C#多態性學習，虛方法、抽象方法、介面等用法舉例

来源:https://www.cnblogs.com/letmebaby/archive/2023/03/27/17255211.html
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1. 多態性定義 C#中的多態性是OOP（面向對象編程）的一個基本概念，它允許一個對象在不同情況下表現出不同的行為，以增強代碼的可重用性和靈活性。 根據網上的教程，我們得知C#多態性分為兩類，靜態和動態。但實際上，C#沒有嚴格的靜態和動態多態性的分法。之所以這麼分，還是為了我們便於理解，我們沿用這個 ...


1. 多態性定義

  C#中的多態性是OOP（面向對象編程）的一個基本概念，它允許一個對象在不同情況下表現出不同的行為，以增強代碼的可重用性和靈活性。
  根據網上的教程，我們得知C#多態性分為兩類，靜態和動態。但實際上，C#沒有嚴格的靜態和動態多態性的分法。之所以這麼分，還是為了我們便於理解，我們沿用這個思維來大概分類：

採用函數重載或運算符重載方法的，屬於靜態多態性；
採用虛方法、抽象方法、介面等方式，屬於動態多態性。

拓展：在靜態多態性中，函數的響應是在編譯時發生的。在動態多態性中，函數的響應是在運行時發生的。什麼意思呢？
在靜態語言中，許多多態性的特性可以在編譯時確定，編譯器可以根據數據類型的信息來確定方法的調用方式。
而在動態語言中，數據類型的確定通常是在運行時進行的，這種行為被稱為動態多態性。

2. 函數重載示例

  函數重載是指在同一個類中，定義多個方法，它們的方法名相同，但是參數類型、參數數量、參數順序不同。以下是一個函數重載的例子：

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;
    }
}

  在這個例子中，Calculator類定義了4個Add()方法，它們的方法名相同但是參數列表不同（分別有2個整型參數、3個整型參數、2個浮點型參數、2個雙精度浮點型參數）。這些方法根據聲明的參數類型和數量而得到不同的簽名，因此構成函數重載，當調用Add()方法時，編譯器會根據參數的類型和數量來選擇正確的方法重載進行調用。

3. 虛方法示例

  虛方法和重寫（override）方法：在父類中聲明一個虛方法，子類可以重寫該方法並實現自己的行為。在運行時，程式根據對象的實際類型調用相應的方法。這種方式也稱為“消除靜態綁定”。
註意事項：虛方法是使用關鍵字 virtual 聲明的。同時繼承類中的重寫虛函數需要聲明關鍵字 override 。下麵是一個示例：

// 定義一個Animal類和其子類
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!");
    }
}

// 示常式序
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();
    }
}

  在這個例子中，Animal類中聲明瞭一個虛方法Speak()，它的子類 Dog 和 Cat 分別對該方法進行了重寫。在Main 方法中，創建了一個 Animal 數組，其中存放了 Dog 和 Cat 的實例。在foreach迴圈中，程式根據實際對象類型調用了不同的Speak()方法，實現了多態性的效果。

小拓展：關鍵字重寫 override 與覆蓋 new 較為容易搞混，有關兩者區別可移步：C#中重寫(override)及覆蓋(new)的區別詳解。

4. 抽象方法示例

  抽象方法是在抽象類中定義的，它沒有具體實現的代碼，而只是定義了方法的名稱、參數和返回值類型等信息。抽象方法必須在子類中進行完整的實現，否則子類本身也必須定義為抽象類。使用abstract關鍵字來定義抽象類和抽象方法。
下麵的示例演示瞭如何定義並使用抽象方法：

abstract class Shape 
{
  public abstract double Area(); // 定義抽象方法Area()
}
// 派生類Rectangle繼承抽象類Shape
class Rectangle : Shape  
{
  double width, height;

  public Rectangle(double w, double h) 
  {
    width = w;
    height = h;
  }
  
  public override double Area() // 實現抽象方法Area()
  {
    return width * height;
  }
}

class Triangle : Shape  
{
  double baseValue, height;

  public Triangle(double bv, double h) 
  {
    baseValue = bv;
    height = h;
  }
  
  public override double Area() // 實現抽象方法Area()
  {
    return baseValue * height * 0.5;
  }
}

class Program 
{
  static void Main(string[] args) 
  {
    Rectangle r = new Rectangle(5, 8);
    Console.WriteLine("矩形的面積 = {0}", r.Area());

    Triangle t = new Triangle(5, 8);
    Console.WriteLine("三角形的面積 = {0}", t.Area());
  }
}

  上面的代碼定義了Shape類和兩個派生類Rectangle和Triangle。Shape類中定義了一個抽象方法Area()，併在Rectangle和Triangle中實現了這個抽象方法。在Main方法中，創建了一個Rectangle對象 r 和一個Triangle對象 t，並分別調用它們的Area()方法計算出它們的面積。

5. 介面示例

  C#介面是一種約定，是一個抽象的類型，它定義了一組公共的方法、屬性、索引器和事件，這些成員沒有實現細節和實現代碼，只定義了介面的行為。

5.1 介面語法

定義介面的語法如下：

interface 介面名稱
{
  方法1
  方法2
  屬性1
  索引器1
  事件1
}

其中，方法、屬性、索引器和事件都是介面的成員，它們都沒有實現，只是定義了行為的名稱和參數。

方法定義的語法如下：
返回類型 方法名稱(參數列表);

屬性定義的語法如下：
屬性類型 屬性名稱 { get; set; }

索引器定義的語法如下：
索引器類型 this[索引器參數] { get; set; }

事件定義的語法如下：
event 事件委托類型 事件名稱;

其中，事件委托類型是一個Delegate類型。

5.2 介面使用示例

  定義一個介面之後，可以通過繼承或實現來使用介面。介面的繼承使用“：”符號，需要註意的是，如果一個類實現了一個介面，那麼它必須實現介面中所有的方法和屬性。下麵是介面示例：

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());
  }
}

  上面的代碼定義了IShape、ICircle和IRectangle三個介面、以及Circle和Rectangle兩個類。其中，Circle類實現了ICircle介面，Rectangle類實現了IRectangle介面。在Main方法中，創建了一個Circle對象和一個Rectangle對象，並給它們的屬性賦值。然後分別調用了Circle和Rectangle對象的Perimeter()和Area()方法輸出結果。
運行程式，輸出以下結果：

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

  可以看到，通過使用介面，我們可以很方便地定義出不同的形狀，然後計算出它們的周長和麵積。這就展示了介面在C#編程中的重要地位。

  想必大家看到這裡對於多態性的實現方式已經有了一定的瞭解，不知大家是否發現，這些方式中，抽象方法和虛方法是如此的相似，那麼我們就有了新的疑問：兩者有何區別？使用場景是否有所不同？

在下麵這篇隨筆中，我針對這個問題進行了深入學習：C#中抽象方法與虛方法的區別。


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