深入理解OOP(第一天):多態和繼承(初期綁定和編譯時多態)

2019-11-14 13:37:18

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供稿：網友

在本系列中，我們以CodePRoject上比較火的OOP系列博客為主，進行OOP深入淺出展現。
無論作為軟件設計的高手、或者菜鳥，對于架構設計而言，均需要多次重構、取舍，以有利于整個軟件項目的健康構建，有些經驗是前輩總結的，我們拿來使用即可，有些是團隊知識沉淀的，總之復用前人好的思想有利于減少返工。當然，在面試的時候，如果能圍繞OOP大談特談，自然會加分多多的。
開始閱讀本系列博客的預備知識，多態、封裝、面向對象編程等，請通過MSDN學習。如下圖的術語，您應該耳熟能詳的。本系列文章使用C#作為唯一編程語言。

深入理解OOP(一):多態和繼承(初期綁定和編譯時多態)
深入理解OOP(二):多態和繼承(繼承)
深入理解OOP(三):多態和繼承(動態綁定和運行時多態)
深入理解OOP(四):多態和繼承(C#中的抽象類)
深入理解OOP(五):C#中的訪問修飾符(Public/Private/Protected/Internal/Sealed/Constants/Static and Readonly Fields)
深入理解OOP(六):枚舉(實用方法)
深入理解OOP(七):屬性(實用方法)
深入理解OOP(八):索引器(實用方法)
深入理解OOP(九):事件(深入理解)

OOP

是什么OOP，以及OOP的優勢是什么？

OOP代表的是面向對象編程（Object-Oriented Programming）,它基于對象的整體進行編程，取代了基于過程函數的編程思想。具體實現是圍繞對象進行數據、函數封裝，而不是基于邏輯關系。OOP中的對象直達的是一個特定的類型、或者某類型的實例對象、更多時候是一個class。每個class對象的結構基本相似，但是有各自特有的屬性和數據值。對象之間可通過對外的接口進行訪問：方法、屬性等。基于OOP的這些優勢，獨立的對象可以修改而不會影響到其他對象，這樣會比較方便的升級軟件減少潛在的bug。軟件系統隨著時間的推移，會變得越來越大，OOP編程思想有效的提高了系統代碼的可讀性和管理性。

OOP的概念是什么？

下面用5個術語來說明OOP的具體概念是什么：

數據抽象（Data Abstraction）：數據抽象是對需要操作的物體進行建模的出發點，既對使用對象進行了抽象，隱藏了內部的細節(對使用的最終用戶而言)。用戶可以非常方便的使用class的方法、數據，而不用關心數據創建、運行邏輯的背后復雜的過程。我們以真實世界為例，當你騎一輛自行車的時候，不用考慮變速齒輪的原理如何驅動鏈條、車輪吧。
繼承（Inheritance）：繼承是OOP概念中最流行的一個概念。繼承給程序員提供了可復用代碼的優勢。基類定義好函數邏輯，子類通過繼承，可實現直接訪問--就想子類自身的方法一樣方便。
數據封裝（Data Encapsulation）：對class的成員變量、成員函數通過訪問控制符進行包裝，則稱為數據封裝。訪問控制符有public、Protected、Private、Internal 4種類型。
多態（Polymorphism）：對象可通過傳遞不同參數實現相同的動作，這種行為我們稱之為多態。我們以真實世界為例，“開車”這個方法，對不同類型的用戶要提供不同的參數實現多態，如Car.Drive(Man), Car.Drive(Woman)等。
消息通信（Message Communication）：消息通信意味著通過通過消息進行class函數的調用、執行。

多態（Polymorphism）

在本節，我們分別用代碼片段來闡述各自類型的多態類型：函數重載、早期綁定、編譯器的多態。

先創建一個console 工程，并命名為InheritanceAndPolymorphism，然后添加類Overload.cs，再添加DisplayOverload函數。

public class Overload    {        public void DisplayOverload(int a){            System.Console.WriteLine("DisplayOverload " + a);        }        public void DisplayOverload(string a){            System.Console.WriteLine("DisplayOverload " + a);        }        public void DisplayOverload(string a, int b){            System.Console.WriteLine("DisplayOverload " + a + b);        }    }

在Program.cs添加如下代碼

class Program{        static void Main(string[] args)        {            Overload overload = new Overload();            overload.DisplayOverload(100);            overload.DisplayOverload("method overloading");            overload.DisplayOverload("method overloading", 100);            Console.ReadKey();        }}

