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C# 多态性

多态是同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。 多态性意味着有多重形式。在面向对象编程范式中,多态性往往表现为"一个接口,多个功能"。 多态性可以是静态的或动态的。

C# 多态性

多态是同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。

多态性意味着有多重形式。在面向对象编程范式中,多态性往往表现为"一个接口,多个功能"。

多态性可以是静态的或动态的。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。

在 C# 中,每个类型都是多态的,因为包括用户定义类型在内的所有类型都继承自 Object。

多态就是同一个接口,使用不同的实例而执行不同操作,如图所示:

C# 多态性_抽象类

现实中,比如我们按下 F1 键这个动作:

  • 如果当前在 Flash 界面下弹出的就是 AS 3 的帮助文档;
  • 如果当前在 Word 下弹出的就是 Word 帮助;
  • 在 Windows 下弹出的就是 Windows 帮助和支持。

同一个事件发生在不同的对象上会产生不同的结果。

静态多态性

在编译时,函数和对象的连接机制被称为早期绑定,也被称为静态绑定。C# 提供了两种技术来实现静态多态性。分别为:

  • 函数重载
  • 运算符重载

运算符重载将在下一章节讨论,接下来我们将讨论函数重载。

函数重载

您可以在同一个范围内对相同的函数名有多个定义。函数的定义必须彼此不同,可以是参数列表中的参数类型不同,也可以是参数个数不同。不能重载只有返回类型不同的函数声明。

下面的实例演示了几个相同的函数 Add(),用于对不同个数参数进行相加处理:

using System;
namespace PolymorphismApplication
{
public class TestData
{
public int Add(int a, int b, int c)
{
return a + b + c;
}
public int Add(int a, int b)
{
return a + b;
}
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
TestData dataClass = new TestData();
int add1 = dataClass.Add(1, 2);
int add2 = dataClass.Add(1, 2, 3);

Console.WriteLine("add1 :" + add1);
Console.WriteLine("add2 :" + add2);
}
}
}

下面的实例演示了几个相同的函数 print(),用于打印不同的数据类型:

using System;
namespace PolymorphismApplication
{
class Printdata
{
void print(int i)
{
Console.WriteLine("输出整型: {0}", i );
}

void print(double f)
{
Console.WriteLine("输出浮点型: {0}" , f);
}

void print(string s)
{
Console.WriteLine("输出字符串: {0}", s);
}
static void Main(string[] args)
{
Printdata p = new Printdata();
// 调用 print 来打印整数
p.print(1);
// 调用 print 来打印浮点数
p.print(1.23);
// 调用 print 来打印字符串
p.print("Hello Runoob");
Console.ReadKey();
}
}
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

输出整型: 1
输出浮点型: 1.23
输出字符串: Hello Runoob

动态多态性

C# 允许您使用关键字 abstract 创建抽象类,用于提供接口的部分类的实现。当一个派生类继承自该抽象类时,实现即完成。抽象类包含抽象方法,抽象方法可被派生类实现。派生类具有更专业的功能。

请注意,下面是有关抽象类的一些规则:

  • 您不能创建一个抽象类的实例。
  • 您不能在一个抽象类外部声明一个抽象方法。
  • 通过在类定义前面放置关键字sealed,可以将类声明为密封类。当一个类被声明为sealed时,它不能被继承。抽象类不能被声明为 sealed。

下面的程序演示了一个抽象类:

using System;
namespace PolymorphismApplication
{
abstract class Shape
{
abstract public int area();
}
class Rectangle: Shape
{
private int length;
private int width;
public Rectangle( int a=0, int b=0)
{
length = a;
width = b;
}
public override int area ()
{
Console.WriteLine("Rectangle 类的面积:");
return (width * length);
}
}

class RectangleTester
{
static void Main(string[] args)
{
Rectangle r = new Rectangle(10, 7);
double a = r.area();
Console.WriteLine("面积: {0}",a);
Console.ReadKey();
}
}
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

