使用更具体的类型覆盖子类继承的属性

Question

我尝试实现的简化示例如下：

public class Animal
{
    public virtual Teeth teeth {get;set;}
}

public class Mouse : Animal
{
    public override SmallTeeth teeth {get; set;} // SmallTeeth Inherits from Teeth
}

显然，这样做是不起作用的，因为在Mouse类中覆盖的牙齿必须与Animal类中的牙齿类型相同。但是是否可以实现类似于此的内容，在从Animal继承的任何函数中允许使用更多派生的类型？例如，如果Animal类包含一个咬的函数：

public void Bite()
{
    teeth.bite()
    Console.WriteLine("Ouch")
} 

我可以调用从Animal继承来的Bite()函数，它会使用Mouse类中类型为SmallTeeth的字段。这是可能的吗？如果不是，那么正确的方法是什么？

- Danny Herbert

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@gyttt1：如果我没记错的话，这与协变概念有关。你可以用Teeth覆盖通常的方式，你的实现仍然可以返回SmallTeeth类型的对象。 - Pramod Mangalore

Answer 1

注意：本答案是在2016年编写的。自那时以来，C#已经（令人惊讶地！）添加了返回类型协变性。阅读本答案时请记住这一点。

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您想要的功能称为返回类型协变性，而C#不支持它。（顺便说一下，C++支持。）

通常认为协变返回类型的理由是：

abstract class Animal
{
    public abstract Cage GetCage();
}
public class Fish : Animal
{
    public override Aquarium GetCage() { ... }
}

这并不合法，但如果它是合法的，那么它将是安全的。也就是说，如果你手上有一只动物，并要求一个笼子，即使得到的是一条鱼缸，你也会得到它。为什么？因为水族馆就是一种笼子。

然而您所提出的不仅是非法的，而且是不安全的：

Animal animal = new Mouse();
animal.Teeth = new TRexTeeth();

协定是setter可以接受任何类型的牙齿。通过使派生类在接受的内容更加严格，你违反了基类的协定。

所以不要这样做。

然而，在C#中有许多方法可以实现你想要的效果。

这里只是其中之一：

interface IAnimal
{
    Teeth Teeth { get; } // READ ONLY
}

class Mouse : IAnimal
{
    private SmallTeeth smallTeeth;
    public SmallTeeth Teeth 
    {
        get { return smallTeeth; }
    }

    Teeth IAnimal.Teeth { get { return this.Teeth; } }
}

现在，如果你将一个老鼠转换成IAnimal类型，你会得到返回Teeth属性的结果；而如果你正常使用老鼠，你会得到返回SmallTeeth属性的结果。

我在这里描述了另一种解决这个问题的方法：

C#是否支持返回类型协变？

另一篇答案中给出的通用解决方案也可以使用，不过个人更喜欢除非必要，否则不使用泛型。

搜索“C#中返回类型协变”以获取有关此模式的更多信息。

- Eric Lippert

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从语言学的角度来看，泛型的使用也是一件好事，但往往被忽视。由于名称选择不当导致的混淆很遗憾，对于第一次遇到新代码库的软件开发人员来说这是日常事件（我作为新成员和帮助新同事入职时都经历过这种情况）。如果我看到GetCage返回Aquarium在PR中,我会要求作者重新考虑命名。 Enclosure是我目前能想到的最普通的词。水族馆、笼子、罐子、小屋均可作为动物围栏，并且都可以作为GetEnclosure的有效返回类型。 - user1007074

C# 9 最近新增了协变返回：https://devblogs.microsoft.com/dotnet/c-9-0-on-the-record/ - wmeyer

@wmeyer：感谢您的提醒，我已经更新了答案。 - Eric Lippert

Answer 2

实际上是可以的。但是你不应该使用 generics 来包含类型约束，请参阅下面的评论和Eric Lippert的帖子，他详细解释了你想要或尝试在你的情况下实现的内容：。

public class Animal<T>  where T : Teeth
{
    public virtual T teeth {get;set;}
}

public class Mouse : Animal<SmallTeeth>
{
    public override SmallTeeth teeth {get; set;} // SmallTeeth Inherits from Teeth
}

- Markus Safar

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这很有趣，但我想在这里引入泛型可能会在其他地方造成复杂性/问题。 - Jonathon Reinhart

好的解决方案，但是它的缺点也应该被提到：动物们不再具有共同的超类（除了 object）。例如，你不能再创建一个 List<Animal>。 - Heinzi

是的@Heinzi，这是一个很好的答案，但不幸的是那个缺点已经成为了一项决定性因素！ - Danny Herbert

你可以通过创建一个常规的Animal基类（因此Animal<T>：Animal）来解决缺乏共同基础的问题，并且你可以给Animal一个public Teeth UntypedTeeth属性，该属性返回与另一个属性相同的对象。然后，您可以根据需要使用通用类型或特定类型。 - Dave Cousineau

你可以让它们继承一个接口作为解决方法 - 类似于 public interface IAnimal ... class Animal<T> : IAnimal ... class Mouse : Animal<SmallTeeth> - Nick Bull