【从零开始入门unity游戏开发之——C#篇36】C#的out协变和in逆变如何解决泛型委托的类型转换问题

news2025/2/4 6:38:19

文章目录

一、知识回顾和问题分析
- 1、回顾`强制转换`和`as`转换知识
- 2、问题分析
二、为什么泛型委托不行？
- 1、泛型类型的严格类型检查
- 2、**`as` 和强制类型转换不能直接使用**
三、如何解决这个问题？
- 1、**协变（`out`）**
- 2、**逆变（`in`）**
四、**应用场景**
五、总结
六、系统泛型委托和协变、逆变
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完结

一、知识回顾和问题分析

1、回顾`强制转换`和`as`转换知识

前面我们已经学过强制转换和as转换

强制类型转换（(T)）：用于将一个对象显式地转换为指定的类型。如果转换不成功，通常会抛出 InvalidCastException。
as 操作符：用于尝试将对象转换为指定类型。如果转换失败，返回 null，而不是抛出异常。

//注意Dog是Animal的子类
Animal animal = new Dog();

//强制类型转换
Dog dog = (Dog)animal;

//as 操作符
Dog dog = animal as Dog;

2、问题分析

根据里氏替换原则：可以用子类替换掉父类。

前面我们学习了泛型，那我们可不可以使用强制类型转换或者as 操作符将泛型委托从一个类型转换到另一个类型？

答案是不行的。

二、为什么泛型委托不行？

1、泛型类型的严格类型检查

在 C# 中，泛型类型是 严格的类型检查，意味着即使存在继承关系（比如 Son 继承自 Father），泛型类型参数也被视为不同的类型。也就是说，Produce<Father> 和 Produce<Son> 被认为是两个 不同的类型，即便 Son 是 Father 的子类。

举例：

public delegate T Produce<T>();

Produce<Son> produceSon = () => new Son();
Produce<Father> produceFather = produceSon;  // 编译错误

编译器报错的原因是泛型类型 Produce<T> 在内部对类型参数进行检查，不会因为 Son 是 Father 的子类而认为 Produce<Son> 可以转换为 Produce<Father>。

2、`as` 和强制类型转换不能直接使用

as 操作符和强制类型转换（(T)）只对相同的类型或派生类型有效，泛型类型是严格类型检查的，所以不行。

例如：

Produce<Father> produceFather = produceSon as Produce<Father>;  // 编译错误

因为 Produce<Son> 和 Produce<Father> 不是相同的类型，produceSon 和 produceFather 无法通过 as 或强制类型转换直接转换。

三、如何解决这个问题？

为了处理这种类型严格检查的问题，C# 引入了协变和逆变，通过这些机制我们可以在泛型中更好地处理继承关系，使得泛型类型可以遵循里氏替换原则。

通过使用 out（协变）和 in（逆变）修饰符，C# 显式支持泛型委托的类型转换规则，从而允许不同类型之间的转换，且不破坏类型安全。

1、协变（`out`）

通过协变（out 关键字），你可以让泛型委托支持返回值的类型转换：

public delegate T Produce<out T>();

Produce<Son> produceSon = () => new Son();
Produce<Father> produceFather = produceSon;  // 现在是合法的，协变支持
Father father = produceFather();  // 实际返回的是 Son 类型的对象

这里的关键是 Produce<T> 泛型委托的类型参数 T 使用了 out 关键字，这表示这个委托仅作为返回值使用（即输出类型）。

协变的原理是，如果 Son 是 Father 的子类，那么 Produce<Son> 可以被视作 Produce<Father>，从而实现类型转换。

2、逆变（`in`）

通过逆变（in 关键字），你可以让泛型委托支持输入参数的类型转换：

public delegate void Consume<in T>(T item);

Consume<Father> consumeFather = item => Console.WriteLine("Consuming Father");
Consume<Son> consumeSon = consumeFather;  // 逆变支持，合法
consumeSon(new Son());  // 实际调用的是 consumeFather

在这个例子中，Consume<T> 泛型委托的类型参数 T 使用了 in 关键字，表示它仅作为输入参数使用。

逆变的原理是，如果 Son 是 Father 的子类，那么 Consume<Father> 可以被视作 Consume<Son>，从而实现类型转换。

四、应用场景

协变和逆变主要用于泛型接口、泛型委托的类型约束中，可以有效提高代码的灵活性和类型安全性。

五、总结

为了使泛型类型可以遵循里氏替换原则，C# 引入了协变和逆变，通过这些机制我们可以在泛型中更好地处理继承关系。

out 和 in 的引入正是为了 安全地实现类型转换，而不会导致不兼容类型之间的隐式转换问题。在没有 out 或 in 的情况下，泛型类型参数的转换是不允许的。

六、系统泛型委托和协变、逆变

在 C# 的实际开发中，我们并不需要手动使用 out 和 in 来实现协变和逆变，因为 Action<> 和 Func<> 这些常用的系统泛型委托，C# 编译器已经默认对输入参数和返回值进行了协变和逆变的处理。
在这里插入图片描述

这里主要是要理解out和in的原理，和意义，可能在面试题中会被问到原理性的知识。

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