子类型和协变返回类型

Question

我找到了解释What is a covariant return type?，但我并不聪明地理解这一切。

我认为理论上协变返回类型是一个函数返回的类型，该函数与返回类型不同的内置基类函数具有相同的签名。

class Base{
   TypeX func( int i ){return typex;} // builtin function
};
class Derived:Base{
   TypeY func(int i){return typey;}
}

我对这种所谓的协变返回类型的理解正确吗？ [这个词真的让我很困惑。]

Answer 1

这将是协变返回类型的示例：

class Food {}
class Fruit : Food {}
class FoodEater
{
    public virtual Food GetFavouriteFood() { ... }
}
class FruitEater : FoodEater
{
    public override Fruit GetFavouriteFood() { ... }
}

在支持返回类型协变的语言中，这是合法的。那就是返回食物的方法可以被返回水果的方法覆盖，因为水果是食物的一种。之所以称为“协方差”，是因为“方差”在同一个方向：

A Fruit may be used as a Food, therefore:
A Fruit-returning-method may be used as a Food-returning-method

看看方差是如何在同一个方向？

与参数类型逆变对比：

class Food {}
class Fruit : Food {}
class Apple : Fruit {}
class Orange : Fruit {}
class Cake : Food {}
class FruitComparer
{
    public virtual bool Compare(Fruit f1, Fruit f2) { ... }
}
class FoodComparer : FruitComparer
{
    public override bool Compare(Food f1, Food f2) { ... }
}

FruitComparer 可以比较苹果和橙子。 FoodComparer 还可以将苹果与橙子进行比较，但可以进行更多的比较——它可以将苹果与蛋糕进行比较，或者将蛋糕与橙子进行比较，或者其他任何东西。

在支持参数类型逆变的语言中，这是合法的。看看现在方差方向如何反转：

A Fruit may be used as a Food, therefore
A Food-taking-method may be used as a Fruit-taking-method

现在关系已经倒退，所以它是逆变的。

C# 不支持两种方法变体用于虚拟重载。虚拟方法覆盖必须完全匹配。但是，C# 确实支持方法组委托转换和通用委托类型转换的两种方法变化。

Answer 2

与 java 不同，C# 不支持协变返回类型。我相信这是由于 C# 属性的实现，如果允许协变返回类型，以下是可能的：

class TypeX { }

class TypeY : TypeX { }

class Base
{
    public virtual TypeX Prop { get; set; }
}

class Derived : Base
{
    public override TypeY Prop { get; set; }
}

Derived derived = new Derived();
derived.Prop = new TypeY(); // Valid

Base @base = derived;
@base.Prop = new TypeX(); // Invalid - As this would be using the derived property which should be of TypeY

有关更多信息，请参阅Eric Lippert's 答案。

Answer 3

当且仅当TypeY 派生自TypeX 时，您的理解才是正确的。

Answer 4

协变返回类型是一种从函数返回“更窄”类型的方法。 “较窄”类型将是原始返回类型的子类。

 class A {
 }

 class B extends A {
 }

 // Classes demonstrating method overriding:

 class C {
     A getFoo() {
         return new A();
     }
 }

 class D extends C {
     B getFoo() {
         return new B();
     }
 }

我们可以从getFoo() 返回B 的事实是协变返回。需要注意的是，虽然overriding 不允许您更改返回类型，但java 5.0 允许使用协变类型。

Answer 5

允许这种类型的重载的特性称为协变返回类型iff TypeY 是TypeX 的子类型。维基百科对该功能进行了很好的讨论

• http://en.wikipedia.org/wiki/Covariant_return_type

Answer 6

您刚刚演示了在 Java 中使用协变返回类型的能力，是的 - 假设 TypeY 是 TypeX 的子类。关键是任何只“知道”Base 中指定的签名的调用者仍然可以，因为Derived 实现返回的任何TypeY 仍然是有效的TypeX 引用。请注意，它确实仅适用于引用类型（类） - 使用无效：

// In the base class
long func() { ... }

// In the derived class
@Override int func() { ... }

...即使存在从int 到long 的隐式转换，并且int 值本身不是long 值。 representational 有效性与引用不同（String 引用 是 Object 引用 - 如果您知道一组特定的位是String 引用，您可以将那些完全相同的位视为Object 引用。）。

C#不支持协变返回类型，但从 C# 4 开始，它确实支持在接口和委托上声明的通用方差。例如，IEnumerable<T> 在 .NET 4 中声明为

public interface IEnumerable<out T> { ... }

out在界面中显示T是协变的，也就是说这个转换是有效的：

IEnumerable<string> strings = ...;
IEnumerable<object> objects = strings;

反向分配将不有效，因为任意object引用序列可能不是string引用的有效序列。

有关此主题的更多信息，请参阅MSDN（或搜索 c# 通用方差）。