ジェネリクス関連の概念、変性(variance)、上界(upper bound)、下界(lower bound)についての個人的なメモです。

参考文献

• 型システム入門
• 型パラメータと変位指定 · Scala研修テキスト

例について

クラスShapeがあり、そのサブクラスとしてクラスCircleやクラスRectがあるとする。Shapeの親クラスはObjectとし、ObjectのサブクラスとしてString等があるとする。

• foo(x: Shape)という関数にはCircleやRectを渡せるがStringは渡せない
• x: Shapeという変数にはCircleやRectを入れられるがStringは入れられない

変性(variance)

• Array[Shape]とArray[Circle]の関係は？
  • foo(items: Array[Circle])にArray[Shape]を渡してもよいか？
    • →これはだめ
  • foo(items: Array[Shape])にArray[Circle]を渡してもよいか？
    • →これは一見良さそうにも見えるが、foo内でitems.push(rect)とかしている可能性があるのでだめ
• ということでScalaでは普通にやるとこれは許可されない(非変、invariant)
  • 逆にfoo内でitemsに書き込みしないなら渡してもよい。例えばImmutableArrayみたいなクラスを作ったとしたら？
• まとめると、コンテナクラスGがあるとき、G[String]とG[Object]は一般には互換ではない
  • これをG[String] <: G[Object]とするのが共変指定(G[+A])
  • 逆にG[Object] <: G[String]とするのが反変指定(G[-A])

共変(covariant)

• (Scalaの場合) https://dwango.github.io/scala_text/type-parameter.html
• class G[+A]のように+を付けると、G[Object]を受け取る関数にG[String]を渡すことが許可される
• +を付けたのに書き換えとかしようとした場合はコンパイルエラーになる

class G[+T](var x: T) {
  def set(newX: T) { x = newX }
}

def foo(items: G[Object]) { }
val items = new G[String]("foo")
foo(items)

// (略)/a.scala:20: error: covariant type T occurs in contravariant position in type T of value x_=
// class G[+T](var x: T) {
//                 ^
// (略)/a.scala:21: error: covariant type T occurs in contravariant position in type T of value newX
//   def set(newX: T) { x = newX }

反変(contravariant)

共変の逆(G[Object] <: G[String])

• http://ufcpp.net/study/csharp/sp4_variance.html

Action<object> objAction = x => { Console.Write(x); };
Action<string> strAction = objAction;

• 共変:「このコンテナは書き換えを行わないので大丈夫です」
• 反変: 「このコンテナに入れたもは取り出さないので大丈夫です」

declaration-site vs. use-site variance

• https://docs.scala-lang.org/tour/variances.html Comparison With Other Languages
• Java, Kotlin, C#ではコンテナ型を使う箇所に変位指定(in/outみたいな)を書ける

• In Swift, some buildins like Array has variance https://medium.com/@aunnnn/covariance-and-contravariance-in-swift-32f3be8610b9

境界(bounds)

上界(upper bound)

• T <: Aのとき、T型の値に対してAのメソッドを呼べる

下界(lower bound)

• Javaとかにはない
• 共変と組み合わせて使う https://dwango.github.io/scala_text/type-parameter.html
  • 「このコンテナは書き換えを行うが、最初に入れたものと同じクラス(かスーパークラス)のオブジェクトしか入れないので大丈夫です」という指定
  • cf. 共変のみを指定した場合は「このコンテナは書き換えを行わないので大丈夫です」という指定になる

メモ: Scalaの変性チェック

共変に指定したとき、どこまでが許されるのか。

Scalaは結構厳しくて(v2.12.2)、外部からTを受け取ることをそもそも許さないようになっていた。immutableなコンテナならTを受け取らなくてもいいよね？ってことか。

class G[+T]() {
  def foo(newX: T) {  }
}
//prog.scala:2: error: covariant type T occurs in contravariant position in type T of value newX
//  def foo(newX: T) {  }