【C# Programming】继承、接口

一、继承

1、派生

        继承在相似而又不同的概念之间建立了类层次概念。 更一般的类称为基类，更具体的类称为派生类。派生类继承了基类的所有性质。

        定义派生类要在类标识符后面添加一个冒号，接着添加基类名。

public class PdaItem
{public string Name { get; set; }public DateTime LastUpdated { get; set; }
}// Define the Contact class as inheriting the PdaItem class
public class Contact : PdaItem
{public string Address { get; set; }public string Phone { get; set; }
}

        除非明确指定了基类，否则所有类都默认从object 派生。

2、基类和派生类的转型

        由于派生建立了“属于”关系，所以总可以将派生类的值赋给基类型的变量。这称为隐式类型转换。  从基类型转换到派生类型，要求执行显式转型。方法是在原始引用名称前，将要转换成的目标类型放到圆括号中。

public static void Main()
{// Derived types can be implicitly converted to base typesContact contact = new Contact();PdaItem item = contact;//隐式类型转换// Base types must be cast explicitly to derived types 显示类型转换/强制类型转换contact = (Contact)item; // ...
}

3、自定义转换

        类型之间的转换并不限于单一继承链中的类型，不同类型相互之间也能进行转换，关键是两个类型之间提供转型操作符。 C# 允许显式或隐式转型操作符。 例如：

class GPSCoordinates
{public static implicit operator UTMCoordinates(GPSCoordinates coordinates){ // ...return null;//return the new UTMCoordinates object}
}
class UTMCoordinates { /*… */}

        如果需要显式转换，可将implict 换成 explict。

4、private 访问修饰符

        派生类继承了除构造器和析构器之外的所有基类成员，到那时私有成员只能在声明它们的那个类型中才能访问，派生类不能访问基类的私有成员。

public class PdaItem
{private string _Name;// ...
}public class Contact : PdaItem
{// ...
}
public class Program
{public static void ChapterMain(){Contact contact = new Contact();// ERROR:  ‘PdaItem. _Name’ is inaccessible due to its protection level//contact._Name = "Inigo Montoya";  //uncomment this line and it will not compile}
}

5、protected 访问修饰符

        基类中受保护的成员只能由基类以及派生链中的其他类访问。

public class Program
{public static void Main(){Contact contact = new Contact();contact.Name = "Inigo Montoya";// ERROR:  ‘PdaItem.ObjectKey’ is inaccessible due to its protection level//contact.ObjectKey = Guid.NewGuid(); //uncomment this line and it will not compile}
}
public class PdaItem   {  protected Guid ObjectKey { get; set; } }
public class Contact : PdaItem
{void Save(){// Instantiate a FileStream using <ObjectKey>.dat for the filename.FileStream stream = System.IO.File.OpenWrite(ObjectKey + ".dat");}void Load(PdaItem pdaItem){// ERROR:  ‘pdaItem.ObjectKey’ is inaccessible due to its protection level//pdaItem.ObjectKey =...;Contact contact = pdaItem as Contact;if(contact != null)contact.ObjectKey = new Guid();//...; }public string Name { get; set; }
}

6、单继承

  • 继承链中的类理论是无限的。但是C#是单继承语言，意味着一个类不能从两个类中直接派生。
  • 在极少数需要多继承类结构时， 一般的解决方法是使用聚合(aggregation)即一个类包含另一个类的实例。

7、密封类

        密封类要求使用sealed 修饰符，这样做的结果时不能从它们派生其他类。

public sealed class CommandLineParser
{// ...
}
// ERROR:  Sealed classes cannot be derived from
public sealed class DerivedCommandLineParser//: CommandLineParser //uncomment this line and it will not compile
{// ...
}

8、virtual 修饰符

  • C#支持重写(override)实例方法和属性，但不支持重写字段或者任何静态成员，为了重写，在基类中必须将允许重写的每个成员标记为virtual。
public class PdaItem
{public virtual string Name { get; set; }
}
public class Contact : PdaItem
{public override string Name{get {return $"{ FirstName } { LastName }";}set {string[] names = value.Split(' ‘);FirstName = names[0];LastName = names[1];}}public string FirstName { get; set; }public string LastName { get; set; }
}
  • C# 应用于派生类的override 关键字是必须的，C# 不允许隐式重写。为了重写，基类和派生类成员签名必须一致。

9、new 修饰符

        如果重写方法没有使用override 关键字，则编译器会报告警告消息， 一种方法是添加override关键字，另一种方法是使用new 修饰符。

warning CS0108: 'Program.DerivedClass.DisplayName()' hides inherited member 'Program.BaseClass.DisplayName()'. Use the new keyword if hiding was intended.

