C# 类型和成员-编程知识

C# 教程 - 类型及其成员 - C# | Microsoft Learnhttps://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/tour-of-csharp/types

类和对象

类型参数

基类

结构

接口

枚举

可为 null 的类型

元组

作为面向对象的语言，C# 支持封装、继承和多态性这些概念。类可能会直接继承一个父类，并且可以实现任意数量的接口。若要用方法重写父类中的虚方法，必须使用 override 关键字，以免发生意外重定义。在 C# 中，结构就像是轻量级类，是可以实现接口但不支持继承的堆栈分配类型。 C# 提供了 record class 和 record struct 类型，这些类型的目的主要是存储数据值。

所有类型都通过构造函数（负责初始化实例的方法）进行初始化。两个构造函数声明具有唯一的行为：

无参数构造函数，该构造函数将所有字段初始化为其默认值。
主构造函数，该构造函数声明该类型的实例的必需参数。

类和对象

类是最基本的 C# 类型。类是一种数据结构，可在一个单元中就将状态（字段）和操作（方法和其他函数成员）结合起来。类为类实例（亦称为“对象”）提供了定义。类支持继承和多形性，即派生类可以扩展和专门针对基类的机制。

新类使用类声明进行创建。类声明以标头开头。标头指定以下内容：

类的特性和修饰符
类的名称
基类（从基类继承时）
接口由该类实现。

标头后面是类主体，由在分隔符 { 和 } 内编写的成员声明列表组成。

以下代码展示的是简单类 Point 的声明：

public class Point
{public int X { get; }public int Y { get; }public Point(int x, int y) => (X, Y) = (x, y);
}

类实例是使用 new 运算符进行创建，此运算符为新实例分配内存，调用构造函数来初始化实例，并返回对实例的引用。以下语句创建两个 Point 对象，并将对这些对象的引用存储在两个变量中：

var p1 = new Point(0, 0);
var p2 = new Point(10, 20);

当无法再访问对象时，对象占用的内存会被自动回收。没有必要也无法在 C# 中显式解除分配对象。

算法的应用程序或测试可能需要创建多个 Point 对象。以下类生成一系列随机点。点数由主构造函数参数设置。主构造函数参数 numPoints 在类的所有成员的范围内：

public class PointFactory(int numberOfPoints)
{public IEnumerable<Point> CreatePoints(){var generator = new Random();for (int i = 0; i < numberOfPoints; i++){yield return new Point(generator.Next(), generator.Next());}}
}

可以使用类，如下面的代码所示：

var factory = new PointFactory(10);
foreach (var point in factory.CreatePoints())
{Console.WriteLine($"({point.X}, {point.Y})");
}

类型参数

泛型类定义类型参数。类型参数是用尖括号括起来的类型参数名称列表。类型参数跟在类名后面。然后，可以在类声明的主体中使用类型参数来定义类成员。在以下示例中，Pair 的类型参数是 TFirst 和 TSecond：

public class Pair<TFirst, TSecond>
{public TFirst First { get; }public TSecond Second { get; }public Pair(TFirst first, TSecond second) => (First, Second) = (first, second);
}

声明为需要使用类型参数的类类型被称为泛型类类型。结构、接口和委托类型也可以是泛型。使用泛型类时，必须为每个类型参数提供类型自变量：

var pair = new Pair<int, string>(1, "two");
int i = pair.First;     //TFirst int
string s = pair.Second; //TSecond string

包含类型自变量的泛型类型（如上面的 Pair<int,string>）被称为构造泛型类型。

基类

类声明可以指定基类。在类名和类型参数后面加上冒号和基类的名称。省略基类规范与从 object 类型派生相同。在以下示例中，Point3D 的基类是 Point 在第一个示例中，Point 的基类是 object：

public class Point3D : Point
{public int Z { get; set; }public Point3D(int x, int y, int z) : base(x, y){Z = z;}
}

类继承其基类的成员。继承意味着一个类隐式包含其基类的几乎所有成员。类不继承实例、静态构造函数以及终结器。派生类可以在其继承的成员中添加新成员，但无法删除继承成员的定义。在上面的示例中，Point3D 从 Point 继承了 X 和 Y 成员，每个 Point3D 实例均包含三种属性（X、Y 和 Z）。

