C# 繼承、接口與多態

C# 繼承、接口與多態

　　我在這裏想談一談在C#中的繼承（繼承於基類或接口）和多態（如方法的覆寫）。繼承和多態是面向對象編程中兩個重要的特性，這種特性和編程語言本身是沒多大關係的，因此我先會用非編程的思維來談一談我對它們的認識，然後再談一談它們在C#中的實現方法。

　　1、繼承的含義

　　所謂繼承，就是“站在巨人的肩膀上”進行擴展。例如，最開始的鉛筆尾端是沒有橡皮擦的，後來有個男孩在尾端裝上了橡皮擦，鉛筆的銷量一路飆升，他也成了百萬富翁，這說明好的靈感多麼的重要！（偏題了啊喂！感興趣的童鞋請戳：http://baike.baidu.com/view/1628703.htm）好吧，迴歸正題，這就是一個典型的繼承。我們在做一個“橡皮頭鉛筆”時，不需要想如何做一支鉛筆，而是拿來一支現成的鉛筆，在它上面裝上橡皮而已。繼承可以幫助我們重用組件，繼承是人類不斷進步的源泉（貌似又偏題了！）。

　　2、多態的含義

　　從非編程的角度來看“多態”，可以理解成“不同的人執行相同的條例，卻有不同的行爲”。在編程的角度來看，是“不同的對象執行相同的方法，卻有不同的行爲”。怎麼來理解呢，我可以打以下這個比方。

　　某學校的學生規範中有寫道：“老師進教室時，學生坐好如下課前準備：安靜坐好。此時值日生應該上講臺擦黑板，課代表收本科目作業。”教室裏，除了老師外，其他的人都是學生（包括課代表和值日生），在執行這些行爲的時候，課代表和值日生爲什麼不和規範中所提到的“學生”一樣安靜坐好呢？因爲規範中還說到，他們有自己的職責：一個應當擦黑板，一個應當收作業。這就是多態，雖然學生們都要做好課前準備，但是卻不全部相同。由“學生”派生出來的“課代表”要收作業，由“學生”派生出來的值日生要擦黑板，而“學生”這個“基類”的各個同學只需要安靜坐好。他們都執行着相同的條例（做課前準備），卻有不同的行爲。

　　3、接口的含義

　　通俗地來打比方，我要開發一個多功能插線板，其中的插頭孔要支持大陸標準、香港標準、英國標準和美國標準。我只需要把插線板按照標準挖出這4個孔就可以了，我就可以說，我這個插線板可以插大陸、香港、美國、英國的電源。至於插上去後怎麼樣，我不關心，我只關心，它可以插這些電源。再例如，我開發了一個新的電子產品，此產品要支持用USB來傳數據，我就要預留一個USB接口，至於接上USB數據線之後怎麼樣，這個是以後的事情，總之它先要支持USB接口。

　　從程序的角度通俗的來理解接口，就是定義程序有這樣的一種“兼容性”，而不去管接口內部是怎麼實現的。因此，作爲接口，它只包含定義，而不包含具體的實現，這也是它和抽象類的最大區別（抽象類中可以包含方法的實現）。

　　4、C#中的繼承與多態

　　C#不像C++那樣區分“共有繼承"、"私有繼承"。所有的繼承均是共有的，也就是基類的所有成員的訪問性在派生類中都不會變。並且，C#中只支持單一繼承，但是可以繼承多個接口。這個很容易理解，一輛高級汽車，它只繼承於一個對象（一輛普通汽車），而不會同時繼承於一輛汽車和一架飛機；但是它可以用很多個接口，如加油的接口和充電的接口。Java和C#的設計值發現多重繼承在使用起來太蛋疼了，因此在他們的語言中去掉了這個特性。

　　類的訪問性、成員定義方法我就不進行闡述了，因爲這是很基本的東西。下面我主要來談一談抽象類、虛函數，它們是實現多態的重要部分。

　　有如下代碼，定義了一個Creature類，Creature類派生了兩個子類：Animal和Human。Creature類有一個抽象方法Eat。抽象方法是指，繼承於本抽象類的派生類都必須自己實現這個方法。抽象方法只是一個聲明，沒有方法體，包含抽象方法的類一定要爲抽象類。由於Eat是抽象方法，Human和Animal繼承於抽象類Creature，因此它們都必須要實現自己的Eat方法。代碼如下：

using System;

namespace Demo
{
    public abstract class Creature
    {
        public abstract void Eat();
    }

    public class Human : Creature
    {
        public override void Eat()
        {
            Console.WriteLine("用火先將食物烤熟再喫。");
        }
    }

    public class Animal : Creature
    {
        public override void Eat()
        {
            Console.WriteLine("直接吞下肚子。");
        }
    }

    public class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Creature h = new Human();
            Creature a = new Animal();
            h.Eat();
            a.Eat();
        }
    }
}

