C# 面向對象編程 II · ZetCode 中文系列教程

# C# 面向對象編程 II > 原文： [https://zetcode.com/lang/csharp/oopii/](https://zetcode.com/lang/csharp/oopii/) 在 C# 教程的這一章中，我們將繼續介紹 OOP。我們介紹了接口，多態，深層和淺層副本，密封類和異常。 ## C# 接口遙控器是觀眾和電視之間的接口。它是此電子設備的接口。外交禮儀指導外交領域的所有活動。道路規則是駕車者，騎自行車者和行人必須遵守的規則。編程中的接口類似于前面的示例。接口是： * API * 合約對象通過其公開的方法與外界交互。實際的實現對程序員而言并不重要，或者也可能是秘密的。公司可能會出售圖書館，但它不想透露實際的實現情況。程序員可能會在 GUI 工具箱的窗口上調用`Maximize()`方法，但對如何實現此方法一無所知。從這個角度來看，接口是對象與外界交互的方式，而又不會過多地暴露其內部功能。從第二個角度來看，接口就是契約。如果達成協議，則必須遵循。它們用于設計應用的架構。他們幫助組織代碼。接口是完全抽象的類型。它們使用`interface`關鍵字聲明。接口只能具有方法，屬性，事件或索引器的簽名。所有接口成員都隱式具有公共訪問權限。接口成員不能指定訪問修飾符。接口不能具有完全實現的方法，也不能具有成員字段。 C# 類可以實現任何數量的接口。一個接口還可以擴展任何數量的接口。實現接口的類必須實現接口的所有方法簽名。接口用于模擬多重繼承。 C# 類只能從一個類繼承，但可以實現多個接口。使用接口的多重繼承與繼承方法和變量無關。它是關于繼承想法或合同的，這些想法或合同由接口描述。接口和抽象類之間有一個重要的區別。抽象類為繼承層次結構中相關的類提供部分實現。另一方面，可以通過彼此不相關的類來實現接口。例如，我們有兩個按鈕。經典按鈕和圓形按鈕。兩者都繼承自抽象按鈕類，該類為所有按鈕提供了一些通用功能。實現類是相關的，因為它們都是按鈕。另一個示例可能具有類`Database`和`SignIn`。它們彼此無關。我們可以應用`ILoggable`接口，該接口將迫使他們創建執行日志記錄的方法。 ## C# 簡單接口以下程序使用一個簡單的接口。 `Program.cs` ```cs using System; namespace SimpleInterface { interface IInfo { void DoInform(); } class Some : IInfo { public void DoInform() { Console.WriteLine("This is Some Class"); } } class Program { static void Main(string[] args) { var some = new Some(); some.DoInform(); } } } ``` 這是一個演示接口的簡單 C# 程序。 ```cs interface IInfo { void DoInform(); } ``` 這是接口`IInfo`。它具有`DoInform()`方法簽名。 ```cs class Some : IInfo ``` 我們實現了`IInfo`接口。為了實現特定的接口，我們使用冒號（:)運算符。 ```cs public void DoInform() { Console.WriteLine("This is Some Class"); } ``` 該類提供了`DoInform()`方法的實現。 ## C# 多個接口下一個示例顯示了一個類如何實現多個接口。 `Program.cs` ```cs using System; namespace MultipleInterfaces { interface Device { void SwitchOn(); void SwitchOff(); } interface Volume { void VolumeUp(); void VolumeDown(); } interface Pluggable { void PlugIn(); void PlugOff(); } class CellPhone : Device, Volume, Pluggable { public void SwitchOn() { Console.WriteLine("Switching on"); } public void SwitchOff() { Console.WriteLine("Switching on"); } public void VolumeUp() { Console.WriteLine("Volume up"); } public void VolumeDown() { Console.WriteLine("Volume down"); } public void PlugIn() { Console.WriteLine("Plugging In"); } public void PlugOff() { Console.WriteLine("Plugging Off"); } } class Program { static void Main(string[] args) { var cellPhone = new CellPhone(); cellPhone.SwitchOn(); cellPhone.VolumeUp(); cellPhone.PlugIn(); } } } ``` 我們有一個`CellPhone`類，它從三個接口繼承。 ```cs class CellPhone : Device, Volume, Pluggable ``` 該類實現所有三個接口，并用逗號分隔。 `CellPhone`類必須實現來自所有三個接口的所有方法簽名。 ```cs $ dotnet run Switching on Volume up Plugging In ``` 運行程序，我們得到此輸出。 ## C# 多接口繼承下一個示例顯示接口如何從多個其他接口繼承。 `Program.cs` ```cs using System; namespace InterfaceInheritance { interface IInfo { void DoInform(); } interface IVersion { void GetVersion(); } interface ILog : IInfo, IVersion { void DoLog(); } class DBConnect : ILog { public void DoInform() { Console.WriteLine("This is DBConnect class"); } public void GetVersion() { Console.WriteLine("Version 1.02"); } public void DoLog() { Console.WriteLine("Logging"); } public void Connect() { Console.WriteLine("Connecting to the database"); } } class Program { static void Main(string[] args) { var db = new DBConnect(); db.DoInform(); db.GetVersion(); db.DoLog(); db.Connect(); } } } ``` 我們定義了三個接口。我們可以按層次結構組織接口。 ```cs interface ILog : IInfo, IVersion ``` `ILog`接口繼承自其他兩個接口。 ```cs public void DoInform() { Console.WriteLine("This is DBConnect class"); } ``` `DBConnect`類實現`DoInform()`方法。該方法由該類實現的`ILog`接口繼承。 ```cs $ dotnet run This is DBConnect class Version 1.02 Logging Connecting to the database ``` 這是輸出。 ## C# 多態多態是以不同方式將運算符或函數用于不同數據輸入的過程。實際上，多態意味著如果類 B 從類 A 繼承，那么它不必繼承關于類 A 的所有內容。它可以完成 A 類所做的某些事情。通常，多態是以不同形式出現的能力。從技術上講，它是重新定義派生類的方法的能力。多態與將特定實現應用于接口或更通用的基類有關。多態是重新定義派生類的方法的能力。 `Program.cs` ```cs using System; namespace Polymorphism { abstract class Shape { protected int x; protected int y; public abstract int Area(); } class Rectangle : Shape { public Rectangle(int x, int y) { this.x = x; this.y = y; } public override int Area() { return this.x * this.y; } } class Square : Shape { public Square(int x) { this.x = x; } public override int Area() { return this.x * this.x; } } class Program { static void Main(string[] args) { Shape[] shapes = { new Square(5), new Rectangle(9, 4), new Square(12) }; foreach (Shape shape in shapes) { Console.WriteLine(shape.Area()); } } } } ``` 在上面的程序中，我們有一個抽象的`Shape`類。此類演變為兩個后代類別：`Rectangle`和`Square`。兩者都提供了自己的`Area()`方法實現。多態為 OOP 系統帶來了靈活性和可伸縮性。 ```cs public override int Area() { return this.x * this.y; } ... public override int Area() { return this.x * this.x; } ``` `Rectangle`和`Square`類具有`Area()`方法的自己的實現。 ```cs Shape[] shapes = { new Square(5), new Rectangle(9, 4), new Square(12) }; ``` 我們創建三個形狀的數組。 ```cs foreach (Shape shape in shapes) { Console.WriteLine(shape.Area()); } ``` 我們遍歷每個形狀，并在其上調用`Area()`方法。編譯器為每種形狀調用正確的方法。這就是多態的本質。 ## C# 密封類 `sealed`關鍵字用于防止意外地從類派生。密封類不能是抽象類。 `Program.cs` ```cs using System; namespace DerivedMath { sealed class Math { public static double GetPI() { return 3.141592; } } class Derived : Math { public void Say() { Console.WriteLine("Derived class"); } } class Program { static void Main(string[] args) { var dm = new Derived(); dm.Say(); } } } ``` 在上面的程序中，我們有一個`Math`基類。該類的唯一目的是為程序員提供一些有用的方法和常量。（出于簡單起見，在我們的案例中，我們只有一種方法。）它不是從繼承而創建的。為了防止不知情的其他程序員從此類中派生，創建者創建了`sealed`類。如果嘗試編譯該程序，則會出現以下錯誤：'Derived'不能從密封類'Math'派生。 ## C# 深層副本與淺層副本數據復制是編程中的重要任務。對象是 OOP 中的復合數據類型。對象中的成員字段可以按值或按引用存儲。可以以兩種方式執行復制。淺表副本將所有值和引用復制到新實例中。引用所指向的數據不會被復制；僅指針被復制。