warning CS0114: 'Program.SuperSubDerivedClass.DisplayName()' hides inherited member 'Program.SubDerivedClass.DisplayName()'. To make the current member override that implementation, add the override keyword. Otherwise add the new keyword.

        new 修饰符在基类面前隐藏了派生类重新声明的成员，这时是搜索继承链，找到使用new 修饰符的那个成员前的成员，然后调用该成员，例如：

public class Program{public class BaseClass{public void DisplayName() => Console.WriteLine("BaseClass");}public class DerivedClass : BaseClass{// Compiler WARNING: DisplayName() hides inherited  member. Use the new keyword if hiding was intended.public virtual void DisplayName() => Console.WriteLine("DerivedClass");}public class SubDerivedClass : DerivedClass{public override void DisplayName() =>Console.WriteLine("SubDerivedClass");}public class SuperSubDerivedClass : SubDerivedClass{public new void DisplayName()  => Console.WriteLine("SuperSubDerivedClass");}public static void Main(){SuperSubDerivedClass superSubDerivedClass = new SuperSubDerivedClass();SubDerivedClass subDerivedClass = superSubDerivedClass;DerivedClass derivedClass = superSubDerivedClass;BaseClass baseClass = superSubDerivedClass;superSubDerivedClass.DisplayName();subDerivedClass.DisplayName();derivedClass.DisplayName();baseClass.DisplayName();}
}

10、sealed 修饰符

        虚成员也可以密封，这样做会禁止子类重写继承链中高层基类的虚成员， 例如：

class A
{public virtual void Method(){}
}
class B : A
{public override sealed void Method(){}
}
class C : B
{// ERROR:  Cannot override sealed members//public override void Method()//{//}
}

11、base 成员

        重写成员时， 可以使用base关键字调用该成员的基类版本。 base 表示当前类的基类。

public class Address
{public string StreetAddress;public string City;public string State;public string Zip;public override string ToString(){return $"{ StreetAddress + NewLine }"+ $"{ City }, { State }  { Zip }";}
}
public class InternationalAddress : Address {public string Country;public override string ToString() => base.ToString() +NewLine + Country;
}

12、构造器

        当构造派生类的对象时， 基类的构造函数首先被调用。如果基类没有默认构造函数，则需要在派生类的构造函数中显示调用基类的构造函数，例如：

public class PdaItem
{public PdaItem(string name){Name = name;}public string Name { get; set; }
}
public class Contact : PdaItem
{public Contact(string name) :base(name){Name = name;}public new string Name { get; set; }// ...
}

13、抽象类

        抽象类是仅供派生的类，无法实例化抽象类，只能实例化从它派生的类。不抽象，可以实例化的类称为具体类。

        抽象类代表抽象的实体。一个类要从抽象类成功派生，必须为抽象类中的抽象方法提供具体实现. C#要求为类定义添加abstract 修饰符。

public abstract class PdaItem
{public PdaItem(string name){Name = name;}public virtual string Name { get; set; }
}
public class Program
{public static void Main(){PdaItem item;// ERROR:  Cannot create an instance of the abstract class//item = new PdaItem("Inigo Montoya"); //uncomment this line and it will not compile}
}

14、抽象成员

        不可实例化只是抽象类的一个较次要的特征，其主要特征是包含抽象成员。抽象成员是没有实现的方法或属性。其作用是强制所有派生类实现。

public abstract class PdaItem{public PdaItem(string name){Name = name;}public virtual string Name { get; set; }public abstract string GetSummary();
}public class Contact : PdaItem{public Contact(string name) : base(name) {}public override string Name{get{                return $"{ FirstName } { LastName }";}set{string[] names = value.Split(' ‘);FirstName = names[0];LastName = names[1];}}public string FirstName { get; set; }public string LastName { get; set; }public string Address { get; set; }public override string GetSummary() =>$"FirstName: { FirstName + NewLine }"+ $"LastName: { LastName + NewLine }" + $"Address: { Address + NewLine }";
}public class Appointment : PdaItem
{public Appointment(string name) :base(name){Name = name;}public DateTime StartDateTime { get; set; }public DateTime EndDateTime { get; set; }public string Location { get; set; }// ...public override string GetSummary(){return $"Subject: { Name + NewLine }"+ $"Start: { StartDateTime + NewLine }"+ $"End: { EndDateTime + NewLine }"+ $"Location: { Location }";}
}

