基于C#面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的封裝、繼承和多態(tài)分析

占梅

（廈門南洋職業(yè)學(xué)院 福建省廈門市 361102）

面向?qū)ο缶哂蟹庋b、繼承、多態(tài)三大特征，這些特性主要通過類來(lái)體現(xiàn)。封裝可以隱藏實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，其能夠在所對(duì)應(yīng)對(duì)象中對(duì)具體事物屬性及行為進(jìn)行包裝，但該對(duì)象僅能夠?qū)⒉糠謱傩约靶袨閷?duì)外進(jìn)行有選擇性的公布，導(dǎo)致代碼模塊化。繼承是一個(gè)面向?qū)ο蟮脑~語(yǔ)。說(shuō)明一個(gè)類（派生類）能分享其它類（基類）的特征和行為，其子對(duì)象能夠繼承父對(duì)象所擁有的屬性及行為，繼承也能夠擴(kuò)展自身已存在的代碼模塊（類）。多態(tài)就是相同的事物，調(diào)用其相同的方法，參數(shù)也相同時(shí)，但表現(xiàn)的行為卻不同。其中封裝及繼承的目的均是為了能夠使代碼可以重復(fù)使用。

1 對(duì)象的封裝

1.1 封裝的概念

對(duì)抽象獲得數(shù)據(jù)及功能等進(jìn)行結(jié)合形成有機(jī)整體的過程即為封裝，其實(shí)質(zhì)上是數(shù)據(jù)與操作數(shù)據(jù)源代碼兩者的結(jié)合，也是一個(gè)面向?qū)ο蟮母拍?，?duì)外部世界隱藏類的內(nèi)部，類的成員包括數(shù)據(jù)與函數(shù)。數(shù)據(jù)的安全性及編程簡(jiǎn)化處理都有賴于封裝實(shí)現(xiàn)，因此在對(duì)封裝進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用時(shí)無(wú)需詳細(xì)了解其步驟，只需要通過外部接口對(duì)類成員賦予特有的訪問權(quán)限便能夠使用。封裝在面向?qū)ο蟪潭戎兄饕康氖欠乐箤?duì)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的訪問。封裝不僅可以封裝成員變量，還可以封裝成員方法。

1.2 封裝的實(shí)現(xiàn)

（1）封裝的具體實(shí)現(xiàn)需要遵循一定的原則，隱藏?zé)o需對(duì)外提供的內(nèi)容，包括屬性等，并詳細(xì)說(shuō)明公共方法便于對(duì)其訪問。

（2）作為一種權(quán)限修復(fù)符，private 關(guān)鍵字能夠?qū)Τ蓡T變量及成員方法進(jìn)行相應(yīng)的修飾，但需要注意的是被修飾成員的訪問僅能夠在本類中進(jìn)行訪問。用private 修飾成員變量，提供對(duì)應(yīng)的get()和set ()方法，private 僅僅是封裝的一種體現(xiàn)形式。

2 對(duì)象的繼承

2.1 繼承的概念

繼承可以減少代碼的冗余，提高軟件模塊的可復(fù)用性和可擴(kuò)充性，提高軟件的開發(fā)效率。繼承是面向?qū)ο缶幊痰慕M成部分，是所有面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言都要具備的特性。先將幾個(gè)類中相同的屬性和方法進(jìn)行抽離，單獨(dú)定義在一個(gè)新建的類中。其他的類直接繼承當(dāng)前新建的類，語(yǔ)法是派生類：基類（或者是子類：父類），派生類可以直接使用基類中允許使用的屬性和方法，可以使用base 關(guān)鍵字直接訪問基類的屬性和方法（成員變量）。在C#中派生類中，能夠由基類完成對(duì)方法、屬性、事件以及索引指示器等的繼承，但無(wú)法對(duì)構(gòu)造函數(shù)、折構(gòu)函數(shù)進(jìn)行繼承。派生類對(duì)基類成員的繼承主要是采用隱式的方法繼承的。

2.2 繼承的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

2.2.1 可傳遞性

繼承在實(shí)施過程中具有一定的可傳遞性，如B 派生了C，而A又能夠派生B，由此可以發(fā)現(xiàn)C 不僅屬于B 中聲明成員，其同時(shí)也是A 成員，所有類基類均為Object 類。

