C# 泛型的协变和逆变

2012 年 12 月 7 日

可变性是以一种类型安全的方式，将一个对象当做另一个对象来使用。如果不能将一个类型替换为另一个类型，那么这个类型就称之为：不变量。协变和逆变是两个相互对立的概念：

在C# 4.0之前，所有的泛型类型都是不变量——即不支持将一个泛型类型替换为另一个泛型类型，即使它们之间拥有继承关系，简而言之，在C# 4.0之前的泛型都是不支持协变和逆变的。

C# 4.0通过两个关键字：out和in来分别支持以协变和逆变的方式使用泛型。

我们来看一段利用了协变类型参数的代码：

public class BaseClass
{
    //...
}

public class DerivedClass : BaseClass
{
    //...
}

下面我们利用协变类型参数，可以执行类似于普通的多态性的分配：

IEnumerable d = new List<DerivedClass>();
IEnumerable<BaseClass> b = d;

在上面的实例中，在C# 4.0之前是不能正常编译的，除了对赋值给基类集合时将子类集合做一个强制转换，但是在运行时仍然会抛出一个类型转换的异常。

下面我们再看一个关于逆变的实例代码：

Action b = (target) => { Console.WriteLine(target.GetType().Name); };
Action d = b;
d(new DerivedClass());

在上面的示例中我们 Action 类型的委托分配给类型 Action 的变量，根据逆变的定义我们可以知道 Action 类型是支持逆变的。

为什么IEnumerable 和 Action 可以分别支持类型的逆变和协变呢？我们查看这两个类型在 .NET 中的定义：

//IEnumerable 接口的定义(支持协变)
public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable

//Action 委托的定义(支持逆变)
public delegate void Action<in T>(T obj);

为了保证类型的安全，C#编译器对使用了 out 和 in 关键字的泛型参数添加了一些限制：

1. 不支持类的类型参数的可变性

只有接口和委托可以拥有可变的类型参数。in 和 out 修饰符只能用来修饰泛型接口和泛型委托。

2. 可变性只支持引用转换

可变性只能用于引用类型，禁止任何值类型和用户定义的转换，如下面的转换是无效的：

将 IEnumerable 转换为 IEnumerable

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