        相同签名的成员在不同类中的不同实现，称为多态性（polymorphism).抽象成员是实现多态的一个手段

public class Program{public static void Main(){PdaItem[] pda = new PdaItem[3];Contact contact = new Contact("Sherlock Holmes");contact.Address = "221B Baker Street, London, England";pda[0] = contact;Appointment appointment = new Appointment("Soccer tournament");appointment.StartDateTime = new DateTime(2008, 7, 18);appointment.EndDateTime = new DateTime(2008, 7, 19);appointment.Location = "Estádio da Machava";pda[1] = appointment;contact = new Contact("Anne Frank");contact.Address = "Apt 56B, Whitehaven Mansions, Sandhurst Sq, London";pda[2] = contact;List(pda);}public static void List(PdaItem[] items){// Implemented using polymorphism. The derived type knows the specifics of implementing GetSummary().foreach(PdaItem item in items){Console.WriteLine("________");Console.WriteLine(item.GetSummary());}}
}

15、System.Object

        任何对象，不管是自定义类型，还是系统内建类型，都最终从Sytem.Object派生。因此，都定义了如下方法：

16、使用 is 操作符验证基础类型

        C# 允许在继承链中向下转型。C#提供了is 操作符判断基础类型。它允许验证一个数据项是否是属于特定类型

public class AnObject
{public static void Save(object data){if(data is string){data = Encrypt((string)data);}// ...}private static object Encrypt(string data){return null;}
}

17、使用 as 操作符进行转换

        as 操作符尝试将对象转换为特定类型，如果对象不能转换,as 操作符返回null. 因而转型失败不会引发异常

class Program
{static object Print(IDocument document){if(document != null){// Print document...}return null;}static void  Main(){object data = new object();// ...Print(data as Document);}
}
internal class Document : IDocument
{
}
internal interface IDocument
{
}

二、接口

1、概述

  • 和抽象类不同，接口能将实现细节和提供的服务完全隔离开。接口的关键特点是既不包含实现，也不包含数据。
  • 按照惯例，接口名采用Pascal大小写风格，以大写字母I 作为前缀            
    • interface Ixxxx            {                //...            }  
  • 接口声明的成员描述了在实现该接口的类型中必须能够访问的成员
interface IFileCompression
{void Compress(string targetFileName, string[] fileList);void Uncompress(string compressedFileName, string expandDirectoryName);
}
  • 如果接口要求派生类包含特定数据，会声明属性而不是字段
interface IListable {string[] ColumnValues // Return the value of each column in the row.{get;}
}
public abstract class PdaItem{public PdaItem(string name) {Name = name;}public virtual string Name { get; set; }
}
class Contact : PdaItem, Ilistable{public Contact(string firstName, string lastName, string address, string phone): base(null){FirstName = firstName; LastName = lastName; Address = address;Phone = phone;}public string FirstName { get; set; }public string LastName { get; set; }public string Address { get; set; }public string Phone { get; set; }public string[] ColumnValues {get {return new string[] { FirstName, LastName, Phone, Address };}}public static string[] Headers {get { return new string[] {"First Name", "Last Name ", "Phone ", "Address" };}
}

2、接口实现

  • 声明类以实现接口， 类似于从基类派生：要实现的接口和基类名称以逗号分隔，基类在前，接口顺序任意。 类可以实现多个接口，但只能从一个基类直接派生。例如：
public class Contact : PdaItem, IListable, IComparable
{public Contact(string name) : base(name) {}#region IComparable Memberspublic int CompareTo(object obj){int result;Contact contact = obj as Contact;、if(obj == null) result = 1; // This instance is greater than obj. else if(obj.GetType() != typeof(Contact)) throw new ArgumentException($"The parameter is not a of type { nameof(Contact) }", nameof(obj));else if(Contact.ReferenceEquals(this, obj))result = 0;else {result = LastName.CompareTo(contact.LastName);if(result == 0)result = FirstName.CompareTo(contact.FirstName);}return result;}#endregionstring[] IListable.ColumnValues{get {return new string[]  {FirstName, LastName, Phone, Address};}}protected string LastName { get; set; }protected string FirstName { get; set; }protected string Phone { get; set; }protected string Address { get; set; }
}
  • 一旦某个类声明自己要实现的接口，接口所有成员都必须实现，抽象类允许提供接口成员的抽象实现。  
  • 接口的另一特征是永远不能实例化。不能用new 创建接口，所以接口没有构造器或者析构器。只有实例化实现接口的类型，才能使用接口实例。接口不能包含静态成员  
  • 在类型中实现接口成员时有两种方式： 显式 和隐式