2.2.2 可擴(kuò)展性

繼承時(shí)可以使用現(xiàn)有類的所有功能，在無(wú)需重新編寫原來(lái)類的情況下即可對(duì)這些功能進(jìn)行擴(kuò)展。其具有添加新成員的功能，但無(wú)法將繼承成員去除。

2.2.3 訪問方式可設(shè)定性

不能被繼承的函數(shù)還包括構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)，另外的成員盡管訪問方式不同都能夠得到繼承，通常，基類成員采取不同的訪問方式主要是目的是明確是否可以通過派生類進(jìn)行訪問。

2.2.4 可覆蓋性

派生類若將新成員定義為與基類成員同名時(shí)，能夠?qū)σ牙^承成員名進(jìn)行覆蓋，但是覆蓋并不是刪除，而是限制了對(duì)同名成員的訪問。

2.2.5 可重載性

通常，虛方法、虛屬性包括虛索引指示器的定義都可以通過類實(shí)現(xiàn)，基于其派生類功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)上述成員的重載，呈現(xiàn)出多態(tài)性特征。

2.2.6 可多級(jí)繼承性

一般情況下，派生類的繼承僅能夠通過一個(gè)類完成，其多重繼承則需要利用接口技術(shù)。

2.3 訪問與隱藏基類成員

2.3.1 使用base 訪問基類成員

對(duì)基類成員的訪問主要利用的是base 關(guān)鍵字，若基類中存在被其他虛擬方法重寫的方法，那么可以對(duì)基類進(jìn)行調(diào)用，構(gòu)造相應(yīng)的函數(shù)。需要注意的是基本訪問實(shí)現(xiàn)途徑主要包括構(gòu)造函數(shù)、實(shí)例方法以及實(shí)例屬性訪問器，無(wú)法實(shí)現(xiàn)靜態(tài)方法應(yīng)用 base 關(guān)鍵字訪問。若真的需要靜態(tài)方法則此時(shí)需要顯式類型轉(zhuǎn)換對(duì)基類成員進(jìn)行訪問。

2.3.2 隱藏基類成員

若想隱藏基類成員可采用密封類實(shí)現(xiàn)，其主要目的為避免編寫的類被繼承，或現(xiàn)有的類沒有繼承的必要?；谶@一需求，密封類（sealed class）概念誕生。密封類是不能被繼承的類，為了避免從一個(gè)類中繼承，密封類不能是抽象類，因?yàn)槌橄箢惪偸窍Ｍ焕^承的。

密封類的應(yīng)用能夠避免繼承類，密封方法的提出防止了派生類重載該方法。通常可以采用sealed 修飾符對(duì)方法類進(jìn)行修飾，密封方法覆蓋范圍較廣，通常每個(gè)成員方法都可以稱之為密封法，且sealed 與override 修飾符能夠同時(shí)應(yīng)用。

由基類繼承的隱藏成員可以通過 new 修飾符得以顯式。當(dāng)需要對(duì)繼承成員進(jìn)行隱藏時(shí)，只需在派生類中對(duì)相同名稱進(jìn)行聲明，并予以 new 修飾符修飾。

3 對(duì)象的多態(tài)

3.1 多態(tài)的概念

在面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)中，多態(tài)性是一個(gè)非常重要的概念，使用不同的實(shí)例去執(zhí)行不同的操作，好處就是增強(qiáng)程序的可擴(kuò)展性及可維護(hù)性，使代碼更簡(jiǎn)潔。多態(tài)性通過派生類重載基類中的虛函數(shù)型方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。在C#中多態(tài)性的定義是：在繼承關(guān)系的前提下，實(shí)例化出不同的對(duì)象，這些對(duì)象調(diào)用相同的方法，但是表現(xiàn)出不同的行為，這就叫做多態(tài)。而表現(xiàn)不同的行為就是在各個(gè)子類中用overide進(jìn)行重寫。在C#語(yǔ)言中,體現(xiàn)多態(tài)有三種方式,虛方法、抽象類、接口。在調(diào)用時(shí)以方法參數(shù)區(qū)分具體調(diào)用哪個(gè)方法。運(yùn)行時(shí)的多態(tài)性就是虛擬成員在基類中申明了方法、屬性、索引器或事件，也就是做一個(gè)簡(jiǎn)單的處理。使用Virtual 關(guān)鍵字將成員申明為虛擬成員。而在聲明時(shí)，父類的方法前面加上Virtual 關(guān)鍵字，子類的方法前面加上override 關(guān)鍵字，且與父類方法同名，表示父類的方法可以被子類進(jìn)行修改和重新定義。C#中，運(yùn)行時(shí)的多態(tài)性通過虛成員實(shí)現(xiàn)。運(yùn)行時(shí)的多態(tài)性具有高度靈活和抽象的特點(diǎn)，且必須是虛擬方法，方法的簽名必須一致,包括方法名稱，參數(shù)和參數(shù)類型。

