Variância em Java

Variância em sistemas de tipos de linguagens orientas a objectos é uma noção simples e com a qual nos deparamos todos os dias mas é complexa de explicar. Eu tenho normalmente dificuldade em explicar o que é a outras pessoas por isso decidi escrever este post e assim mando-lhes apenas o link

Variância neste contexto está directamente relacionada com herança. É relevante para compreender como é feito matching de parametros de métodos, resultados de retorno, tipos genéricos e outros casos.

Existem três tipos de variância: invariância, covariância e contravariância.

• Covariância

Suponhamos o seguinte caso:

public class X {
    Object getValue() { return null; }
}

public class Y extends X {
    String getValue() { return null; }
}

A covariância neste caso está no tipo de retorno. Significa que se a classe Y é mais específica que X (Y< X) então qualquer método de Y que faça override a um método de X tem de retornar um tipo igual ou mais específico. Neste caso, o tipo de retorno do método que faz override é String, que é mais específico que Object.
Diz-se, pois, que os tipos de retornos em Java são covariantes (desde a versão 1.5).

• Contravariância

Contravariância é efectivamente o inverso de covariância. Significa que se a classe Y é mais específica que X (Y<X) então qualquer método de Y que faça override a um método de X tem de retornar um tipo igual ou mais genérico.

Em Java não há contravariância e overriding de métodos é sempre invariante … que passo a explicar de seguida. É no entanto possível ter contravariância usando wildcards de generics.

• Invariância

Em Java overriding de métodos é invariante, ou seja, para se redefinir um método numa subclasse, os parâmetros têm de ser exactamente do mesmo tipo do seu ancestror.

Este comportamento é muitas vezes descurado, veja-se o seguinte exemplo:

public class A {
    boolean equals(A object) {
        //Fantastico, sempre igual
        return true;
    }
}

Como o overriding é invariante, não estamos na realidade a fazer override do método boolean equals(Object o) mas sim overload, adicionando um novo método com outra assinatura. O pior é que passa completamente despercebido.

A solução desde Java 5 é adicionar a anotação @Override que vai permitir que o compilador detecte estes casos e informe que não estamos realmente a redifinir um método. Aliás, todos os IDEs decentes sugerem que se adicione esta anotação.

Uma nota sobre Generics

As noções de covariância e contravariância são importantes de ter presente quando definindo classes tipificadas com generics, especialmente quando se usam as wildcards para explicitamente definir relações entre tipos. Não estamos a definir realmente relações hierárquicas entre tipos, pois não há a relação de herança entre classes genéricas mas estamos a definir relações entre os tipos que parametrizam essa classe, se me consigo fazer entender.

Por exemplo:

public class Teste {
    void pseudoCovariante(List<? extends A> param) {}

    void pseudoContravariante(List<? super A> param) {}
}

Aqui definimos dois métodos para dar exemplos de como dotar classes tipificadas de noções de contravariância e covariância, já que se não usarmos wildcards temos parametros invariantes.

Espero ter conseguido explicar os conceitos básicos. Estas noções aparecem em diversos textos sobre linguagens de programação e é essencial compreender estas noções para se entender bem o sistema de tipos da linguagem Java.