继承 - 派生用于创建更具体的行为的类型

项目
04/07/2023

继承（以及封装和多态性）是面向对象的编程的三个主要特征之一。通过继承，可以创建新类，以便重用、扩展和修改在其他类中定义的行为。其成员被继承的类称为“基类”，继承这些成员的类称为“派生类”。派生类只能有一个直接基类。但是，继承是可传递的。如果 ClassC 派生自 ClassB，并且 ClassB 派生自 ClassA，则 ClassC 将继承在 ClassB 和 ClassA 中声明的成员。

注意

结构不支持继承，但它们可以实现接口。

从概念上讲，派生类是基类的专门化。例如，如果有一个基类 Animal，则可以有一个名为 Mammal 的派生类，以及另一个名为 Reptile 的派生类。 Mammal 是 Animal，Reptile 也是 Animal，但每个派生类表示基类的不同专门化。

接口声明可以为其成员定义默认实现。这些实现通过派生接口和实现这些接口的类来继承。有关默认接口方法的详细信息，请参阅关于接口的文章。

定义要从其他类派生的类时，派生类会隐式获得基类的所有成员（除了其构造函数和终结器）。派生类可以重用基类中的代码，而无需重新实现。可以在派生类中添加更多成员。派生类扩展了基类的功能。

下图显示一个类 WorkItem，它表示某个业务流程中的工作项。像所有类一样，它派生自 System.Object 且继承其所有方法。 WorkItem 会添加其自己的六个成员。这些成员中包括一个构造函数，因为不会继承构造函数。类 ChangeRequest 继承自 WorkItem，表示特定类型的工作项。 ChangeRequest 将另外两个成员添加到它从 WorkItem 和 Object 继承的成员中。它必须添加自己的构造函数，并且还添加了 originalItemID。属性 originalItemID 使 ChangeRequest 实例可以与向其应用更改请求的原始 WorkItem 相关联。

展示类继承的图

下面的示例演示如何在 C# 中表示前面图中所示的类关系。该示例还演示了 WorkItem 替代虚方法 Object.ToString 的方式，以及 ChangeRequest 类继承该方法的 WorkItem 的实现方式。第一个块定义类：

// WorkItem implicitly inherits from the Object class.
public class WorkItem
{
    // Static field currentID stores the job ID of the last WorkItem that
    // has been created.
    private static int currentID;

    //Properties.
    protected int ID { get; set; }
    protected string Title { get; set; }
    protected string Description { get; set; }
    protected TimeSpan jobLength { get; set; }

    // Default constructor. If a derived class does not invoke a base-
    // class constructor explicitly, the default constructor is called
    // implicitly.
    public WorkItem()
    {
        ID = 0;
        Title = "Default title";
        Description = "Default description.";
        jobLength = new TimeSpan();
    }

    // Instance constructor that has three parameters.
    public WorkItem(string title, string desc, TimeSpan joblen)
    {
        this.ID = GetNextID();
        this.Title = title;
        this.Description = desc;
        this.jobLength = joblen;
    }

    // Static constructor to initialize the static member, currentID. This
    // constructor is called one time, automatically, before any instance
    // of WorkItem or ChangeRequest is created, or currentID is referenced.
    static WorkItem() => currentID = 0;

    // currentID is a static field. It is incremented each time a new
    // instance of WorkItem is created.
    protected int GetNextID() => ++currentID;

    // Method Update enables you to update the title and job length of an
    // existing WorkItem object.
    public void Update(string title, TimeSpan joblen)
    {
        this.Title = title;
        this.jobLength = joblen;
    }

    // Virtual method override of the ToString method that is inherited
    // from System.Object.
    public override string ToString() =>
        $"{this.ID} - {this.Title}";
}

// ChangeRequest derives from WorkItem and adds a property (originalItemID)
// and two constructors.
public class ChangeRequest : WorkItem
{
    protected int originalItemID { get; set; }

    // Constructors. Because neither constructor calls a base-class
    // constructor explicitly, the default constructor in the base class
    // is called implicitly. The base class must contain a default
    // constructor.

