将 List<DerivedClass> 转换为 List<BaseClass>

Question

虽然我们可以从基类/接口继承，但为什么我们不能声明 List<> 使用相同的类/接口？

interface A
{ }

class B : A
{ }

class C : B
{ }

class Test
{
    static void Main(string[] args)
    {
        A a = new C(); // OK
        List<A> listOfA = new List<C>(); // compiler Error
    }
}

有办法吗？

Answer 1

对于您的问题，有几种 native C# 可能性：

1. dynamic

2. Array

3. IReadOnlyList, IEnumerable

4. 正确使用List<>。

   它们都运行良好！不需要任何棘手的编程！

以下是每个示例：

1. dynamic：最通用的解决方案

• 运行时类型检查
• 您放弃了编译器错误检查支持，因此请小心处理！如果您尝试添加错误类型的元素，您只会收到运行时错误！
• 您甚至可以分配不相关类的集合。

只需写dynamic listOfA = new List<C>(); 而不是List<A> listOfA = new List<C>();

首先是所有示例的接口和类定义：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

interface IAnimal
{
    public string Name { get; }
}
class Bear : IAnimal
{
    public string BearName = "aBear";
    public string Name => BearName;
}
class Cat : IAnimal
{
    public string CatName = "aCat";
    public string Name => CatName;
}

// Dog has no base class/interface; it isn't related to the other classes
class Dog
{
    public string DogName = "aDog";
    public string Name => DogName;
}

这是使用dynamic的示例

public class AssignDerivedClass
{
    public static void TestDynamicListAndArray()
    {
        dynamic any = new List<Bear>()   // List of derived
        {
            new Bear() { BearName = "Bear-1" },
            new Bear() { BearName = "Bear-2" }
        };
        //any[0].CatName = "NewCat"; // => Microsoft.CSharp.RuntimeBinder.RuntimeBinderException
        Console.WriteLine($"Bear names: {any[0].BearName}, {Name(any[1])}");

        any = new Cat[]   // Array of derived
        {
            new Cat() { CatName = "Cat-3" },
            new Cat() { CatName = "Cat-4" }
        };
        Console.WriteLine($"Cat names: {any[0].CatName}, {any[1].Name}");

        any = new List<Dog>()   // List of non-related class
        {
            new Dog() { DogName = "Dog-5" },
            new Dog() { DogName = "Dog-6" }
        };
        Console.WriteLine($"Dog names: {any[0].DogName}, {Name(any[1])}");

        any = new List<IAnimal>()   // List of interface
        // any = new IAnimal[]   // Array of interface works the same
        {
            new Bear() { BearName = "Bear-7" },
            new Cat() { CatName = "Cat-8" }
        };
        Console.WriteLine($"Animal names: {any[0].BearName}, {any[1].CatName}");

        any[0].BearName = "NewBear";
        Console.WriteLine($"Animal names: {Name(any[0])}, {any[1].Name}");
    }

    private static string Name(dynamic anymal)
    {
        return anymal switch
        {
            Bear bear => bear.BearName,
            Cat cat => cat.CatName,
            Dog dog => dog.DogName,
            _ => "No known Animal"
        };
    }
    // Bear names: Bear-1, Bear-2
    // Cat names: Cat-3, Cat-4
    // Dog names: Dog-5, Dog-6
    // Animal names: Bear-7, Cat-8
    // Animal names: NewBear, Cat-8
}

2. Array：创建Bear[]数组，保证所有数组元素引用Bear的实例。

• 您可以交换元素，但不能删除或添加新元素。

• 尝试设置错误的类型会产生运行时错误。

    public static void TestArray()
    {
        Bear[] bears = { new Bear(), null };
        IAnimal[] bearAnimals = bears;
  
        //bearAnimals[1] = new Cat(); // System.ArrayTypeMismatchException
        bearAnimals[1] = new Bear() { BearName = "Bear-1" };
        Console.WriteLine($"Bear names: {bearAnimals[0].Name}, {bears[1].BearName}");
    }
    // Result => Bear names: aBear, Bear-1
  

