多型 (C# 程式設計手冊)

發行項
08/21/2008

更新： 2008 年 7 月

多型 (Polymorphism) 常被視為物件導向程式設計在封裝 (Encapsulation) 和繼承 (Inheritance) 以外的第三個支柱。「多型」是一個希臘字，表示「多種形體」，並有兩個特殊的面向：

在執行階段，在如方法參數和集合或陣列等地方，衍生類別的物件會被視為基底類別的物件。當這樣的情況發生時，物件的宣告型別和其在執行階段的型別將不再相同。
基底類別可以定義與實作虛擬「方法」(Method)，而衍生類別可以覆寫它們，表示衍生類別會提供本身的定義與實作。在執行階段，當用戶端程式碼呼叫方法時，CLR 會查詢物件的執行階段型別，並叫用虛擬方法的覆寫。因此在您的原始程式碼中，您可以呼叫基底類別上的方法，並讓衍生類別版本的方法執行。

虛擬方法能讓您以統一的方法使用相關物件的群組。例如，假設您有一個繪圖應用程式，可以讓使用者在繪圖介面上建立各種類型的圖案。在編譯時期，您並不知道使用者究竟會建立哪一種圖案。然而，應用程式必須追蹤建立的所有圖案類型，並根據使用者的滑鼠動作更新圖案。您可以使用多型，以兩個基本的步驟解決這個問題：

建立類別階層，其中每個特定的圖案類別都衍生自一般的基底類別。
透過對基底類別方法的單一呼叫，使用虛擬方法叫用任何衍生類別上的適當方法。

首先，建立稱為 Shape 的基底類別，以及像 Rectangle、Circle 和 Triangle 等衍生類別。給予 Shape 類別稱為 Draw 的虛擬方法，並在每個衍生類別中覆寫此方法，以繪製該類別所代表的特定圖案。建立 List<Shape> 物件，並在其中加入 Circle、Triangle 和 Rectangle。使用 foreach 迴圈逐一查看清單，並呼叫清單中每個 Shape 物件上的 Draw 方法，以更新繪圖介面。雖然清單中的每個物件都有 Shape 的宣告型別，但會受到叫用的是執行階段型別 (每個衍生類別中受覆寫版本的方法)。

public class Shape
{
    // A few example members
    public int X { get; private set; }
    public int Y { get; private set; }
    public int Height { get; set; }
    public int Width { get; set; }

    // Virtual method
    public virtual void Draw()
    {
        Console.WriteLine("Performing base class drawing tasks");
    }
}

class Circle : Shape
{
    public override void Draw()
    {
        // Code to draw a circle...
        Console.WriteLine("Drawing a circle");
        base.Draw();
    }
}
class Rectangle : Shape
{
    public override void Draw()
    {
        // Code to draw a rectangle...
        Console.WriteLine("Drawing a rectangle");
        base.Draw();
    }
}
class Triangle : Shape
{
    public override void Draw()
    {
        // Code to draw a triangle...
        Console.WriteLine("Drawing a triangle");
        base.Draw();
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // Polymorphism at work #1: a Rectangle, Triangle and Circle
        // can all be used whereever a Shape is expected. No cast is
        // required because an implicit conversion exists from a derived 
        // class to its base class.
        System.Collections.Generic.List<Shape> shapes = new System.Collections.Generic.List<Shape>();
        shapes.Add(new Rectangle());
        shapes.Add(new Triangle());
        shapes.Add(new Circle());

        // Polymorphism at work #2: the virtual method Draw is
        // invoked on each of the derived classes, not the base class.
        foreach (Shape s in shapes)
        {
            s.Draw();
        }

        // Keep the console open in debug mode.
        Console.WriteLine("Press any key to exit.");
        Console.ReadKey();
    }

}

/* Output:
    Drawing a rectangle
    Performing base class drawing tasks
    Drawing a triangle
    Performing base class drawing tasks
    Drawing a circle
    Performing base class drawing tasks
 */

在 C# 中，每個型別都是多型，因為包括使用者定義型別在內的所有型別，都繼承自 Object。

多型概觀

虛擬成員

當衍生類別繼承自基底類別時，就會取得基底類別的所有方法、欄位、屬性和事件。衍生類別的設計工具可以選擇是否要

覆寫基底類別中的虛擬成員。
繼承最接近的基底類別方法，而不加以覆寫。
為隱藏基底類別實作的成員，定義新的非虛擬實作。

只有當基底成員宣告為virtual 或 abstract 時，衍生類別才能覆寫基底類別成員。衍生成員必須使用 override 關鍵字明確指出方法要加入虛擬引動中。下列程式碼提供一個範例：

public class BaseClass
{
    public virtual void DoWork() { }
    public virtual int WorkProperty
    {
        get { return 0; }
    }
}
public class DerivedClass : BaseClass
{
    public override void DoWork() { }
    public override int WorkProperty
    {
        get { return 0; }
    }
}

