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1、第6章 抽象类、多态和接口2010-12-17本章将做进一步的探讨。讨论抽象类、多态以及接口的概念和应用。2022/12/272C#程序设计实用教程 6.1 抽象类面向对象编程思想试图模拟现实中的对象和关系,那么,仅仅使用上一章介绍的类的基本技术就足够了吗?现在,我们来思考一个疑问?2022/12/273C#程序设计实用教程6.1.1 什么是抽象类现实中,存在如图6-1所示的对象及关系,父类“运动员”有3个子类,这3个子类都可以继承父类的“训训练练”这个方法,但是,仔细考虑下,父类“运动员”的训练该如何实现呢?2022/12/274C#程序设计实用教程6.1.1 什么是抽象类不同的运动员有不同
2、的训练方法,无法用统一的训练方法去针对所有不同的子类运动员。可见,在“运动员”类中,“训练”只是一个纸上谈兵的方法,是一个“虚拟”的方法。那么,是不是可以把这个方法从运动员中间去掉呢?事实上,“训练”的存在是有其意义的,它规定了所有的子类运动员都要有“训练”这个方法。所以,这个“虚拟”方法也并不是全无用处,可以为其子类设置一个必须包含的方法。在此,我们把“训练”这个方法称为“抽象方法”,把“运动员”这个父类称为“抽象类”。2022/12/275C#程序设计实用教程6.1.1 什么是抽象类在C#中,抽象方法和抽象类的定义如下:抽象方法:包含方法定义,但没有具体实现的方法,需要其子类或者子类的子类
3、来具体实现。抽象类:含有一个或多个抽象方法的类称为抽象类。抽象类不能够被实例化,这是因为它包含了没有具体实现的方法。2022/12/276C#程序设计实用教程6.1.2 声明抽象类现在来看抽象方法和抽象类如何在C#中实现。.在C#中,使用关键字abstract来定义抽象方法(abstract method),没有方法实现的部分,格式如下:public abstract void Train();.子类继承抽象父类之后,可以使用override关键字覆盖父类中的抽象方法,并做具体的实现,格式如下:public override void Train()另外,子类也可以不实现抽象方法,继续留给其后
4、代实现,这时子类仍旧是一个抽象类。2022/12/277C#程序设计实用教程6.1.2 声明抽象类根据上面给出的语法,定义运动员抽象类如下:public abstract class Player/抽象方法:训练public abstract void Train();代码定义了运动员抽象类,它有一个抽象方法Train();2022/12/278C#程序设计实用教程6.1.3 实现抽象方法对于子类来说,在继承了抽象父类之后,就可以具体实现其中的抽象方法了。【例例6-16-1】下面的代码分别实现3个子类运动员的抽象方法Train()。public class FootballPlayer:Pla
5、yerpublic override void Train()Console.WriteLine(Football players are training.);2022/12/279C#程序设计实用教程6.1.3 实现抽象方法/游泳运动员public class SwimPlayer:Playerpublic override void Train()Console.WriteLine(Swim players are training.);2022/12/2710C#程序设计实用教程6.1.3 实现抽象方法/短跑运动员public class Sprinters:Player public
6、 override void Train()Console.WriteLine(Sprinters are training.);说明:说明:以上的足球运动员类继承了运动员类,并实现了其父类中的抽象方法Train()。其余两个子类与此相同,不再赘述。2022/12/2711C#程序设计实用教程6.2 多态性在上一节对于抽象类的概念进行介绍,与抽象类紧密相关的一个面向对象机制是多态。从字面上可知,多态即表示多种形态,那什么是类的多种形态呢?它有什么用处?本节将对其进行探讨。2022/12/2712C#程序设计实用教程6.2.1 什么是多态继续上一节给出的例子,现在假设你是一个运动员总教练,手下有
