C#多态性学习，虚方法、抽象方法、接口等用法举例

1. 多态性定义

  C#中的多态性是OOP（面向对象编程）的一个基本概念，它允许一个对象在不同情况下表现出不同的行为，以增强代码的可重用性和灵活性。

  根据网上的教程，我们得知C#多态性分为两类，静态和动态。但实际上，C#没有严格的静态和动态多态性的分法。之所以这么分，还是为了我们便于理解，我们沿用这个思维来大概分类：

采用函数重载或运算符重载方法的，属于静态多态性；

采用虚方法、抽象方法、接口等方式，属于动态多态性。

拓展：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。什么意思呢？

在静态语言中，许多多态性的特性可以在编译时确定，编译器可以根据数据类型的信息来确定方法的调用方式。

而在动态语言中，数据类型的确定通常是在运行时进行的，这种行为被称为动态多态性。

2. 函数重载示例

  函数重载是指在同一个类中，定义多个方法，它们的方法名相同，但是参数类型、参数数量、参数顺序不同。以下是一个函数重载的例子：

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;
    }
}

  在这个例子中，Calculator类定义了4个Add()方法，它们的方法名相同但是参数列表不同（分别有2个整型参数、3个整型参数、2个浮点型参数、2个双精度浮点型参数）。这些方法根据声明的参数类型和数量而得到不同的签名，因此构成函数重载，当调用Add()方法时，编译器会根据参数的类型和数量来选择正确的方法重载进行调用。

3. 虚方法示例

  虚方法和重写（override）方法：在父类中声明一个虚方法，子类可以重写该方法并实现自己的行为。在运行时，程序根据对象的实际类型调用相应的方法。这种方式也称为“消除静态绑定”。

注意事项：虚方法是使用关键字 virtual 声明的。同时继承类中的重写虚函数需要声明关键字 override 。下面是一个示例：

// 定义一个Animal类和其子类
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!");
    }
}

// 示例程序
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();
    }
}

  在这个例子中，Animal类中声明了一个虚方法Speak()，它的子类 Dog 和 Cat 分别对该方法进行了重写。在Main 方法中，创建了一个 Animal 数组，其中存放了 Dog 和 Cat 的实例。在foreach循环中，程序根据实际对象类型调用了不同的Speak()方法，实现了多态性的效果。

小拓展：关键字重写 override 与覆盖 new 较为容易搞混，有关两者区别可移步：C#中重写(override)及覆盖(new)的区别详解。

4. 抽象方法示例

  抽象方法是在抽象类中定义的，它没有具体实现的代码，而只是定义了方法的名称、参数和返回值类型等信息。抽象方法必须在子类中进行完整的实现，否则子类本身也必须定义为抽象类。使用abstract关键字来定义抽象类和抽象方法。

下面的示例演示了如何定义并使用抽象方法：

abstract class Shape
{
  public abstract double Area(); // 定义抽象方法Area()
}
// 派生类Rectangle继承抽象类Shape
class Rectangle : Shape
{
  double width, height;

  public Rectangle(double w, double h)
  {
    width = w;
    height = h;
  }

  public override double Area() // 实现抽象方法Area()
  {
    return width * height;
  }
}

class Triangle : Shape
{
  double baseValue, height;

  public Triangle(double bv, double h)
  {
    baseValue = bv;
    height = h;
  }

  public override double Area() // 实现抽象方法Area()
  {
    return baseValue * height * 0.5;
  }
}

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

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

  上面的代码定义了Shape类和两个派生类Rectangle和Triangle。Shape类中定义了一个抽象方法Area()，并在Rectangle和Triangle中实现了这个抽象方法。在Main方法中，创建了一个Rectangle对象 r 和一个Triangle对象 t，并分别调用它们的Area()方法计算出它们的面积。

5. 接口示例

  C#接口是一种约定，是一个抽象的类型，它定义了一组公共的方法、属性、索引器和事件，这些成员没有实现细节和实现代码，只定义了接口的行为。

5.1 接口语法

定义接口的语法如下：

interface 接口名称
{
  方法1
  方法2
  属性1
  索引器1
  事件1
}

其中，方法、属性、索引器和事件都是接口的成员，它们都没有实现，只是定义了行为的名称和参数。

方法定义的语法如下：

返回类型 方法名称(参数列表);

属性定义的语法如下：

属性类型 属性名称 { get; set; }

索引器定义的语法如下：

索引器类型 this[索引器参数] { get; set; }

事件定义的语法如下：

event 事件委托类型 事件名称;

其中，事件委托类型是一个Delegate类型。

5.2 接口使用示例

  定义一个接口之后，可以通过继承或实现来使用接口。接口的继承使用“：”符号，需要注意的是，如果一个类实现了一个接口，那么它必须实现接口中所有的方法和属性。下面是接口示例：

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());
  }
}

  上面的代码定义了IShape、ICircle和IRectangle三个接口、以及Circle和Rectangle两个类。其中，Circle类实现了ICircle接口，Rectangle类实现了IRectangle接口。在Main方法中，创建了一个Circle对象和一个Rectangle对象，并给它们的属性赋值。然后分别调用了Circle和Rectangle对象的Perimeter()和Area()方法输出结果。

运行程序，输出以下结果：

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

  可以看到，通过使用接口，我们可以很方便地定义出不同的形状，然后计算出它们的周长和面积。这就展示了接口在C#编程中的重要地位。

  想必大家看到这里对于多态性的实现方式已经有了一定的了解，不知大家是否发现，这些方式中，抽象方法和虚方法是如此的相似，那么我们就有了新的疑问：两者有何区别？使用场景是否有所不同？

在下面这篇随笔中，我针对这个问题进行了深入学习：C#中抽象方法与虚方法的区别。