【Kotlin】Kotlin の不変（invariant）──「in」でも「out」でもない型パラメータ

はじめに

Kotlin のジェネリクスには 3 つの変性 (variance) モードがあります：

変性の種類	Kotlin キーワード	Java 記法	意味
共変	out	? extends T	出すだけ（読み取り専用）
反変	in	? super T	入れるだけ（書き込み専用）
不変	（なし）	T	両方使えるが、代入不可（安全のため）

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1. 不変 (invariant) とは？

不変とは、**「型パラメータのサブタイプ関係が維持されない」**ことです。
つまり、

Box<String> と Box<Any> の間には継承関係がない。

class Box<T>(var value: T)

val stringBox: Box<String> = Box("Hello")
// val anyBox: Box<Any> = stringBox // ❌ コンパイルエラー

Box<T> は不変なので、型を変えて代入することはできません。

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2. なぜ不変なのか？

もし Box<String> を Box<Any> として扱えたら、
次のような危険なコードが通ってしまいます。

class Box<T>(var value: T)

val stringBox: Box<String> = Box("Hello")
val anyBox: Box<Any> = stringBox // 仮に許可されたとしたら...

anyBox.value = 123 // Int を代入
println(stringBox.value) //  String じゃなくなってしまう！

これが 型安全性の破壊。
Kotlin はこの危険を避けるために、
T を invariant（不変） にすることで「代入禁止」にしています。

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3. 不変はデフォルト

Kotlin のジェネリクスは、明示しない限りすべて不変 です。

class Container<T>(val item: T)

val a: Container<String> = Container("A")
// val b: Container<Any> = a // ❌ 不変なので代入できない

不変をベースにして、必要に応じて out または in を明示する設計が Kotlin の基本思想です。

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4. 使い分けの指針

シーン	修飾子	例	意味
出力専用（返すだけ）	out	List<out T>	読み取り専用。共変。
入力専用（受け取るだけ）	in	MutableList<in T>	書き込み専用。反変。
入力・出力どちらも使う	（なし）	MutableList<T>	不変（安全のため代入禁止）。

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5. 例：MutableList<T> は不変

val strings: MutableList<String> = mutableListOf("A", "B")
// val anys: MutableList<Any> = strings // ❌ 不変なので代入不可

MutableList<T> は 読み書き両方できる ため、
安全性を保つために 不変 (invariant) に設計されています。

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6. 関数型との関係

関数型 (A) -> B は、入力と出力が自動的に変性指定されています：

部分	変性	意味
引数（A）	in（反変）	消費する
戻り値（B）	out（共変）	生み出す

逆に、クラスの型パラメータが入出力両方に使われている 場合は不変になります。

class Transformer<T> {
    fun input(value: T) { /* in */ }
    fun output(): T { /* out */ TODO() }
}

T が in/out の両方に使われているため、安全性のために不変でなければなりません。

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まとめ

概念	Kotlin 記法	意味	代入関係
共変 (Covariant)	out	出力専用	サブタイプ可（Producer<String> → Producer<Any>)
反変 (Contravariant)	in	入力専用	逆サブタイプ可（Consumer<Number> → Consumer<Int>)
不変 (Invariant)	なし	入出力両方	代入不可（安全性優先）