C# 4.0中泛型协变性和逆变性详解

VS2010的推出会为我们带来新版本的C#。了解C#4.0中的新功能有助于我们利用编码。它还能够帮助我们了解程序中正在出现，而下一代的C#有可能会解决的错误。最终，这样的实践可以帮助我们在现有的知识结构上创建适应C#4.0的业务。

在本文中我们关注的是C# 4.0中的协变性和逆变性。

恒定性，协变性和逆变性

在进一步研究问题之前，我们先解释一下恒定性，协变性，逆变性参数以及返回类型这些概念的意思。大家对这些概念应该是熟悉的，即便那你可能并不能把握这些概念的正式定义。

如果你必须使用完全匹配正式类型的名称，那么返回的值或参数是不变的。如果你能够使用更多的衍生类型作为正式参数类型的代替物，那么参数是可变的。如果你能够将返回的类型分配给拥有较少类型的变量，那么返回的值是逆变的。

在大多数情况下，C#支持协变参数和逆变的返回类型。这一特性也符合其他所有的对象指向型语言。事实上，多态性通常是建立在协变和逆变的概念之上的。直观上，我们发现是可以将衍生的类对象发送给任何期望基类对象的方法。比较，衍生的对象也是基类对象的实例。本能地我们也清楚，我们可以将方法的结果保存在拥有较少衍生对象类型的变量中。例如，你可能会需要对这段代码进行编译：

public static void PrintOutput(object thing) 
{

if (thing != null)

Console.WriteLine(thing);

}

// elsewhere:

PrintOutput(5);

PrintOutput("This is a string");

这段代码之所以有效是因为参数类型在C#中具有协变性，你可以将任意方法保存在类型对象的变量中，因为C#中返回类型是逆变的：

 object value = SomeMethod();

如果在.NET推出后，你已经了解C#或VB.NET，那么你应该很熟悉以上的内容。但是规则发生了一些改变。在很多方法中，你直觉上认为有效的其实不然。随着你渐渐深入了解，会发现你曾经认为是漏洞的东西很可能是该语言的说明。现在是时候解释一下为什么集合以不同的方式工作，以及未来将发生些什么变化。

基于对象的集合

.NET 1.x集合(ArrayList，HashTable，Queue等)可以被视为具有协变性。遗憾的是，它们不具有安全的协变性。事实上，它们具有恒定性。不过由于它们向System.Object保存了参考，它们看上去像是具有了协变性和逆变性。举几个例子就可以说明这个问题。

你可以认为这些集合是协变的，因为你可以创建一个员工对象的数组列表，然后使用这个列表作为任意方法的参数，这些方法使用的是类型数组列表的对象。通常这种方法很有效。这个方法可能能够与数组列表连用：

private void SafeCovariance(ArrayList bunchOfItems) 
{

foreach(object o in bunchOfItems)

Console.WriteLine(o);

// reverse the items:

int start = 0;

int end = bunchOfItems.Count - 1;

while (start < end)

{

object tmp = bunchOfItems[start];

bunchOfItems[start] = bunchOfItems[end];

bunchOfItems[end] = tmp;

start++;

end--;

}

foreach(object o in bunchOfItems)

Console.WriteLine(o);

}

这个方法是安全的因为它没有改变集合中任何对象的类型。它列举了集合并将集合中已有的项目移动到了不同索引。不过并未改变任何类型，因此这个方法适用于所有实例。但是数组列表和其他传统的.NET 1.x集合不会被视为安全的协变。看这一方法：

private void UnsafeUse(ArrayList stuff) 
{

for (int index = 0; index < stuff.Count; index++)

stuff[index] = stuff[index].ToString();

}

这是对保存在集合中的作出的更深一层的假设。当方法存在时候，集合包含了类型字符串的对象。或许这不再是原始集合中的类型。事实上，如果原始集合包含这些字符串，那么方法就不会产生效果。否则，它会将集合转换为不同的类型。下列使用实例显示了在调用方法的时候遇到的各种问题。此处，一列数字被发送到了UnsafeUse，而数字正是在此处被转换成了字符串的数组列表。调用以后，呼叫代码会尝试再一次创建能够导致InvalidCastException的项目。

 // usage: 
public void DoTest()

{

ArrayList collection = new ArrayList()

{

1,2,3,4,5,6,7, 8, 9, 10,

11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,

21,22,23,24,25,26,27,28,29,30

};

SafeCovariance(collection);

// create the sum:

int sum = 0;

foreach (int num in collection)

sum += num;

Console.WriteLine(sum);

UnsafeUse(collection);

// create the sum:

sum = 0;

try

{

foreach (int num in collection)

sum += num;

Console.WriteLine(sum);

}

catch (InvalidCastException)

{

Console.WriteLine(

"Not safely covariant");

}

}

这个例子表明虽然典型的集合是不变的，但是你可以视它们为可变或可逆变。不过这些集合并非安全可变。编译器难保不会出现失误。