多態(tài)存在的三個(gè)必要條件：繼承、重寫（子類繼承父類后對(duì)父類方法進(jìn)行重新定義）、父類引用指向子類對(duì)象。

3.2 多態(tài)的實(shí)現(xiàn)

3.2.1 通過接口實(shí)現(xiàn)多態(tài)

通常，多個(gè)類可以通過同一“接口”得以實(shí)現(xiàn)，單個(gè)類也能夠保障一個(gè)或多個(gè)接口的實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)類主要是用于部分成員特定實(shí)現(xiàn)，包括接口描述類方法、屬性和事件等，另外，成員接收、返回參數(shù)類型也往往通過實(shí)現(xiàn)類完成。

組件編程擁有強(qiáng)大的技能，主要表現(xiàn)為可在同一對(duì)象上完成多接口，且每個(gè)接口之間的屬性及事件組成情況等聯(lián)系密切。接口實(shí)現(xiàn)后，其他組件可對(duì)接口提供相應(yīng)的各項(xiàng)功能，無(wú)需對(duì)其特定功能做出相應(yīng)的考慮，后續(xù)組件功能豐富，且不會(huì)影響到核心功能。如有需求，可以由專業(yè)技術(shù)開發(fā)人員分解組件功能，作為一種單獨(dú)接口進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

接口的書寫格式要求如下：

（1）在接口中，我們使用Interface 關(guān)鍵字來(lái)聲明一個(gè)接口,沒有class 名稱為"IXxxx"；

（2）接口中不能包含字段,但是可以包含屬性；

（3）接口中的抽象方法不能有方法體，全是抽象方法,但是又不允許使用abstract 進(jìn)行修飾；

（4）接口中的成員不允許添加訪問修飾符,默認(rèn)都是public；

（5）最終形成了上面的樣式,顯得非常的簡(jiǎn)潔。

接口注意事項(xiàng)：

（1）一個(gè)類可實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口，被實(shí)現(xiàn)的多個(gè)接口用逗號(hào)分開；

（2）一個(gè)接口可繼承多個(gè)接口，多個(gè)接口間也要用逗號(hào)分開；

（3）由于接口中的方法均為抽象方法，所以接口肯定是不能實(shí)例化的。

3.2.2 通過繼承實(shí)現(xiàn)多態(tài)

多個(gè)類的繼承能夠通過一個(gè)基類完成，完成繼承后，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)基類方法、屬性及事件的接收，而且能夠結(jié)合實(shí)際需要附加新的成員，對(duì)基類成員進(jìn)行重寫，并提供豐富的實(shí)現(xiàn)途徑與方法。

C#具有多態(tài)性的特點(diǎn)，該機(jī)制應(yīng)用于小規(guī)模開發(fā)任務(wù)表現(xiàn)為強(qiáng)大的功能，但在大規(guī)模系統(tǒng)應(yīng)用中尚存在一定的不足，主要表現(xiàn)為對(duì)繼承驅(qū)動(dòng)多態(tài)性過分強(qiáng)調(diào)，使得大規(guī)模資源由編碼轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)，對(duì)總開發(fā)時(shí)間縮短無(wú)明顯的作用。使用繼承最為突出的功能即在現(xiàn)有類中進(jìn)行功能的添加，若基類框架得到充分調(diào)試后開始，能夠提升程序員工作效率。若應(yīng)用程序需要對(duì)多個(gè)相關(guān)類進(jìn)行設(shè)計(jì)，要實(shí)現(xiàn)相關(guān)類的共享，那么要應(yīng)用繼承。通常重疊功能的實(shí)現(xiàn)多依托基類，而基類又能夠派生應(yīng)用程序中使用的類。