Rectangle 类的面积:
面积: 70

当有一个定义在类中的函数需要在继承类中实现时,可以使用虚方法

虚方法是使用关键字 virtual 声明的。

虚方法可以在不同的继承类中有不同的实现。

对虚方法的调用是在运行时发生的。

动态多态性是通过 抽象类虚方法 实现的。

以下实例创建了 Shape 基类,并创建派生类 Circle、 Rectangle、Triangle, Shape 类提供一个名为 Draw 的虚拟方法,在每个派生类中重写该方法以绘制该类的指定形状。

using System;
using System.Collections.Generic;

public class Shape
{
public int X { get; private set; }
public int Y { get; private set; }
public int Height { get; set; }
public int Width { get; set; }

// 虚方法
public virtual void Draw()
{
Console.WriteLine("执行基类的画图任务");
}
}

class Circle : Shape
{
public override void Draw()
{
Console.WriteLine("画一个圆形");
base.Draw();
}
}
class Rectangle : Shape
{
public override void Draw()
{
Console.WriteLine("画一个长方形");
base.Draw();
}
}
class Triangle : Shape
{
public override void Draw()
{
Console.WriteLine("画一个三角形");
base.Draw();
}
}

class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 创建一个 List<Shape> 对象,并向该对象添加 Circle、Triangle 和 Rectangle
var shapes = new List<Shape>
{
new Rectangle(),
new Triangle(),
new Circle()
};

// 使用 foreach 循环对该列表的派生类进行循环访问,并对其中的每个 Shape 对象调用 Draw 方法
foreach (var shape in shapes)
{
shape.Draw();
}

Console.WriteLine("按下任意键退出。");
Console.ReadKey();
}

}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

画一个长方形
执行基类的画图任务
画一个三角形
执行基类的画图任务
画一个圆形
执行基类的画图任务
按下任意键退出。

下面的程序演示通过虚方法 area() 来计算不同形状图像的面积:

using System;
namespace PolymorphismApplication
{
class Shape
{
protected int width, height;
public Shape( int a=0, int b=0)
{
width = a;
height = b;
}
public virtual int area()
{
Console.WriteLine("父类的面积:");
return 0;
}
}
class Rectangle: Shape
{
public Rectangle( int a=0, int b=0): base(a, b)
{

}
public override int area ()
{
Console.WriteLine("Rectangle 类的面积:");
return (width * height);
}
}
class Triangle: Shape
{
public Triangle(int a = 0, int b = 0): base(a, b)
{

}
public override int area()
{
Console.WriteLine("Triangle 类的面积:");
return (width * height / 2);
}
}
class Caller
{
public void CallArea(Shape sh)
{
int a;
a = sh.area();
Console.WriteLine("面积: {0}", a);
}
}
class Tester
{

static void Main(string[] args)
{
Caller c = new Caller();
Rectangle r = new Rectangle(10, 7);
Triangle t = new Triangle(10, 5);
c.CallArea(r);
c.CallArea(t);
Console.ReadKey();
}
}
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

Rectangle 类的面积:
面积:70
Triangle 类的面积:
面积:25

笔记

1.多态性

多态:一个接口多个功能。

静态多态性:编译时发生函数响应(调用);

动态多态性:运行时发生函数响应。

静态绑定(早期绑定):编译时函数和对象的连接机制。 两种技术实现静态多态性:函数重载/运算符重载。

函数重载:在同一范围内对相同函数名有多个定义,可以是参数类型或参数个数的不同,但不许只有返回值类型不同。

运算符重载:

关键字 abstract 声明抽象类:用于接口部分类的实现(派生类继承抽象类时,实现完成)。抽象类包含抽象方法,抽象方法可被派生类实现。

抽象类规则:

  • 1.不能创建抽象类的实例
  • 2.不能在抽象类外定义抽象方法
  • 3.不能把抽象类声明为sealed(类前带关键字sealed代表该类是密封类,不能被继承)

关键字virtual声明虚方法:用于方法在继承类中的实现(在不同的继承类中有不同的实现)。

抽象类和虚方法共同实现动态多态性。

注:继承类中的重写虚函数需要声明关键字 override,在方法参数传入中写(类名 形参名)例如 public void CallArea(Shape sh),意思是传入一个 shape 类型的类。

