协变

编程语言中的 协变（covariance） 概念源于类型系统的多态性规则，主要用于处理类型参数，使代码在类型检查时更灵活。协变允许将 子类型（subtype） 作为 父类型（supertype） 的替代类型，主要出现在泛型、集合和函数返回类型中。简而言之，协变让子类替换父类成为可能，而不破坏类型安全。

协变的用途

协变常用于需要传递、返回或赋值包含更具体类型的集合或对象时。在这些场景中，协变提供了更大的灵活性，使代码可以在不改变类型的情况下兼容更多对象类型。

编程语言中的协变实现

以下是一些编程语言中如何实现和使用协变的示例。

1. Objective-C

Objective-C 的 __covariant 修饰符用于泛型类型参数，允许子类型赋值给父类型的变量。通过此修饰符，开发者可以定义支持协变的泛型集合。

@interface MyContainer<__covariant ObjectType> : NSObject
@property (nonatomic, strong) ObjectType containedObject;
@end

使用时可以将 MyContainer<NSString *> 赋值给 MyContainer<id>，因为 NSString 是 id 的子类。

2. Swift

在 Swift 中，数组等集合类型天然支持协变。例如，如果 Cat 是 Animal 的子类，则 Array<Cat> 可以赋值给 Array<Animal> 类型的变量。

class Animal {}
class Cat: Animal {}

let cats: [Cat] = [Cat()]
let animals: [Animal] = cats // 协变

3. Java

Java 使用通配符 ? extends 来支持协变。例如，List<? extends Animal> 类型的变量可以引用 List<Dog> 或 List<Cat> 类型的对象。

class Animal {}
class Dog extends Animal {}

List<Dog> dogs = new ArrayList<>();
List<? extends Animal> animals = dogs; // 协变

4. C#

C# 中的协变使用 out 关键字来修饰接口或委托的类型参数。out 关键字使类型参数协变，表示该类型参数可以是派生类类型的集合。

public interface IEnumerable<out T> { }

public class Animal { }
public class Cat : Animal { }

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

5. Kotlin

Kotlin 使用 out 关键字来表示协变。标记为 out 的泛型类型参数可以用在返回类型中，但不能用作参数类型。

open class Animal
class Cat : Animal()

val cats: List<Cat> = listOf()
val animals: List<Animal> = cats // 协变

协变的关键特性

• 只读场景：协变通常应用于只读集合或接口，因为协变限制了向集合中添加元素的能力（只能从中读取），保证类型安全。

• 灵活性：协变允许更灵活地使用集合、接口等泛型数据结构，尤其在多态性较强的代码中。

• 函数返回类型：在函数返回类型中使用协变可以提供更具体的类型，符合多态性原则。

总结

协变是面向对象编程中处理类型继承的重要特性，解决了父子类型在泛型和集合中的兼容问题。在 Objective-C、Swift、Java、C#、Kotlin 等语言中，协变提高了代码的复用性和灵活性，使得多态操作更加自然。