[转]类型，转换，数组，协变及其他

为了让叙述简化，先定义几个用到的术语：

函数：可以给出输出的那种抽象体，变量可以认为是无参数函数。对于成员函数或者更习惯的叫做方法的那种函数，我认为它就是隐含了对象参数的函数。

类型系统是现在OO语言的核心和基石。类型系统是保证正确性的基础，现在的编程语言大多强调静态安全性，其实就是编译时类型正确性。动态类型系统对应着运行期类型检查，保证运行时的类型正确性。经常所说的安全性其实就是类型正确性。

类型转换是对类型系统的公然藐视。它不是安全的。可能会引入很多问题。有时候，我们可能会觉得需要类型转换，但是那是错觉，我们可以定义一个函数，接受某种类型的对象，返回另一种类型的对象。所以类型转换是不必要的。有人会说，你把类型转换看成某种形式奇怪的函数调用得了。我承认，这个想法很好，但是有两个缺陷，一、类型转换比函数更强横霸道，能干很多函数不能干的事。二、类型转换有时候会自动发生。

数组，一个常见的语言构造，大多数语言都支持它。它一般被定义为同一类型的一堆对象，可以通过index来认领这一堆对象中的任意一个。很多语言都把这一堆对象起一个名字，同时通过[index]运算认领。但是，有很多语言都不支持数组作为一个一类构造。原因是他们认为：数组也不过是一个对象而已，它包含多个其他对象，这种包含多个其他对象的对象一般叫做容器。还有另一种观点是，数组不外是函数而已。它完成一个从index到对象的映射。不管是哪种观点，都比原始的数组的观念强大，更容易加上一些辅助的特性如边界检查什么的。当然，这似乎暗示引入[]是无价值的。()就行了。嘻嘻，BASIC啊。

单单静态类型检查是不够的。最常见的一个例子是list，如果我们要求必须是静态检查，那么有可能要求我们要么放宽list容器容纳的对象类型（也就是通用化、泛化（这是根特化和继承相对的那个概念，不要联系到泛型）），要么强大的限制了list的能力。举例吧：一个list，在它的偶数位置放置鹦鹉，奇数位置放置大象，如果是完全的静态类型检查，那么我们可能会说：我们有一个放置动物的list，但是这容易造成我们放了一只蚂蚁进去！而且类型系统不能够阻止这个行为。实际上造成了不正确性。

协变（Covariance）、抗变（Contravariance）和不变（Nonvariance）是OO理论中最容易引起争论的话题。不过它们是如此重要和基本，非说不可了。它们跟继承多态什么的密切相关。同时，它们也会涉及到如何搞定上面提到的list的问题。

所谓协变，就是随同主类型一起变化。故此称为“协”。还是举例说明比较清楚：

class Animal
{
public:
marry(Animal another);
};

class Elephant : public Animal
{
public:
marry(Elephant another);
};

class Fox : public Animal
{
public:
marry(Fox another);
};

其中，marry的参数another就是协变的。大家可能觉得，咦，这不是挺好么？其实，对于参数的协变还有很多别的说法。就一般情况而言，大多数人认为，参数应该是抗变的，那么，什么是抗变呢？抗变，又叫反变，意思是说，子类型的函数参数应该是父类型的函数参数的父类型，这儿稍微有点绕，仔细看清楚了，呵呵，等你理解了这句话，你会觉得这不符合直觉，对吗。可是，事实上，这句话是对的，在一般意义上是对的。我举个例子：

你是一个打印服务供货商，你向客户承诺，可以接受TXT和PS格式的文件，返回一堆打印纸张，拥有TXT或者PS文件描述的内容。

后来，你想升级换代，你又增加了一种文件格式PDF，你没有错，你可以赢得新的客户，但是如果你说我要取消TXT文件格式，那么，你的客户可能会抱怨你的。也就是说，你只能放宽你接受的参数类型（泛化、父类什么的），但是变窄（特化、子类什么的）会导致原来能够正常工作的东西突然失效。

现在你或许觉得参数抗变是合理的，应该的。可是别急，想想前面的例子，难道说，动物和动物结婚没错，大象和应该和动物或者更上层的类生物结婚么？是啊，这是一个问题，你或许会觉得这可能是个特例，但实际上这是普遍存在的，回想一下我们的成员函数（方法），就会发现，该函数有一个隐含的this参数一直就是协变的。另外，函数的返回值类型也是协变的，这个几乎没有争议。就如同上面那个例子，你给你的客户是一堆打印了内容的纸，如果你改成它的子类，一堆打印了内容的好纸，你的客户不会反对的。对于变量，我说过它也不过是没有参数的函数的返回值，那么这儿似乎暗示它们应该是协变的。

还有更复杂的问题。比如我们上面那个动物类型体系，我们有一个叫做吃的函数，动物吃食物，大象吃草，狐狸吃肉。这个该算做什么？协变吧。这么说，我们没有办法决定究竟该怎么弄了？究竟怎么回事？继续看：）

现在介绍一个概念，分派（Dispatch）。分派其实就是函数调用。不过稍微有点复杂的是：它根据它的参数类型来选择特定的函数实施这个调用。

Motor* m = new ...();
m->run();

这个run就是一个函数。究竟调用那一个run，依赖于m这个参数（m其实就是那个隐含的this参数）的实际类型，这就是分派。很明显，我们这个是OO 里面多态的基础，另外还有一个术语叫做双分派，其实就是根据两个参数来决定调用那个函数，当然，推而广之就有多分派这个说法了。

某位大牛（记不得叫什么了，抱歉啊）经过研究最终发话了：一个函数中，那些决定分派的参数应该是协变的，而其他的参数应该是反变的。看到这儿，手抚额头，恍然大悟啊。原来如此，就应该如此，非如此不可啊。呵呵。

上面啰里啰唆说了一大通，发现没有提到动态类型相关的东西，现在说说吧。C++里面关于动态类型的构造叫做RTTI——运行时类型信息。关于这个的有两个操作，一个叫做dynamic_cast<T*>(pO)，一个就是臭名昭著的typeid了。第一个操作是在运行时得到实际的类型信息，当然，有可能失败的。比如：一个动物，其实际类型是蚂蚁，但是我在运行时想通过dynamic_cast变换成大象，这个肯定不可能。但是我们可以进行这种尝试，如果失败，我们也能得到某种信息不是吗。对于typeid，我就不说别的了，它的增强版就是typeof，其实也就是所有支持反射的语言的基本机制，这个东西一般被认为是不合规矩的：），但它确实在某种程度上增加了我们的表达能力。