摘要

从C#到Kotlin，很多编程语言都支持类型「变体」(或型变，variance) 的特性，Dart在未来的版本中也会加入「声明处型变」(declaration-site variance) 的支持。在这篇学习笔记中，梳理了几种变体的含义，以及它们在Dart中的实现情况。

支持特性，带来便利的同时也带来了相应的复杂度。比如应该如何判定两个泛型类型之间父/子类型关系？例如，以下语句通常会被认为是合理的：

List integers = [1, 2];
List numbers = integers;

一组「整数」可以认为也是一组「数字」，看起来合情合理。然而，能够通过编译的语句：，却会导致运行时错误，因为实际上具有类型，并不能接纳一个浮点数。

于是就需要引入类型参数变体（variance），进一步约束泛型的类型参数，使得编译器能够更好的帮助我们避免不必要的类型错误。问题在编译时发现，修复的成本将会比运行时才能发现的错误低很多，这也是静态类型语言的优势。

变体的种类

一共有三种类型的变体：

Producer / Consumer

上面这些不常见的英文单词容易混淆、晦涩难懂，笔者经过反复阅读文档之后仍然记不住（这也是写下这篇笔记的原因）。通过参考作者关于Java类型通配符的助记词：PECS，即，生产者-Extens，消费者-Super，我们会发现，借用「生产者、消费者」的概念同样有助于理解、记忆上述不同种类的变体。

生产者

纯粹的「生产者」只产出不消费，定义为Covariance，因为只产出，因此使用关键字定义：

class Producer {
  T get next => …;
}

Producer numbers = Producer();
print(numbers.next);

输出，而是的一种，因此把它理解为「的生产者」是自然且安全的。

在Covariance约束之下，类型参数将不能用于任何具有输入特征的地方：

class Producer {
  void add(T a) { … }
       ^ The 'out' type parameter 'T' can't be used in an 'in' position.
}

目前为止Dart的默认模式类似于Covariance，也就是说如果不使用关键字，也可以这样写：

Iterable numbers = [1, 2];
numbers = numbers.map((x) => x * 2);

当然这样会缺少上述「out类型参数不能用于in的位置」的约束。

消费者

纯粹的「消费者」只负责消费而不产出，和「生产者」正好相反，因此属于Contravariance，用关键字定义输入数据类型，例如：

class Consumer {
  void eat(T a) { … }
}

这时可以接收任何类型的输入，这是最直观的传统用法，并不需要引入新语法，例如:

final consumer = Consumer();
consumer.eat(1.0);
consumer.eat(2);

但是当我们需要限制输入数据的类型时，就是contravariance约束发挥作用的时候了：

final Consumer consumer = Consumer();
consumer.eat(10);

接受类型的输入，当然也能接受类型的输入，所以使用一个类型的变量来引用它是安全的。这样，编译器就能帮助我们避免输入不希望的数据类型，如。

当然，在Contravariance约束之下，类型参数将不能用于任何具有输出性质的地方：

class Consumer {
  final T first;
        ^ The 'in' type parameter 'T' can't be used in an 'out' position.
}

生产者 + 消费者

既输出又输入的情况就只能是Invariance了。为什么？

假设能够在一个类上同时使用covariance和contravariance，例如：

// Dart目前的默认模式，没有约束
class ReadWrite {
  T read() {}
  void write(T a) {}
}

考虑以下两种场景：

// 1. covariance
ReadWrite nrw = ReadWrite();
nrw.write(0.0);

两个语句分开看都没问题，但实际上只能接收，而不应该允许输入。

// 2. contravariance
ReadWrite irw = ReadWrite(); // 假设能够编译通过
int x = irw.read();

这里正好相反，我们认为输出类型的数值，但实际上它却存在输出的可能性，因此这种写法也应该禁止。

我们可以看到上面这两种场景是自相矛盾的，所以对于既输出又输入的情况，就只能限制类型参数必须相同了，定义关键字是：

class ReadWrite {
  T read() {}
  void write(T a) {}
}

此时，上面例子中的两个赋值语句都会导致编译错误，实际上只能使用相同的类型参数去引用：

ReadWrite irw = ReadWrite();
irw.write(10);
int x = irw.read();

// 如果希望适用面更广，就需要使用父类了
ReadWrite nrw = ReadWrite()
  ..write(11)
  ..write(2.0);
num x = nrw.read();

Use-site Variance

上面的例子可以看到invariance类型使用起来有太多限制，很不方便，比如：

void pipeline(ReadWrite from, ReadWrite to) {
  to.write(from.read());
}

// 不能这样做
pipeline(ReadWrite(), ReadWrite());
         ^ The argument type 'ReadWrite' can't be assigned to the parameter type 'ReadWrite'.

将类型的数据作为类型取出然后写入，这个合理的要求也被拒绝了。

为了更好的解决这个问题，就需要引入，可以理解为在使用时对数据类型做一些临时的约束（在允许范围内），以便满足处理的需求，这样就比较灵活了。

相对于这个概念，本文的上半部分实际上是对的说明，即在声明时对类型参数作出的限定

如果Dart支持use-site variance，应该可以类似这么写：

void pipeline(ReadWrite from, ReadWrite to) {
  to.write(from.read());
}

// 允许
pipeline(ReadWrite(), ReadWrite());

意思就是限制了函数只能把作为一个「生产者」来使用。这样编译器就会明白：此处将一个赋值给一个变量是安全的，编译就能够通过了，当然编译器也同时会禁止去扮演一个消费者的角色。

不过目前use-site variance在Dart中还没有实现，上述问题需要这么写：

void pipeline(ReadWrite from, ReadWrite to) {
  to.write(from.read());
}

然而此时的编译器无法阻止函数作出这样的操作，将会导致运行时错误。这类问题目前只能依靠开发者本身，通过Code review或者运行时错误分析去发现了，这也说明了variance特性的重要性。

现状

Dart的declaration-site variance特性目前处于实验阶段，为了体验这个特性，编译/运行时需要添加参数：。则可以在文件中配置：

analyzer:
  enable-experiment:
    - variance

use-site variance特性的尚未被纳入任何Project，估计还需要等待比较长的一段时间才能够得到引入吧。

资料

• on Wikipedia

• GitHub上的讨论: &