协变和逆变的概念及示例

协变（Covariance）

协变允许使用子类型的实例代替泛型类型的实例。例如，如果 Dog 是 Animal 的子类，那么 List<Dog> 可以被视为 List<Animal> 的一个特化版本。

示例

假设我们有一个函数，它接受一个 List<Animal> 并打印出每个动物的名字：

fun printAnimalNames(animals: List<Animal>) {
    animals.forEach { println(it.name) }
}

如果某人有一个 List<Dog> 并想使用这个函数，协变使得这成为可能：

val dogs: List<Dog> = listOf(Dog("Buddy"), Dog("Max"))
printAnimalNames(dogs) // 正确使用，因为 List<Dog> 是 List<Animal> 的协变

图解

List<Animal>
     ^
     |
List<Dog>  <-- 协变关系

逆变（Contravariance）

逆变允许使用超类型的实例代替泛型类型的实例。例如，如果 Dog 是 Animal 的子类，那么 List<Animal> 可以被视为 List<Dog> 的一个泛化版本。

示例

假设我们有一个函数，它接受一个 List<Dog> 并为每只狗洗澡：

fun batheDogs(dogs: List<Dog>) {
    dogs.forEach { it.bathe() }
}

如果某人有一个 List<Animal> 并想使用这个函数，逆变在这里是不适用的：

val animals: List<Animal> = listOf(Dog(), Cat())
batheDogs(animals as List<Dog>) // 错误：不能直接转换，因为不满足逆变

图解

List<Dog>
     ^
     |
List<Animal>  <-- 逆变关系（不直接支持）

星号投影（Star Projection）

星号投影允许我们忽略泛型的具体类型，它是一种特殊的协变形式。这在你需要操作泛型集合，但不需要关心其具体类型时非常有用。

示例

假设我们有一个函数，它接受任何类型的 List<*> 并打印出元素的数量：

fun printListSize(list: List<*>) {
    println("The list has ${list.size} elements")
}

无论是 List<Dog>、List<Animal> 还是任何其他类型的列表，都可以传递给这个函数：

val dogs: List<Dog> = listOf(Dog(), Dog())
val animals: List<Animal> = listOf(Dog(), Cat())
printListSize(dogs) // 正确使用
printListSize(animals) // 也正确使用

图解

List<*>

星号投影允许我们以一种类型安全的方式处理未知类型的集合。

结论

协变和逆变提供了一种机制，使得泛型类型可以更加灵活地使用。协变允许我们使用更具体的类型作为参数，而逆变允许我们使用更一般的类型作为参数。然而，逆变需要谨慎使用，以避免违反类型安全。星号投影提供了一种折衷方案，允许我们在不需要具体类型信息时操作集合。

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