運行程序，結果如下：

DisplayOverload 100
DisplayOverload method overloading
DisplayOverload method overloading100

Overload類中的DisplayOverload提供了3類不同的重載函數：方法名相同，參數類型和個數不同。C#中的這種方式成為重載，既我們不需要為每類函數定義不同名字的函數，僅需要改變函數參數類型和個數即可實現，這個也成為函數簽名。

用不同的返回值可以否？我們試試下面的代碼：

public void DisplayOverload() { }public int DisplayOverload(){ }

肯定的結果是，Visual Studio會給予如下的報錯信息：

Error: Type 'InheritanceAndPolymorphism.Overload' already defines a member called 'DisplayOverload' with the same parameter types

從上面的結果可知：返回值不作為多態函數簽名。

我們再運行如下的代碼：

static void DisplayOverload(int a)  {   }public void DisplayOverload(int a) {   }public void DisplayOverload(string a){  }

結果依然是報錯：

Error: Type 'InheritanceAndPolymorphism.Overload' already defines a member called 'DisplayOverload' with the same parameter types

結論：static的可見函數修飾符不作為重載簽名。

運行下面的代碼，試試out、ref可否作為重載簽名。

private void DisplayOverload(int a) {   }private void DisplayOverload(out int a)        {            a = 100;        }private void DisplayOverload(ref int a) {   }

結果是如下的報錯：

Error: Cannot define overloaded method 'DisplayOverload' because it differs from another method only on ref and out

結論：ref、out傳遞參數修飾符也不能作為重載簽名。

多態中Params 參數的作用

一個函數可包含如下4種類型的參數傳遞：

值傳遞 (pass by value)
引用傳遞 (Pass by reference)
作為output參數 (As an output parameter)
使用參數數組 (Using parameter arrays)

我們運行如下代碼：

public void DisplayOverload(int a, string a)  {   }        public void Display(int a)        {            string a;        }

獲得如下報錯信息：

Error1: The parameter name 'a' is a duplicate
Error2: A local variable named 'a' cannot be declared in this scope because it would give a different meaning to 'a', which is already used in a 'parent or current' scope to denote something else

在相同的作用域中，參數名稱必須是唯一的。

在Overload.cs文件中，添加如下代碼：

public class Overload    {        private string name = "Akhil";        public void Display()        {            Display2(ref name, ref name);            System.Console.WriteLine(name);        }        private void Display2(ref string x, ref string y)        {            System.Console.WriteLine(name);            x = "Akhil 1";            System.Console.WriteLine(name);            y = "Akhil 2";            System.Console.WriteLine(name);            name = "Akhil 3";        }    }

在Program.cs中添加如下代碼：

class Program    {        static void Main(string[] args)        {            Overload overload = new Overload();            overload.Display();            Console.ReadKey();        }    }

運行結果如下：

Akhil
Akhil 1
Akhil 2
Akhil3

結論：我們通過ref引用傳遞了name的內存地址，故修改x、y的值相當于直接修改name的值，故結果運行如上。

下面這段代碼演示了params關鍵字的作用：

在Overload.cs文件添加如下代碼：

public class Overload    {        public void Display()        {            DisplayOverload(100, "Akhil", "Mittal", "OOP");            DisplayOverload(200, "Akhil");            DisplayOverload(300);        }        private void DisplayOverload(int a, params string[] parameterArray)        {            foreach (string str in parameterArray)               Console.WriteLine(str + " " + a);        }    }

在Program.cs文件添加如下代碼：

class Program    {        static void Main(string[] args)        {            Overload overload = new Overload();            overload.Display();            Console.ReadKey();        }    }

運行結果如下:

Akhil 100
Mittal 100
OOP 100
Akhil 200

C#提供了params動態參數數組機制，非常方便的在運行時動態傳遞不同數量的同類型參數。

注：params關鍵詞僅能作為函數的最后一個參數適用。

我們再試試params關鍵字的函數簽名和非params關鍵字函數簽名的優先級順序：

public class Overload    {        public void Display()        {            DisplayOverload(200);            DisplayOverload(200, 300);            DisplayOverload(200, 300, 500, 600);        }        private void DisplayOverload(int x, int y)        {            Console.WriteLine("The two integers " + x + " " + y);        }        private void DisplayOverload(params int[] parameterArray)        {            Console.WriteLine("parameterArray");        }    }

Program.cs文件添加如下代碼：

class Program    {        static void Main(string[] args)        {            Overload overload = new Overload();            overload.Display();            Console.ReadKey();        }    }

運行結果如下：