Unity & C# 学習教材

共変・反変

Container<Derived> を Container<Base> に代入しようとするとコンパイルエラーになります。しかし、インターフェイスの型パラメータに out や in を付けると、継承関係に応じた代入ができるようになります。この性質を変性（variance）と呼びます。

学習目標

• ジェネリック型が既定で不変（invariant）であることを説明できる
• out T で共変インターフェイスを定義できる
• in T で反変インターフェイスを定義できる
• out / in それぞれで T の使える位置が制限される理由を説明できる

前提知識

• 型制約 を読んでいること
• 継承 を読んでいること

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1. 不変（invariant）

ジェネリッククラスは既定で不変です。T に継承関係があっても、そのジェネリック型同士に代入互換はありません。

class Base { }
class Derived : Base { }

class Container<T>
{
    public T Value { get; set; }
}

Container<Derived> d = new Container<Derived>();

// ❌ コンパイルエラー: Container<Derived> は Container<Base> ではない
Container<Base> b = d;

Container<T> は読み書き両用のため、Base を書き込んだコンテナを Derived として読み出すのは型安全でないからです。

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2. 共変（covariant）— out T

読み取り専用のインターフェイスなら、派生型のインスタンスを基底型として扱っても安全です。型パラメータに out を付けると共変になります。

書式：共変インターフェイス

interface インターフェイス名<out T>
{
    T メソッド名();  // T は戻り値にのみ使える
}

要素	説明
out T	T を出力（戻り値）にしか使えない制約。共変であることを宣言する

interface IReader<out T>
{
    T Read();
}

class DataReader<T> : IReader<T>
{
    private T _data;
    public DataReader(T data) { _data = data; }
    public T Read() { return _data; }
}

IReader<Derived> derivedReader = new DataReader<Derived>(new Derived());

// ✅ OK: out T があるので IReader<Derived> → IReader<Base> に代入できる
IReader<Base> baseReader = derivedReader;
Base result = baseReader.Read();

読み取りしか行わないため、Derived を Base として読み出しても常に安全です。

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3. 反変（contravariant）— in T

書き込み専用のインターフェイスなら、基底型を受け付けるハンドラを派生型用として使っても安全です。型パラメータに in を付けると反変になります。

書式：反変インターフェイス

interface インターフェイス名<in T>
{
    void メソッド名(T 引数);  // T は引数にのみ使える
}

要素	説明
in T	T を入力（引数）にしか使えない制約。反変であることを宣言する

interface IWriter<in T>
{
    void Write(T value);
}

class Logger<T> : IWriter<T>
{
    public void Write(T value) { Console.WriteLine(value); }
}

IWriter<Base> baseWriter = new Logger<Base>();

// ✅ OK: in T があるので IWriter<Base> → IWriter<Derived> に代入できる
// Base を受け付けるハンドラは Derived も受け付けられる（Derived は Base だから）
IWriter<Derived> derivedWriter = baseWriter;
derivedWriter.Write(new Derived());

直感的に捉えると：「Base を処理できるなら、Base の一種である Derived も処理できる」。

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4. 共変・反変・不変のまとめ

変性	キーワード	代入の方向	T が使える位置
不変	なし	なし	戻り値・引数どちらでも
共変	out T	派生 → 基底	戻り値のみ
反変	in T	基底 → 派生	引数のみ

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よくあるミス

interface IReadWrite<out T>
{
    T Get();
    // ❌ コンパイルエラー: out T は引数には使えない
    void Set(T value);
}

out T を付けたインターフェイスで T を引数として使おうとするとコンパイルエラーになります。

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まとめ

• ジェネリック型は既定で不変。継承関係があっても代入互換はない
• out T（共変）: T を戻り値のみに使える。IReader<Derived> → IReader<Base> に代入できる
• in T（反変）: T を引数のみに使える。IWriter<Base> → IWriter<Derived> に代入できる
• out / in の制限はコンパイラによる型安全性の保証

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理解度チェック

1. IReader<out T> に void Write(T value) を追加するとどうなりますか？

2. 次のコードはコンパイルエラーになりますか？ 理由とともに答えてください。

   interface IWriter<in T>
   {
       T Read();  // 戻り値に T を使っている
   }
   

3. （応用）IReader<Derived> を IReader<Base> に代入できる理由を、型安全性の観点から説明してください。

解答を見る

1. コンパイルエラーになります。out T は T を戻り値にしか使えないため、引数として使う void Write(T value) は書けません。

2. コンパイルエラーになります。in T は T を引数にしか使えないため、戻り値として使う T Read() は書けません。

3. IReader<out T> は読み取りしか行わないため、Derived のインスタンスを Base として読み出しても常に安全です（Derived は Base であることが保証されているため）。書き込みがないので型の不一致が起きる余地がありません。

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次のステップ

デリゲートの基本 では、メソッドへの参照を変数として扱うデリゲートのしくみを学びます。

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