C# 继承与多态详解

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一、C# 继承

1.1 继承的定义与概念

继承是指一个新类（子类或派生类）可以获取另一个已存在类（父类或基类）的属性和方法。在 C# 中，使用冒号:来表示继承关系。例如：

class Animal
{
    public string Name { get; set; }
    public void Eat()
    {
        Console.WriteLine($"{Name}正在吃东西");
    }
}

class Dog : Animal
{
    public void Bark()
    {
        Console.WriteLine($"{Name}在汪汪叫");
    }
}

在上述代码中，Dog类继承自Animal类，这意味着Dog类自动拥有了Animal类的Name属性和Eat方法，同时还可以定义自己特有的Bark方法。

1.2 继承的特性

成员继承：子类会继承父类的公共（public）和受保护（protected）成员，但构造函数和析构函数不会被继承。其中，public成员可以被任何对象访问；protected成员只能被该类本身及其子类对象访问。

构造函数调用顺序：当创建子类对象时，系统会首先调用父类的构造函数，然后再调用子类的构造函数。如果子类构造函数需要调用父类的特定构造函数，可以使用base关键字。例如：

class Animal
{
    public Animal()
    {
        Console.WriteLine("Animal的构造函数被调用");
    }
}

class Dog : Animal
{
    public Dog() : base()
    {
        Console.WriteLine("Dog的构造函数被调用");
    }
}

执行new Dog();时，会先输出 “Animal 的构造函数被调用”，再输出 “Dog 的构造函数被调用” 。

使用base关键字：在子类中，base关键字用于访问父类的成员。当子类需要调用父类中被重写的方法，或者访问父类的属性时，就可以使用base关键字。例如：

class Animal
{
    public virtual void Move()
    {
        Console.WriteLine("动物在移动");
    }
}

class Dog : Animal
{
    public override void Move()
    {
        base.Move();// 调用父类的Move方法
        Console.WriteLine("狗在奔跑");
    }
}

1.3 方法重写（override）

方法重写是指在子类中重新定义父类中已有的虚方法（使用virtual关键字声明的方法）。重写后的方法需要使用override关键字声明，并且方法签名（方法名、参数列表和返回类型）必须与父类中的虚方法一致。例如：

class Shape
{
    public virtual void Draw()
    {
        Console.WriteLine("绘制一个形状");
    }
}

class Circle : Shape
{
    public override void Draw()
    {
        Console.WriteLine("绘制一个圆形");
    }
}

在这个例子中，Circle类重写了Shape类的Draw方法，当调用Circle对象的Draw方法时，会执行Circle类中重写后的方法。

1.4 继承的优点

代码复用：通过继承，子类可以复用父类的代码，减少重复代码的编写，提高开发效率。例如多个具有相似属性和行为的类，可以提取共同部分到父类，子类只需继承并扩展自己特有的部分。

增强代码的可维护性：当需要修改某个功能时，只需在父类中进行修改，所有子类都会受到影响，而不需要逐个修改每个子类的代码。

体现层次结构关系：清晰地展示了类之间的层次结构，使代码结构更加清晰，易于理解和扩展。

二、C# 多态

2.1 多态的定义与概念

多态是指同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。在 C# 中，多态主要通过虚方法和抽象类来实现。简单来说，就是可以使用父类的引用来调用子类中重写的方法，在运行时根据对象的实际类型来决定调用哪个类的方法。例如：

class Animal
{
    public virtual void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("动物发出声音");
    }
}

class Dog : Animal
{
    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("汪汪汪");
    }
}

class Cat : Animal
{
    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("喵喵喵");
    }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        Animal animal1 = new Dog();
        Animal animal2 = new Cat();

        animal1.MakeSound();// 调用Dog类的MakeSound方法
        animal2.MakeSound();// 调用Cat类的MakeSound方法
    }
}

在上述代码中，animal1和animal2虽然都是Animal类型的引用，但它们分别指向Dog和Cat对象，在调用MakeSound方法时，会根据对象的实际类型调用相应子类的方法，这就是多态的体现。

2.2 实现多态的要素

子类重写父类方法：子类必须重写父类中使用virtual关键字声明的虚方法，并且使用override关键字进行声明。

向上转型：将子类对象赋值给父类引用，即使用父类的类型来引用子类对象。例如Animal animal = new Dog(); ，这里将Dog对象赋值给Animal类型的变量animal ，这就是向上转型。

2.3 多态的优点

提高代码的可扩展性：当需要添加新的子类时，不需要修改大量现有的代码，只需要在新子类中重写相应的方法即可。例如在上述动物的例子中，如果要添加一个Pig类，只需要让Pig类继承自Animal类，并重写MakeSound方法，而不需要修改其他类的代码。

增强代码的可维护性：多态使得代码结构更加清晰，每个类只负责自己的功能实现，通过父类引用来调用不同子类的方法，减少了代码的耦合度，便于维护和修改。

提高代码的复用性：可以编写通用的代码，通过父类引用来处理不同子类的对象，实现代码的复用。例如可以编写一个方法，接收Animal类型的参数，然后在方法中调用MakeSound方法，这样这个方法就可以处理任何继承自Animal的子类对象。

三、总结

继承与多态是 C# 面向对象编程中非常重要的特性。继承允许我们复用已有的代码，构建清晰的类层次结构；多态则通过动态绑定，使程序在运行时能够根据对象的实际类型做出不同的行为，提高了代码的灵活性、可扩展性和可维护性。在实际的 C# 开发中，合理运用继承与多态，可以让我们的代码更加简洁、高效和易于维护。随着对 C# 学习的深入，还可以进一步探索抽象类、接口等与继承和多态相关的特性，以更好地发挥面向对象编程的优势 。