协变

计算机科学术语

协变是在计算机科学中，描述具有父/子型别关系的多个型别通过型别构造器、构造出的多个复杂型别之间是否有父/子型别关系的用语。

类型

许多程序设计语言的类型系统支持子类型。例如，如果Cat是Animal的子类型，那么Cat类型的表达式可用于任何出现Animal类型表达式的地方。所谓的变型（variance）是指如何根据组成类型之间的子类型关系，来确定更复杂的类型之间（例如Cat列表之于Animal列表，回传Cat的函数之于回传Animal的函数...等等）的子类型关系。当我们用类型构造出更复杂的类型，原本类型的子类型性质可能被保持、反转、或忽略───取决于类型构造器的变型性质。例如在C#中：

编程语言的设计者在制定数组、继承、泛型数据类别等的类型规则时，必须将“变型”列入考量。将类型构造器设计成是协变、逆变而非不变的，可以让更多的程序俱备良好的类型。另一方面，程序员经常觉得逆变是不直观的；如果为了避免运行时期错误而精确追踪变型，可能导致复杂的类型规则。为了保持类型系统简单同时允许有用的编程，一个编程语言可能把类型构造器视为不变的，即使它被视为可变也是安全的；或是把类型构造器视为协变的，即使这样可能会违反类型安全。

形式定义

在一门程序设计语言的类型系统中，一个类型规则或者类型构造器是：

下文中将叙述这些概念如何适用于常见的类型构造器。

数组

首先考虑数组类型构造器：从Animal类型，可以得到Animal[]（“animal数组”）。是否可以把它当作

如果要避免类型错误，且数组支持对其元素的读、写操作，那么只有第3个选择是安全的。Animal[]并不是总能当作Cat[]，因为当一个客户读取数组并期望得到一个Cat，但Animal[]中包含的可能是个Dog。所以逆变规则是不安全的。

反之，一个Cat[]也不能被当作一个Animal[]。因为总是可以把一个Dog放到Animal[]中。在协变数组，这就不能保证是安全的，因为背后的存储可以实际是Cat[]。因此协变规则也不是安全的—数组构造器应该是不变。注意，这仅是可写（mutable）数组的问题；对于不可写（只读）数组，协变规则是安全的。

这示例了一般现像。只读数据类型（源）是协变的；只写数据类型（汇/sink）是逆变的。可读可写类型应是“不变”的。

Java与C#中的协变数组

早期版本的Java与C#不包含泛型（generics，即参数化多态）。在这样的设置下，使数组为“不变”将导致许多有用的多态程序被排除。然而，如果数组类型被处理为“不变”，那么它仅能用于确切为Object[]类型的数组。对于字符串数组等就不能做重排操作了。所以，Java与C#把数组类型处理为协变。在C#中，string[]是object[]的子类型，在Java中，String[]是Object[]的子类型。这个方法的缺点是留下了运行时错误的可能，而一个更严格的类型系统本可以在编译时识别出该错误。这个方法还有损性能，因为在运行时要运行额外的类型检查。Java与C#有了泛型后，有了类型安全的编写这种多态函数。数组比较与重排可以给定参数类型，也可以强制C#方法只读方式访问一个集合，可以用界面IEnumerable