C#编程之深入理解泛型可变性

[来源] 达内    [编辑] 达内   [时间]2012-11-12

在C# 2.0中泛型并不支持可变性的(可变性指的就是协变性和逆变性),我们知道在面向对象的继承中就具有可变性

在C# 2.0中泛型并不支持可变性的(可变性指的就是协变性和逆变性),我们知道在面向对象的继承中就具有可变性,当方法声明返回类型为Stream,我们可以在实现中返回一个FileStream的类型,此时就存在一个隐式的转化——从FileStream类型(子类引用)——>Stream类型(父类引用), 并且引用类型的数组也存在这种从子类引用——>父类引用 的转化,例如string[] 可以转化为object[](即这样的代码是可以通过编译的:string[] strs =new string[3]; object[] objs =strs;),此时我们肯定会想是否泛型中的泛型参数也可以支持这样的转化呢?然而在C# 2.0中是不支持的,但是就是因为有这样的需求,所以微软也考虑到这个问题的, 所以在C# 4.0中就引入了泛型的协变和逆变性。下面就具体来介绍下C# 4.0 中对协变和逆变的具体内容有哪些的。

< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">一、协变性

< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">  协变性指的是——泛型类型参数可以从一个 派生类隐式转化为基类(大家可以这样记忆的,协变性即和谐的变化,生活中我们一般会说子女长的像他们的父母,这样听起来会感觉比较和谐点,这样就很容易记住协变了),在C#4.0中引入out 关键字来标记泛型参数支持协变性。为了更好的说明泛型的协变性,下面就以.Net类库的中public interface IEnumerable<out T>这个接口来演示一个例子来帮助大家理解泛型协变:

< div style="background-color: rgb(245, 245, 245); font-family: 'Courier New'; font-size: 12px; border: 1px solid rgb(204, 204, 204); padding: 5px; overflow: auto; margin: 5px 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; " class="cnblogs_code">
List<object> listobject = new
 List<object>();             List
<string> liststrs = new
 List<string

>();             //
 AddRange方法接收的参数类型为IEnumerable<T> collection             
//

 下面的代码是传入的是List<string>类型的参数。             //
 在MSDN中可以看出这个接口的定义为——IEnumerable<int T>。             
//

 所以 IEnumerable<T>泛型类型参数T支持协变性,所以可以             
//

 将List<string>转化为IEnumerable<string>(这个是继承的协变性支持的)             
//

 又因为这个IEnumerable<in T>接口委托支持协变性,所以可以把IEnumerable<string>转化为——>IEnumerable<object>类型。             
// 所以编译器验证的时候就不会出现类型不能转化的错误了。

            listobject.AddRange(liststrs);  //成功
             liststrs.AddRange(listobject); //
 出错
< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">  代码中如果使用 这代码时  liststrs.AddRange(listobject); 就会出现编译时错误(无法从List<object>转换为IEnumerable<string>,因为List<object>可以因为继承的协变性转化为IEnumerable<object>,但是因为IEnumerable<out T>不支持逆变,即从object到string的转化,所以此时就会产生下面图中的错误了。), 错误提示截图如下:

< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">

< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">二、逆变性

< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">  逆变性指的是——泛型类型参数可以从一个 基类隐式转化为派生类(可以从生活中的例子来帮助大家记忆逆变的——如果说父母长的像他们的子女的话肯定觉得别扭,在高中语文中经常会找这样的语病的),在C# 4.0中引入in 关键字来标记泛型参数支持逆变性.为了更好的说明泛型的逆变性,下面就以.Net类库的中接口public interface IComparer<in T>来演示一个例子来帮助大家理解泛型逆变

< div style="background-color: rgb(245, 245, 245); font-family: 'Courier New'; font-size: 12px; border: 1px solid rgb(204, 204, 204); padding: 5px; overflow: auto; margin: 5px 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; " class="cnblogs_code">
class
 Program     {         static
 

void Main(string[] args)         {             List
<object> listobject = new
 List<object>();             List
<string

> liststrs = new List<string
>();             //


 AddRange方法接收的参数类型为IEnumerable<T> collection             //


 下面的代码是传入的是List<string>类型的参数。             //
 在MSDN中可以看出这个接口的定义为——IEnumerable<int T>。             //


 所以 IEnumerable<T>泛型类型参数T支持协变性,所以可以             //
 将List<string>转化为IEnumerable<string>(这个是继承的协变性支持的)             
//

 又因为这个IEnumerable<in T>接口委托支持协变性,所以可以把IEnumerable<string>转化为——>IEnumerable<object>类型。             
// 所以编译器验证的时候就不会出现类型不能转化的错误了。

            listobject.AddRange(liststrs);  //成功

            ////liststrs.AddRange(listobject); // 出错
             IComparer<object
> objComparer = new TestComparer();             IComparer
<string> objComparer2 = new


 TestComparer();              //
 List<string>类型的 liststrs变量的sort方法接收的是IComparer<string>类型的参数             //


