原文链接: https://www.stephanboyer.com/post/132/what-are-covariance-and-contravariance
先从字面意思理解一下这两个词:
co- 在英语中表示“协同”、“合作”的前缀,协变的字面意思就是“与变化的方向相同”。
contra- 在英语中表示“相反”的前缀,逆变的字面意思就是“与变化方向相反”。
那么问题来了,这里的变化方向是什么东西?请往下看:
子类型 是在编程中的一个棘手的话题,棘手的原因是来自于一对经常被误解的术语,即协变和抗变。这篇文章将来解释它们。
下面我们约定三个规则:
-
A ≤ B表示A是B的子类型 -
A → B表示这是一个参数类型为A返回值为B的方法 -
x : A表示x的类型是A
开篇提问
现在我们有下面三种类型:
二哈 ≤ 狗 ≤ 动物
显然,二哈是狗的子类型,然后狗又是动物的子类型。然后子类型之间的关系通常是可以传递的,所以我们通常说二哈也是动物的一种。
然后问题来了,下面哪种类型是狗 → 狗的子类型?
二哈 → 二哈二哈 → 动物动物 → 动物动物 → 二哈
我们来试着解决这个问题,假设我们有个名为f的方法,它的参数的类型是狗 → 狗。然后返回值我们不用去关心,为了直观一点,我们写出来:
f: (狗 → 狗) → any
现在我们用g作为参数来调用 f。来看看上面的几种类型分别会发生什么。
g: 二哈 → 二哈,作为f(g)的类型安全吗?
不安全,因为f的参数是一个参数类型狗的方法,所以可能会传入狗的其他子类型例如泰迪,然而泰迪和二哈是不可以兼容的。g: 二哈 → 动物,作为f(g)的类型安全吗?
不安全,原因同上。g: 动物 → 动物,作为f(g)的类型安全吗?
不安全,现在g的参数类型为动物,而f的参数的参数类型为狗,所以传入任何种类的狗,都可以兼容当前的g的参数类型动物,因为狗 ≤ 动物。但是因为f中的参数返回的是狗,例如狗都有吠方法。但是此时的g的返回值动物却不一定都有吠方法。g: 动物 → 二哈,作为f(g)的类型安全吗?
安全,首先f的参数中的参数类型为狗,而任意的狗都属于动物,所以没有问题,另外f的参数中的返回值为狗,而g的返回值为二哈。但是因为二哈是狗的子类型,所以狗可以做的事情,二哈一定可以做到。
小结
因此,下面这样是安全的:
(动物 → 二哈) ≤ (狗 → 狗)
返回类型很直接了当,二哈是狗的子类型。但是参数类型刚好反转了,动物是狗的父类型。
用术语来描述这个奇怪的行为就是,我们允许函数类型在其返回类型中是协变的,在其参数类型中是抗变的。返回类型允许协变意味着如果 A ≤ B,那么意味着(T → A) ≤ (T → B),A永远在≤的左边,B永远在≤的右边。同理,参数类型的抗变意味着如果 A ≤ B,那么(B → T) ≤ (A → T),A和B完全反转了。
Extra:在 TypeScript 中,参数类型是双变的(即可以协变,亦可以抗变),这实际上是不安全的做法(在 TypeScript 2.6 中,你可以通过 --strictFunctionTypes或者--strict来修复这个问题)。
如果是其他类型呢?
问题:List<狗>是List<动物>的子类型吗?
答案有点微妙。如果列表是不可变的,那么可以肯定的说是的,但是如果列表是可变的,那么肯定不是。
为什么?假设我需要一个List<动物>,你传给我一个List<狗>。因为我认为我有一个List<动物>,我可能会尝试插入猫进去,现在你的List<狗>里面有一只猫了,系统不应该允许这种类型。
通常我们允许不可变 List 的参数协变,但是如果是可变列表,那么它的参数一定是不可变的。
Extra:在 Java 中,数组都是可变和协变的,当然,这是不安全的。