新的引用指向原始對象。對引用成員的任何更改都會影響兩個對象。深層副本將所有值復制到新實例中。如果成員存儲為引用，則深層副本將對正在引用的數據執行深層副本。創建一個引用對象的新副本。并存儲指向新創建對象的指針。對這些引用對象的任何更改都不會影響該對象的其他副本。深拷貝是完全復制的對象。如果成員字段是值類型，則將對該字段進行逐位復制。如果該字段是引用類型，則復制引用，但不是復制引用的對象。因此，原始對象中的引用和克隆對象中的引用指向同一對象。（來自 programmingcorner.blogspot.com 的明確解釋） ### C# 淺表復制以下程序執行淺表復制。 `Program.cs` ```cs using System; namespace ShallowCopy { class Color { public int red; public int green; public int blue; public Color(int red, int green, int blue) { this.red = red; this.green = green; this.blue = blue; } } class MyObject : ICloneable { public int id; public string size; public Color col; public MyObject(int id, string size, Color col) { this.id = id; this.size = size; this.col = col; } public object Clone() { return new MyObject(this.id, this.size, this.col); } public override string ToString() { var s = String.Format("id: {0}, size: {1}, color:({2}, {3}, {4})", this.id, this.size, this.col.red, this.col.green, this.col.blue); return s; } } class Program { static void Main(string[] args) { var col = new Color(23, 42, 223); var obj1 = new MyObject(23, "small", col); var obj2 = (MyObject) obj1.Clone(); obj2.id += 1; obj2.size = "big"; obj2.col.red = 255; Console.WriteLine(obj1); Console.WriteLine(obj2); } } } ``` 這是一個淺表副本的示例。我們定義了兩個自定義對象：`MyObject`和`Color`。 `MyObject`對象將引用 Color 對象。 ```cs class MyObject : ICloneable ``` 我們應該為要克隆的對象實現`ICloneable`接口。 ```cs public object Clone() { return new MyObject(this.id, this.size, this.col); } ``` `ICloneable`接口迫使我們創建`Clone()`方法。此方法返回具有復制值的新對象。 ```cs var col = new Color(23, 42, 223); ``` 我們創建`Color`對象的實例。 ```cs var obj1 = new MyObject(23, "small", col); ``` 創建`MyObject`類的實例。 `Color`對象的實例傳遞給構造器。 ```cs var obj2 = (MyObject) obj1.Clone(); ``` 我們創建`obj1`對象的淺表副本，并將其分配給`obj2`變量。 `Clone()`方法返回`Object`，我們期望`MyObject`。這就是我們進行顯式轉換的原因。 ```cs obj2.id += 1; obj2.size = "big"; obj2.col.red = 255; ``` 在這里，我們修改復制對象的成員字段。我們增加`id`，將`size`更改為`"big"`，然后更改顏色對象的紅色部分。 ```cs Console.WriteLine(obj1); Console.WriteLine(obj2); ``` `Console.WriteLine()`方法調用`obj2`對象的`ToString()`方法，該方法返回對象的字符串表示形式。 ```cs $ dotnet run id: 23, size: small, color:(255, 42, 223) id: 24, size: big, color:(255, 42, 223) ``` 我們可以看到 ID 是不同的（23 對 24）。大小不同（`small`與`big`）。但是，這兩個實例的顏色對象的紅色部分相同（255）。更改克隆對象的成員值（`id`，`size`）不會影響原始對象。更改引用對象（`col`）的成員也影響了原始對象。換句話說，兩個對象都引用內存中的同一顏色對象。 ### C# 深層復制要更改此行為，我們接下來將做一個深層復制。 `Program.cs` ```cs using System; namespace DeepCopy { class Color : ICloneable { public int red; public int green; public int blue; public Color(int red, int green, int blue) { this.red = red; this.green = green; this.blue = blue; } public object Clone() { return new Color(this.red, this.green, this.blue); } } class MyObject : ICloneable { public int id; public string size; public Color col; public MyObject(int id, string size, Color col) { this.id = id; this.size = size; this.col = col; } public object Clone() { return new MyObject(this.id, this.size, (Color)this.col.Clone()); } public override string ToString() { var s = String.Format("id: {0}, size: {1}, color:({2}, {3}, {4})", this.id, this.size, this.col.red, this.col.green, this.col.blue); return s; } } class Program { static void Main(string[] args) { var col = new Color(23, 42, 223); var obj1 = new MyObject(23, "small", col); var obj2 = (MyObject) obj1.Clone(); obj2.id += 1; obj2.size = "big"; obj2.col.red = 255; Console.WriteLine(obj1); Console.WriteLine(obj2); } } } ``` 在此程序中，我們對對象執行深層復制。 ```cs class Color : ICloneable ``` 現在，`Color`類實現了`ICloneable`接口。 ```cs public object Clone() { return new Color(this.red, this.green, this.blue); } ``` 我們也為`Color`類提供了`Clone()`方法。這有助于創建引用對象的副本。 ```cs public object Clone() { return new MyObject(this.id, this.size, (Color) this.col.Clone()); } ``` 當我們克隆`MyObject`時，我們根據`col`引用類型調用`Clone()`方法。這樣，我們也可以獲得顏色值的副本。 ```cs $ dotnet run id: 23, size: small, color:(23, 42, 223) id: 24, size: big, color:(255, 42, 223) ``` 現在，所引用的`Color`對象的紅色部分不再相同。原始對象保留了其先前的值（23）。 ## C# 異常異常是為處理異常的發生而設計的，這些特殊情況會改變程序執行的正常流程。引發或引發異常。在執行應用期間，許多事情可能出錯。磁盤可能已滿，我們無法保存文件。當我們的應用嘗試連接到站點時，互聯網連接可能會斷開。所有這些都可能導致我們的應用崩潰。程序員有責任處理可以預期的錯誤。 `try`，`catch`和`finally`關鍵字用于處理異常。 `Program.cs` ```cs using System; namespace DivisionByZero { class Program { static void Main(string[] args) { int x = 100; int y = 0; int z; try { z = x / y; } catch (ArithmeticException e) { Console.WriteLine("An exception occurred"); Console.WriteLine(e.Message); } } } } ``` 在上面的程序中，我們有意將數字除以零。這會導致錯誤。 ```cs try { z = x / y; } ``` 容易出錯的語句放置在`try`塊中。 ```cs catch (ArithmeticException e) { Console.WriteLine("An exception occurred"); Console.WriteLine(e.Message); } ``` 異常類型跟隨`catch`關鍵字。在我們的情況下，我們有一個`ArithmeticException`。由于算術，轉換或轉換操作中的錯誤而引發此異常。發生錯誤時，將執行`catch`關鍵字之后的語句。發生異常時，將創建一個異常對象。從該對象中，我們獲得`Message`屬性并將其打印到控制臺。 ```cs $ dotnet run An exception occurred Attempted to divide by zero. ``` 代碼示例的輸出。 ### C# 未捕獲的異常當前上下文中任何未捕獲的異常都會傳播到更高的上下文，并尋找適當的`catch`塊來處理它。如果找不到任何合適的`catch`塊，則 .NET 運行時的默認機制將終止整個程序的執行。 `Program.cs` ```cs using System; namespace UcaughtException { class Program { static void Main(string[] args) { int x = 100; int y = 0; int z = x / y; Console.WriteLine(z); } } } ``` 在此程序中，我們除以零。沒有自定義異常處理。 ```cs $ dotnet run Unhandled Exception: System.DivideByZeroException: Division by zero at UncaughtException.Main () [0x00000] ``` C# 編譯器給出了以上錯誤消息。 ### C# `IOException` 發生 I/O 錯誤時，將拋出`IOException`。在下面的示例中，我們讀取文件的內容。 `Program.cs` ```cs using System; using System.IO; namespace ReadFile { class Program { static void Main(string[] args) { var fs = new FileStream("langs.txt", FileMode.OpenOrCreate); try { var sr = new StreamReader(fs); string line; while ((line = sr.ReadLine()) != null) { Console.WriteLine(line); } } catch (IOException e) { Console.WriteLine("IO Error"); Console.WriteLine(e.Message); } finally { Console.WriteLine("Inside finally block"); if (fs != null) { fs.Close(); } } } } } ``` 始終執行`finally`關鍵字之后的語句。它通常用于清理任務，例如關閉文件或清除緩沖區。 ```cs } catch (IOException e) { Console.WriteLine("IO Error"); Console.WriteLine(e.Message); } ``` 在這種情況下，我們捕獲了特定的`IOException`異常。 ```cs } finally { Console.WriteLine("Inside finally block"); if (fs != null) { fs.Close(); } } ``` 這些行確保關閉文件處理器。 ```cs $ cat langs.txt C# Java Python Ruby PHP JavaScript ``` 這些是`langs.txt`文件的內容。 ```cs $ dotnet run C# Java Python Ruby PHP JavaScript Inside finally block ``` 這是程序的輸出。我們使用`cat`命令和程序輸出顯示`langs`文件的內容。 ### C# 多個異常我們經常需要處理多個異常。 `Program.cs` ```cs using System; using System.IO; namespace MultipleExceptions { class Program { static void Main(string[] args) { int x; int y; double z; try { Console.Write("Enter first number: "); x = Convert.ToInt32(Console.ReadLine()); Console.Write("Enter second number: "); y = Convert.ToInt32(Console.ReadLine()); z = x / y; Console.WriteLine("Result: {0:N} / {1:N} = {2:N}", x, y, z); } catch (DivideByZeroException e) { Console.WriteLine("Cannot divide by zero"); Console.WriteLine(e.Message); } catch (FormatException e) { Console.WriteLine("Wrong format of number."); Console.WriteLine(e.Message); } } } } ``` 在此示例中，我們捕獲了各種異常。請注意，更具體的異常應先于一般的異常。我們從控制臺讀取兩個數字，并檢查零除錯誤和數字格式錯誤。 ```cs $ dotnet run Enter first number: we Wrong format of number. Input string was not in a correct format. ``` 運行示例，我們得到了這個結果。 ### C# 自定義異常定制異常是從`System.Exception`類派生的用戶定義的異常類。 `Program.cs` ```cs using System; namespace CustomException { class BigValueException : Exception { public BigValueException(string msg) : base(msg) { } } class Program { static void Main(string[] args) { int x = 340004; const int LIMIT = 333; try { if (x > LIMIT) { throw new BigValueException("Exceeded the maximum value"); } } catch (BigValueException e) { Console.WriteLine(e.Message); } } } } ``` 我們假定存在無法處理大量數字的情況。 ```cs class BigValueException : Exception ``` 我們有一個`BigValueException`類。該類派生自內置的`Exception`類。 ```cs const int LIMIT = 333; ``` 大于此常數的數字在我們的程序中被視為`big`。 ```cs public BigValueException(string msg) : base(msg) {} ``` 在構造器內部，我們稱為父級的構造器。我們將消息傳遞給父級。 ```cs if (x > LIMIT) { throw new BigValueException("Exceeded the maximum value"); } ``` 如果該值大于限制，則拋出自定義異常。我們給異常消息`Exceeded the maximum value`。 ```cs } catch (BigValueException e) { Console.WriteLine(e.Message); } ``` 我們捕獲到異常并將其消息打印到控制臺。 ```cs $ dotnet run Exceeded the maximum value ``` This is the output of the program. 在 C# 教程的這一部分中，我們繼續討論 C# 中的面向對象編程。