欄位不能是虛擬的，只有方法、屬性、事件和索引子可以是虛擬的。當衍生類別覆寫虛擬成員時，即使該類別的執行個體是當做基底類別的執行個體存取時，也會呼叫該成員。下列程式碼提供一個範例：

DerivedClass B = new DerivedClass();
B.DoWork();  // Calls the new method.

BaseClass A = (BaseClass)B;
A.DoWork();  // Also calls the new method.

虛擬方法和屬性能讓衍生類別擴充基底類別，而不需要使用方法的基底類別實作。如需詳細資訊，請參閱使用 Override 和 New 關鍵字進行版本控制 (C# 程式設計手冊)。介面會提供另一個方法，以定義一個方法或一組方法，其實作會留給衍生類別。如需詳細資訊，請參閱介面 (C# 程式設計手冊) 和在類別和介面之間選擇。

使用新成員隱藏基底類別成員

如果您希望衍生成員和基底類別中的某個成員有一樣的名稱，但不想要衍生成員加入虛擬引動中，可以使用 new 關鍵字。new 關鍵字會放在所要取代之類別成員的傳回型別前。下列程式碼提供一個範例：

public class BaseClass
{
    public void DoWork() { WorkField++; }
    public int WorkField;
    public int WorkProperty
    {
        get { return 0; }
    }
}

public class DerivedClass : BaseClass
{
    public new void DoWork() { WorkField++; }
    public new int WorkField;
    public new int WorkProperty
    {
        get { return 0; }
    }
}

您還是可以將衍生類別的執行個體轉型為基底類別的執行個體，透過用戶端程式碼存取隱藏的基底類別成員。例如：

DerivedClass B = new DerivedClass();
B.DoWork();  // Calls the new method.

BaseClass A = (BaseClass)B;
A.DoWork();  // Calls the old method.

避免衍生類別覆寫虛擬成員

虛擬成員會永遠保持虛擬的狀態，無論在原本宣告虛擬成員的類別和虛擬成員間又宣告了多少類別。如果類別 A 宣告了虛擬成員，而類別 B 衍生自 A，類別 C 又衍生自 B，則類別 C 會繼承該虛擬成員，而且無論類別 B 宣告覆寫該成員與否，都可以覆寫該成員。下列程式碼提供一個範例：

public class A
{
    public virtual void DoWork() { }
}
public class B : A
{
    public override void DoWork() { }
}

衍生類別可以藉由將覆寫宣告為 sealed，阻止進行虛擬繼承。這項作業需要在類別成員宣告中的 override 關鍵字前，放置 sealed 關鍵字。下列程式碼提供一個範例：

public class C : B
{
    public sealed override void DoWork() { }
}

在上面的範例中，方法 DoWork 對衍生自 C 的任何類別來說，就不再是虛擬的，但對 C 的執行個體來說，即使轉換成型別 B 或型別 A，該方法還是虛擬的。您可以使用 new 關鍵字，以衍生類別取代密封方法，如下列範例所示：

public class D : C
{
    public new void DoWork() { }
}

在上面的範例中，如果使用型別 D 的變數在 D 上呼叫 DoWork，就會呼叫新的 DoWork。如果使用型別 C、B 或 A 的變數來存取 D 的執行個體，DoWork 呼叫就會照著虛擬繼承的規則，將呼叫傳送至類別 C 上的 DoWork 實作。

從衍生類別存取基底類別虛擬成員

取代或覆寫方法或屬性的衍生類別，仍可使用 base 關鍵字來存取基底類別的方法或屬性。下列程式碼提供一個範例：

public class Base
{
    public virtual void DoWork() {/*...*/ }
}
public class Derived : Base
{
    public override void DoWork()
    {
        //Perform Derived's work here
        //...
        // Call DoWork on base class
        base.DoWork();
    }
}

如需詳細資訊，請參閱 base。

注意事項：
虛擬成員最好能在其實作中使用 base 呼叫該成員的基底類別實作。使用基底類別行為可讓衍生類別只需實作其特有的行為。如果不呼叫基底類別實作，衍生類別與基底類別的行為相容與否，就要視衍生類別而定。