型变（协变和逆变）

概述

在编程中，型变（Variance）是指泛型类型参数在子类型关系中的行为。Kotlin 支持协变（Covariance）和逆变（Contravariance），这两种机制允许我们在泛型类型中灵活地处理子类型关系。理解型变对于编写安全且灵活的代码至关重要。

协变（Covariance）

理论解释

协变是指泛型类型参数在子类型关系中保持一致。换句话说，如果 A 是 B 的子类型，那么 C<A> 也是 C<B> 的子类型。在 Kotlin 中，协变通过 out 关键字来实现。

代码示例

open class Animal
class Cat : Animal()

class Box<out T>(val item: T)

fun main() {
    val catBox: Box<Cat> = Box(Cat())
    val animalBox: Box<Animal> = catBox  // 协变允许将 Box<Cat> 赋值给 Box<Animal>
    println(animalBox.item)
}

实践练习

1. 创建一个 Dog 类，继承自 Animal。
2. 创建一个 Box<Dog> 实例，并尝试将其赋值给 Box<Animal>。
3. 解释为什么这种赋值是安全的。

逆变（Contravariance）

理论解释

逆变是指泛型类型参数在子类型关系中反转。换句话说，如果 A 是 B 的子类型，那么 C<B> 是 C<A> 的子类型。在 Kotlin 中，逆变通过 in 关键字来实现。

代码示例

open class Animal
class Cat : Animal()

class Box<in T> {
    fun setItem(item: T) {
        println("Item set: $item")
    }
}

fun main() {
    val animalBox: Box<Animal> = Box<Animal>()
    val catBox: Box<Cat> = animalBox  // 逆变允许将 Box<Animal> 赋值给 Box<Cat>
    catBox.setItem(Cat())
}

实践练习

1. 创建一个 Dog 类，继承自 Animal。
2. 创建一个 Box<Dog> 实例，并尝试将其赋值给 Box<Animal>。
3. 解释为什么这种赋值是安全的。

不变（Invariance）

理论解释

不变是指泛型类型参数在子类型关系中既不保持一致也不反转。换句话说，C<A> 和 C<B> 之间没有子类型关系。这是 Kotlin 中泛型类型的默认行为。

代码示例

class Box<T>(val item: T)

fun main() {
    val catBox: Box<Cat> = Box(Cat())
    // val animalBox: Box<Animal> = catBox  // 这行代码会编译错误，因为 Box 是不变的
}

实践练习

1. 尝试将 Box<Cat> 赋值给 Box<Animal>，并观察编译错误。
2. 解释为什么这种赋值是不安全的。

总结

型变（协变和逆变）是 Kotlin 中处理泛型类型子类型关系的重要机制。协变通过 out 关键字实现，允许将子类型的泛型实例赋值给父类型的泛型实例。逆变通过 in 关键字实现，允许将父类型的泛型实例赋值给子类型的泛型实例。不变是默认行为，不允许这种赋值。

理解型变有助于编写更灵活和安全的代码，特别是在处理集合、函数参数和返回值时。

下一步

接下来，我们将学习类型投影（Type Projection），它允许我们在特定情况下放宽型变规则。