涉及Callable时泛型类中类型变量的不变性问题

核心判定规则 #

泛型类型参数的变异性（协变/逆变/不变），完全由它在类成员中的使用位置决定：

• 协变：仅出现在输出位置（比如方法返回值）——子类泛型可赋值给父类泛型（如E[D] → E[C]）
• 逆变：仅出现在输入位置（比如方法参数）——父类泛型可赋值给子类泛型（如E[C] → E[D]）
• 不变：同时出现在输入和输出位置——两个泛型类型无法互相赋值，否则会破坏类型安全

第一个示例的问题拆解 #

看第一个E类的定义：

class E[T: C = C]:
    def g(self, f: Callable[[], T]) -> T:
        return f()

这里的T同时承担了两个关键角色：

1. 输出角色：方法g的返回类型是T
2. 输入约束角色：方法g要求参数f必须返回T类型的值——因为g要直接返回f()的结果，所以f的返回值必须符合T的类型要求

如果强行允许E[D]()赋值给E[C]类型变量，会触发严重的类型安全问题：

x: E[C] = E[D]()  # 假设这行合法
# 按照E[C]的类型约定，x.g可以接受任何返回C的函数
x.g(lambda: C())  # 传入一个返回C实例的函数
# 但实际x是E[D]的实例，它的g方法会把返回值当作D类型处理
# 而C并不是D的子类，后续把这个值当作D使用时必然出错

正是因为T同时涉及输入约束和输出，类型检查器必须将T标记为不变，禁止这种不安全的赋值操作。

对比其他示例的差异 #

第二个示例：Callable自身的协变特性 #

x = E()  # x是E[C]
x.g(D)   # Callable[[], D]兼容Callable[[], C]

这里是Callable类型自身的协变规则在起作用：Callable[[], D]可以赋值给Callable[[], C]，因为D是C的子类，返回的D实例能安全当作C使用。但这只影响Callable的兼容性，不会改变E[T]的变异性。

第三个示例：T仅作为输出 #

class E[T: C = C]:
    def g(self, f: Callable[[], None]) -> T:
        return cast(T, f())

此时T仅出现在方法g的返回值位置，输入参数f不再依赖T，完全满足协变的条件。因此E[D]()可以安全赋值给E[C]类型变量——输出的D实例能被当作C使用，没有任何类型安全风险。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Alek