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问题

对于C#里面的协变和逆变的理解的问题？

回答
咱们来聊聊 C 里的协变（Covariance）和逆变（Contravariance），抛开那些“列表”、“模式”之类的说法，咱们就用最直观的方式来理解它们到底是怎么回事。

想象一下，编程就像是在跟我们自己的大脑打交道，我们给电脑下达指令，让它按照我们的想法去运行。而协变和逆变，就是让我们在给电脑下达指令的时候，拥有更多的灵活性，能够更“聪明”地传递和接收信息。

协变：允许“更具体”的东西“替代”“更通用”的东西

我们先从协变开始。协变就像是在说：“嘿，我有一个容器，原本是用来装苹果的（更具体），但是你现在给我一个装水果的盒子（更通用），没问题，只要那个水果是苹果，这个盒子就可以装，而且我还能用对待水果的方式来处理它。”

在 C 中，这种“装”的概念，通常体现在 返回值 和 泛型接口/委托 上。

例子 1：返回类型（继承关系）

假设我们有一个类 `Apple`，它继承自 `Fruit`。

```csharp
public class Fruit { }
public class Apple : Fruit { }
```

现在，我们有一个方法，它返回一个 `Fruit`：

```csharp
public Fruit GetFruit()
{
return new Fruit();
}
```

如果我想让这个方法返回一个 `Apple`，也就是一个更具体的水果，正常情况下我直接改就行：

```csharp
public Apple GetApple()
{
return new Apple();
}
```

但协变就允许我在 接口 或者 委托 的层面，让一个本来是返回 `Fruit` 的地方，实际上却能返回 `Apple`。

想象一下，我有一个接口，定义了一个获取水果的方法：

```csharp
public interface IFruitProvider // out 关键字是协变的标志
{
T Get();
}
```

注意 `out T`。`out` 关键字在这里是协变的关键。它告诉编译器，`T` 这个类型参数 只能用于返回位置，不能用于输入（参数）位置。

现在，我们有一个 `AppleProvider` 类，它实现了 `IFruitProvider`：

```csharp
public class AppleProvider : IFruitProvider
{
public Apple Get()
{
return new Apple();
}
}
```

重点来了：因为 `Apple` 是 `Fruit` 的子类，所以 一个 `IFruitProvider` 类型的变量，可以被赋值给一个 `IFruitProvider` 类型的变量。

```csharp
IFruitProvider appleProvider = new AppleProvider();
IFruitProvider fruitProvider = appleProvider; // 这就是协变！
```

你可以把 `appleProvider` 这个“苹果提供者”当作“水果提供者”来用。当你调用 `fruitProvider.Get()` 时，虽然它的类型是 `Fruit`，但实际上返回的是一个 `Apple` 对象。这就像你预期得到水果，结果却得到了一个苹果，这是完全没问题的，因为苹果也是水果。

为什么需要 `out` 关键字？

`out` 关键字是为了 安全。它确保了你不会用“更通用”的类型去“覆盖”掉“更具体”的类型。

如果 `T` 既可以用在返回位置，也可以用在参数位置，那么协变就会出问题。想象一下 `IFruitProvider` 接口，如果它有一个方法 `void Eat(T fruit)`，然后我们尝试让 `IFruitProvider` 赋值给 `IFruitProvider`。

```csharp
// 假设 IFruitProvider 有 Eat 方法 (这是不允许协变的)
// public interface IFruitProvider { T Get(); void Eat(T fruit); }
// public class AppleProvider : IFruitProvider { ... }

// IFruitProvider appleProvider = new AppleProvider();
// IFruitProvider fruitProvider = appleProvider; // 如果允许，就会出问题！

// 现在，如果这样调用：
// fruitProvider.Eat(new Fruit()); // 传入一个通用的 Fruit

// 但是，appleProvider 期望的是 Apple，它并不知道怎么处理一个通用的 Fruit。
// 这就打破了类型安全。
```

所以，`out` 关键字就像一道防火墙，确保了我们只能在“返回值”这种“输出”的场景下进行“更具体”到“更通用”的转换，不会在“输入”这种“接收”的场景下出现问题。

简单总结协变： 适用于 返回值 的泛型类型参数。允许我们将“子类型”的泛型实例赋值给“父类型”的泛型实例。关键字是 `out`。



逆变：允许“更通用”的东西“替代”“更具体”的东西

现在我们来看看逆变。逆变就像是协变的“反向操作”。它允许我们在 输入 的场景下，让“更通用”的东西“覆盖”掉“更具体”的东西。

逆变通常体现在 参数 和 泛型接口/委托 上。

例子 2：方法参数（继承关系）

还是用 `Fruit` 和 `Apple` 的例子：

```csharp
public class Fruit { }
public class Apple : Fruit { }
```

我们有一个方法，它接受一个 `Apple`：

```csharp
public void EatApple(Apple apple)
{
Console.WriteLine("Eating an apple!");
}
```

如果我想让一个接受 `Fruit` 的方法来处理 `Apple`，这是自然的（因为 `Apple` 本质上也是 `Fruit`）。

```csharp
public void EatFruit(Fruit fruit)
{
Console.WriteLine("Eating a fruit!");
}

Apple myApple = new Apple();
EatFruit(myApple); // 这是允许的
```

