泛型的协变（Covariance）和逆变（Contravariance）

无盐海2025-10-29 13:17

一、什么是协变和逆变

如果存在一个泛型接口Interface<T>

它的泛型参数的子类型IInterface<Dog>可以安全的转换成泛型父类型的IInterface<Animal>

这个过程就称为协变

如果存在一个泛型接口IInterface<T>

它的泛型参数的父类型IInterface<Animal>可以安全的转换成泛型子类型的IInterface<Dog>

这个过程就成为逆变

我们先明确两个术语：

协变（Covariance）：保持类型顺序。如果 Dog 是 Animal 的子类，那么 IEnumerable<Dog> 可以被视为 IEnumerable<Animal>

逆变（Contravariance）：反转类型顺序。如果 Dog 是 Animal 的子类，那么 Action<Animal> 可以被视为 Action<Dog>

协变与逆变解决的问题

假设你有如下类层次：

csharp 复制代码

class Animal { }
class Dog : Animal { }

❌ 没有协变/逆变时的问题

在没有协变的情况下，以下代码会编译失败：

csharp 复制代码

List<Dog> dogs = new List<Dog>();

// 编译错误！List<Dog> 不能赋值给 List<Animal>
List<Animal> animals = dogs;

因为泛型默认是 不变（Invariant） 的，即 List<Dog> 和 List<Animal> 没有继承关系。

但直觉上，狗的列表"应该是"动物列表的一种。协变就是为了解决这种合理的类型转换需求，同时保证类型安全。

实际应用场景

协变： 你有一个 IReadOnlyList<IDocument>，但实际传入的是 IReadOnlyList<PdfDocument>，协变让它可以接受。
逆变： 你有一个排序器IComparer<object>，它可以用于比较任何对象，包括 string 或 Person，所以可以赋值给 IComparer<string>

C# 使用 out 和 in 关键字来声明协变和逆变：

out T：表示协变（Covariance），T 只能作为方法的返回值（输出）。
in T ：表示逆变（Contravariance），T 只能作为方法的参数（输入）。