 然而下面代码传入的是 IComparer<object>这个类型的参数,要编译成功的话,必须能够转化为IComparer<string>这个类型             //
 正是因为IComparer<in T>泛型接口支持逆变,所以支持object转化为string类型             
//

 所以下面的这行代码可以编译通过,在.Net 4.0之前的版本肯定会编译错误,             


// 大家可以把项目的目标框架改为.Net Framework 3.5或者更加低级的版本             
//
 这样下面这行代码就会出现编译错误,因为泛型的协变和逆变是C# 4.0 中新增加的特性,而.Net 4.0对应于C# 4.0。


            liststrs.Sort(objComparer);  // 正确              
// 出错

            ////listobject.Sort(objComparer2);
        }         }      public
 class TestComparer : IComparer<object
>     {         public
 int

 Compare(object obj1,object


 obj2)         {             return
 obj1.ToString().CompareTo(obj2.ToString());         }     }
< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">   上面代码中如果使用 listobject.Sort(objComparer2);时,就会出现编译错误,错误原因看过上面协变中错误原因的解释应该都可以明白的,下面是错误的截图:

< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">

< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">   为了进一步说明泛型的协变和逆变是在C# 4.0中(C# 4.0即对于.net Framework 4.0)的版本都不支持泛型的协变和逆变,大家从MSDN中也可以发现的。下面是一张比较的截图(大家可以自己具体去MSDN上查看的, 当版本改为3.5或更低级的版本时,看下泛型的定义是不是没有out或in关键字,即之前的版本不支持泛型的可变性):

< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">

< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">三、协变和逆变的注意事项

< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">   并不是所有类型都支持泛型的协变和逆变的, 下面列出泛型的协变和你逆变中值得注意和明确的地方:

< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">   1. 只有接口和委托支持协变和逆变(如Func<out TResult>,Action<in T>),类或泛型方法的类型参数都不支持协变和逆变。

< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">   2. 协变和逆变只适用于引用类型,值类型不支持协变和逆变(因为可变性存在一个引用转换,而值类型变量存储的就是对象本身,而不是对象的引用),所以List<int>无法转化为Ienumerable<object>.

< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">  3. 必须显示用in或out来标记类型参数。

< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">   4. 委托的可变性不要再多播委托中使用,相信这点很多人都没有注意到的, 下面我举个例子来说明下,当大家遇到这样的问题可以知道为什么

< div style="background-color: rgb(245, 245, 245); font-family: 'Courier New'; font-size: 12px; border: 1px solid rgb(204, 204, 204); padding: 5px; overflow: auto; margin: 5px 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; " class="cnblogs_code">
            //
 下面初始化委托使用了Lambda表达式,Lambda表达式将在后面专题向大家具体介绍

            Func<string> stringfunc = () => ""
;             Func<object
> objectfunc = () => new object


();             Func<object> combined = stringfunc + objectfunc;
< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">   上面代码可以通过编译,因为泛型Func<out T>支持协变,所以将Func<string>转换为Func<object>类型,但是对象本身仍然为Func<string>类型,然而 Delegate.Combine方法要求参数必须为相同类型——否则该方法无法确定要创建什么类型的委托(是Func<string>类型呢还是Func<object>?), 所以上面代码在运行时会抛出ArgumetException(错误信息为——委托必须具有相同的类型)。我们可以稍微修改下上面代码来使其不出现运行时错误

< div style="background-color: rgb(245, 245, 245); font-family: 'Courier New'; font-size: 12px; border: 1px solid rgb(204, 204, 204); padding: 5px; overflow: auto; margin: 5px 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; " class="cnblogs_code">
            Func<string> stringfunc = () => ""
;              //
 转换 委托类型

            Func<object> tempfunc = new
 Func<object>(stringfunc);             Func
<object> objectfunc = () => new
 object

();             Func<object> combined = tempfunc + objectfunc;
< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); "> 

< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">四、小结

< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">    虽然可能这个系列对实际的开发中没有多大的帮助,但是我个人认为基础还是需要打扰,只有基础打好了,才可以让我们飞的更远,更容易掌握新的技术,所以我会一直坚持下去写完这个系列的, 希望对大家巩固基础知识有所帮助。( 我觉得尤其是在校学生,应该更加注重基础知识的巩固,然后写一些例子来加深对基础知识的理解)。

< p style="margin: 10px auto; line-height: 21px; text-indent: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-auto; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(238, 238, 238); ">   本专题到这里也就介绍完了(对于泛型还有一个相当有趣的话题的,就是协变和逆变的相互作用 ,具体这点内容大家可以参考这篇文章的: http://www.cnblogs.com/Ninputer/archive/2008/11/22/generic_covariant.html (因为我也是从这篇文章中知道这点的, 大家有兴趣的话可以去上面的链接具体看看怎么回事)),下一个专题我将和大家介绍C# 2.0中的另外一个新的特性——可空类型

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