)例來(lái)簡(jiǎn)單的了解一下.NET4.0之前的協(xié)變和逆變.

實(shí)例 1 : 方法參數(shù)的協(xié)變

static void Main(string[] args)
{
    GetProject(new Course()); // Course 繼承自 Project  此處進(jìn)行了協(xié)變
}
static void GetProject(Project course)
{
    Console.WriteLine(course.Name);
}

實(shí)例 2 ： 數(shù)組協(xié)變以及執(zhí)行時(shí)類型檢查

Course[] course = new Course[4];
Project[] project = course;
project[0] = new Excercise();

在上述代碼中會(huì)拋出異常 "system.ArrayTypeMismatchException"，因?yàn)閺腸ourse轉(zhuǎn)換為project會(huì)返回原始引用，所以course和project都是引用的同一個(gè)數(shù)組，對(duì)于數(shù)組而言，它是一個(gè)course數(shù)組，所以會(huì)拒絕存儲(chǔ)對(duì)于非course類型的引用。數(shù)組的協(xié)變會(huì)導(dǎo)致類型安全性在執(zhí)行時(shí)才能體現(xiàn)，而不能在編譯時(shí)體現(xiàn) 

可變性種類分類定義：

 協(xié)變 ： 說(shuō)明泛型類型參數(shù)可以從一個(gè)派生類更改為它的基類，在C#中，是用out關(guān)鍵字標(biāo)記協(xié)變量形式的泛型類型參數(shù)，協(xié)變量泛型類型參數(shù)只能出現(xiàn)在輸出位置，比如作為方法的返回類型

 逆變 ： 說(shuō)明泛型類型參數(shù)可以從一個(gè)基類更改為它的派生類，在C#中，是用in關(guān)鍵字標(biāo)記逆變形式的泛型類型參數(shù)，逆變量泛型類型參數(shù)只能出現(xiàn)在輸入位置，比如作為方法的參數(shù)。

 不可變 ：按引用類型傳遞變量，可以看成是ref參數(shù)，表示傳入的類型必須與參數(shù)本身的類型完全一致，傳入方法內(nèi)部的值，將同樣以相同的類型輸出。

可變性是以一種類型安全的方式,將一個(gè)對(duì)象作為另一個(gè)對(duì)象來(lái)使用,在我們面向?qū)ο缶幊讨?繼承這一特性就很好的體現(xiàn)了對(duì)象的可變性.

任何使用了協(xié)變和逆變的轉(zhuǎn)換都是引用轉(zhuǎn)換，這意味著轉(zhuǎn)換之后將返回相同的引用，它不會(huì)創(chuàng)建新的對(duì)象，只是認(rèn)為現(xiàn)有引用與目標(biāo)類型匹配，這與某個(gè)層次中，引用類型之間的轉(zhuǎn)換是相同的。

在.NET4.0之前，泛型是不能夠進(jìn)行協(xié)變和逆變的,也就是說(shuō)泛型的協(xié)變和逆變是C#4.0的一個(gè)新特性,泛型的協(xié)變和逆變也是為了保持類型的絕對(duì)安全性.

在泛型接口或者委托的聲明中,.NET4.0能夠使用out修飾符來(lái)指定類型參數(shù)的協(xié)變性,使用in修飾符來(lái)指定逆變性,聲明完成之后,就可以對(duì)相關(guān)的類型進(jìn)行隱式轉(zhuǎn)換了,在接口和委托中,它們的工作方式是完全相同的.

二】泛型接口可變性

我們使用的兩個(gè)接口 ： IEnumberable<T> (T 是協(xié)變的)，原型為：IEnumberable<out T>  和 IComparer<T>(T 是逆變的),原型為 : IComparer<in T>,再次記憶提示 : 如果類型參數(shù)只用于輸出,就使用out,如果只用于輸入,就用in.