7、足球、游泳、短跑运动员。你把运动员召集起来之后,如果你是只是对他们说“去训练吧!”,那么他们会怎样做呢?很显然,不同项目的运动员会去做不同的训练。对于总教练而言,只需要告诉他们的统一的指令即可。在面向对象的思想中,这称为多态多态(Polymorphism)。2022/12/2713C#程序设计实用教程6.2.1 什么是多态多态就是父类定义的抽象方法,在子类对其进行实现之后,C#允许将子类赋值给父类,然后在父类中,通过调用抽象方法来实现子类具体的功能。在上一节的示例中,“运动员”包含一个抽象方法“训练”,在其子类对“训练”进行了实现之后,C#允许下面的赋值表达式:Player p=new Foo
8、tballPlay();这样,就实现把一个子类对象赋值给了父类的一个对象,然后,可以利用父类对象调用其抽象函数。p.Train();这样,该运动员对象就会根据自己所从事的项目去做相应的训练。2022/12/2714C#程序设计实用教程6.2.2 多态的实现上面介绍了多态的含义,现在使用上一节的运动员示例来介绍其具体实现。其中,对抽象类的实现代码不变,不再重复。下面说明了如何使用多态性来对运动员们统一发号施令。2022/12/2715C#程序设计实用教程6.2.2 多态的实现【例例6-26-2】抽象类、抽象方法和多态的实现。using System;namespace Example_Abstr
9、actClass/抽象类:运动员public abstract class Player/抽象方法:训练public abstract void Train();2022/12/2716C#程序设计实用教程6.2.2 多态的实现/足球运动员/public class FootballPlayer:Playerpublic override void Train()Console.WriteLine(Football players are training.);2022/12/2717C#程序设计实用教程6.2.2 多态的实现/游泳运动员/public class SwimPlayer:Pla
10、yerpublic override void Train()Console.WriteLine(Swim players are training.);2022/12/2718C#程序设计实用教程6.2.2 多态的实现/短跑运动员 /public class Sprinters:Player public override void Train()Console.WriteLine(Sprinters are training.);2022/12/2719C#程序设计实用教程6.2.2 多态的实现class MainTeststatic void Main(string args)Playe
11、r p;p=new FootballPlayer();p.Train();p=new SwimPlayer();p.Train();p=new Sprinters();p.Train();2022/12/2720C#程序设计实用教程6.2.2 多态的实现说明:说明:代码声明了一个运动员对象p,然后对其赋值为足球运动员,并调用Train()方法让其训练;同样,再使其成为一个游泳运动员,同样使用Train()方法让其训练。只看“p.Train();”这行代码,对其所调用的方法是一样的,但由于p的训练项目不同,因此,根据多态的性质,p调用了不同的训练方法。2022/12/2721C#程序设计实用教程
12、6.2.3 区分多态和重载如上所述,多态是基于对抽象方法的覆盖(override)来实现的,用统一的对外接口来完成不同的功能。在前面,还介绍了重载(overload)的概念,也是使用统一的对外接口来完成不同的功能,那么这两者有什么区别呢?重载重载,是指允许存在多个同名函数,而这些函数的参数不同。重载的实现是:编译器根据函数不同的参数表,对同名函数的名称加以修饰。对于编译器而言,这些同名函数就成不同的函数。它们的调用地址在编译期间就绑定了。多态多态,是指子类重新定义父类的虚函数。当子类重新定义了父类的虚函数后,父类根据赋给它的不同的子类,动态调用属于子类的该函数,这样的函数调用在编译期间是无法确
13、定的。不难看出,两者的区别在于编译器何时去寻找所要调用的具体方法,对于重载而言,在函数调用之前,编译器就已经确定了所要调用的方法,这称为“早绑定”或“静态绑定”;而对于多态,只有等到函数调用的那一刻,编译器才会确定所要调用的具体函数,这称为称为“晚绑定”或“动态绑定”。2022/12/2722C#程序设计实用教程对MainTest类进一步改进,使能能直接的看到动态绑定。class MainTeststatic void Main(string args)Player p=new Player3;p0=new FootballPlayer();p1=new SwimPlayer();p2=new
