协变与抗变

1. 背景

一个简单的例子，

public class Sharp
{
   
}

public class Rectange : Sharp
{
   
}

上面定义了两个简单的类，一个是图形类，一个是矩形类；它们之间有简单的继承关系：矩形是图形的一种。

接下来是常见的一种里氏替换写法：

Sharp sharp = new Rectange();

“子类引用可以直接转化成父类引用”，即 Rectange 类和 Sharp 类之间存在一种安全的隐式转换。

既然Rectange类和Sharp类之间存在一种安全的隐式转换，那数组Rectange[]和Sharp[]之间是否也存在这种安全的隐式转换呢？

这种将原本类型上存在的类型转换映射到他们的数组类型（或接口、委托等其它类型）上的能力，可称为“可变性（Variance）”。

在.NET中，唯一允许可变性的类型转换就是由继承关系带来的“子类引用->父类引用”转换，就是上面例子的写法。

再看下面这种写法：

Sharp[] sharps=new Rectange[3];

编译通过，这说明 Rectange[] 和 Sharp[] 之间存在安全的隐式转换。

2. 定义

2.1 协变定义

在具有可变性的条件下，与原始类型转换方向相同的可变性称作协变（covariant）。

2.2 抗变定义

在具有可变性的条件下，与原始类型转换方向相反的可变性称作抗变（contravariant），也称逆变。

可变性远远不只是针对映射到数组的能力，也有映射其它集合的能力如List.
很多人会问，说了这么多，到底这个协变或者抗变有什么实际价值？

举个例子，在.net 4.0之前可以这么写：

Sharp sharp = new Rectange();

但是却不能这么写：

IEnumerable<Sharp> sharps = new List<Rectange>();

4.0之后，可以允许按上面的写法了，因为泛型接口 IEnumerable<T> 被声明成如下：

public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable

为什么接口参数类型前加了个 out 关键字就可以安全转换了？
因为在接口类型参数前加上修饰关键字 in 和 out 可以表示该类型参数支持抗变和协变，CLR 会自动在安全范围内进行转换。

目前 C# 支持协变和抗变的有两种类型：泛型接口 和 泛型委托。

由于它俩机制差不多，这里仅记录一下泛型接口的协变和抗变。

3. 泛型接口中的协变和抗变

定义一个泛型接口：

public interface ICovariant<T>
{
   
}

两个类各自继承一下该接口：

public class Sharp : ICovariant<Sharp>
{
   
}

public class Rectange : Sharp, ICovariant<Rectange>
{
   
}

测试代码：

ICovariant<Sharp> isharp = new Sharp();
ICovariant<Rectange> irect = new Rectange(