3、显示成员实现

        显式声明的接口成员需要在成员名前附加接口前缀， 例如：

public class Contact : PdaItem, IListable, IComparable {//….string[] IListable.ColumnValues{get {return new string[]  {FirstName, LastName, Phone, Address};}}
}

        显式实现的接口只能通过接口本身调用，因此需要将对象转型为接口。 显式实现的接口成员直接和接口关联，因此不允许使用virtual, override, 或者public 来修饰他们。 例如：

public class Program
{public static void Main(){string[] values;Contact contact1, contact2 = null;// ERROR:  Unable to call ColumnValues() directly on a contact.// values = contact1.ColumnValues;// First cast to IListable.values = ((IListable)contact2).ColumnValues;// ...}
}

4、隐式成员实现

        隐式实现只要求成员是公共的且签名与接口成员的签名相符。接口成员实现不需要override 关键字或者其他任何表明该成员与接口关联的指示符。  

        由于成员是像其他类成员那样声明的，所以可以像调用其它类成员那样直接调用隐式实现的成员。        result = contact1.CompareTo(contact2);

        隐式实现上，显式实现不允许的许多修饰符是必须或者可选的。例如： 隐式实现必须式public.而且还可选择virtual.具体取决于派生类是否可以重写。去掉virtual 导致成员密封。

5、显式接口实现与隐式接口实现的比较

选择显示实现还是隐式实现的基本原则：

  • 如果成员是类的辅助成员，则必要设计成类的直接可见成员  
  • 假设接口成员的用途在实现类中不明确，就可以考虑显式成员  
  • 显式接口成员不会在类型的声明空间添加具名元素。所以，假如类型有一个潜在的与之相冲突的成员。那么另一个是显式的接口成员， 就可以与之同名

6、接口继承

  • 一个接口可以从另一个接口派生， 派生的接口将继承“基接口”的所有成员。例如：
interface IReadableSettingsProvider
{string GetSetting(string name, string defaultValue);
}
interface ISettingsProvider : IReadableSettingsProvider
{void SetSetting(string name, string value);
}
class FileSettingsProvider : ISettingsProvider{public void SetSetting(string name, string value)  { /*.. */ }public string GetSetting(string name, string defaultValue){return name + defaultValue; // just returning this for the example}
}
  • 假如显式实现GetSetting，必须通过IReadableSettingsProvider
  • 即使类实现的接口是从基接口派生的，这个类任然可以可以声明自己要实现这两个接口。例如：
interface IReadableSettingsProvider
{string GetSetting(string name, string defaultValue);
}
interface ISettingsProvider : IReadableSettingsProvider
{void SetSetting(string name, string value);
}
class FileSettingsProvider : ISettingsProvider， IReadableSettingsProvider{public void SetSetting(string name, string value)  { /*.. */ }public string GetSetting(string name, string defaultValue){return name + defaultValue; // just returning this for the example}
}

7、多接口继承

接口也能从多个接口继承，而且语法与类的继承和实现语法一致 。

interface IReadableSettingsProvider
{string GetSetting(string name, string defaultValue);
}
interface IWriteableSettingsProvider
{void SetSetting(string name, string value);
}
interface ISettingsProvider : IReadableSettingsProvider,IWriteableSettingsProvider
{
}

8、接口上的扩展方法

        扩展方法的一个重要特点是除了能作用于类，还能作用于接口，语法和作用于类一致。方法的第一个参数是要扩展的接口，该参数必须附加this 修饰符。

class Program
{public static void Main(){Contact[] contacts = new Contact[6];contacts[0] = new Contact("Dick", "Traci", "123 Main St., Spokane, WA 99037", "123-123-1234");contacts.List(Contact.Headers); // Classes are implicitly converted totheir supported interfaces.Console.WriteLine();//…..}
}
static class Listable
{public static void List( this IListable[] items, string[] headers){//....}
}

9、通过接口实现多继承

虽然类职能从一个基类派生。但是可以实现任意数量的接口

interface IPerson {string FirstName {get; set;   }string LastName{get;  set; }
}
public class Person : IPerson {public string FirstName { get; set; }public string LastName { get; set; }
}
public class Contact : PdaItem, IPerson {
public Contact(string name): base(name) {}private Person Person{get { return _Person; }set { _Person = value; }}private Person _Person;public string FirstName{get { return _Person.FirstName; }set { _Person.FirstName = value; }}        public string LastName {get { return _Person.LastName; }set { _Person.LastName = value; }}
}

三、接口和类的比较

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