    // Default constructor for the derived class.
    public ChangeRequest() { }

    // Instance constructor that has four parameters.
    public ChangeRequest(string title, string desc, TimeSpan jobLen,
                         int originalID)
    {
        // The following properties and the GetNexID method are inherited
        // from WorkItem.
        this.ID = GetNextID();
        this.Title = title;
        this.Description = desc;
        this.jobLength = jobLen;

        // Property originalItemID is a member of ChangeRequest, but not
        // of WorkItem.
        this.originalItemID = originalID;
    }
}

下一个块显示如何使用基类和派生类：

// Create an instance of WorkItem by using the constructor in the
// base class that takes three arguments.
WorkItem item = new WorkItem("Fix Bugs",
                            "Fix all bugs in my code branch",
                            new TimeSpan(3, 4, 0, 0));

// Create an instance of ChangeRequest by using the constructor in
// the derived class that takes four arguments.
ChangeRequest change = new ChangeRequest("Change Base Class Design",
                                        "Add members to the class",
                                        new TimeSpan(4, 0, 0),
                                        1);

// Use the ToString method defined in WorkItem.
Console.WriteLine(item.ToString());

// Use the inherited Update method to change the title of the
// ChangeRequest object.
change.Update("Change the Design of the Base Class",
    new TimeSpan(4, 0, 0));

// ChangeRequest inherits WorkItem's override of ToString.
Console.WriteLine(change.ToString());
/* Output:
    1 - Fix Bugs
    2 - Change the Design of the Base Class
*/

抽象方法和虚方法

基类将方法声明为 virtual 时，派生类可以使用其自己的实现override该方法。如果基类将成员声明为 abstract，则必须在直接继承自该类的任何非抽象类中重写该方法。如果派生类本身是抽象的，则它会继承抽象成员而不会实现它们。抽象和虚拟成员是多形性（面向对象的编程的第二个主要特征）的基础。有关详细信息，请参阅多态性。

抽象基类

如果要通过使用 new 运算符来防止直接实例化，则可以将类声明为抽象。只有当一个新类派生自该类时，才能使用抽象类。抽象类可以包含一个或多个本身声明为抽象的方法签名。这些签名指定参数和返回值，但没有任何实现（方法体）。抽象类不必包含抽象成员；但是，如果类包含抽象成员，则类本身必须声明为抽象。本身不抽象的派生类必须为来自抽象基类的任何抽象方法提供实现。

接口

接口是定义一组成员的引用类型。实现该接口的所有类和结构都必须实现这组成员。接口可以为其中任何成员或全部成员定义默认实现。类可以实现多个接口，即使它只能派生自单个直接基类。

接口用于为类定义特定功能，这些功能不一定具有“is a (是)”关系。例如，System.IEquatable<T> 接口可由任何类或结构实现，以确定该类型的两个对象是否等效（但是由该类型定义等效性）。 IEquatable<T> 不表示基类和派生类之间存在的同一种“是”关系（例如，Mammal 是 Animal）。有关详细信息，请参阅接口。

防止进一步派生

类可以通过将自己或成员声明为 sealed，来防止其他类继承自它或继承自其任何成员。

基类成员的派生类隐藏

派生类可以通过使用相同名称和签名声明成员来隐藏基类成员。 new 修饰符可以用于显式指示成员不应作为基类成员的重写。使用 new 不是必需的，但如果未使用 new，则会产生编译器警告。有关详细信息，请参阅使用 Override 和 New 关键字进行版本控制和了解何时使用 Override 和 New 关键字。

通过

继承 - 派生用于创建更具体的行为的类型

抽象方法和虚方法

抽象基类

接口

防止进一步派生

基类成员的派生类隐藏

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