无法将List<DerivedClass>转换为List<BaseClass>

Question

我正在尝试将一个 DerivedClass 列表传递给一个接受 BaseClass 列表的函数，但是我遇到了错误：

cannot convert from 
'System.Collections.Generic.List<ConsoleApplication1.DerivedClass>' 
to 
'System.Collections.Generic.List<ConsoleApplication1.BaseClass>'

现在我可以将我的List<DerivedClass>转换为List<BaseClass>，但除非我理解编译器为什么不允许这样做，否则我不感到舒服。

我找到的解释只��说它违反了类型安全性，但我没有看出来。有人能帮我吗？

如果编译器允许从List<DerivedClass>转换为List<BaseClass>，会有什么风险？

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这是我的SSCCE：

class Program
{
    public static void Main()
    {
        BaseClass bc = new DerivedClass(); // works fine
        List<BaseClass> bcl = new List<DerivedClass>(); // this line has an error

        doSomething(new List<DerivedClass>()); // this line has an error
    }

    public void doSomething(List<BaseClass> bc)
    {
        // do something with bc
    }
}

class BaseClass
{
}

class DerivedClass : BaseClass
{
}

- Sam I am says Reinstate Monica

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该类继承自其基类，但List<Derived>并不继承自List<Base>。 - Tim Schmelter

@TimSchmelter这是否意味着这种继承可能成为一项功能，其中Generic<Derived>可以被认为是从Generic<Base>派生而来？或者这样的功能是否会引起问题？ - Sam I am says Reinstate Monica

它只是没有以那种方式实现。http://marcgravell.blogspot.fr/2009/02/what-c-40-covariance-doesn-do.html - Tim Schmelter

@TimSchmelter：不行，这样是不可能的。 - SLaks

@SamIam：你应该一开始就实例化它为 List<Base>。 - voithos

Answer 1

之所以要更改为IEnumerable<T>，是因为List<T>是不变的，而不是协变的，IEnumerable<T>支持协变。

IEnumerable<BaseClass> bcl = new List<DerivedClass>();

public void doSomething(IEnumerable<BaseClass> bc)
{
    // do something with bc
}

有关泛型中的协变的信息。

- cuongle

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从.NET 4.5开始，如果方法需要对集合元素进行随机访问，则还可以使用IReadOnlyList<T>。 - tia

Answer 2

我发现的解释只说它违反了类型安全，但我不太理解。允许将List<DerivedClass>转换为List<BaseClass>有什么风险？

这个问题几乎每天都会被问到。

因为你可以把蜥蜴放进动物列表中，所以List<Mammal>不能转换为List<Animal>。List<Mammal>也不能转换为List<Giraffe>，因为列表中已经有老虎了。

因此List<T>必须在T方面是不变的。

然而，List<Mammal>可以转换为IEnumerable<Animal>（从C# 4.0开始），因为IEnumerable<Animal>上没有添加蜥蜴的方法。IEnumerable<T>在T方面是协变的。

- Eric Lippert

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一个简单的动物学解释可以概括所有问题。（IEnumerable<Animal>上没有添加蜥蜴的方法 --> 我会再检查一遍；） - vc 74

我感到有点蠢...长颈鹿的问题似乎很明显，但为什么你不能将哺乳动物传递给能够处理动物的东西，只是因为它也可以处理非哺乳动物？ - MGOwen

你有一份哺乳动物清单。你决定把它当成动物清单来处理，并将一只蜥蜴放入动物清单中。但实际上，这是一份哺乳动物清单。现在你手上有一份既包含哺乳动物又包含蜥蜴的清单，违反了哺乳动物清单应该只包含哺乳动物的期望。结论是类型系统的违规，因此其中一步必须是不合法的。而第一步就是不合法的：你不能把哺乳动物清单当成动物清单来处理。 - Eric Lippert

@RyanPergent: 这不是一个新列表，而是同一个列表。List<T>是一种“引用类型”，引用转换会“重新解释”引用的含义，但它不会改变引用所指向的对象。 - Eric Lippert

@RyanPergent: mammals.Cast<Animal>().ToList() 将会创建一个新的 List<Animal>，其内容与 mammals 相同，但该转换需要构建列表的副本，因此速度较慢。如果优化器聪明，引用转换可能根本不需要时间，因为引用转换除了如何解释引用之外，什么也不改变。 - Eric Lippert

Answer 3

您所描述的行为称为协变 - 如果A 是B，那么List<A> 也是List<B>。

但是，对于可变类型（如List<T>），这在根本上是不安全的。

如果这种情况成立，那么该方法就能向一个实际只能容纳DerivedClass的列表中添加一个new OtherDerivedClass()。

协变在不可变类型上是安全的，尽管.NET仅在接口和委托中支持它。如果您将List<T>参数更改为IEnumerable<T>，那么它就可以工作了。

- SLaks

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@SamIam：不行；你试图传递一个 List<Derived>。传递一个包含 Derived 的 List<Base> 就可以正常工作。 - SLaks

那么，如果我在传递之前将我的 List<Derived> 强制转换或转换为 List<Base>，这样做可以吗？ - Sam I am says Reinstate Monica

@SamIam：不行。整个问题在于将List<Derived>强制转换为List<Base>基本上是不安全的。如果一开始就创建一个List<Base>，它会正常工作。 - SLaks

@SamIam：SLaks 已经讲得很清楚了。如果你可以把一个 List<Derived> 转换成 List<Base>，那么你理论上就可以向其中添加一个 OtherDerived 的实例（因为这个列表是 可变 的）。但是它被实例化为 List<Derived>，如果你试图手动将其强制转换回 List<Derived>，你会得到一个包含 OtherDerived 的 List<Derived>。 - voithos

Answer 4

当你有一个从基类派生的类时，这些类的任何容器都不会自动派生。因此，你不能将 List<Derived> 强制转换为 List<Base>。

使用 .Cast<T>() 创建一个新列表，在该列表中将每个对象强制转换回基类：

List<MyDerived> list1 = new List<MyDerived>();
List<MyBase> list2 = list1.Cast<MyBase>().ToList();

请注意，这是一个新列表，而不是您原始列表的拷贝版本，因此对这个新列表的操作将不会反映在原始列表上。但是，对于列表中包含的对象的操作将反映出来。

- Matt Houser

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我认为使用 List<MyBase> list2 = new List<MyBase>(list1); 比使用 Cast 更加简洁。 - Brian

Answer 5

如果你能够写出：

List<BaseClass> bcl = new List<DerivedClass>(); 

你可以称之为

var instance = new AnotherClassInheritingFromBaseClass();
bc1.Add(instance);

将一个不是DerivedClass的实例添加到列表中。

- vc 74

Answer 6

我使用的解决方案是创建一个扩展类：

public static class myExtensionClass 
{
    public void doSomething<T>(List<BaseClass> bc) where T: BaseClass
    {
        // do something with bc
    }
}

它使用泛型，但当您调用它时，您不必指定类，因为您已经“告诉”编译器类型与扩展类相同。

您可以这样调用它：

List<DerivedClass> lst = new List<DerivedClass>();
lst.doSomething();

- Marlon