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为什么这个通用扩展方法无法编译？

c#generics.net-4.0extension-methodscovariance
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这段代码有点奇怪，请耐心阅读（请记住，这种情况确实在生产代码中出现过）。

假设我有以下接口结构：

public interface IBase {  }
public interface IChild : IBase {  }

public interface IFoo<out T> where T : IBase {  }

通过这个扩展方法类构建了与接口相关的内容：

public static class FooExt
{
    public static void DoSomething<TFoo>(this TFoo foo)
        where TFoo : IFoo<IChild>
    {
        IFoo<IChild> bar = foo;

        //foo.DoSomethingElse();    // Doesn't compile -- why not?
        bar.DoSomethingElse();      // OK
        DoSomethingElse(foo);       // Also OK!
    }

    public static void DoSomethingElse(this IFoo<IBase> foo)
    {
    }
}

为什么在DoSomething中注释掉的那一行不能编译？编译器允许我将foo赋值给与泛型约束相同类型的bar，并在其上调用扩展方法，这也没有问题。也可以不使用扩展方法语法来调用扩展方法。
有人能否确认这是一个错误还是预期行为？
谢谢！
仅供参考，这是编译错误（类型已缩写）：

'TFoo'不包含'DoSomethingElse'的定义，最佳的扩展方法重载'DoSomethingElse(IFoo)'具有一些无效参数

1
@Jackson：.NET 4（否则我认为 out 将无法工作） - Cameron
@Jackson Pope，使用IFoo接口的out协变泛型定义，这不是显而易见的吗？ - Darin Dimitrov
我认为这是因为您将泛型参数声明为out T而不是in T。IChild无法转换为IFoo<IBase>。 - Tejs
@Anna Lear，啊。没注意到 :) - riwalk
@FacticiusVir：好问题！正如你所指出的，我这里实际上不需要TFoo类型。然而，在我的一些真实代码中，我对IFoo有额外的（接口）约束。 - Cameron
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7个回答
9
引用C#规范：
7.6.5.2 扩展方法调用
在形式为以下之一的方法调用（§7.5.5.1）中：
expr.identifier() expr.identifier(args) expr.identifier() expr.identifier(args)
如果正常处理调用时未找到适用的方法，则尝试将构造视为扩展方法调用。如果expr或任何args具有编译时类型dynamic，则不适用扩展方法。
目标是找到最佳的类型名称C，以便进行相应的静态方法调用：
C.identifier(expr) C.identifier(expr, args) C.identifier(expr) C.identifier(expr, args)
如果满足以下条件，则扩展方法Ci.Mj是合格的：
· Ci是非泛型、非嵌套类 · Mj的名称是identifier · 当作为上述静态方法应用于参数时，Mj是可访问和适用的 · 从expr到Mj的第一个参数的类型存在隐式身份、引用或装箱转换。
由于DoSomethingElse(foo)可以编译，但foo.DoSomethingElse()不能，因此似乎是扩展方法重载解析的编译器错误：从foo到IFoo存在隐式引用转换。
有趣。DoSomethingElse(this IFoo<IBase> foo)不会违反Ci的非泛型规定吗？问题是，我可以在IFoo<IChild>上调用它作为扩展方法，但不能在一个泛型类型上调用，该类型恰好是IFoo<IChild>（通过泛型约束指定）。 - Cameron
1
Ci 指的是包含扩展方法 FooExt 的类，在你的示例代码中：这个从句基本上表示你不能将扩展方法放在泛型或嵌套类中。参数的唯一条件是最后一句话，通过了测试。 - Julien Lebosquain
好的，谢谢，现在更清楚了。引用规范值得一赞，虽然我还不知道为什么它不起作用;-) 我不太相信这是编译器的错误 - 这种情况实在太少见了。另一方面，我看到的行为似乎与规范不符... - Cameron
5

