Python协议泛型的协变与逆变：为何需将不变量设为逆变？

1. 核心规则：函数参数是逆变，返回值是协变 #

先明确最基础的方差逻辑：

• 协变：如果A是B的子类，那么X[A]可以替代X[B]，这对应返回值场景——比如返回Dog的函数可以替换返回Animal的函数（因为Dog是Animal的子类，返回结果能兼容父类型）。
• 逆变：如果A是B的子类，那么X[B]可以替代X[A]，这对应参数场景——比如接受Animal的函数可以替换接受Dog的函数（因为传给它Dog类型的值，Animal类型的参数完全能接收）。

2. 为什么只有参数的协议要求逆变TypeVar？ #

看你第一个例子：协议MyProtocol[G]的方法只有参数是G。此时协议作为抽象接口，必须满足子类型传递性——也就是如果一个类实现了MyProtocol[MyType]，它应该能被当成MyProtocol[MyType的父类型]使用（比如MyType是Literal["literal_1"]，父类型是str）。

但你定义的G是默认的不变（invariant） TypeVar（没指定covariant或contravariant），这就违反了规则：

• 假设ParentType是MyType的父类型，按照逆变要求，MyProtocol[ParentType]的实现应该能接受任意ParentType类型的参数，但你的CustomClass.do_work只接受MyType，无法兼容更宽泛的ParentType，不符合协议的抽象预期。

所以类型检查器要求你把G声明为逆变：

G = TypeVar("G", contravariant=True)

这样就明确告知检查器：这个TypeVar用于参数位置，遵循逆变规则，实现类的参数类型可以是协议参数类型的子类（因为逆变允许X[父类型]兼容X[子类型]的实现）。

3. 为什么加返回值后警告消失？ #

当你给方法加上-> G的返回值后，G同时出现在逆变的参数位置和协变的返回值位置。此时逆变和协变的要求相互抵消，TypeVar只能是不变的：

• 如果设为协变，参数位置的逆变要求不满足；
• 如果设为逆变，返回值位置的协变要求不满足；
  所以类型检查器认为默认的不变G是合法的——此时协议的子类型规则变成：实现类的参数和返回值必须严格匹配G类型，不能做子类型/父类型的替换，完全符合不变TypeVar的逻辑，因此警告消失。

4. 实际场景示例强化理解 #

只有参数的逆变场景 #

from typing import TypeVar, Protocol, Literal

T = TypeVar("T", contravariant=True)
Animal = str
Dog = Literal["dog"]  # Dog是Animal的子类

class Feeder(Protocol[T]):
    def feed(self, animal: T) -> None: ...

class DogFeeder:
    def feed(self, animal: Dog) -> None:
        print(f"Feeding {animal}")

# 逆变规则允许DogFeeder作为Feeder[Animal]使用
feeder: Feeder[Animal] = DogFeeder()  # 合法：DogFeeder接受Dog（子类），能兼容Feeder[Animal]接受Animal的要求

同时有参数和返回值的不变场景 #

class AnimalHandler(Protocol[T]):
    def handle(self, animal: T) -> T: ...

class DogHandler:
    def handle(self, animal: Dog) -> Dog: ...

# 不变规则要求严格匹配
handler: AnimalHandler[Dog] = DogHandler()  # 合法
handler: AnimalHandler[Animal] = DogHandler()  # 不合法：返回值Dog不能直接当成Animal用，参数Dog也无法接受任意Animal

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Tiago Lima