3。 IReadOnlyList，IEnumerable：

• 将您的List<C> 分配给IEnumerable<A> 或IReadOnlyList<A>

• 它们都不能在运行时更改，即您不能添加或删除元素。

• 当添加元素会导致错误时，为什么编译器应该允许将您的List<C> 分配给List<A> 而不是IReadOnlyList<A>？

    public static void TestIEnumerableAndIReadonlyList()
    {
        var cats = new List<Cat>()
        {
            new Cat() { CatName = "Cat-3" },
            new Cat() { CatName = "Cat-4" }
        };
        IEnumerable<IAnimal> iEnumerable = cats;
        Console.WriteLine($"Cat names: {(iEnumerable.ElementAt(0) as Cat).CatName}, "
            + Name(iEnumerable.Last()));
  
        IReadOnlyList<IAnimal> iROList = cats;
        Console.WriteLine($"Cat names: {iROList[0].Name}, {Name(iROList[1])}");
  
        //iROList.Add(new Cat()); // compiler error CS61: no definition for 'Add'
    }
    // Result:
    // Cat names: Cat-3, Cat-4
    // Cat names: Cat-3, Cat-4
  

4。正确使用List<>： List<A> listOfA = new List<A>()

• 定义你的界面列表

• 只分配一个派生类的实例 - 你不想存储其他类，是吗？

    public static void TestListOfInterface()
    {
        var bears = new List<IAnimal>()
        {
            new Bear() { BearName = "Bear-1" },
            new Cat() { CatName = "Cat-3" },
        };
        bears.Add(new Bear() { BearName = "Bear-2" });
  
        string bearNames = string.Join(", ", bears.Select(animal => animal.Name));
        Console.WriteLine($"Bear names: {bearNames}");
  
        string bearInfo0 = VerifyBear(bears[0]);
        string bearInfo1 = VerifyBear(bears[1]);
        Console.WriteLine($"One animal is {bearInfo0}, the other one is {bearInfo1}");
  
        string VerifyBear(IAnimal bear)
            => (bear as Bear)?.BearName ?? "disguised as a bear!!!";
    }
    // Bear names: Bear-1, Cat-3, Bear-2
    // One animal is Bear-1, the other one is disguised as a bear!!!
  

Answer 2

我已经阅读了整篇文章，我只想指出对我来说似乎不一致的地方。

编译器会阻止您使用列表进行赋值：

List<Tiger> myTigersList = new List<Tiger>() { new Tiger(), new Tiger(), new Tiger() };
List<Animal> myAnimalsList = myTigersList;    // Compiler error

但是编译器对数组完全没问题：

Tiger[] myTigersArray = new Tiger[3] { new Tiger(), new Tiger(), new Tiger() };
Animal[] myAnimalsArray = myTigersArray;    // No problem

关于赋值是否已知是安全的的争论在这里分崩离析。我对数组所做的分配不安全。为了证明这一点，如果我继续这样做：

myAnimalsArray[1] = new Giraffe();

我得到一个运行时异常“ArrayTypeMismatchException”。如何解释这一点？如果编译器真的想阻止我做一些愚蠢的事情，它应该阻止我做数组赋值。

Answer 3

您还可以使用System.Runtime.CompilerServices.Unsafe NuGet 包创建对相同List 的引用：

using System.Runtime.CompilerServices;
...
class Tool { }
class Hammer : Tool { }
...
var hammers = new List<Hammer>();
...
var tools = Unsafe.As<List<Tool>>(hammers);

鉴于上述示例，您可以使用tools 变量访问列表中现有的Hammer 实例。将Tool 实例添加到列表中会引发ArrayTypeMismatchException 异常，因为tools 引用了与hammers 相同的变量。

Answer 4

我个人喜欢创建带有类扩展的库

public static List<TTo> Cast<TFrom, TTo>(List<TFrom> fromlist)
  where TFrom : class 
  where TTo : class
{
  return fromlist.ConvertAll(x => x as TTo);
}

