逆变性与协变性是kotlin中相对于java的新特性,这个成为不少java转kotlin学习的一个坎,在这篇文章里我将详细介绍和推导逆变性与协变性的由来。

内容参考了以下两篇博客:
http://www.cnblogs.com/lemontea/archive/2013/02/17/2915065.html
http://www.cnblogs.com/Ninputer/archive/2008/11/22/generic_covariant.html

在此之前我们需要明白一个大前提:

java不允许向下转型(父类转换成子类)

定义

假设有这样两个类型:TSub是TParent的子类,显然TSub型引用是可以安全转换为TParent型引用的。如果一个泛型接口IFoo<T>,IFoo<TSub>可以转换为IFoo<TParent>的话,我们称这个过程为协变,而且说这个泛型接口支持对T的协变。而如果一个泛型接口IBar<T>,IBar<TParent>可以转换为T<TSub>的话,我们称这个过程为反变(contravariant),而且说这个接口支持对T的反变。因此很好理解,如果一个可变性和子类到父类转换的方向一样,就称作协变;而如果和子类到父类的转换方向相反,就叫反变性。

我们来具体看一下体现到kotlin语法中是什么样的

kotlin中有out和in关键字来表示协变和逆变,我们通过out的两个来认识什么是逆变:
1. 泛型只能在返回值中出现
2. 只能进行子类向父类的转型

eg:
//有如下两个类
//1.不支持逆变与协变
MyFuncA<T>
//2.支持协变
MyFuncB<out T>
//现对其进行初始化然后转型
MyFuncA<object> funcAObject = null;
MyFuncA<string> funcAString = null;
MyFuncB<object> funcBObject = null;
MyFuncB<string> funcBString = null; 
funcAObject = funcAString;//编译失败,MyFuncA不支持逆变与协变
funcBObject = funcBString;//变了,协变
funcBObject = funcBInt;//编译失败,值类型不参与协变或逆变

代码中可以看出使用了协变的泛型对象MyFuncB<out T>可以进行子类向父类的转换,而不支持逆变和协变得MyFuncA<T>则不允许向上或者是向下的转换。

其实以上的两条含义只是一条,只不过在不同的场景下表现不一样而已,我们一起来看一下:

假设有这样一个方法:

String Base<out T>
{
  void Test(T t)
}

泛型协变的,但我们允许有方法可以在参数中使用泛型(实际上这样是不行的,这里我们通过反正法证明来证明这一结论

Base<object> BaseObject = null;
Base<string> BaseString = null;
BaseObject = BaseString;
BaseObject.Test("");

我们来看一下函数的调用过程:

clipboard.png

BaseObjectBaseString初始化,所以
BaseObject.Test("")的调用实质上是调用BaseString.Test(""),而BaseString中要的泛型Tstring,而实际BaseObject给出的泛型Tobject
object无法向下转型为string,因此出现类型转换的异常。

由此我们得出以上结论,因为泛型是协变的,进行子类向父类的转型,所以泛型不能在传入参数中使用,只能在返回值中使用。

逆变性反之也是一样的推导,由于进行的是父类向子类的转型,在返回值返回的时候要求的是子类的泛型,但实际上是调用父类的方法返回了父类,同样出现了向下转型的错误,因此逆变性中泛型只能在传入参数中使用,不能在返回值中使用。

eg:

//过程同上
T Base<in T>.Test()

泛型逆变的,但我们允许有方法可以在返回值中使用泛型(实际上这样是不行的,这里我们同样通过反正法证明来证明这一结论)

Base<object> BaseObject = null;
Base<string> BaseString = null;
BaseString = BaseObject ;
BaseString.Test();

只要按照协变时的调用方法看代码的调用就会发现我们在返回值的时候得到的是object,而我们要的是string,同样出现向下转型的错误。

逆变和协变是保证运行时安全而出现的机制,编码时编译器已经强制我们在逆变中不能在函数返回值中使用泛型,在协变中不能在函数参数中使用泛型,以保证运行时的安全,也就是将我们可能产生的类型转换异常在编译阶段给解决了!