以子类作为返回类型的通用重写方法

Question

假设我有一个基类 Animal。

public abstract class Animal;

这个动物类有抽象方法：

public abstract T Copy<T>() where T : Animal

当此方法在 Lion 类中被覆盖时：

public class Lion : Animal
{
    string roar = "Roar";
}

我希望返回没有参考资料的这只狮子的副本。所以我认为应该像这样覆盖它：

public abstract T Copy<T>()
{
    return new Lion(){ 
        roar = this.roar;
    }
}

但这是不允许的，因为 Lion 无法转换为 T 类型（即动物）。

这是一个可以理解的错误，因为并非每只动物都一定是狮子。

但是我如何设置这种情况，复制方法知道它应该返回子类，在这种情况下是 Lion，并且不必将各种类型转换为正确的类型？并且仍然让每个动物都有一个方法 Copy()。

Answer 1

在这种情况下你不需要使用泛型方法，因为每个Lion 都是一个Animal，所以你可以简单地让Copy 返回一个Animal

public abstract class Animal
{
    public abstract Animal Copy();
}

public class Lion : Animal
{
    public string Roar {get; set;} = "Roar";
    
    public override Animal Copy()
    {
        return new Lion
        {
            Roar = this.Roar
        };
    }
}

然后像这样测试它：

public static void Main()
{
    var lion1 = new Lion();
    var lion2 = lion1.Copy();
    
    Console.WriteLine(lion1 == lion2);
}

按预期将false 打印到控制台，因为C# 类是引用类型，默认的== 实现会检查类上的引用等于，并且我们的两个狮子不是内存中的同一个对象。

现在Animal 的每个子类都必须实现返回Animal 的方法Copy。哪种动物无所谓

Answer 2

在这种情况下你不能使用泛型，它们不支持你想做的事情。

但是，如果您使用的是 C# 9，则可以使用新的“协变返回类型”支持。

具体来说，您可以这样编写代码：

public abstract class Animal
{
    public abstract Animal Copy();
}

public class Lion : Animal
{
    public override Lion Copy() => new Lion();
    //               ^
    //  notice that I used Lion here, not Animal
}

如果您通过声明为Animal 类型的引用调用Copy，但引用了Lion 的实例，您将返回一个类型为Animal 的值，其中包含Lion 引用。

但是，如果您通过类型为 Lion 的引用调用 Copy，您将返回一个类型为 Lion 的引用。

例子：

Animal a = new Lion();
Animal c = a.Copy(); <-- holding a Lion, but type is Animal

Lion l = new Lion();
Lion l2 = l.Copy();  <-- type is now Lion as well

如果您不在 C# 9 上，另一种选择是让 Copy 方法知道派生类的类型，方法是使 Animal 成为泛型：

void Main()
{
    Animal<Lion> a = new Lion();
    Lion c1 = a.Copy(); // <-- notice that this is now typed to Lion as well
    
    Lion l = new Lion();
    Lion c2 = l.Copy();
}

public abstract class Animal<T> where T : Animal<T>
{
    public abstract T Copy();
}

public class Lion : Animal<Lion>
{
    public override Lion Copy() => new Lion();
}

然而，这意味着您必须始终将 Animal 声明为正确的动物类型，因此您失去了拥有此基类的一些好处。