為什麼 C 不支援模板協變，以及在使用多型模板時如何解決由此產生的型別安全問題？

C 中的模板和多態性

考慮以下類別結構：

<code class="cpp">class Interface {
  // ...
};

class Foo : public Interface {
  // ...
};

template <class T>
class Container {
  // ...
};</code>

其他類別的構造函數Bar 定義為：

<code class="cpp">Bar(const Container<Interface>& bar) {
  // ...
}</code>

但是，當嘗試以下列方式呼叫建構函式時：

<code class="cpp">Container<Foo> container();

Bar *temp = new Bar(container);</code>

我們遇到「無符合函數」錯誤。

模板中的多態性

模板中的多態性或模板協方差的概念意味著如果類別B 繼承自類A，則T同樣繼承自T A 。然而，在 C 或 Java 或 C# 等其他語言中，情況並非如此。

缺乏模板協方差的原因

缺乏模板協方差的理由是需要維護類型安全。考慮以下範例：

<code class="cpp">// Class hierarchy
class Fruit {...};
class Apple : public Fruit {...};
class Orange : public Fruit {...};

// Template instantiation using std::vector
int main() {
  std::vector<Apple> apple_vec;
  apple_vec.push_back(Apple()); // Valid

  // With covariance, the following would be allowed
  std::vector<Fruit>& fruit_vec = apple_vec;

  // Adding an Orange to the vector
  fruit_vec.push_back(Orange());

  // Incorrect addition of an orange to an apple vector
}</code>

這表示如果範本是協變的，則可能會出現不安全行為。因此，T A 是和T B 。無論 A 和 B 之間的關係如何，都被視為完全不同的類型。

解決問題

在Java 和C# 中解決問題的一種方法是使用有界通配符和約束分別為：

<code class="java">Bar(Container<? extends Interface) {...}

<code class="csharp">Bar<T>(Container<T> container) where T : Interface {...}</code>

在C 語言中，Boost Concept Check 函式庫可以提供類似的功能。然而，對於遇到的特定問題，使用簡單的靜態斷言可能是更實用的解決方案：

<code class="cpp">static_assert(std::is_base_of<Interface, Foo>::value, "Container must hold objects of type Interface or its derived classes.");</code>

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