你能在IFoo中定义DoSomethingElse吗？

public interface IFoo<out T> where T : IBase
{
    void DoSomethingElse();
}

更新

也许您可以更改签名

public static void DoSomethingElse(this IFoo<IBase> foo)
=>
public static void DoSomethingElse<TFoo>(this TFoo foo) 
    where TFoo : IFoo<IChild>
很遗憾，不是所有的IFoo都会有这个方法（在我的实际代码中，我对扩展方法中的TFoo类型参数有额外的泛型约束）。 - Cameron
在更新中加上+1。在另一个扩展方法中添加约束“where TFoo：IFoo<IChild>”，我认为你就可以做好了。 - JSBձոգչ
我喜欢你在更新中提出的建议，但在我的情况下，使用已经具有（非推断）类型参数的扩展方法相当痛苦，因为我的实际IFoo也是模板化的。 我最终会得到像thing.Method<FirstType, SecondType, IThirdType<FirstType, FourthType>>();这样的调用，而不是thing.Method<FirstType, SecondType>(); - Cameron
如果不深入研究 C# 规范，我无法解决这个问题，但至少对于这个例子，我会简单地更改 DoSomething 的签名，如下所示：public static void DoSomething(this IFoo<IChild> foo) { ... }在这里，泛型参数实际上有用吗？ - Mike Strobel
@Mike：感谢您的建议，但我实际上正在使用通用的输出参数——我确实需要能够从IFoo<IBase>中调用DoSomethingElse。 - Cameron
@Mike：我第一次完全误解了你的评论，很抱歉。我以为你在谈论 IFoo<out T> 类型参数，但当然你指的是方法上的约束。实际上，我正在使用泛型参数，这样我就可以除了 IFoo<IChild> 之外还可以指定其他对 TFoo 的约束。 - Cameron
3
我发现这是一个“bug”的证据。
虽然CLR语言不一定支持MSIL中的所有功能，但事实上，您正在尝试做的在MSIL中是有效的。
如果您打算将代码转储到IL并使DoSomething方法看起来像这样：
.method public hidebysig static void  DoSomething<(class TestLib.IFoo`1<class TestLib.IChild>) T>(!!T foo) cil managed
{
  .custom instance void [System.Core]System.Runtime.CompilerServices.ExtensionAttribute::.ctor() = ( 01 00 00 00 ) 
  // Code size       52 (0x34)
  .maxstack  1
  .locals init ([0] class TestLib.IFoo`1<class TestLib.IChild> bar)
  IL_0000:  nop
  IL_0001:  ldarg.0
  IL_0002:  box        !!T
  IL_0007:  call       void TestLib.Ext::DoSomethingElse(class TestLib.IFoo`1<class  TestLib.IBase>)
  IL_000c:  nop
  IL_000d:  ret
} // end of method Ext::DoSomething

如果你尝试编译这段代码，你会发现它可以成功编译。在C#中，反射器将如何解析它呢？

public static void DoSomething<T>(this T foo) where T: IFoo<IChild>
{
    foo.DoSomethingElse();
}
太棒了，谢谢！至少现在我们知道它被CLR支持，即使不是编译器 :-) - Cameron
1

不知道为什么它无法编译，但这是一个可接受的替代方案吗？

public static void DoSomethingElse<T>(this IFoo<T> foo) where T : IBase
{
}
谢谢你的解决方法，但与oleksii的建议类似，我不想添加更多的类型参数（因为我已经有一些了，而且类型无法推断，这非常令人烦恼，因为我正在使用长类型名称）。 - Cameron
1

你的代码

public static void DoSomethingElse(this IFoo<IBase> foo)
{
}

使得DoSomethingElse只能在IFoo<IBase>实例上有效，而foo显然不是，因为它是一个IFoo<IChild>。虽然IChild从IBase派生出来，但IFoo<IChild>并不继承自IFoo<IBase>。所以遗憾的是，foo不能被视为一种IFoo<IBase>，因此无法在其上调用DoSomethingElse。

但如果稍微修改你的扩展方法，就可以很容易地避免这个问题：

public static void DoSomethingElse<T>(this IFoo<T> foo) where T : IBase
{
}

现在它已经编译并且一切正常。

最有趣的部分是，当使用静态方法语法调用DoSomethingElse(foo);时，它可以编译通过，但是使用扩展方法语法时则不行。显然，在常规的静态方法样式调用中，泛型协变很好地工作：参数foo被定义为IFoo<IBase>类型，但可以赋值为IFoo<IChild>类型，因此调用是可以的。但是作为扩展方法，由于它的声明方式，DoSomethingElse仅在形式上被定义为IFoo<IBase>实例上可用，即使它符合IFoo<IChild>，所以这种语法在IFoo<IChild>实例上无法工作。

谢谢您的回答。这很有道理，只是它没有解释为什么扩展方法可以在 bar 上调用（它仍然是一个 IFoo<IChild>）。似乎从 IFoo<IChild> 到 IFoo<IBase> 的隐式转换 确实 适用于扩展方法语法，但不适用于指定类型的泛型约束。 - Cameron
我错过了这一点。你是完全正确的。拥有DoSomethingElse可用与否的区别不是我所认为的调用风格问题，而是实例是否显式地使用符合类型或通用类型：编译器并不聪明到意识到通用类型实际上是IFoo<IChild>类型的一种，可以应用DoSomethingElse。 - Ssithra
0
它无法编译，因为它抱怨“'TFoo'不包含'DoSomethingElse'的定义”。
你的DoSomething并未定义到TFoo上，而是定义在IFoo<IBase>及IFoo<IChild>上。
以下是我所做的一些更改，请查看哪些变量可以编译。
public interface IBase { }
public interface IChild : IBase { }

public interface IFoo<out T> where T : IBase { }

public static class FooExt
{
    public static void DoSomething<TFoo>(this TFoo foo)     where TFoo : IFoo<IChild>
    {
        IFoo<IChild> bar = foo;
        //Added by Ashwani 
        ((IFoo<IChild>)foo).DoSomethingElse();//Will Complie
        foo.DoSomethingElseTotally(); //Will Complie

        //foo.DoSomethingElse();    // Doesn't compile -- why not?
        bar.DoSomethingElse();      // OK
        DoSomethingElse(foo);       // Also OK!

