深入浅出OOP（二）: 多态和继承(继承)

本文是深入浅出OOP第二篇，主要说说继承的话题。

继承的介绍

在OOP中，继承有如下的定义：

• 继承是一种OOP的机制，用于派生继承预定义的类
• 在这个继承关系中，预定义的类是基类，新类是子类
• 继承常常用于实现代码重用
• 继承允许子类复用基类非private的的数据和方法

继承的实现

创建一个Console工程，命名为InheritanceAndPolymorphism。添加ClassA、ClassB类，并拷贝下面的代码：

ClassA:

   class ClassA
     {

     }

ClassB:

    class ClassB
    {
        public int x = ;
        public void Display1()
        {
            Console.WriteLine("ClassB Display1");
        }
        public void Display2()
        {
            Console.WriteLine("ClassB Display2");
        }
    }

在Program.cs中，调用ClassA

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {

            ClassA a = new ClassA();
            a.Display1();
        }
    }

如果运行，肯定会报错的。

Error: 'InheritanceAndPolymorphism.ClassA' does not contain a definition for 'Display1' and no extension method 'Display1' accepting a first argument of type 'InheritanceAndPolymorphism.ClassA' could be found

因为我们在ClassA中未定义Display1的方法。 下面我们重写，使ClassA继承自ClassB。

ClassA:

  class ClassA:ClassB
    {

    }

ClassB:

class ClassB
    {
        public int x = ;
        public void Display1()
        {
            Console.WriteLine("ClassB Display1");
        }
        public void Display2()
        {
            Console.WriteLine("ClassB Display2");
        }
    }

再次运行，结果如下：

ClassB Display1

ClassA已经可以访问其基类的Display1函数了，这个简单的实例说明了继承可复用基类的妙处，下面这张图以父子财产继承关系说明了继承的意义

再来看另外一个场景，假设ClassA也有一个Display1函数，签名和其基类一样的：

class ClassA:ClassB
    {
        public void Display1()
        {
            System.Console.WriteLine("ClassA Display1");
        }
    }

ClassB:

class ClassB
    {
        public int x = ;
        public void Display1()
        {
            Console.WriteLine("ClassB Display1");
        }
        public void Display2()
        {
            Console.WriteLine("ClassB Display2");
        }
    }

执行后结果如下：

ClassA Display1

看起来结果是对的，ClassA默认调用了自己的Display1函数，但是Visual Studio有一个警告：

Warning: 'InheritanceAndPolymorphism.ClassA.Display1()' hides inherited member 'InheritanceAndPolymorphism.ClassB.Display1()'. Use the new keyword if hiding was intended.

C#中对方法的调用首先是查询ClassA自己中有无Display1函数，再查询其基类有无Display1函数。在基类和子类出现同样函数的情况现实项目中是存在的，可能是基类代码过于陈旧了，子类既想用同签名的函数，又无法停止基类的同签名函数，故会出现这样的警告---尽管逻辑正确，但是这种设计还是有一些瑕疵的。

我们再试试在CalssA中通过base调用基类同名方法的情况：

ClassA:

  class ClassA:ClassB
    {
        public void Display1()
        {
            Console.WriteLine("ClassA Display1");
            base.Display1();
        }
    }

ClassB:

class ClassB
    {
        public int x = ;
        public void Display1()
        {
            Console.WriteLine("ClassB Display1");
        }
        public void Display2()
        {
            Console.WriteLine("ClassB Display2");
        }
    }

执行结果如下：

ClassA Display1

ClassB Display1

这个实验说明C#提供了base关键词，用于在继承中子类调用基类的函数或者变量(非private类型)。

同样的，在ClassA.Display1中调用其基类的Display2也是可以的，代码如下所示：

/// <summary>
   /// ClassB: acting as base class
   /// </summary>
   class ClassB
    {
        public int x = ;
        public void Display1()
        {
            Console.WriteLine("ClassB Display1");
        }
        public void Display2()
        {
            Console.WriteLine("ClassB Display2");
        }
    }

    /// <summary>
    /// ClassA: acting as derived class
    /// </summary>
    class ClassA : ClassB
    {
        public void Display1()
        {
            Console.WriteLine("ClassA Display1");
            base.Display2();
        }
    }

    /// <summary>
    /// Program: used to execute the method.
    /// Contains Main method.
    /// </summary>
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ClassA a = new ClassA();
            a.Display1();
            Console.ReadKey();
        }
    }

执行结果如下：

ClassA Display1

ClassB Display2

那么可否通过基类调用其子类的函数呢？

/// <summary>
   /// ClassB: acting as base class
   /// </summary>
   class ClassB
    {
        public int x = ;
        public void Display1()
        {
            Console.WriteLine("ClassB Display1");
        }
    }

