C#多态性学习,虚方法、抽象方法、接口等用法举例

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所属分类:.NET技术
摘要

  C#中的多态性是OOP(面向对象编程)的一个基本概念,它允许一个对象在不同情况下表现出不同的行为,以增强代码的可重用性和灵活性。
  根据网上的教程,我们得知C#多态性分为两类,静态和动态。但实际上,C#没有严格的静态和动态多态性的分法。之所以这么分,还是为了我们便于理解,我们沿用这个思维来大概分类:


1. 多态性定义

  C#中的多态性是OOP(面向对象编程)的一个基本概念,它允许一个对象在不同情况下表现出不同的行为,以增强代码的可重用性和灵活性。
  根据网上的教程,我们得知C#多态性分为两类,静态和动态。但实际上,C#没有严格的静态和动态多态性的分法。之所以这么分,还是为了我们便于理解,我们沿用这个思维来大概分类:

采用函数重载或运算符重载方法的,属于静态多态性;
采用虚方法、抽象方法、接口等方式,属于动态多态性。

拓展:在静态多态性中,函数的响应是在编译时发生的。在动态多态性中,函数的响应是在运行时发生的。什么意思呢?
在静态语言中,许多多态性的特性可以在编译时确定,编译器可以根据数据类型的信息来确定方法的调用方式。
而在动态语言中,数据类型的确定通常是在运行时进行的,这种行为被称为动态多态性。

2. 函数重载示例

  函数重载是指在同一个类中,定义多个方法,它们的方法名相同,但是参数类型、参数数量、参数顺序不同。以下是一个函数重载的例子:

public class Calculator {     public int Add(int a, int b)     {         return a + b;     }     public int Add(int a, int b, int c)     {         return a + b + c;     }     public float Add(float a, float b)     {         return a + b;     }     public double Add(double a, double b)     {         return a + b;     } } 

  在这个例子中,Calculator类定义了4个Add()方法,它们的方法名相同但是参数列表不同(分别有2个整型参数、3个整型参数、2个浮点型参数、2个双精度浮点型参数)。这些方法根据声明的参数类型和数量而得到不同的签名,因此构成函数重载,当调用Add()方法时,编译器会根据参数的类型和数量来选择正确的方法重载进行调用。

3. 虚方法示例

  虚方法和重写(override)方法:在父类中声明一个虚方法,子类可以重写该方法并实现自己的行为。在运行时,程序根据对象的实际类型调用相应的方法。这种方式也称为“消除静态绑定”。
注意事项:虚方法是使用关键字 virtual 声明的。同时继承类中的重写虚函数需要声明关键字 override 。下面是一个示例:

// 定义一个Animal类和其子类 class Animal {     public virtual void Speak()     {         Console.WriteLine("I am an animal.");     } }  class Dog : Animal {     public override void Speak()     {         Console.WriteLine("Woof!");     } }  class Cat : Animal {     public override void Speak()     {         Console.WriteLine("Meow!");     } }  // 示例程序 class Program {     static void Main(string[] args)     {         Animal[] animals = new Animal[2];         animals[0] = new Dog();         animals[1] = new Cat();          foreach (Animal animal in animals)         {             animal.Speak();         }          Console.ReadKey();     } } 

  在这个例子中,Animal类中声明了一个虚方法Speak(),它的子类 Dog 和 Cat 分别对该方法进行了重写。在Main 方法中,创建了一个 Animal 数组,其中存放了 Dog 和 Cat 的实例。在foreach循环中,程序根据实际对象类型调用了不同的Speak()方法,实现了多态性的效果。