14、 Sprinters();Random rnd=new Random();int i=rnd.next(0,3);StartTrain(pi);Static void StartTrain(Player tmp)p.train();6.3 接口前面介绍了抽象类和多态的概念。下面介绍与抽象类非常相似的另一个概念:接口。生活中的接口概念:数据线结构,手机充电器 汽车档位,自行车刹车。2022/12/2724C#程序设计实用教程6.3.1 什么是接口接口与抽象类非常相似,它定义了一些未实现的属性和方法。所有继承它的类都继承这些成员,在这个角度上,可以把接口理解为一个类的模板。接口包含的成员:主要是抽
15、象方法 接口和抽象类的相似之处表现在以下两方面:两者都包含可以由子类继承的抽象成员;两者都不直接实例化。2022/12/2725C#程序设计实用教程6.3.1 什么是接口两者的区别表现在以下几个方面:抽象类除拥有抽象成员之外,还可以拥有非抽象成员;而接口所有的成员都是抽象的。抽象成员可以是私有的,而接口的成员一般都是公有的。接口中不能含有构造函数、析构函数、静态成员和常量。C#只支持单继承,即子类只能继承一个父类,而一个子类却能够继承多个接口。2022/12/2726C#程序设计实用教程6.3.2 声明接口下面通过一个具体的例子,介绍如何在C#中声明和使用接口。图6-2所示是一个IShape
16、接口的示意图。示例中有一个“形状”的概念,它有3个具体的形状类:矩形、圆形、三角形。可以看出,在某种意义上,接口同完全的抽象类非常相似。2022/12/2727C#程序设计实用教程6.3.2 声明接口C#中声明接口的语法如下:interface/interface members接口的成员访问级别规定为public,因此,不用在声明成员时使用访问级别修饰符。根据上面给出的语法,下面代码来声明这个Ishape接口。/接口:形状/public interface Ishape double GetArea();2022/12/2728C#程序设计实用教程6.3.3 实现接口实现:声明接口之后,类就
17、可以通过继承接口来实现其中的抽象方法。继承接口的语法同类的继承类似,使用冒号“:”,将待继承的接口放在类的后面。如果继承多个接口,将使用逗号将其分隔。2022/12/2729C#程序设计实用教程6.3.3 实现接口在下面的代码中,实现了矩形类,它继承于Ishape接口,并实现了GetArea()方法。【例例6-36-3】继承Ishape接口实现矩形类。/矩形类public class Rectangle:Ishape public double dblWidth;/宽public double dblHeitht;/高/构造函数public Rectangle(double _dblWidth
18、,double _dblHeight)this.dblWidth=_dblWidth;this.dblHeitht=_dblHeight;2022/12/2730C#程序设计实用教程6.3.3 实现接口/求矩形面积public double GetArea()return this.dblHeitht*this.dblWidth;代 码 中,使 用“:”继 承 了 Ishape接 口,声 明 了 矩 形 类Rectangle。它有两个属性,分别是宽和高。构造函数为这两个属性赋值,然后实现了求面积的方法GetArea()。同实现抽象类的抽象方法不同,实现接口中的方法并不需要使用“override
19、”关键字。下面的代码使用Rectangle类来求一个矩形面积。Rectangle r=new Rectangle(3,5);Console.WriteLine(r.GetArea();/15 2022/12/2731C#程序设计实用教程6.3.3 实现接口另外的三角形和圆形类与矩形类的实现类似,这里不再重述。完整的实现可参考下例。同样,使用接口也可以实现多态,这和抽象类一样,如【例6-4】所示。2022/12/2732C#程序设计实用教程举例说明:类继承多个接口(多重继承)Interface IShape 如上。Interface IInfo void ShowInfo();6.4 本章小结本章介绍了面向对象编程技术的高级话题,主要内容包括抽象、多态和接口等,这些技术在编程中都有非常多的应用。abstract关键字实现了抽象的定义,接口的存在可以使C#中存在非类间的多重继承。这两种方法可以使程序的设计更加严密,使开发人员的选择更加多样化。2022/12/2734C#程序设计实用教程