    }

    public static void DoSomethingElse(this IFoo<IBase> foo)
    {
    }

    //Another method with is actually defined for <T>
    public static void DoSomethingElseTotally<T>(this T foo) 
    { 
    }

希望现在更加明白什么会被编译和什么不会，而且这不是编译器的错误。

希望对你有所帮助。

我不希望TFoo有一个DoSomethingElse()方法，因为IFoo没有这个方法。完整的错误信息是：'TFoo'不包含'DoSomethingElse'的定义最佳扩展方法重载具有一些无效参数。我期望编译器使用该扩展方法——当约束（和DoSomethingElse的参数）更改为常规的、非协变接口（例如ICloneable）时，编译器可以很好地解决调用。 - Cameron
目前编译器还不能实现这个功能。像你说的那样，它可以用于非协变接口，但我不认为编译器在这种情况下能够做到这一点。 - Ash
好的。因此我的问题是询问这是否是一个错误 :-) - Cameron
0
问题在于方差只适用于引用类型或标识转换，根据规范（第13.1.3.2节）：
A type T<A1, …, An> is variance-convertible to a type T<B1, …, Bn> if T is either an interface or a delegate type declared with the variant type parameters T<X1, …, Xn>, and for each variant type parameter Xi one of the following holds:
•         Xi is covariant and an implicit reference or identity conversion exists from Ai to Bi
•         Xi is contravariant and an implicit reference or identity conversion exists from Bi to Ai
•         Xi is invariant and an identity conversion exists from Ai to Bi

编译器无法验证TFoo是否是实现IFoo<IChild>的结构体，因此它找不到所需的扩展方法。将class约束添加到DoSomething中也无法解决问题，因为值类型仍然从object继承，因此满足约束条件。IFoo<IChild> bar = foo;和DoSomethingElse(foo);都可以工作，因为每个都有从foo到IFoo<IChild>的隐式转换，这是一个引用类型。

我会像Mike Strobel在上面的评论中问同样的问题：为什么不将DoSomething签名更改为

public static void DoSomething<TFoo>(this TFoo foo)
        where TFoo : IFoo<IChild>

到

public static void DoSomething<TFoo>(this IFoo<IChild> foo)

通过使方法通用化，您似乎没有获得任何好处。

我在这个主题上阅读的一些帖子：

通用扩展方法：无法从使用中推断类型参数

Eric Lippert - 约束不是签名的一部分

C# 通用类型约束

你的答案取决于规范摘录，如果您仔细阅读一些，它实际上并没有涉及引用类型。它谈论了隐式引用转换（参见规范§6.1.6，其中IChild->IBase是满足的）。另外，class约束限制只能使用引用类型（而不是结构）。此外，IFoo<IChild>不是引用类型（它是一个结构体可以实现的接口）。 - Cameron
还有，感谢指出Mike的评论; 我第一次误解了它。FacticiusVir在原始帖子的评论中确实提出了同样的问题。我在那里回答说，我正在使用泛型参数，以便除了“IFoo<IChild>”之外，我还可以指定有关TFoo的其他限制。 - Cameron
我在我的帖子中应该包含更多的规范说明。在第4.2节中，引用类型被列为类类型、接口类型、数组类型或委托类型，因此IFoo<IChild>实际上是引用类型。在你发的“约束”链接里也有提到。 - WarrenG
@Warren：有趣。这值得提出一个新问题——接口是引用类型，但结构体（值类型）可以实现接口。这是否意味着通过它们的接口公开的结构体是引用类型？无论如何，这都与我的原始问题无关——与引用/值类型无关，因为当IFoo不带类型参数时没有编译错误（尝试使用例如where TFoo：ICloneable代替——它将编译良好）。 - Cameron
@Cameron：在一个演示项目中更多地尝试后，我发现你关于这不是关于引用/值类型的说法是正确的。看起来在DoSomething中推断的类型与DoSomethingElse中指定的类型之间存在一些问题。有趣的是，如果两个扩展方法都是泛型的，即使使用像这样通过基础接口约束DoSomethingElse<TFoo>(this TFoo foo) where TFoo : IFoo<IBase>，代码也可以编译而不会出现问题。 - WarrenG
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