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。