C#中协变与逆变的个人理解

读了园子中一些前辈的关于C#中协变与逆变的文章，收获很大，分享一下我的个人理解，希望用较浅显的方式理解这个比较绕弯的概念。

协变与逆变应该是CLR的特性，我仅对我熟悉的C#举例说明。

说白了，它主要解决的是一个类型转换的问题，用一个最简单的泛型表达式就是：

S<T1> = S<T2>

当然这只是一个抽象的表达式，而且只包含了一个泛型类型参数，意思是将一个S<T2>的实例赋值给一个S<T1>的实例。S可能是一个接口或委托，T1和T2是有父子关系（或子父关系）的两个引用类型。在.NET4.0之前，这样的直接转换是不可能的，有时我们不得不写一些转换函数来实现。协变与逆变可以在一定程度上方便地解决这个问题。

我们来看看怎么理解这个表达式。

S<T1>是暴露给使用者的类型，S<T2>是真正做事的类型，所以通俗来讲，作为使用者，我们交给S<T1>的参数实际是交给了S<T2>，而我们通过S<T1>拿到的返回值实际是S<T2>给我们的。

画个图来表示就是：

图虽然粗糙，说明道理即可。可以看出，如果要使表达式S<T1>=S<T2>成立，必须满足两点：

1. S<T1>中的所有参数都必须类型安全地转换为S<T2>中的对应参数；
2. S<T2>中的所有返回值都必须类型安全地转换为S<T1>的对应返回值。

当然如果参数或者返回值的类型是与泛型类型无关的类型，那么上面两条必然满足。而且需要尤其注意的是：这里的参数和返回值类型未必是泛型参数类型本身，可能就是T1，也可能是A<T1>，还可能是A<B<C<T1>>>等等，但无疑都要满足上面的两个条件。

我认为理解了上面的关系之后，协变与逆变自然可以一步步推理出来了。

假设TBase是TChild的父类，如果满足S<TBase>=S<TChild>就说S支持对T的协变，.NET4.0有个新写法S<out T>。

那么应用上面的两个规则看看会发生什么：

1. S<TBase>中的所有参数都必须类型安全地转换为S<TChild>中的对应参数；
   1. 如果参数类型就是T本身，那么要求TBase可以类型安全地转换为TChild，即TChild=TBase，父类怎么可能类型安全地转换为子类？所以泛型类型参数绝对不可能出现在参数列表中，否则会引发编译的错误。
   2. 如果参数类型是A<T>，那么要求A<TBase>可以类型安全地转换为A<TChild>，即A<TChild>=A<TBase>。这要求A要支持对T的逆变，即A<in T>。所以我们自然而然推出了一个重要原则：方法参数的协变-逆变互换原则（该原则取自装配脑袋的博文：http://www.cnblogs.com/Ninputer/archive/2008/11/22/generic_covariant.html）。
   3. 如果参数是更复杂的多层嵌套，那么递归套用该原则即可。
2. S<TChild>中的所有返回值都必须类型安全地转换为S<TBase>中的对应返回值；
   1. 如果参数类型是T类型本身，那么要求TChild可以类型安全地转换为TBase，即TBase=TChild，这个毫无疑问没问题。所以T类型可以出现在返回值的位置上。
   2. 如果参数类型是A<T>，那么要求A<TChild>可以类型安全地转换为A<TBase>，即A<TBase>=A<TChild>。这要求A支持对T的协变，即A<in T>。又一个重要原则：方法返回值的协变-逆变一致原则。
   3. 同上。

逆变可以采用同样的推理过程，不再详述。

协变与逆变都是我们在定义这个接口或者委托的时候规定好的，至于参数与返回值的限定都只是这个规定产生的结果。一步步缕下来思路还是比较清晰的，虽然不像TBase=TChild这样一眼可以看出，但起码有个推理的方向，实在不行只要想想这个丑陋的图片就好了。

只是自己的理解，如果有什么纰漏，欢迎指出。 ：）