Новые возможности C# 4.0. Часть 3: Ковариантность обобщений

Когда обобщения(generic) пришли к нам вместе с C# 2.0, они стали одной из лучших возможностей в этом языке. Те, кто когда-либо создавал классы строготипизированных коллекций в C# 1.0 знает, насколько они упростили нам жизнь и уменьшили количество кода. Единственная проблема заключалась в том, что обобщенные типы не следовали тем же правилам наследования, которые были в силе для обычных типов. Начнем, пожалуй с определения двух простых классов, которые мы будем использовать в этой статье:

   1:  public class Shape

   2:  {

   3:  }

   4:   

   5:  public class Circle : Shape

   6:  {

   7:  }

Это классическая иерархия классов, которая пока ничего конкретного не делает, но это нам сейчас и не нужно. Теперь определим dummy-класс, который может быть контейнером для любого типа.

   1:  public interface IContainer<T>

   2:  {

   3:      T GetItem();

   4:  }

   5:   

   6:  public class Container<T>: IContainer<T> 

   7:  {

   8:      private T item;

   9:   

  10:      public Container(T item)

  11:      {

  12:          this.item = item;

  13:      }

  14:   

  15:      public T GetItem()

  16:      {

  17:          return item;

  18:      }

  19:  }

У нас есть иерархия и контейнер. Теперь посмотрим на то, что мы сейчас не можем делать в текущей версии C# - 3.0.

   1:  static void Main(string[] args)

   2:  {            

   3:      IContainer<Shape> list = GetList();

   4:  }

   5:   

   6:  public static IContainer<Shape> GetList()

   7:  {

   8:      return new Container<Circle>(new Circle());

   9:  }

У нас есть метод GetList, у которого тип возращаемого значения определен как IContainer<Shape>, а возвращает он Container<Circle>. Так как Circle наследуется от Shape, а Container реализует интерфейс IContainer может показаться, что это сработает. Но, как вы догадались, C# 3.0 на это не способен.

В C# 4.0 у нас есть путь заставить это работать - нам нужно просто добавить ключевое слово out к параметру-типу в нашем определении интерфейса IContainer (замечу, что ковариантность в C# 4.0 ограничена интерфейсами и делегатам).

   1:  public interface IContainer<out T>

   2:  {

   3:      T GetItem();

   4:  }

Данная конструкция говорит компилятору, что тип T ковариантен, что означет то, что любой IContainer<T> будет принимать любой тип эквивалентный или более конкретный, чем T. Как мы видели выше, типом возвращаемого значения был IContainer<Shape>, но если мы поставим параметр out к нашему интерфейсу, то мы легко сможем вернуть и IContainer<Circle>.

Так почему же решено использовать ключевое слово out? Все потому, что когда вы определяете параметр-тип как ковариантный вы сможете только вернуть этот тип из интерфейса. Например такая контрукция недопустима:

   1:  public interface IContainer<out T>

   2:  {

   3:      void SetItem(T item);

   4:      T GetItem();

   5:  }

Но почему это не будет работать? Ответ на самом деле очень прост - безопасность типов. Давайте посмотрим на последствия того, что мы сделали:

   1:  static void Main(string[] args)

   2:  {

   3:      IContainer<Shape> container = new Container<Circle>();

   4:      SetItem(container);

   5:  }

   6:   

   7:  public static void SetItem(IContainer<Shape> container)

   8:  {

   9:      container.SetItem(new Square()); // BOOM!!!

  10:  }

Так как T ковариантен и, поэтому, мы можем присвоить Container<Circle> к переменной типа IContainer<Shape>, передав его дальше в наш статический метод SetItem, который принимает параметр типа IContainer<Shape> и, затем мы берем этот парметр и пытаемся добавить переменную типа Square в него. Кажется, что все верно - тип параметра IContainer<Shape> и это дает нам право добавить в него Square. Неверно. Это выражение "взорвется", так как мы пытаемся добавить Square в контейнер, который держит Circle. Поэтому, ключевым словом out, они ограничили ковариантность только одним направлением.

Вам, наверное, интересно как это все реализовано в CLR 4.0? В реализации нет нужды. Обобщенные типы работали в CLR 2.0 и они уже позволяли подобное поведение. Так как C# пытался сохранить безопасность типов - нам такое не дозволялось, но CLR справляется с этим на раз. И, небольшая ремарка - массивы в C# позволяют такое поведение, так что попробуйте. Я надеюсь, что вам понравилась эта статья и новая в этой серии не за горами!

Перевод статьи C# 4.0 New Features Part 3 - Generic Covariance