[C#]什么是协变？

假设我们有两个类型，Animal和Dog，Dog是Animal的子类，我们定义以下两个集合：

List<Animal> List<Dog> 

由于Dog是Animal的子类，所以Dog可以隐式转换为Animal，但C#中，List<Dog>无法隐式转换为List<Animal>，List<Dog>与List<Animal>没有任何继承关系，他们是两个完全独立的对象，我们称之为是不可变的。

Animal animal = new Dog(); //合法 List<Animal> animals = new List<Dog>(); //编译错误 //Cannot convert initializer type 'List<Dog>' to target type 'List<Animal>' //Type 'Dog' doesn't match expected type 'Animal'. 

为什么会有这种限制？因为这种转换看似很合理，却存在着严重的安全问题，举个例子：我们假设允许List<Dog>到List<Animal>的转换，顺便我们将这种“派生类的集合能够隐式转换为基类的集合”称之为是协变的，就会出现以下情况：

//在C#中，数组是协变的，这里用数组代替List<T>演示协变性 //由于string可以隐式转换为object，所以数组的协变性允许string数组隐式转换为object数组 object[] array = new string[] {"C#", "C++"}; //而对于一个object数组，以下操作在编译期是合法的，可以通过编译 array[0] = new Animal(); //但运行时会抛出异常：System.ArrayTypeMismatchException:  //Attempted to access an element as a type incompatible with the array. //因为往一个string数组添加一个Animal对象显然是不合法的 //而数组的协变性导致我们无法在编译期检查出此类错误，只有运行时抛异常了才会发现问题 

所以对于List<T>来讲，不支持协变可以保证类型安全，不会出现数组的协变性所导致的这种安全问题。那为什么C#的数组要设计成协变的？stackoverflow上有人提到一个解释是：

Eric Lippert says:
Unfortunately, this particular kind of covariance is broken. It was added to the CLR because Java requires it and the CLR designers wanted to be able to support Java-like languages. We then up and added it to C# because it was in the CLR. This decision was quite controversial at the time and I am not very happy about it, but there’s nothing we can do about it now.

意思就是，数组的协变性被添加到了CLR里是因为Java需要它，而CLR的设计者希望可以支持Java-like的语言，而把它添加到C#里则是因为CLR支持了这个特性，这个决定在当时是很有争议的，而且我个人不是很赞同这种做法，不过现在我们已经什么也做不了了。
那Java又为什么要把数组设计成协变的呢？答案是Java早期没有泛型，而为了实现“泛型”的需求，就允许了任何类型的数组都可以转换成object类型的数组，结果就是这样了。总而言之，数组协变是一个历史遗留缺陷了，很显然现在回过头来看，数组协变是一个很危险的设计，所以我们在使用数组时一定要注意类型安全的问题，一定要搞清楚所使用的数组的真实类型。