PHP Conference Japan 2024

    協變與逆變

    在 PHP 7.2.0 中，透過移除子方法中參數的類型限制，引入了部分逆變。從 PHP 7.4.0 開始，加入了完整的協變與逆變支援。

    協變允許子方法返回比其父方法返回類型更具體的類型。逆變允許子方法中的參數類型比其父方法中的參數類型更不具體。

    在以下情況下，類型宣告被認為更具體：

    如果相反的情況成立，則類型類別被認為較不具體。

    共變性 (Covariance)

    為了說明共變性如何運作，我們建立一個簡單的抽象父類別 Animal。 Animal 將會被子類別 Cat 和 Dog 繼承。

    <?php

    abstract class Animal
    {
    protected     string $name;

    public function     __construct(string $name)
    {
    $this->name = $name;
    }

    abstract public function     speak();
    }

    class     Dog extends Animal
    {
    public function     speak()
    {
    echo     $this->name . " barks";
    }
    }

    class     Cat extends Animal
    {
    public function     speak()
    {
    echo     $this->name . " meows";
    }
    }

    請注意，在此範例中沒有任何方法會回傳值。我們將會新增一些工廠方法，它們會回傳 Animal、Cat 或 Dog 類型的新物件。

    <?php

    介面 AnimalShelter
    {
    public function     adopt(string $name): Animal;
    }

    類別     CatShelter 實作 AnimalShelter
    {
    public function     adopt(string $name): Cat // 可以回傳 Cat 類別型態，而非 Animal 類別型態
    {
    return new     Cat($name);
    }
    }

    類別     DogShelter 實作 AnimalShelter
    {
    public function     adopt(string $name): Dog // 可以回傳 Dog 類別型態，而非 Animal 類別型態
    {
    return new     Dog($name);
    }
    }

    $kitty = (new CatShelter)->adopt("Ricky");
    $kitty->speak();
    echo     "\n";

    $doggy = (new DogShelter)->adopt("Mavrick");
    $doggy->speak();

    以上範例會輸出

    Ricky meows
Mavrick barks

    逆變性 (Contravariance)

    繼續前述包含 Animal、Cat 和 Dog 類別的範例，我們將加入名為 Food 和 AnimalFood 的類別，並在 Animal 抽象類別中新增一個方法 eat(AnimalFood $food)。

    <?php

    類別 Food {}

    類別     AnimalFood 繼承 Food {}

    抽象類別     Animal
    {
    protected     string $name;

    public function     __construct(string $name)
    {
    $this->name = $name;
    }

    public function     eat(AnimalFood $food)
    {
    echo     $this->name . " 吃 " . get_class($food);
    }
    }

    為了觀察逆變性的行為，eat 方法在 Dog 類別中被覆寫，允許任何 Food 類別型的物件。 Cat 類別則保持不變。

    <?php

    class Dog extends Animal
    {
    public function     eat(Food $food) {
    echo     $this->name . " eats " . get_class($food);
    }
    }

    下一個範例將展示逆變的行為。

    <?php

    $kitty     = (new CatShelter)->adopt("Ricky");
    $catFood = new AnimalFood();
    $kitty->eat($catFood);
    echo     "\n";

    $doggy = (new DogShelter)->adopt("Mavrick");
    $banana = new Food();
    $doggy->eat($banana);

    以上範例會輸出

    Ricky eats AnimalFood
Mavrick eats Food

    但如果 $kitty 嘗試 eat() $banana 會發生什麼事？

    $kitty->eat($banana);

    以上範例會輸出

    Fatal error: Uncaught TypeError: Argument 1 passed to Animal::eat() must be an instance of AnimalFood, instance of Food given

    屬性變異 (Property variance)

    預設情況下，屬性既非協變也非逆變，因此是不變的。也就是說，它們的類型在子類別中完全不能更改。原因是「get」操作必須是協變的，而「set」操作必須是逆變的。屬性要同時滿足這兩個要求的唯一方法是不變的。

    從 PHP 8.4.0 開始，隨著抽象屬性（在介面或抽象類別上）和虛擬屬性的加入，可以宣告僅具有 get 或 set 操作的屬性。因此，只需要「get」操作的抽象屬性或虛擬屬性可以是協變的。同樣地，只需要「set」操作的抽象屬性或虛擬屬性可以是逆變的。

