C#数组中的协变和逆变

Question

在阅读维基百科关于协变和逆变的文章section时，我遇到了以下加粗的句子:

首先考虑数组类型构造函数：从类型Animal我们可以得到类型Animal[]（“动物数组”）。我们应该将其视为

- 协变：一个Cat[]是一个Animal[] - 逆变：一个Animal[]是一个Cat[] - 还是不变？

如果我们希望避免类型错误，并且该数组支持读写元素，则只有第三个选择是安全的。显然，并非每个Animal[]都可以被视为Cat[]，因为客户端从数组中读取时会期望得到猫，但是Animal[]可能包含例如Dog。因此，逆变规则不安全。

相反，Cat[]不能被视为Animal[]。应该总是能够将Dog放入Animal[]中。对于协变数组，无法保证这是安全的，因为后备存储可能实际上是猫的数组。因此，协变规则也不安全 - 数组构造函数应该是不变的。请注意，这仅适用于可变数组;对于不可变（只读）数组，协变规则是安全的。

我理解这个概念，只是想要一个C#中的“无法保证安全”的例子。

- wjmolina

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http://blogs.msdn.com/b/ericlippert/archive/2007/10/17/covariance-and-contravariance-in-c-part-two-array-covariance.aspx - SLaks

我不知道为什么这个问题被关闭为链接问题的重复。更相关的问题是：为什么数组协变性被认为是如此可怕。 - nawfal

Answer 1

在编译时不安全。换句话说，有些代码按照语言规则是合法的，但在执行时会失败，而没有任何显式的类型转换来警告“这可能会失败”。CLR确保只有在执行时才能成功写入有效数据。例如：

string[] strings = new string[1];
object[] objects = strings;
objects[0] = new object();

这将在执行时引发异常 (ArrayTypeMismatchException)。另一种选择是允许在执行时进行，此时 strings[0] 将成为一个非字符串对象的引用，这显然是不好的。

还请查看最近的博客文章：

• 我写的一篇，关于使用通用包装器的性能和安全性
• BCL 团队的一篇，关于不可变数组
• Eric Lippert 的博客系列第二部分：有关协变性与逆变性的内容（本系列大多数针对泛型，但本部分内容涉及数组）

- Jon Skeet

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当你说“CLR 在执行时确保它的安全性”，你是指它会抛出一个异常吗？这就是它确保在执行时安全的方式吗？ - Mike Perrenoud

@MichaelPerrenoud: 是的，没错。我会编辑以澄清这一点。 - Jon Skeet

太棒了，谢谢！我只是想确认我理解得没错。 - Mike Perrenoud

@JonSkeet 我测试了你的代码，它抛出了ArrayTypeMismatchException异常。但是我设置了一个断点，并通过DebuggerVisualiser手动将objects [0] = new object()，它没有抛出任何错误并且可以正常工作。稍后检查strings [0] .GetType() 返回System.Object。 - Sriram Sakthivel

@SriramSakthivel 您是正确的。在发表评论之前，我应该先进行测试。 - Johnbot

Answer 2

我认为他们想要表达的是：

Dog dog = new Dog();
Cat[] cats = new Cat[] { catOne, catTwo, catThree };
Animal[] animals = cats;
animals.Add(dog);

这段代码的第三行是不合法的，因为你应该总是能够执行第四行（将一个 Dog 添加到一个 Animal 数组中）。但如果第三行是合法的，那么第四行就是不合法的（因为你不能将一个 Dog 添加到一个 Cat 数组中）。

- Tim

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你描述了 C# 团队本可以实现这个的方式，但事实上，第三行确实编译通过了，而第四行在运行时被捕获了（技术上讲，第四行并没有编译通过，因为数组没有 Add 方法，但是 animals[0] = dog 会在运行时被捕获）。 - Hutch