但逆变则是在 接口 或 委托 的层面，让我们能够在 参数 位置上，用“更通用”的类型去“接收”或“处理”原本需要“更具体”类型的任务。

我们定义一个接口，它有一个方法，接收一个水果：

```csharp
public interface IFruitEater // in 关键字是逆变的标志
{
void Eat(T fruit);
}
```

注意 `in T`。`in` 关键字在这里是逆变的标志。它告诉编译器，`T` 这个类型参数 只能用于输入位置（参数），不能用于返回位置。

现在，我们有一个 `GenericFruitEater` 类，它实现了 `IFruitEater`：

```csharp
public class GenericFruitEater : IFruitEater
{
public void Eat(Fruit fruit)
{
Console.WriteLine("Generic fruit eater is eating a fruit.");
}
}
```

重点来了：因为 `Apple` 是 `Fruit` 的子类，所以 一个 `IFruitEater` 类型的变量，可以被赋值给一个 `IFruitEater` 类型的变量。

```csharp
IFruitEater genericEater = new GenericFruitEater();
IFruitEater appleEater = genericEater; // 这就是逆变！
```

你可以把 `genericEater` 这个“通用水果食用者”当作“苹果食用者”来用。当你调用 `appleEater.Eat(new Apple())` 时，实际上是调用了 `GenericFruitEater` 的 `Eat(Fruit fruit)` 方法，然后传入了一个 `Apple` 对象。

这就像是，我有一个能吃任何水果的“大胃王”（`IFruitEater`），现在我需要一个只吃苹果的“小挑食鬼”（`IFruitEater`）。我就可以把这个“大胃王”给那个“小挑食鬼”。因为“大胃王”什么水果都能吃，自然也能吃苹果。

为什么需要 `in` 关键字？

`in` 关键字是为了 安全。它确保了我们不会用“更具体”的类型去“覆盖”掉“更通用”的类型。

如果 `T` 既可以用在输入位置，也可以用在返回位置，那么逆变就会出问题。想象一下 `IFruitEater` 接口，如果它还有一个方法 `T GetFruit()`，然后我们尝试让 `IFruitEater` 赋值给 `IFruitEater`。

```csharp
// 假设 IFruitEater 有 GetFruit 方法 (这是不允许逆变的)
// public interface IFruitEater { void Eat(T fruit); T GetFruit(); }
// public class GenericFruitEater : IFruitEater { ... }

// IFruitEater genericEater = new GenericFruitEater();
// IFruitEater appleEater = genericEater; // 如果允许，就会出问题！

// 现在，如果这样调用：
// Apple appleToEat = appleEater.GetFruit(); // appleEater 期望返回 Apple

// 但是，genericEater 的 GetFruit() 方法返回的是 Fruit，
// 而不是 Apple。类型不匹配，就会抛出异常或者产生不确定的行为。
```

所以，`in` 关键字也像一道防火墙，确保了我们只能在“输入”这种“接收”的场景下进行“更通用”到“更具体”的转换，不会在“输出”这种“返回”的场景下出现问题。

简单总结逆变： 适用于 参数 的泛型类型参数。允许我们将“父类型”的泛型实例赋值给“子类型”的泛型实例。关键字是 `in`。



协变和逆变在一起：`ifoot` 接口

有些接口或者委托，会同时有返回类型和参数类型。这时候，为了保持类型安全，它就不能是协变或逆变的。

比如，一个接口定义了一个操作，它接收一个水果，然后返回另一个水果：

```csharp
public interface IFruitProcessor
{
T Process(T input);
}
```

这里的 `T` 既用在返回位置，又用在参数位置。所以，它就不能用 `in` 或 `out` 来修饰。如果你想让 `IFruitProcessor` 赋值给 `IFruitProcessor`（协变），就会有问题，因为 `Process` 方法需要接收 `Fruit`，但你传入的是 `Apple` 的实现。同样，如果你想让 `IFruitProcessor` 赋值给 `IFruitProcessor`（逆变），也会有问题，因为 `Process` 方法需要返回 `Apple`，但你传入的实现可能只返回 `Fruit`。

总结一下，协变和逆变就是给泛型类型参数的“流动方向”设置了规则：

协变 (`out`)： 数据 流出 的地方（返回值）。允许“子类型” > “父类型”。
逆变 (`in`)： 数据 流入 的地方（参数）。允许“父类型” > “子类型”。

理解了 `out` 和 `in` 关键字在泛型类型参数上的作用，以及它们各自适用的场景（返回值 vs. 参数），就基本抓住了协变和逆变的核心。它们的目的都是为了在类型系统层面提供更大的灵活性，让我们的代码在处理不同但有继承关系的数据时，更加简洁和安全。

网友意见

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1、因为IEnumeable<out T>，当然本质上是因为IEnumerable<T>中的T只用于输出（只出现在返回值），所以可以加out标记，而IList<T>中的T用于输入和输出（出现在参数和返回值），不能逆变协变。

2、协变和逆变的意义在于避免不必要的类型转换，简化代码和提高性能。

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