更多的泛型協(xié)變接口 : IEnumerable<T>、IEnumerator<T>、IQueryable<T> 和 IGrouping<TKey, TElement>

泛型逆變接口 : IComparer<T>、IComparable<T> 和 IEqualityComparer<T>

下面我們通過(guò)實(shí)例來(lái)演示一下接口的泛型可變性

實(shí)例 3 : 查看泛型接口集合IEnumberable<out T> 進(jìn)行 協(xié)變

class Project
{
    public static void GetCourseByProjects(IEnumerable<Project> projects)
    {
        foreach (var p in projects)
        {
            Console.WriteLine(p);
        }
    }
    public string Name { get; set; }
}
class Course : Project
{
    public static void GetCourse()
    {
        List<Course> courseList = new List<Course>();
        Project.GetCourseByProjects(courseList);
        IEnumerable<Project> pList = courseList;
    }
}

在上述代碼中，我們定義了兩個(gè)類，分別為 ： project和course，其中course繼承自project，在project中有一個(gè)方法GetCourseByProject,這個(gè)方法有一個(gè)形參類型為 IEnumberable<Project>,(注意 ： project是course的基類，IEnumberable是可以進(jìn)行協(xié)變的，那么此處的實(shí)參我們可以傳遞任何繼承自Project的類)，在course中有一個(gè)方法GetCourse，這個(gè)方法用于通過(guò)course獲取到這個(gè)course 所有的project，project.GetCourseByProject(courseList);// 此處發(fā)生了協(xié)變，原本我們的GetCourseByProject的參數(shù)類型為IEnumberable<project>,在這里我們傳遞的是它的派生類List<Course>.同理在IEnbumerbale<project> pList = courseList 也發(fā)生了協(xié)變.

實(shí)例 4 ： 定義泛型接口查看逆變

static void Main(string[] args)
{
    IBase<Course> getCourse = new Derived<Project>();
}
public class Derived<T> : IBase<T>
{
        
    public string Name { get; set; }

    public void GetProject(T t)
    {
        Console.WriteLine("獲取到項(xiàng)目");
    }
}
public interface IBase<in T> 
{
    void GetProject(T t);
}
class Course : Project
{
    public static void GetCourse()
    {

    }
}

在上述代碼中,我們定義一個(gè)泛型接口 IBase<in T>, 參數(shù)類型為" in T " 說(shuō)明它是可以逆變的，同時(shí)呢，Derived<T>這個(gè)泛型類繼承自IBase<T>,那么我們?cè)趯?shí)現(xiàn)的時(shí)候就可以這樣來(lái)做。

IBase<Course> courseList = new Derived<Project>(); 在我們調(diào)用的這行代碼中，將Project轉(zhuǎn)換為了他的下級(jí)類Course，所以發(fā)生了逆變。

【三】泛型委托可變性

在我們看了,泛型接口的協(xié)變和逆變之后,對(duì)于泛型委托的可變性其實(shí)性質(zhì)是一樣的.我們可以通過(guò)下面兩個(gè)實(shí)例來(lái)演示一下 :

實(shí)例 5 : 委托協(xié)變

public delegate Project GetProject();

static Course GetCourse()
{
    return new Course();
}
GetProject projects = GetCourse;

在上述的代碼中,我們首先定義了一個(gè)委托類型,getproject, 在GetProject projects = GetCourse,GetCourse是一個(gè)返回值為Course對(duì)象的一個(gè)函數(shù), 此處發(fā)生了協(xié)變,Course類型轉(zhuǎn)換為了Project類型,子類轉(zhuǎn)換為父類.

實(shí)例 6 : 泛型委托協(xié)變

public delegate T Find<out T>();
static void Main(string[] args)
{
    Find<Course> getCourse = () => new Course(); // lambda 
    Find<Project> getProject = getCourse; // 發(fā)生了協(xié)變
}

在上述的代碼中,我們定義了一個(gè)泛型委托,Find<out T>,這里指定out說(shuō)明它可以進(jìn)行協(xié)變,然后在Main函數(shù)中, 首先我們通過(guò)Lambda表達(dá)式聲明了一個(gè)返回值為Course的方法,然后在將getCourse賦值給getProject,這里發(fā)生了協(xié)變.