3.2.3 通過抽象類實(shí)現(xiàn)多態(tài)

作為一種特殊基類，抽象類不僅包含了普通類成員，而且還容納了大量抽象類成員。所謂抽象類成員，其主要指的是無(wú)法被實(shí)例化的屬性、方法。由抽象類派生的類需要具備抽象屬性與方法。抽象類不僅具備繼承的功能，而且能夠提供接口元素。但需要注意的是抽象類無(wú)法實(shí)例化，應(yīng)通過繼承發(fā)揮作用。類的成員需要通過繼承類得以實(shí)現(xiàn)。類成員實(shí)現(xiàn)后仍有被重寫的可能性，且能夠完成附加接口或其他功能。

抽象類的繼承、接口功能的實(shí)現(xiàn)，兼具已實(shí)現(xiàn)方法與未實(shí)現(xiàn)方法的功能與屬性，后者往往需要在繼承類中得以實(shí)現(xiàn)。因此需要在類方法中添加不變功能，打開針對(duì)其他過程的靈活性。抽象類的一大優(yōu)勢(shì)如下：在對(duì)新版本進(jìn)行組件時(shí)，可結(jié)合需求在基類中添加附加方法，但要維持接口不變。抽象類的使用往往為相關(guān)組件在保障一組相同功能且在其他方法中保持靈活性時(shí)，應(yīng)用價(jià)值高。

抽象類：抽象類使用抽象方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，在C#中，我們規(guī)定是無(wú)法創(chuàng)建抽象類的實(shí)例，嚴(yán)格的說(shuō)：就算定義的抽象方法中沒有寫抽象方法，也是無(wú)法創(chuàng)建抽象類的實(shí)例的；如果能實(shí)例出來(lái)一個(gè)抽象，那么調(diào)用這些無(wú)方法體的抽象方法是也沒有任何意義的，因此抽象類是無(wú)法實(shí)例化的；還有就是抽象類中不光可以寫抽象方法，還可以寫普通方法，也可以寫虛方法，這也是和接口的區(qū)別。

4 封裝、繼承和多態(tài)的優(yōu)點(diǎn)

4.1 封裝的優(yōu)點(diǎn)

封裝具有鮮明的優(yōu)勢(shì)，封裝良好一方面能夠減少耦合，另一方面能夠便于自由修改類內(nèi)部結(jié)構(gòu)，接口清楚，便于對(duì)成員的精準(zhǔn)控制，使得細(xì)節(jié)得到隱藏。不僅如此，封裝還能夠?qū)?shù)據(jù)存取與權(quán)限問題予以有效的解決，在封裝作用下能夠隱藏?cái)?shù)據(jù)，營(yíng)造密閉空間，在該空間中設(shè)置數(shù)據(jù)訪問權(quán)限。一個(gè)類中包含敏感數(shù)據(jù)，有些人可以訪問，有些人不能訪問，如果不對(duì)這些數(shù)據(jù)的訪問加以限制，后果將會(huì)非常嚴(yán)重。

4.2 繼承的優(yōu)點(diǎn)

減少代碼量，實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用。

4.3 多態(tài)性優(yōu)點(diǎn)

消除類型之間的耦合關(guān)系；可替換性；可擴(kuò)充性；接口性；靈活性；簡(jiǎn)化性。

5 結(jié)論

面向?qū)ο缶哂蟹庋b、繼承及多態(tài)三個(gè)特征。在封裝支持下，能夠保障數(shù)據(jù)安全性，并對(duì)編程進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，在具體應(yīng)用中無(wú)需過分關(guān)注其細(xì)節(jié)，在外部接口作用下，對(duì)類成員訪問權(quán)限進(jìn)行設(shè)置。作為一種層次模型，繼承具有重復(fù)應(yīng)用的價(jià)值，能夠?qū)残苑椒ㄟM(jìn)行表述。派生類可和基類有同樣名字的成員，實(shí)現(xiàn)對(duì)基類成員的隱藏，基類方法及實(shí)例變量能夠得到相應(yīng)的繼承，并結(jié)合需求做出相應(yīng)的修改與增減。其多態(tài)性決定了不同類能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)同一消息的響應(yīng)，對(duì)應(yīng)用程度函數(shù)同名問題做出相應(yīng)的解決。