类型参数中具有层次结构的约束泛型

Question

我对 C# 中的泛型有疑问，希望您能帮我解决。

public interface IElement { }

public interface IProvider<T> where T : IElement {
    IEnumerable<T> Provide();
}

到目前为止，它非常简单。我希望提供者返回特定元素的枚举。 接口的具体实现如下：

public class MyElement : IElement { }

public class MyProvider : IProvider<MyElement> {
    public IEnumerable<MyElement> Provide() {
        [...]
    }
}

但是当我想使用它时，问题就来了。这不会编译，因为它不能将MyProvider 隐式转换为IProvider<IElement>：

IProvider<IElement> provider = new MyProvider();

尽管MyProvider 是IProvider<MyElement> 而MyElement 是IElement，但我必须对IProvider<IElement> 进行强制转换。我可以通过使MyProvider 也实现IProvider<MyElement> 来避免强制转换，但为什么它不能解析类型参数中的层次结构？

编辑：根据 Thomas 的建议，我们可以使其在 T 中成为协变的。但是如果有像下面这样的其他方法有T类型的参数怎么办？

public interface IProvider<T> where T : IElement {
    IEnumerable<T> Provide();
    void Add(T t);
}

Answer 1

由于T只出现在你的IProvider<T>接口的输出位置，你可以在T中使其成为协变的：

public interface IProvider<out T> where T : IElement {
    IEnumerable<T> Provide();
}

这将使该指令合法：

IProvider<IElement> provider = new MyProvider();

此功能需要 C# 4。阅读Covariance and Contravariance in Generics 了解更多详情。

Answer 2

尽管MyProvider 是IProvider<MyElement> 而MyElement 是IElement，但我必须对IProvider<IElement> 进行强制转换。为什么不解析类型参数中的层次结构？

这是一个非常常见的问题。考虑以下等效问题：

interface IAnimal {}
class Tiger : IAnimal {}
class Giraffe : IAnimal {}
class MyList : IList<Giraffe> { ... }
...
IList<IAnimal> m = new MyList();

现在您的问题是：“尽管MyList 是IList<Giraffe> 而Giraffe 是IAnimal，但我必须对IList<IAnimal> 进行强制转换。为什么这不起作用？”

它不起作用，因为......假设它确实起作用了：

m.Add(new Tiger());

m 是动物列表。您可以将老虎添加到动物列表中。但是m真的是一个MyList，一个MyList只能包含长颈鹿！如果我们允许这样做，那么您可以将老虎添加到长颈鹿列表中。

这一定会失败，因为IList<T> 有一个接受 T 的 Add 方法。现在，也许您的接口没有接受 T 的方法。在这种情况下，您可以将接口标记为 协变 , 编译器将验证接口对于方差是否真正安全并允许您想要的方差。

Answer 3

如果您仅使用对IProvider<IElement> 的引用来访问在输出位置具有T 的方法，您可以将接口分成两部分（请查找更好的名字，比如ISink<in T> 用于逆变）：

public interface IProviderOut<out T> where T : IElement {
  IEnumerable<T> Provide();
}
public interface IProviderIn<in T> where T : IElement {
  void Add(T t);
}

你的类同时实现了：

public class MyProvider : IProviderOut<MyElement>, IProviderIn<MyElement> {
  public IEnumerable<MyElement> Provide() {
    ...
  }
  public void Add(MyElement t) {
    ...
  }
}

但是现在你在需要向上转换的时候使用协变接口：

IProviderOut<IElement> provider = new MyProvider();

或者，您的界面可以从两者继承：

public interface IProvider<T> : IProviderIn<T>, IProviderOut<T> 
  where T : IElement { 
  // you can add invariant methods here...
}

你的班级实现了它：

public class MyProvider : IProvider<MyElement> ...