直观地解释为啥`List`是协变的，而`Array`是不变的？

Posted 2023-02-25

【中文标题】直观地解释为啥`List`是协变的，而`Array`是不变的？

【英文标题】：Intuitively explain why `List` is covariant but `Array` is invariant?直观地解释为什么`List`是协变的，而`Array`是不变的？

【发布时间】：2021-03-18 21:18:38

【问题描述】：

来自List[+T]，我了解到狗的列表也是与直觉完全一致的动物列表。从def :: [B >: A](elem: B): List[B] 我知道我可以将动物（B，不太具体）添加到狗列表（A，更具体），并会返回动物列表。这也符合直觉。所以基本上List 是好的。

来自Array[T] 我了解一组狗不是（不能用来代替a）一组动物，这是相当违反直觉的。一组狗确实也是一组动物，但显然 Scala 不同意。

我希望有人能直观地解释为什么 Array 保持不变，最好是用狗（或猫）来解释。

有Why are Arrays invariant, but Lists covariant?，但我正在寻找一个不（大量）涉及类型系统的更直观的解释。

与Why is Scala's immutable Set not covariant in its type?相关

【问题讨论】：

我自己的预感是“一个Array 的狗确实是一个Array 在动物身上”可能并不适用于所有情况，特别是当它不用于只读位置但我不能直观地说出来。

AFAIK 原因几乎是历史性的——当 Java 引入带有协变数组的泛型时，人们意识到它们可能会爆炸（记住，它们是可变的）。例如。您可以简单地获取一个苹果数组，将其分配给 Array[Fruit] 类型的变量，然后将香蕉放入其中。这在运行时抛出。这就是为什么像数组这样的可变东西最好保持不变，而像 scala List 这样的不可变集合可以（并且确实有用）是协变的。

@slouc: "当 Java 引入带有协变数组的泛型时，人们意识到它们可能会爆炸" – 1) Java 中的协变数组独立于泛型而被破坏。它们早在 Java 1 中就已经被破坏了Java 5 中的泛型。 2) 关于安全协变和逆变的规则早在 Java 引入协变数组之前就已为人所知。如果人们在 Java 引入它们时才意识到它们可能会爆炸，那么他们要么无知，要么愚蠢。如果你看看那些设计 Java 的人的名字，很明显他们都不是那些东西，而是他们创造了一个……

...为了程序员的方便而牺牲安全性的设计决策，知道完全协变数组是不安全的。

【参考方案1】：

原因很简单。是因为Array 是一个可变 集合。请记住，关于方差，有一个非常简单的经验法则。 如果它产生某些东西，它可以是协变的。 如果它消耗一些东西，它可以是逆变。 这就是为什么Functions 在输入上是逆变而在输出上是协变的。

因为Arrays 是可变的，它们实际上既是某物的生产者又是消费者，因此它们必须是不变的。

让我用一个简单的例子来说明为什么它必须是这样的。

// Assume this compiles, it doesn't.
final class CovariantArray[+A] (arr: Array[A]) 
  def length: Int = arr.length
  def apply(i: Int): A = arr(i)
  def update(i: Int, a: A): Unit = 
    arr(i) = a
  


sealed trait Pet
final case class Dog(name: String) extends Pet
final case class Cat(name: String) extends Pet

val myDogs: CovariantArray[Dog] = CovariantArray(Dog("Luna"), Dog("Lucas"))
val myPets: CovariantArray[Pet] = myDogs // Valid due covariance.
val myCat: Cat = Cat("Milton")
myPets(1) = myCat // Valid because Liskov.
val myDog: Dog = myDogs(1) // Runtime error Cat is not Dog.

您可以使用普通的Arrays 在 Java 中重现此错误，Scala 根本不允许您编译。