kotlin 协变、逆变 - 猫和鱼的故事

网上找的一段协变、逆变比较正式的定义：java

逆变与协变用来描述类型转换后的继承关系，其定义：若是 A、B 表示类型，f(⋅) 表示类型转换，≦ 表示继承关系（好比，A≦B 表示 A 是由 B 派生出来的子类）：当 A ≦ B 时,若是有 f(A) ≦ f(B) ,那么 f 是协变的；当 A ≦ B 时,若是有 f(B) ≦ f(A) ,那么 f 是逆变的；若是上面两种关系都不成立，即 (A) 与 f(B) 相互之间没有继承关系，则叫作不变的。安全

java 中能够经过以下泛型通配符以支持协变和逆变：markdown

? extends 来使泛型支持协变。修饰的泛型集合只能读取不能修改，这里的修改仅指对泛型集合添加元素，若是是 remove(int index) 以及 clear 固然是能够的。
? super 来使泛型支持逆变。修饰的泛型集合只能修改不能读取，这里说的不能读取是指不能按照泛型类型读取，你若是按照 Object 读出来再强转固然也是能够的。

以动物举例，看代码。ide

abstract class Animal {
    void eat() {
        System.out.println("我是" + myName() + ", 我最喜欢吃" + myFavoriteFood());
    }

    abstract String myName();

    abstract String myFavoriteFood();
}

class Fish extends Animal {

    @Override
    String myName() {
        return "鱼";
    }

    @Override
    String myFavoriteFood() {
        return "虾米";
    }
}

class Cat extends Animal {

    @Override
    String myName() {
        return "猫";
    }

    @Override
    String myFavoriteFood() {
        return "小鱼干";
    }
}

public static void extendsFun() {
    List<Fish> fishList = new ArrayList<>();
    fishList.add(new Fish());
    List<Cat> catList = new ArrayList<>();
    catList.add(new Cat());
    List<? extends Animal> animals1 = fishList;
    List<? extends Animal> animals2 = catList;

    animals2.add(new Fish()); // 报错
    Animal animal1 = animals1.get(0);
    Animal animal2 = animals2.get(0);
    animal1.eat();
    animal2.eat();
}

//输出结果：
我是鱼, 我最喜欢吃虾米
我是猫, 我最喜欢吃小鱼干
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协变就比如有多个集合，每一个集合存储的是某中特定动物（extends Animal），可是不告诉你那个集合里存储的是鱼，哪一个是猫。因此你虽然能够从任意一个集合中读取一个动物信息，没有问题，可是你没办法将一条鱼的信息存储到鱼的集合里，由于仅从变量 animals一、animals2 的类型声明上来看你不知道哪一个集合里存储的是鱼，哪一个集合里是猫。假如报错的代码不报错了，那不就说明把一条鱼塞进了一堆猫里，这属于给猫加菜啊，因此确定是不行的。? extends 类型通配符所表达的协变就是这个意思。学习

那逆变是什么意思呢？仍是以上面的动物举例：spa

public static void superFun() {
    List<Fish> fishList = new ArrayList<>();
    fishList.add(new Fish());
    List<Animal> animalList = new ArrayList<>();
    animalList.add(new Cat());
    animalList.add(new Fish());
    List<? super Fish> fish1 = fishList;
    List<? super Fish> fish2 = animalList;

    fish1.add(new Fish());
    Fish fish = fish2.get(0); //报错
}
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从变量 fish一、fish2 的类型声明上只能知道里面存储的都是鱼的父类，若是这里也不报错的话可就从 fish2 的集合里拿出一只猫赋值给一条鱼了，这属于谋杀亲鱼。因此确定也是不行。? super 类型通配符所表达的逆变就是这个意思。code

kotlin 中对于协变和逆变也提供了两个修饰符：orm

out：声明协变；
in：声明逆变。

它们有两种使用方式：对象

第一种：和 java 同样在使用处声明；
第二种：在类或接口的定义处声明。

当和 java 同样在使用处声明时，将上面 java 示例转换为 kotlin：继承

fun extendsFun() {
    val fishList: MutableList<Fish> = ArrayList()
    fishList.add(Fish())
    val catList: MutableList<Cat> = ArrayList()
    catList.add(Cat())
    val animals1: MutableList<out Animal> = fishList
    val animals2: MutableList<out Animal> = catList
    animals2.add(Fish()) // 报错
    val animal1 = animals1[0]
    val animal2 = animals2[0]
    animal1.eat()
    animal2.eat()
}

fun superFun() {
    val fishList: MutableList<Fish> = ArrayList()
    fishList.add(Fish())
    val animalList: MutableList<Animal> = ArrayList()
    animalList.add(Cat())
    animalList.add(Fish())
    val fish1: MutableList<in Fish> = fishList
    val fish2: MutableList<in Fish> = animalList
    fish1.add(Fish())
    val fish: Fish = fish2[0] //报错
}
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能够看到在 kotlin 代码中除了将 ? extends 替换为了 out，将 ? super 替换为了 in，其余地方并无发生变化，而产生的结果是同样的。那在类或接口的定义处声明 in、out 的做用是什么呢。

假设有一个泛型接口 Source<T>，该接口中不存在任何以 T 做为参数的方法，只是方法返回 T 类型值：

// Java
interface Source<T> {
  T nextT();
}
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那么，在 Source <Object> 类型的变量中存储 Source <String> 实例的引用是极为安全的——没有消费者-方法能够调用。可是 Java 并不知道这一点，而且仍然禁止这样操做：

// Java
void demo(Source<String> strs) {
  Source<Object> objects = strs; // ！！！在 Java 中不容许
  // ……
}
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为了修正这一点，咱们必须声明对象的类型为 Source<? extends Object>，但这样的方式很复杂。而在 kotlin 中有一种简单的方式向编译器解释这种状况。咱们能够标注 Source 的类型参数 T 来确保它仅从 Source<T> 成员中返回（生产），并从不被消费。为此咱们使用 out 修饰符修饰泛型 T：

interface Source<out T> {
    fun nextT(): T
}

fun demo(strs: Source<String>) {
    val objects: Source<Any> = strs // 这个没问题，由于 T 是一个 out-参数
    // ……
}
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还记得开篇协变的定义吗？

当 A ≦ B 时,若是有 f(A) ≦ f(B) ,那么 f 是协变的；当 A ≦ B 时,若是有 f(B) ≦ f(A) ,那么 f 是逆变的；

也就是说：

当一个类 C 的类型参数 T 被声明为 out 时，那么就意味着类 C 在参数 T 上是协变的；参数 T 只能出如今类 C 的输出位置，不能出如今类 C 的输入位置。

一样的，对于 in 修饰符来讲

当一个类 C 的类型参数 T 被声明为 in 时，那么就意味着类 C 在参数 T 上是逆变的；参数 T 只能出如今类 C 的输如位置，不能出如今类 C 的输出位置。

interface Comparable<in T> {
    operator fun compareTo(other: T): Int
}

fun demo(x: Comparable<Number>) {
    x.compareTo(1.0) // 1.0 拥有类型 Double，它是 Number 的子类型
    // 所以，咱们能够将 x 赋给类型为 Comparable <Double> 的变量
    val y: Comparable<Double> = x // OK！
}
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总结以下表：

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