Java override方法时返回类型协变、实参逆变

Covariant(协变) 与 Contravariant(逆变)

逆变与协变用来描述类型转换（type transformation）后的继承关系：（从继承关系来看，继承树从上到下，从父类到子类是协变，从子类到父类则是逆变）

• 当本使用父类的地方，却使用了子类，则称为Covariant(协变)。
• 当本实用子类的地方，却使用了父类，则称为Contravariant(逆变)。
• 当使用类没有发生变化，则称为invariant(不变)。

具体到Java语言中，则是：

• 当子类覆盖父类方法时，返回类型可以协变（假设A是B的父类，父类方法返回A，子类覆盖父类方法时却返回B，从返回类型A到返回类型B，发生了协变；当然也可以不变，这是肯定得）。
• 当实参传递给形参，参数类型可以逆变（实参类型为子类，而形参类型为父类，从子类到父类，发生了逆变；注意这里与继承覆盖这些无关）。

以上两点也符合协变与逆变的本质——里氏替换原则：所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。即Java中父类引用可以指向子类对象。

协变例子（override方法时返回类型协变）

class Grain {
  public String toString() { return "Grain"; }
}

class Wheat extends Grain {
  public String toString() { return "Wheat"; }
}

class Mill {
  Grain process() { return new Grain(); }
}

class WheatMill extends Mill {
  @override
  Wheat process() { return new Wheat(); }
  //返回值Wheat是父类方法返回值Grain的子类，发生协变
}

public class CovariantReturn {
  public static void main(String[] args) {
    Mill m = new Mill();
    Grain g = m.process();
    System.out.println(g);
    m = new WheatMill();
    g = m.process();
    System.out.println(g);
  }
} /* Output:
Grain
Wheat
*/

注意WheatMill 覆盖子类方法时，返回值类型发生了协变。

逆变例子（实参逆变）

class Grain {
    public String toString() { return "Grain"; }
}

class Wheat extends Grain {
    public String toString() { return "Wheat"; }
}

class Mill {
    void process(Grain g) { System.out.println("Mill "+g); }
}

public class Ex10 {
    public static void main(String[] args) {
        Wheat w = new Wheat();
        new Mill().process(w);
    }
} /* Output:
Mill Wheat
*/

new Mill().process(w)实参类型为子类，而形参类型为父类，从子类Wheat到父类Grain，发生了逆变。

逆变不能用在覆盖父类方法的参数类型

class Grain {
    public String toString() { return "Grain"; }
}

class Wheat extends Grain {
    public String toString() { return "Wheat"; }
}

class Mill {
    void process(Wheat w) { System.out.println("Mill "+w); }
}

class WheatMill extends Mill {
    //@Override 注意加此句报错，因为父类没有这样的签名的方法
    void process(Grain g) { System.out.println("WheatMill "+g); }//此方法从未被使用，应该解释为函数重载
}

public class Ex10 {
    public static void main(String[] args) {
        Wheat w = new Wheat();
        new Mill().process(w);
        new WheatMill().process(w);
    }
}/* Output:
Mill Wheat
Mill Wheat
*/

override方法时，父类类型参数和子类类型参数是严格区分开来了的。所以，这个例子实际展示了overload重载函数。