C# 为什么我不能将类型化到子类的哈希集添加到类型化到其超类的哈希集

Question

为什么在下面的代码中会出现编译错误（见注释行）？

    public void Test()
    {
        HashSet<HashSet<Animal>> setWithSets = new HashSet<HashSet<Animal>>();
        HashSet<Cat> cats = new HashSet<Cat>();
        setWithSets.Add(cats); // Compile error
    }

    private class Animal { }

    private class Cat : Animal { }

VS2012 给了我两个错误，第一个是重要的：

• 错误 2 参数 1：无法从 'System.Collections.Generic.HashSet' 转换为 'System.Collections.Generic.HashSet'
• 错误 1 ​​'System.Collections.Generic.HashSet>.Add(System.Collections.Generic.HashSet) 的最佳重载方法匹配' 有一些无效的参数

我的问题是：为什么我不能在“setWithSets”中添加“cats”？

Answer 1

即使Cat 派生自Animal，HashSet<Cat> 派生自HashSet<Animal> 也是不正确的。 （HashSet<Anything> 的唯一基类是 object 类。）

要获得您想要的行为，HashSet<T> 泛型类型需要在其类型参数T 中协变。但事实并非如此，原因有两个：

1. 在 C# 中，只有泛型接口和泛型委托类型可以是协变或逆变的。 HashSet<> 是一个类。
2. 您不仅可以读取HashSet<>，还可以添加（以及做其他事情）。因此协方差在逻辑上是不可能的。否则可以将HashSet<Cat> 视为HashSet<Animal>，然后将Dog 添加到其中。但是一组猫不允许狗。

如果您将 HashSet<T> 更改为例如 IReadOnlyCollection<T>（请参阅 .NET 4.5 documentation: IReadOnlyCollection<out T> Interface），则一切正常，因为后一种类型 (1) 是一个接口，(2) 只允许读取，并且 (3)因此，该类型的作者决定应用一个标记“我在T 中是协变的”。

Answer 2

为了更好地理解为什么不允许这样做，请考虑以下程序。

setOfSets.First().Add(new Dog()); 行对编译器来说是可以接受的，因为动物的集合肯定可以包含Dog 的实例。问题是集合中的第一个动物集合是Cat实例的集合，而Dog没有扩展Cat。

class Animal { }
class Cat : Animal { }
class Dog : Animal { }

class Program {
    static void Main(string[] args) {

        // This is a collection of collections of animals.
        HashSet<HashSet<Animal>> setOfSets = new HashSet<HashSet<Animal>>();

        // Here, we add a collection of cats to that collection.
        HashSet<Cat> cats = new HashSet<Cat>();
        setOfSets.Add(cats);

        // And here, we add a dog to the collection of cats. Sorry, kitty!
        setOfSets.First().Add(new Dog());
    }
}

Answer 3

因为HashSet<Cat> 不是从HashSet<Animal> 派生的，这是您想做的事情所必需的。

您可以做的是将Cat 添加到HashSet<Animal>，因为Cat 派生自Animal 您不能做的是将HashSet<Cat> 添加到HashSet<HashSet<Animal>>

您可能认为可以使用协方差，它允许您这样做：

IEnumerable<Cat> cats = new List<Cat>();
IEnumerable<Animal> animals = cats;

这是可行的，因为这是 IEnumerable 的接口声明：

public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable
{
    IEnumerator<T> GetEnumerator();
}

注意到“out T”了吗？这就是协方差。它基本上允许您在泛型类型的类上具有类似继承的行为。请注意，您只能在接口上声明协方差。现在我们来看一下HashSet实现的接口ISet：

public interface ISet<T> : ICollection<T>, IEnumerable<T>, IEnumerable
{
    ...
}

如您所见，没有“out”关键字。这意味着你不能这样做：

ISet<Cat> cats = new HashSet<Cat>();
ISet<Animal> animals = cats;

Answer 4

你得到一个编译器错误，因为 HashSet 的类型构造函数是invariant。

有关术语不变量的解释，请查看Covariance and contravariance