泛型接口（协变和逆变）

Posted 2020-11-20 pilgrim

　　使用泛型可以定义接口，在接口中定义的方法可以带泛型参数。在链表的中，实现了IEnumerable<out T>接口，它定义了GetEnumerator()方法，返回IEnumerator<T>。.net中提供了许多泛型接口：IComparable<T>、ICollection<T>和IextensibleObject<T>等。同一个接口一般存在一个比较老的非泛型版本接口存在，如IComparable:

　　在非泛型版本中，其参数是object类型（在.net中，object是一切类型的基础）。因此，在实现比较方法前，需要经过类型转换，才能使用：

//非泛型版本比较接口
public interface IComparable
{
    int CompareTo(object obj);
}

// 非泛型实现比较接口
class Person : IComparable
{
    public int CompareTo(object obj)
    {
        Person other = obj is Person ? obj as Person : null;//比较前，必须要强制转换类型
        throw new NotImplementedException();
    }
}

　　在泛型版本中，则不需要经过转换类型，其实现方法时，会自动将当前类型作为参数的类型输入。

public interface IComparable<in T>
{     
    int CompareTo(T other);
}
//泛型实现比较接口
class Person : IComparable<Person>
{
    public int CompareTo(Person other)
    {
        throw new NotImplementedException();
    }
}

1、协变与逆变

　　在.net 4.0之前，泛型接口时不变的。.net 4通过协变和逆变为泛型接口和泛型委托添加了一个重要的扩展。协变和逆变是指对参数和返回值的类型进行转换。

　　在.net中，参数类型是协变的。如有一个Shape类和Rectangle类，其中Shape是Rectangle类的父类。声明Display()方法是为了接受Shape类型的对象作为参数：public void Show(Shape s){ }

　　Display()方法可以传递派生自Shape基类的任意对象。因为Rectangle派生自Shape，所以下面的代码合法：

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
{
}

Rectangle r = new Rectangle { Width = 5, Height = 10 };
Display(r);

　　方法的返回类型是逆变的。当方法返回一个Shape时，不能把它赋予Rectangle，因为Shape不一定是Rectangle的。但是，反过来是可行的。在.net 4之前，这种行为方式不支持泛型。之后的版本支持泛型接口和泛型委托的协变和逆变。

2、泛型接口的协变

　　泛型接口的协变，需要使用out关键字标注。同时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; }
}

　　使用RectangleCollection类实现接口IIndex<T>:

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}
    };

    private static RectangleCollection coll;
    public static RectangleCollection GetRectangles()
    {
        return coll ?? (coll = 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; } }
}

　　方法GetReactangles()返回一个实现IIndex<Rectangle>接口的RectangleCollection类，因此可以把返回值赋予IIndex<Rectangle>类型的变量。因为接口是协变的，所以也可以把返回值赋值给IIndex<Shape>类型的变量。（因为没有这个IIndex<Shape>实现类型的类，但是Rectangele的父类是Shape）。

static void Main()
{
    IIndex<Rectangle> rectangles = RectangleCollection.GetRectangles();
    IIndex<Shape> shapes = rectangles;

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

3、泛型接口的逆变

　　泛型接口的逆变需要关键字in实现。这样，接口只能把泛型类型T用作其方法的输入：

public interface IDisplay<in T>
{
  void Show(T item);
}

　　ShapeDisplay类实现IDisplay<Shape>，并使用Shape对象作为输入参数：

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

　　创建ShapeDisplay的一个实例，并赋于IDisplay<Shape>类型的变量。因为IDisplay<T>是逆变的，所以可以把结果赋予IDisplay<Rectangle>，Rectangle派生自Shape。接口的方法只能把泛型类型定义为输入：

static void Main()
{
    IIndex<Rectangle> rectangles = RectangleCollection.GetRectangles();

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