C#协变与逆变

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8D%8F%E5%8F%98%E4%B8%8E%E9%80%86%E5%8F%98

协变与逆变是程序设计语言中的类型系统的一对概念。类型系统支持子类型。例如，如果Cat是Animal的子类型，那么Cat类型的表达式可用于任何出现Animal类型表达式的地方。 变型（variance）是指，如何根据其组成类型来确定更复杂的类型（如Cat列表对Animal列表，返回Cat的函数对返回Animal的函数，...，等等。）之间的子类型关系。依赖于类型构造器的变型性质，复杂类型的子类型性质可分为保持、逆转、与忽略。例如，在C Sharp中：

• IEnumerable<Cat>是IEnumerable<Animal>的子类型，因为IEnumerable<T>类型构造器是协变（covariant）。也即，界面的最初的类型参数的子类型关系保持住了。

• Action<Cat>是Action<Animal>的超类型，因为Action<T>类型构造器是逆变（contravariant），其中Action<T>表示一个头等函数，需要一个类型参数为T或sub-T。注意对于T的子类型关系，在Action复杂类型封装下是逆转的。

• IList<Cat>或IList<Animal>彼此之间没有子类型关系。因为IList<T>类型构造器是不变（invariant）.

程序语言的设计者需要考虑针对数组、继承、泛型数据类型等的类型规则的“变型”。通过使得类型构造器是协变、逆变而不是“不变”，使得更多的程序可作为良好类型被接受。另一方面，程序员经常觉得逆变是不直观的；如果为避免运行时刻错误而精确跟踪变型将导致复杂的类型规则。为了保持类型系统简单，允许有用的编程，程序设计语言可把类型构造器处理为“不变”，即使它其实作为“变型”也是类型安全的；或者把类型构造器处理为协变，即使这会导致违背类型安全。

using System;

namespace TestCovarianceContravariance
{
    public class Shape
    {
        public double Width { get; set; }
        public double Height { get; set; }

        public override string ToString()
        {
            return String.Format("Width: {0}, Height: {1}", Width, Height);
        }
    }

    public class Rectangle : Shape
    {
    }

    //如果泛型类型用out关键字标注，泛型接口就是协变的。这也意味着返回类型只能是T。
    //接口IIndex与类型T是协变的，并从一个只读索引器中返回这个类型
    public interface IIndex<out T>
    {
        T this[int index] { get; }
        int Count { get; }
    }

    public class RectangleCollection : IIndex<Rectangle>
    {
        private Rectangle[] data = new Rectangle[3]
                                       {
                                           new Rectangle {Height = 2, Width = 5},
                                           new Rectangle {Height = 3, Width = 7},
                                           new Rectangle {Height = 4.5, Width = 2.9}
                                       };

        public static RectangleCollection GetRectangles()
        {
            return new RectangleCollection();
        }

        public Rectangle this[int index]
        {
            get
            {
                if (index < 0 || index > data.Length)
                    throw new ArgumentOutOfRangeException("index");
                return data[index];
            }
        }

        public int Count
        {
            get { return data.Length; }
        }
    }

    internal class Program
    {
        private static void Main(string[] args)
        {
            IIndex<Rectangle> rectangles =
                RectangleCollection.GetRectangles();
            IIndex<Shape> shapes = rectangles;

            for (int i = 0; i < shapes.Count; i++)
            {
                Console.WriteLine(shapes[i]);
            }

            Console.WriteLine("##########");

            IDisplay<Shape> shapeDisplay = new ShapeDisplay();
            IDisplay<Rectangle> rectangleDisplay = shapeDisplay;
            rectangleDisplay.Show(rectangles[0]);

            Console.WriteLine("########## .net 框架中的示例 ###########");

            /*
             public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable      //协变

             public delegate void Action<in T>(      //逆变
	            T obj
            )
             */

            Action<Shape> b = (target) => { Console.WriteLine(target.GetType().Name); };
            Action<Rectangle> d = b; //逆变：Shape是Rectangle的超类型，而Action<Rectangle>却是Action<Shape>的超类型
            d(new Rectangle());
            b(new Shape());

            Console.ReadKey();
        }
    }

    public interface IDisplay<in T>     //该类型参数是逆变。即可以使用指定的类型或派生程度更低的类型。
    {
        void Show(T item);
    }

    public class ShapeDisplay : IDisplay<Shape>
    {
        public void Show(Shape s)
        {
            Console.WriteLine("{0} Width: {1}, Height: {2}", s.GetType().Name,
                              s.Width, s.Height);
        }
    }

}