    然而，一旦屬性同時具有 get 和 set 操作，它對於進一步的擴展就不再是協變或逆變的。也就是說，它現在是不變的。

    範例 #1 屬性類型變異

    <?php
    class Animal {}
    class     Dog extends Animal {}
    class     Poodle extends Dog {}

    interface     PetOwner
    {
    // 只需要 get 操作，所以這可以是共變的。
    public Animal $pet { get; }
    }

    class     DogOwner implements PetOwner
    {
    // 這可能是一個更嚴格的類型，因為 "get" 端
    // 仍然返回一個 Animal。然而，作為一個原生屬性
    // 這個類別的子類別可能無法再更改類型。
    public Dog $pet;
    }

    class     PoodleOwner extends DogOwner
    {
    // 這是不允許的，因為 DogOwner::$pet 定義並需要
    // get 和 set 操作。
    public Poodle $pet;
    }
    ?>

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    96
    xedin dot unknown at gmail dot com
    4 年前
    我想解釋一下為什麼共變數和逆變數很重要，以及為什麼它們分別應用於返回類型和參數類型，而不是相反。

    共變數可能最容易理解，並且與里氏替換原則直接相關。使用上面的例子，假設我們收到一個 `AnimalShelter` 物件，然後我們想要透過呼叫它的 `adopt()` 方法來使用它。我們知道它返回一個 `Animal` 物件，無論該物件究竟是什麼，例如它是 `Cat` 還是 `Dog`，我們都可以將它們視為相同。因此，特化返回類型是可以的：我們至少知道任何可以返回的東西的共同介面，並且我們可以以相同的方式處理所有這些值。

    逆變 (Contravariance) 的概念稍微複雜一點。它與提升方法靈活性的實用性息息相關。再次以先前的例子來說，基礎方法 `eat()` 接受特定類型的食物；然而，某個特定動物可能想要支援更廣泛的食物類型。或許就像先前的例子一樣，它在原始方法中添加了允許其食用任何種類食物的功能，而不僅限於動物專用的食物。「動物」中的基礎方法已經實現了允許其食用動物專用食物的功能。「狗」類別中的覆寫方法可以檢查參數是否屬於 `AnimalFood` 類型，如果是，則只需呼叫 `parent::eat($food)`。如果參數不屬於特定類型，它可以對該參數執行額外或甚至完全不同的處理 － 而不會破壞原始簽章，因為它仍然處理特定類型，但也處理更多類型。這就是為什麼它也與里氏替換原則 (Liskov Substitution Principle) 密切相關：消費者仍然可以將特定食物類型傳遞給「動物」，而無需確切知道它是「貓」還是「狗」。
    8
    Hayley Watson
    2 年前
    里氏替換原則應用於類別類型的核心概念基本上是：「如果一個物件是某物的實例，那麼它應該可以在任何允許使用該物實例的地方使用」。當你記住「某物」可能是物件的父類別時，共變和逆變規則就來自於這種期望。

    以文中貓/動物的例子來說，貓是動物，所以貓應該可以去任何動物可以去的地方。變異規則將此正式化。

    共變 (Covariance)：子類別可以覆寫父類別中的一個方法，使其具有更窄的返回類型。（在更具體的子類別中，返回值可以更具體；它們「沿相同方向變化」，因此稱為「共變」）。
    如果一個物件有一個你預期會產生「動物」的方法，你應該可以用一個該方法只產生「貓」的物件來替換它。你只會從它得到貓，但貓是動物，這正是你對該物件的期望。

    逆變 (Contravariance)：子類別可以覆寫父類別中的一個方法，使其參數具有更廣泛的類型。（在更具體的子類別中，參數可以更不具體；它們「沿相反方向變化」，因此稱為「逆變」）。
    如果一個物件有一個你預期會接受「貓」的方法，你應該可以用一個該方法接受任何種類「動物」的物件來替換它。你只會給它貓，但貓是動物，這正是物件對你的期望。

    因此，如果你的程式碼正在使用某個類別的物件，並且它被賦予一個子類別的實例來使用，它不應該造成任何問題。
    它可能接受任何種類的動物，而你只給它貓，或者它可能只返回貓，而你樂於接受任何種類的動物，但 LSP 說「那又怎樣？貓是動物，所以你們兩個都應該滿意。」
    11
    匿名
    4 年前
    共變也適用於一般的類型提示，同時也要注意介面

    介面 xInterface
    {
    public function y() : object;
    }

    抽象類別 x 實作 xInterface
    {
    abstract public function y() : object;
    }

    類別 a 繼承 x
    {
    public function y() : \DateTime
    {
    return new \DateTime("now");
    }
    }

    $a = new a;
    echo '<pre>';
    var_dump($a->y());
    echo '</pre>';
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