　　運行後，屏幕輸出如下：

　　用火先將食物烤熟再喫。
　　直接吞下肚子。

　　顯然，前者是執行h.Eat()的結果，後者是執行a.Eat()的結果。派生於同一個類的兩個派生類，其Eat方法經過了重寫表現出了不同的行爲。需要注意的是，在覆寫基類的抽象方法時，必須要使用override關鍵字，否則無法通過編譯。

　　抽象類Creature是無法實例化的（無法用new Creature()來實例化），因爲它還有一個方法Eat沒有實現。如果我們想讓Creature有個“默認”的Eat方法，應該怎麼做呢？這個時候就需要利用虛函數了。

　　代碼如下：

using System;

namespace Demo
{
    public class Creature
    {
        public virtual void Eat()
        {
            Console.WriteLine("生物消化了食物。");
        }
    }

    public class Human : Creature
    {
        public override void Eat()
        {
            Console.WriteLine("用火先將食物烤熟再喫。");
        }
    }

    public class Animal : Creature
    {
        public override void Eat()
        {
            Console.WriteLine("直接吞下肚子。");
        }
    }

    public class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Creature h = new Human();
            Creature a = new Animal();
            Creature c = new Creature();
            h.Eat();
            a.Eat();
            c.Eat();
        }
    }
}

　　上例中，我們爲Creature類添加了一個虛方法Eat。也就是說，如果Creature的派生類沒有被覆寫，它就調用基類的Eat。所謂被覆寫，就是派生類中存在同名函數，且使用了關鍵字override。在之前提過的學生、課代表、值日生的例子中，代碼如下所示：

using System;

namespace Demo
{
    public class Student
    {
        public virtual void ClassBegin()
        {
            Console.WriteLine("安靜坐好。");
        }
    }

    public class StudentOnDuty : Student
    {
        public override void ClassBegin()
        {
            Console.WriteLine("擦黑板。");
        }
    }

    public class Representative : Student
    {
        public override void ClassBegin()
        {
            Console.WriteLine("收作業。");
        }
    }

    public class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //定義學生
            Student s = new Student();
            //定義課代表
            Student r = new Representative();
            //定義值日生
            Student d = new StudentOnDuty();
            s.ClassBegin();
            r.ClassBegin();
            d.ClassBegin();
        }
    }
}

　　你可能會注意到，只有我們用基類的類型來定義一個派生類的對象時，纔有多態的機制。多態有什麼意義呢？舉例來說，假設有一個方法，需要傳入一個Student類，它可以調用Student類中的ClassBegin。如果沒有多態，我們就要這樣做：

public void WhenClassBegin(Student s)
{
    s.ClassBegin();
}

public void WhenClassBegin(Representative s)
{
    s.ClassBegin();
}

public void WhenClassBegin(StudentOnDuty s)
{
    s.ClassBegin();
}

　　如果再增加一個派生類，我們就要爲WhenClassBegin多增加一個版本，這樣做工作量巨大而且不易於維護！現在有了多態，有了虛函數，我們只需要這樣來寫：

public void WhenClassBegin(Student s)
{
    s.ClassBegin();
}

　　因爲Student對象能知道，它究竟要調用哪個ClassBegin方法。

　　5、C#中的接口

 　　C#中定義接口十分簡單。接口中的方法不包含可訪問性修飾符，也不包含方法體。如以下就是一個接口的聲明和使用：

using System;

namespace Demo
{
    public interface IEdible
    {
        void Eat();
    }

    public class Program : IEdible
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            IEdible food = new Program();
            food.Eat();
        }

        public void Eat()
        {
            Console.WriteLine("Yummy!");
        }
    }
}

　　需要注意的是IEdible food = new Program()這句話的意思是，實例化一個繼承了IEdible的對象。一定要注意，接口是不能實例化的，只能實例化一個具有某種接口的對象。如果Program沒有繼承IEdible，那麼編譯器就會報錯。

　　這個就是我對繼承、接口、多態的一些理解，這些概念廣泛地運用在各種面向對象編程中，希望對大家有用。