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C# 协变(Covariance)与逆变(Contravariance) - 泛型中的in和out关键字

幻夢星雲

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发布时间:2025-12-25 15:42:08

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来源于php中文网

原创

协变(out)允许IEnumerable视为IEnumerable(B继承A),用于返回值;逆变(in)允许IConsumer赋给IConsumer,用于参数;二者仅适用于接口和委托,保障类型安全。

c# 协变(covariance)与逆变(contravariance) - 泛型中的in和out关键字

在 C# 中,协变(Covariance)和逆变(Contravariance)是泛型接口和委托中非常重要的概念,它们通过 outin 关键字实现,允许更灵活的类型转换。理解这两个特性有助于写出更具扩展性和复用性的代码。

什么是协变(Covariance)?

协变允许你使用比原本指定的类型更派生的类型。换句话说,如果类 B 继承自类 A,那么支持协变的泛型接口可以将 IEnumerable 视为 IEnumerable

协变通过在泛型类型参数前使用 out 关键字来声明。注意:只能用于返回值位置(如方法的返回类型),不能作为方法参数。

常见例子:

interface IProducer
{
    T Get();
}

这里 out T 表示 T 只能出现在输出位置(比如返回值)。因为只读,所以类型系统可以安全地进行向上转型。

实际应用:

string str = "hello";
IProducer stringProducer = new StringProducer();
IProducer objectProducer = stringProducer; // 协变支持

由于 string 是 object 的子类,且 IProducer 是协变的,这个赋值是合法的。

什么是逆变(Contravariance)?

逆变则相反:它允许你使用比原本指定的类型更基础的类型。也就是说,如果有一个接受基类的方法,它可以被用来处理派生类的对象。

逆变通过在泛型类型参数前使用 in 关键字来声明。它适用于输入参数,不能用于返回值。

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例子:

interface IConsumer
{
    void Consume(T item);
}

这里 in T 表示 T 只能用作输入参数。因为方法只接收 T 类型对象,传入其子类对象是类型安全的。

实际使用:

IConsumer objectConsumer = new ObjectConsumer();
IConsumer stringConsumer = objectConsumer; // 逆变支持
stringConsumer.Consume("world"); // 实际调用的是 ObjectConsumer.Consume(object)

虽然 stringConsumer 声明为消费 string,但它指向的是一个能处理任意 object 的消费者,因此是安全的。

.NET 中常见的协变与逆变接口

微软在 .NET 框架中已经广泛使用了这些特性:

  • IEnumerable:协变 —— 允许将 IEnumerable 赋给 IEnumerable
  • IComparable:逆变 —— 如果一个类型能比较 Animal,那它当然也能比较 Dog
  • Action:逆变参数 —— Action 可以赋给 Action
  • Func:协变返回值 —— Func 可以当作 Func 使用

限制与注意事项

协变和逆变不是任意可用的,有严格的规则:

  • 只有接口和委托支持 inout,泛型类不支持
  • out T 只能出现在返回类型位置,不能作为方法参数
  • in T 只能出现在参数位置,不能作为返回类型
  • 数组也支持协变(如 string[] 可隐式转为 object[]),但这可能导致运行时异常(不安全),而泛型接口的协变是编译时安全的

基本上就这些。掌握 in 和 out 关键字,能让你更好地设计泛型接口,写出更自然、符合直觉的 API。关键是记住:out 用于产出,in 用于输入,就像数据流动的方向一样。

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