實(shí)例 7 ： 委托中的逆變

public delegate void FindCourse(Course course);
static void GetProject(Project pro)
{
    Console.WriteLine(pro.Name);
}
FindCourse getCourse = GetProject;

在上述的代碼中,首先我們聲明了一個(gè)帶參數(shù)的委托FindCourse,參數(shù)類型為 Course , 然后注意在第六行代碼中, 我們將 GetProject這個(gè)方法賦值給了 委托FindCourse,同時(shí),GetProject這個(gè)方法的參數(shù)類型為 Project,Project為Course 的基類,所以在第六行代碼中它發(fā)生了逆變.

實(shí)例 8 : 泛型委托中的逆變

 public delegate void Find<in T>(T t);
 Find<Project> getProject = p => Console.Write("查看一個(gè)項(xiàng)目");
 Find<Course> getCourse = getProject;

相信通過(guò)了前面的幾個(gè)實(shí)例,這個(gè)例子也就不難看懂了,在上述的代碼中,我們首先聲明了一個(gè)泛型委托,并且泛型中有一個(gè)in說(shuō)明是可以進(jìn)行逆變,然后在第二行代碼中,我們還是通過(guò)lambda表達(dá)式,創(chuàng)建一個(gè)參數(shù)類型為Project的函數(shù),注意第三行代碼, 第三行代碼中將GetProject方法賦值給了getCourse,此處發(fā)生了逆變.

【四】.NET中可變性的好處

1 、更好的代碼復(fù)用性.

通過(guò)剛才的幾個(gè)實(shí)例,我們可以知道,如果在Project下還有Excerise,Test等派生類的話, 利用協(xié)變和逆變性,我們就可以直接 Project.GetCourseByProjects(ExceriseList); (協(xié)變了) . IBase<ExceriseList> exceriseList = new Dervied<Project>();(逆變了)。所以我們就不需要在去繁多的創(chuàng)建多余的實(shí)例對(duì)象來(lái)調(diào)用Project和使用ExceriseList

2、更好的保持了泛型的類型安全性

首先,協(xié)變和逆變是通過(guò)out,in來(lái)指定的,編譯器是不知道那種形式是協(xié)變那種形式是逆變的,通過(guò)out(輸出參數(shù))和in(輸入?yún)?shù)),來(lái)指定參數(shù)的輸入輸出類型這一形式,很好的保持了泛型的類型安全性.

PS  : ref 也是一種,用來(lái)指定不變性,指定要求傳入什么類型的就是什么類型,在一般我們開(kāi)發(fā)過(guò)程中,通過(guò)都是通過(guò)這樣的形式來(lái)傳參的,比如:

實(shí)例 9 ： ref雙向傳值,要求實(shí)參類型必須與形參類型完全一致

Project p = new Project();
GetProject( ref p);
public static void GetProject(ref Project project)
{
    Console.WriteLine(project.Name);
}

調(diào)用方法所傳入的類型必須要與方法要求的參數(shù)類型完全一致

【五】總結(jié)

平日里我們覺(jué)得一些比較難的技術(shù)點(diǎn),當(dāng)我們花費(fèi)一些時(shí)間去學(xué)習(xí),去總結(jié),去思考一下.會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)并不是我們想象中那么難, 難得是我們下定決心去做的那份意念而已.

通過(guò)本文我們了解到了協(xié)變性、逆變性、不變性的定義,以及它是通過(guò)一種什么樣的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的， 另外通過(guò)實(shí)例我們也可以想到如果用好了它，也會(huì)給我的開(kāi)發(fā)帶來(lái)事半功倍的效果。使我們的代碼更加優(yōu)雅、提高程序可擴(kuò)展性以及復(fù)用性，同時(shí)這不也是一種多態(tài)的體現(xiàn)嗎？

通過(guò)協(xié)變和逆變也有一些限制,這可能也是因?yàn)樵O(shè)計(jì)者出于類型安全性的方面考慮,它是不支持類的類型參數(shù)的可變性,只有接口和委托可以擁有可變的類型參數(shù). 可變性只支持引用轉(zhuǎn)換.

如果你覺(jué)得本文對(duì)你有幫助的話,請(qǐng)點(diǎn)右下角的推薦,或者直接關(guān)注我,后續(xù)將不斷更新.NET解析這一系列的文章....

作者：劉彬

出處：http://albin.blog.51cto.com/

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