小拓展:关键字重写 override 与覆盖 new 较为容易搞混,有关两者区别可移步:C#中重写(override)及覆盖(new)的区别详解

4. 抽象方法示例

  抽象方法是在抽象类中定义的,它没有具体实现的代码,而只是定义了方法的名称、参数和返回值类型等信息。抽象方法必须在子类中进行完整的实现,否则子类本身也必须定义为抽象类。使用abstract关键字来定义抽象类和抽象方法。
下面的示例演示了如何定义并使用抽象方法:

abstract class Shape  {   public abstract double Area(); // 定义抽象方法Area() } // 派生类Rectangle继承抽象类Shape class Rectangle : Shape   {   double width, height;    public Rectangle(double w, double h)    {     width = w;     height = h;   }      public override double Area() // 实现抽象方法Area()   {     return width * height;   } }  class Triangle : Shape   {   double baseValue, height;    public Triangle(double bv, double h)    {     baseValue = bv;     height = h;   }      public override double Area() // 实现抽象方法Area()   {     return baseValue * height * 0.5;   } }  class Program  {   static void Main(string[] args)    {     Rectangle r = new Rectangle(5, 8);     Console.WriteLine("矩形的面积 = {0}", r.Area());      Triangle t = new Triangle(5, 8);     Console.WriteLine("三角形的面积 = {0}", t.Area());   } } 

  上面的代码定义了Shape类和两个派生类Rectangle和Triangle。Shape类中定义了一个抽象方法Area(),并在Rectangle和Triangle中实现了这个抽象方法。在Main方法中,创建了一个Rectangle对象 r 和一个Triangle对象 t,并分别调用它们的Area()方法计算出它们的面积。

5. 接口示例

  C#接口是一种约定,是一个抽象的类型,它定义了一组公共的方法、属性、索引器和事件,这些成员没有实现细节和实现代码,只定义了接口的行为。

5.1 接口语法

定义接口的语法如下:

interface 接口名称 {   方法1   方法2   属性1   索引器1   事件1 } 

其中,方法、属性、索引器和事件都是接口的成员,它们都没有实现,只是定义了行为的名称和参数。

方法定义的语法如下:
返回类型 方法名称(参数列表);

属性定义的语法如下:
属性类型 属性名称 { get; set; }

索引器定义的语法如下:
索引器类型 this[索引器参数] { get; set; }

事件定义的语法如下:
event 事件委托类型 事件名称;

其中,事件委托类型是一个Delegate类型。

5.2 接口使用示例

  定义一个接口之后,可以通过继承或实现来使用接口。接口的继承使用“:”符号,需要注意的是,如果一个类实现了一个接口,那么它必须实现接口中所有的方法和属性。下面是接口示例:

interface IShape {   double Perimeter();   double Area(); }  interface ICircle : IShape {   double Radius { get; set; } }  interface IRectangle : IShape {   double Width { get; set; }   double Height { get; set; } }  class Circle : ICircle {   public double Radius { get; set; }    public double Perimeter()   {     return 2 * Math.PI * Radius;   }    public double Area()   {     return Math.PI * Radius * Radius;   } }  class Rectangle : IRectangle {   public double Width { get; set; }   public double Height { get; set; }    public double Perimeter()   {     return 2 * (Width + Height);   }    public double Area()   {     return Width * Height;   } }  class Program {   static void Main(string[] args)   {     Circle c = new Circle();     c.Radius = 1;     Console.WriteLine("Circle:  Perimeter = {0}, Area = {1}", c.Perimeter(), c.Area());      Rectangle r = new Rectangle();     r.Width = 2;     r.Height = 3;     Console.WriteLine("Rectangle:  Perimeter = {0}, Area = {1}", r.Perimeter(), r.Area());   } } 

  上面的代码定义了IShape、ICircle和IRectangle三个接口、以及Circle和Rectangle两个类。其中,Circle类实现了ICircle接口,Rectangle类实现了IRectangle接口。在Main方法中,创建了一个Circle对象和一个Rectangle对象,并给它们的属性赋值。然后分别调用了Circle和Rectangle对象的Perimeter()和Area()方法输出结果。
运行程序,输出以下结果:

Circle:  Perimeter = 6.28318530717959, Area = 3.14159265358979 Rectangle:  Perimeter = 10, Area = 6 

  可以看到,通过使用接口,我们可以很方便地定义出不同的形状,然后计算出它们的周长和面积。这就展示了接口在C#编程中的重要地位。

  想必大家看到这里对于多态性的实现方式已经有了一定的了解,不知大家是否发现,这些方式中,抽象方法和虚方法是如此的相似,那么我们就有了新的疑问:两者有何区别?使用场景是否有所不同?

在下面这篇随笔中,我针对这个问题进行了深入学习:C#中抽象方法与虚方法的区别