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C#文法リファレンス - ジェネリック型パラメーターの変形性(反変と共変)

概要
 ジェネリックの型パラメターとして指定できる型を、ある程度柔軟に指定できるようにします。

日常でたとえると
 お使いを頼むときに、要望する買い物の分類を言い、なければ代わりのものを買ってくるように頼む。「お惣菜系のパンを頼むよ。あったらコロッケパン、なかったら焼きそばパンとか、お惣菜系ならば何でもいいよ。」

使用に適した状況
 ジェネリックなアルゴリズムが、ある一定の型に関して、柔軟に適用できる場合に使用します。

サンプル

/*----------------------------------------------------
 * 
 *  型パラメターの変形性(反変/共変)を指定
 *  
 ----------------------------------------------------*/
using System;

class Parent{}
class Child : Parent{}
class Grandchild : Child { }

//反変:派生する型を指定可能
interface IContravariant<in T> 
{
    void Method( T value );
}
class ContravariantClass<T>
    : IContravariant<T>
{
    public void Method( T value )
    {
    }
}

//共変:親を指定可能
interface IConvariant<out T>
{
    T Method();
}
class ConvariantClass<T> 
    : IConvariant<T>
{
    public T Method()
    {
        return default(T);
    }
}

//ジェネリックインタフェースの型変換を試す
class Sample
{
    static void Main()
    {
        //反変(子へ変換可能)
        IContravariant<Child> cont = new ContravariantClass<Child>( );
        //IContravariant<Parent> pcont = cont;
        IContravariant<Grandchild> gcont = cont; 

        //共変(親へ変換可能)
        IConvariant<Child> convar = new ConvariantClass<Child>( );
        IConvariant<Parent> pconvar = convar;
        //IConvariant<Grandchild> gconvar = convar;
    }
}


文法
 共変を指定したいときは、山っこ内の型パラメーターの前にoutキーワードを指定します。
 反変を指定したいときは、山括弧内の型パラメータの前にinキーワードを指定します。

解説
 普段ジェネリックの型パラメータに関する制約は、厳密に適用されます。もし互換性がある型であっても指定できません。しかしながら、厳密に適用されすぎると扱いずらい場面もあります。
 例えば、int型を指定したジェネリックインタフェースと、long型を指定したジェネリックインタフェースがあるとします。この両者は、普通の感覚ですと、変換可能だと思うでしょう。しかし、通常の動作では、違うとみなされて型変換ができません。この状態を不変と言います。ジェネリックインタフェースと、ジェネリックデリゲートは、規定動作の不変を変更することができます
 不変のように厳密に型を判別するのではなく、型パラメータの型の互換性を判定するようにする方法が二つあります。親の型に変換できる制約を共変、その逆に派生型(子)に変換できる制約を反変と言います。なお、これら2つを合わせて変形(variant)(MSDNでは分散となっているけどこっちの方があっていると思う)と呼びます。
 C#は親を指定できる共変をoutキーワードで、子を指定できる反変をinキーワードで指定する形式になっています。これは、型変換の性質を非常にわかりやすくてよい思います。何故なら、出力において自分よりも上位にある型に変換するのは型安全であり、入力において自分よりも下位の型で指定するのは型安全だからです。つまり、inとouの両キーワードは、どこの型に指定してよいのかを教えてくれているのです。普通の人は共変とか反変とか言われてもピンときません。しかし、inもしくはoutだといわれればイメージできるでしょう。
 変形性は慣れない概念だと思います。ですから、普段は不変にしておき、どうしても型変換が必要になったら、型変換の方向(入出力)に合わせて、反変もしくは共変を試してみましょう。
 ただし、反変と共変を無暗に指定すると、予想外の型を指定され、バグの元になる可能性があります。予め十分にテストしてよく検討したほうが良いでしょう。
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