道を踏み外すかどうかの瀬戸際な共変アップキャスト

CovariantClass.cs

using System;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Threading.Tasks;

interface ICovariant<T> // Task<T> とか (bool, T) を含むので out は付けれない
    where T : class
{
    T A();
    Task<T> B();
    (bool, T) C();
}

class Covariant<T> : ICovariant<T> // クラスなので当然 out 付けれない
    where T : class
{
    T _value;
    public Covariant(T value) => _value = value;
    public T A() => _value;
    public async Task<T> B()
    {
        await Task.Delay(1);
        return _value;
    }
    public (bool, T) C() => (_value != null, _value);
}

class Base { }
class Derived : Base { }

class Program
{
    static void Main()
    {
        Covariant<Derived> d = new Covariant<Derived>(new Derived());

        // unsafe な感じで強制的に共変「アップキャスト」
        //
        // ※ Task<T> とか (bool, T) とかの共変な代入は、
        // 「これが安全である」というのを機械的に調べられないのでインターフェイスに out を付けれない。
        // でも、コンパイラーが判定できないだけであって、実際のところ共変な代入しても問題なかったりする。
        Covariant<Base> b = Upcast(d);

        // OK。ちゃんと動く
        // ただし、これ、言語仕様的に大丈夫な保証は全くない。
        // 「Covariant<Base> と Covariant<Derived> のメソッドテーブルの構造が同じだから結果的に動いてる」的な危うい動作なはず。
        ClassWrite(b);

        // インターフェイスを介するとダメ。
        // Unhandled Exception: System.EntryPointNotFoundException: Entry point was not found.
        // Covariant<Derived> は ICovariant<Base> を実装していないので、テーブル引けない。
        // ICovariant には out が付いていないので、ICovariant<Derived> を ICovariant<Base> 扱いはできない。
        InterfaceWrite(b);
    }

    private static void ClassWrite(Covariant<Base> b)
    {
        // callvirt instance !0 class Covariant`1<class Base>::A()
        Console.WriteLine(b.A());
        // callvirt instance class [mscorlib]System.Threading.Tasks.Task`1<!0> class Covariant`1<class Base>::B()
        Console.WriteLine(b.B().Result);
        // callvirt instance valuetype [mscorlib]System.ValueTuple`2<bool, !0> class Covariant`1<class Base>::C()
        Console.WriteLine(b.C());
    }

    // 引数がインターフェイスになっている以外は ClassWrite と全く同じ。
    private static void InterfaceWrite(ICovariant<Base> b)
    {
        // callvirt instance !0 class ICovariant`1<class Base>::A()
        Console.WriteLine(b.A());
        // callvirt instance class [mscorlib]System.Threading.Tasks.Task`1<!0> class ICovariant`1<class Base>::B()
        Console.WriteLine(b.B().Result);
        // callvirt instance valuetype [mscorlib]System.ValueTuple`2<bool, !0> class ICovariant`1<class Base>::C()
        Console.WriteLine(b.C());
    }

    // 強制共変アップキャスト。
    // StructLayout(Explicit) を使った無理やりな方法。
    // System.Runtime.CompilerServices.Unsafe.As<Covariant<Derived>, Covariant<Base>>(ref d) とかでも OK。
    static Covariant<Base> Upcast(Covariant<Derived> d)
    {
        Union u = default;
        u.d = d;
        return u.b;
    }

    [StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
    struct Union
    {
        [FieldOffset(0)]
        public Covariant<Base> b;
        [FieldOffset(0)]
        public Covariant<Derived> d;
    }
}