2.virtual 和 abstract

virtual和abstract都是用来修饰父类的,通过覆盖父类的定义,让子类重新定义。

  • 1.virtual修饰的方法必须有实现(哪怕是仅仅添加一对大括号),而abstract修饰的方法一定不能实现。
  • 2.virtual可以被子类重写,而abstract必须被子类重写。
  • 3.如果类成员被abstract修饰,则该类前必须添加abstract,因为只有抽象类才可以有抽象方法。
  • 4.无法创建abstract类的实例,只能被继承无法实例化。

抽象方法和虚方法的区别

  • 1.虚方法必须有实现部分,抽象方法没有提供实现部分,抽象方法是一种强制派生类覆盖的方法,否则派生类将不能被实例化。
  • 2.抽象方法只能在抽象类中声明,虚方法不是。如果类包含抽象方法,那么该类也是抽象的,也必须声明类是抽象的。
  • 3.抽象方法必须在派生类中重写,这一点和接口类似,虚方法不需要再派生类中重写。

简单说,抽象方法是需要子类去实现的。虚方法是已经实现了的,可以被子类覆盖,也可以不覆盖,取决于需求。

抽象方法和虚方法都可以供派生类重写。

3.其它

1、重载(overload): 在同一个作用域(一般指一个类)的两个或多个方法函数名相同,参数列表不同的方法叫做重载,它们有三个特点(俗称两必须一可以):

  • 方法名必须相同
  • 参数列表必须不相同
  • 返回值类型可以不相同

例如:

public void Sleep()
{
Console.WriteLine("Animal睡觉");
}
public int Sleep(int time)
{
Console.WriteLine("Animal{0}点睡觉", time);
return time;
}

2、重写(override):子类中为满足自己的需要来重复定义某个方法的不同实现,需要用 override 关键字,被重写的方法必须是虚方法,用的是 virtual 关键字。它的特点是(三个相同):

  • 相同的方法名
  • 相同的参数列表
  • 相同的返回值

如:父类中的定义:

public virtual void EatFood()
{
Console.WriteLine("Animal吃东西");
}

子类中的定义:

public override void EatFood()
{
Console.WriteLine("Cat吃东西");
//base.EatFood();
}

小提示:经常有童鞋问重载和重写的区别,而且网络上把这两个的区别作为 C# 做常考的面试题之一。实际上这两个概念完全没有关系,仅仅都带有一个“重”字。他们没有在一起比较的意义,仅仅分辨它们不同的定义就好了。

3、虚方法:即为基类中定义的允许在派生类中重写的方法,使用virtual关键字定义。如:

public virtual void EatFood()
{
Console.WriteLine("Animal吃东西");
}

注意:虚方法也可以被直接调用。如:

Animal a = new Animal();
a.EatFood();

执行输出结果为:

Animal吃东西

4、抽象方法:在基类中定义的并且必须在派生类中重写的方法,使用 abstract 关键字定义。如:

public abstract class Biology
{
public abstract void Live();
}
public class Animal : Biology
{
public override void Live()
{
Console.WriteLine("Animal重写的抽象方法");
//throw new NotImplementedException();
}
}

注意:抽象方法只能在抽象类中定义,如果不在抽象类中定义,则会报出如下错误:

C# 多态性_抽象方法_02

虚方法和抽象方法的区别是:因为抽象类无法实例化,所以抽象方法没有办法被调用,也就是说抽象方法永远不可能被实现。

5、隐藏方法:在派生类中定义的和基类中的某个方法同名的方法,使用 new 关键字定义。如在基类 Animal 中有一方法 Sleep():

public void Sleep()
{
Console.WriteLine("Animal Sleep");
}

则在派生类 Cat 中定义隐藏方法的代码为:

new public void Sleep()
{
Console.WriteLine("Cat Sleep");
}

或者为:

public new void Sleep()
{
Console.WriteLine("Cat Sleep");
}

注意:

  • (1)隐藏方法不但可以隐藏基类中的虚方法,而且也可以隐藏基类中的非虚方法。
  • (2)隐藏方法中父类的实例调用父类的方法,子类的实例调用子类的方法。
  • (3)和上一条对比:重写方法中子类的变量调用子类重写的方法,父类的变量要看这个父类引用的是子类的实例还是本身的实例,如果引用的是父类的实例那么调用基类的方法,如果引用的是派生类的实例则调用派生类的方法。

箴言:因为这些东西是非常简单的。不要抱怨自己学不会,那是因为你没有足够用心。



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