Answer 5

如果您改用IEnumerable，它会起作用（至少在C# 4.0 中，我没有尝试过以前的版本）。这只是一个演员表，当然，它仍然是一个列表。

而不是-

List<A> listOfA = new List<C>(); // compiler Error

在问题的原始代码中，使用-

IEnumerable<A> listOfA = new List<C>(); // compiler error - no more! :)

Answer 6

引用埃里克的精彩解释

会发生什么？您希望长颈鹿列表中包含一只老虎吗？你想崩溃吗？还是您希望编译器首先通过使分配非法来保护您免受崩溃？ 我们选择后者。

但是，如果您想选择运行时崩溃而不是编译错误怎么办？你通常会使用 Cast 或 ConvertAll 但你会遇到两个问题： 它会创建列表的副本。如果您在新列表中添加或删除某些内容，这将不会反映在原始列表中。其次，由于它会使用现有对象创建一个新列表，因此会带来很大的性能和内存损失。

我遇到了同样的问题，因此我创建了一个包装类，它可以强制转换通用列表而无需创建全新的列表。

在原来的问题中你可以使用：

class Test
{
    static void Main(string[] args)
    {
        A a = new C(); // OK
        IList<A> listOfA = new List<C>().CastList<C,A>(); // now ok!
    }
}

这里是包装类（+ 一个扩展方法 CastList 以便于使用）

public class CastedList<TTo, TFrom> : IList<TTo>
{
    public IList<TFrom> BaseList;

    public CastedList(IList<TFrom> baseList)
    {
        BaseList = baseList;
    }

    // IEnumerable
    IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() { return BaseList.GetEnumerator(); }

    // IEnumerable<>
    public IEnumerator<TTo> GetEnumerator() { return new CastedEnumerator<TTo, TFrom>(BaseList.GetEnumerator()); }

    // ICollection
    public int Count { get { return BaseList.Count; } }
    public bool IsReadOnly { get { return BaseList.IsReadOnly; } }
    public void Add(TTo item) { BaseList.Add((TFrom)(object)item); }
    public void Clear() { BaseList.Clear(); }
    public bool Contains(TTo item) { return BaseList.Contains((TFrom)(object)item); }
    public void CopyTo(TTo[] array, int arrayIndex) { BaseList.CopyTo((TFrom[])(object)array, arrayIndex); }
    public bool Remove(TTo item) { return BaseList.Remove((TFrom)(object)item); }

    // IList
    public TTo this[int index]
    {
        get { return (TTo)(object)BaseList[index]; }
        set { BaseList[index] = (TFrom)(object)value; }
    }

    public int IndexOf(TTo item) { return BaseList.IndexOf((TFrom)(object)item); }
    public void Insert(int index, TTo item) { BaseList.Insert(index, (TFrom)(object)item); }
    public void RemoveAt(int index) { BaseList.RemoveAt(index); }
}

public class CastedEnumerator<TTo, TFrom> : IEnumerator<TTo>
{
    public IEnumerator<TFrom> BaseEnumerator;

    public CastedEnumerator(IEnumerator<TFrom> baseEnumerator)
    {
        BaseEnumerator = baseEnumerator;
    }

    // IDisposable
    public void Dispose() { BaseEnumerator.Dispose(); }

    // IEnumerator
    object IEnumerator.Current { get { return BaseEnumerator.Current; } }
    public bool MoveNext() { return BaseEnumerator.MoveNext(); }
    public void Reset() { BaseEnumerator.Reset(); }

    // IEnumerator<>
    public TTo Current { get { return (TTo)(object)BaseEnumerator.Current; } }
}

public static class ListExtensions
{
    public static IList<TTo> CastList<TFrom, TTo>(this IList<TFrom> list)
    {
        return new CastedList<TTo, TFrom>(list);
    }
}

Answer 7

您只能转换为只读列表。例如：

IEnumerable<A> enumOfA = new List<C>();//This works
IReadOnlyCollection<A> ro_colOfA = new List<C>();//This works
IReadOnlyList<A> ro_listOfA = new List<C>();//This works