可以将类类型隐式转换成其任意基类类型。类类型的变量可以引用相应类的实例或任意派生类的实例。例如，类声明如上，Point 类型的变量可以引用 Point 或 Point3D：

Point a = new(10, 20);
Point b = new Point3D(10, 20, 30);

结构

类定义可支持继承和多形性的类型。它们使你能够基于派生类的层次结构创建复杂的行为。相比之下，结构类型是较为简单的类型，其主要目的是存储数据值。结构不能声明基类型；它们从 System.ValueType 隐式派生。不能从 struct 类型派生其他 struct 类型。这些类型已隐式密封。

public struct Point
{public double X { get; }public double Y { get; }public Point(double x, double y) => (X, Y) = (x, y);
}

接口

接口定义了可由类和结构实现的协定。定义接口来声明在不同类型之间共享的功能。例如，System.Collections.Generic.IEnumerable<T> 接口定义了一个遍历集合（如数组）中所有项的一致方法。接口可以包含方法、属性、事件和索引器。接口通常不提供所定义成员的实现，仅指定必须由实现接口的类或结构提供的成员。

接口可以采用“多重继承”。在以下示例中，接口 IComboBox 同时继承自 ITextBox 和 IListBox。

interface IControl
{void Paint();
}interface ITextBox : IControl
{void SetText(string text);
}interface IListBox : IControl
{void SetItems(string[] items);
}interface IComboBox : ITextBox, IListBox { }

类和结构可以实现多个接口。在以下示例中，类 EditBox 同时实现 IControl 和 IDataBound。

interface IDataBound
{void Bind(Binder b);
}public class EditBox : IControl, IDataBound
{public void Paint() { }public void Bind(Binder b) { }
}

当类或结构实现特定接口时，此类或结构的实例可以隐式转换成相应的接口类型。例如

EditBox editBox = new();
IControl control = editBox;
IDataBound dataBound = editBox;

枚举

枚举类型定义了一组常数值。以下 enum 声明了定义不同根蔬菜的常数：

public enum SomeRootVegetable
{HorseRadish,Radish,Turnip
}

还可以定义一个 enum 作为标志组合使用。以下声明为四季声明了一组标志。可以随意搭配季节组合，包括 All 值（包含所有季节）：

[Flags]
public enum Seasons
{None = 0,Summer = 1,Autumn = 2,Winter = 4,Spring = 8,All = Summer | Autumn | Winter | Spring
}

以下示例显示了前面两个枚举的声明：

var turnip = SomeRootVegetable.Turnip;var spring = Seasons.Spring;
var startingOnEquinox = Seasons.Spring | Seasons.Autumn;
var theYear = Seasons.All;

可为 null 的类型

任何类型的变量都可以声明为“不可为 null”或“可为 null”_。可为 null 的变量包含一个额外的 null 值，表示没有值。可为 null 的值类型（结构或枚举）由 System.Nullable<T> 表示。不可为 null 和可为 null 的引用类型都由基础引用类型表示。这种区别由编译器和某些库读取的元数据体现。当可为 null 的引用在没有先对照 null 检查其值的情况下取消引用时，编译器会发出警告。当对不可为 null 的引用分配了可能为 null 的值时，编译器也会发出警告。以下示例声明了“可为 null 的 int”，并将其初始化为 null。然后将值设置为 5。该示例通过“可为 null 的字符串”演示了同一概念。有关详细信息，请参阅可为 null 的值类型和可为 null 的引用类型。

int? optionalInt = default; 
optionalInt = 5;
string? optionalText = default;
optionalText = "Hello World.";

元组

C# 支持元组，后者提供了简洁的语法来将多个数据元素分组成一个轻型数据结构。通过声明 ( 和 ) 之间的成员的类型和名称来实例化元组，如下例所示：

(double Sum, int Count) t2 = (4.5, 3);
Console.WriteLine($"Sum of {t2.Count} elements is {t2.Sum}.");
//Output:
//Sum of 3 elements is 4.5.

元组为具有多个成员的数据结构提供了一种替代方法，且无需使用下一篇文章中介绍的构建基块。