对于支持保存元素的列表，您不能这样做。原因是：

List<string> listString=new List<string>();
List<object> listObject=(List<object>)listString;//Assume that this is possible
listObject.Add(new object());

现在呢？请记住，listObject 和 listString 实际上是同一个列表，所以 listString 现在有 object 元素 - 这应该是不可能的，但事实并非如此。

Answer 8

这是 BigJim 出色的 answer 的扩展。

在我的例子中，我有一个带有 Children 字典的 NodeBase 类，我需要一种方法来一般地从孩子那里进行 O(1) 查找。我试图在 Children 的 getter 中返回一个私有字典字段，所以显然我想避免昂贵的复制/迭代。因此，我使用 Bigjim 的代码将 Dictionary<whatever specific type> 转换为通用 Dictionary<NodeBase>：

// Abstract parent class
public abstract class NodeBase
{
    public abstract IDictionary<string, NodeBase> Children { get; }
    ...
}

// Implementing child class
public class RealNode : NodeBase
{
    private Dictionary<string, RealNode> containedNodes;

    public override IDictionary<string, NodeBase> Children
    {
        // Using a modification of Bigjim's code to cast the Dictionary:
        return new IDictionary<string, NodeBase>().CastDictionary<string, RealNode, NodeBase>();
    }
    ...
}

这很好。然而，我最终遇到了不相关的限制，并最终在基类中创建了一个抽象的FindChild() 方法来代替它进行查找。事实证明，这首先消除了对强制转换字典的需要。 （为了我的目的，我可以用一个简单的IEnumerable 替换它。）

所以您可能会问的问题（特别是如果性能是一个禁止您使用.Cast<> 或.ConvertAll<> 的问题）是：

“我真的需要转换整个集合，还是可以使用抽象方法来保存执行任务所需的特殊知识，从而避免直接访问集合？”

有时最简单的解决方案是最好的。

Answer 9

至于为什么不起作用，了解covariance and contravariance可能会有所帮助。

只是为了说明为什么这个不应该工作，这里是对您提供的代码的更改：

void DoesThisWork()
{
     List<C> DerivedList = new List<C>();
     List<A> BaseList = DerivedList;
     BaseList.Add(new B());

     C FirstItem = DerivedList.First();
}

这应该有效吗？列表中的第一项是类型“B”，但 DerivedList 项的类型是 C。

现在，假设我们真的只想创建一个泛型函数，该函数对实现 A 的某种类型的列表进行操作，但我们不在乎那是什么类型：

void ThisWorks<T>(List<T> GenericList) where T:A
{

}

void Test()
{
     ThisWorks(new List<B>());
     ThisWorks(new List<C>());
}

Answer 10

因为 C# 不允许那种类型的 inheritance 转换at the moment。

Answer 11

首先，停止使用难以理解的类名，如 A、B、C。使用 Animal、Mammal、Giraffe 或 Food、Fruit、Orange 或关系明确的东西。

那么您的问题是“为什么我不能将长颈鹿列表分配给动物列表类型的变量，因为我可以将长颈鹿分配给动物类型的变量？”

答案是：假设你可以。那么会出现什么问题呢？

好吧，您可以将老虎添加到动物列表中。假设我们允许您将长颈鹿列表放入包含动物列表的变量中。然后您尝试将老虎添加到该列表中。发生什么了？您希望长颈鹿列表中包含一只老虎吗？你想崩溃吗？还是您希望编译器首先通过使赋值非法来保护您免受崩溃？

我们选择后者。

这种转换称为“协变”转换。在 C# 4 中，我们将允许您在接口和委托上进行协变转换当转换被认为总是安全的时。有关详细信息，请参阅我关于协变和逆变的博客文章。 （本周星期一和星期四都会有关于这个主题的新内容。）

Answer 12

完成这项工作的方法是遍历列表并转换元素。这可以使用 ConvertAll 来完成：

List<A> listOfA = new List<C>().ConvertAll(x => (A)x);

你也可以使用 Linq：

List<A> listOfA = new List<C>().Cast<A>().ToList();