    /// <summary>
    /// ClassA: acting as derived class
    /// </summary>
    class ClassA : ClassB
    {
        public void Display2()
        {
            Console.WriteLine("ClassA Display2");
        }
    }

    /// <summary>
    /// Program: used to execute the method.
    /// Contains Main method.
    /// </summary>
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ClassB b = new ClassB();
            b.Display2();
            Console.ReadKey();
        }
    }

运行报错：

Error: 'InheritanceAndPolymorphism.ClassB' does not contain a definition for 'Display2' and no extension method 'Display2' accepting a first argument of type 'InheritanceAndPolymorphism.ClassB' could be found

原因是继承无法实现逆向调用，既基类无法调用子类。

除了构造函数和析构函数，子类继承了其基类的一些(包括private的成员变量和成员函数，只是无法访问)。

在C#中，一个类默认继承的是object类型，object是C#所有引用类型的基类；同时，继承具有传递性，如ClassC继承自ClassB，ClassB继承自ClassA，则ClassC可完全复用ClassA的数据和函数---ClassC继承了ClassA。

C#中所有的类型都可被继承吗？

public class ClassW : System.ValueType
   {
   }

   public class ClassX : System.Enum
   {
   }

   public class ClassY : System.Delegate
   {
   }

   public class ClassZ : System.Array
   {
   }

执行结果：

'InheritanceAndPolymorphism.ClassW' cannot derive from special class 'System.ValueType'

'InheritanceAndPolymorphism.ClassX' cannot derive from special class 'System.Enum'

'InheritanceAndPolymorphism.ClassY' cannot derive from special class 'System.Delegate'

'InheritanceAndPolymorphism.ClassZ' cannot derive from special class 'System.Array'

运行的结果让人抓狂

在C#中，自定义类无法继承自C#内置的一些类，如System.ValueType, System.Enum, System.Delegate, System.Array, etc。

下面这个例子我们再看看C++中的多类继承是否可在C#中实现：

    public class ClassW
    {
    }

    public class ClassX
    {
    }

    public class ClassY : ClassW, ClassX
    {
    }

执行结果：

Compile time Error: Class 'InheritanceAndPolymorphism.ClassY' cannot have multiple base classes: 'InheritanceAndPolymorphism.ClassW' and 'ClassX'.

执行结论是：C#仅支持单类继承，不支持C++的这种星型继承关系。 要使用星型继承关系，请用接口实现。

那么可否实现循环依赖继承呢？

   public class ClassW: ClassY
    {
    }

    public class ClassX: ClassW
    {
    }

    public class ClassY :  ClassX
    {
    }

代码逻辑很简单，ClassW继承自ClassY，ClassX继承自ClassW, ClassY继承自ClassX。

但是编译后报错了：

Error: Circular base class dependency involving 'InheritanceAndPolymorphism.ClassX' and 'InheritanceAndPolymorphism.ClassW'.

我们得出一个结论，C#中不许环形依赖继承。

实例对象的是否可赋值

ClassB:
public class ClassB
    {
        public int b = ;
    }

ClassA:

    public class ClassA
    {
        public int a = ;
    }

Program.cs 代码如下

/// <summary>
    /// Program: used to execute the method.
    /// Contains Main method.
    /// </summary>
    public class Program
    {
        private static void Main(string[] args)
        {
            ClassB classB = new ClassB();
            ClassA classA = new ClassA();
            classA = classB;
            classB = classA;
        }
    }

我们尝试判断ClassA、ClassB的对象是否可赋值。

编译的结果是：报错了

Cannot implicitly convert type 'InheritanceAndPolymorphism.ClassB' to 'InheritanceAndPolymorphism.ClassA' Cannot implicitly convert type 'InheritanceAndPolymorphism.ClassA' to 'InheritanceAndPolymorphism.ClassB'

尽管ClassA和ClassB里面的数据成员变量a数据一致，都为100，但是这里用等号比较的是类型--引用地址，故无法进行赋值。

我们再来试试继承关系的：

public class ClassB
    {
        public int b = ;
    }

    public class ClassA:ClassB
    {
        public int a = ;
    }

    /// <summary>
    /// Program: used to execute the method.
    /// Contains Main method.
    /// </summary>
    public class Program
    {
        private static void Main(string[] args)
        {
            ClassB classB = new ClassB();
            ClassA classA = new ClassA();
            classA = classB;
            classB = classA;
        }
    }

ClassA继承自ClassB，我们希望可以直接赋值其实例对象。

运行结果如下：

Error: Cannot implicitly convert type 'InheritanceAndPolymorphism.ClassB' to 'InheritanceAndPolymorphism.ClassA'.

运行结论：C#中子类对象可直接赋值给基类对象，基类对象需要往下强转。代码修改如下：

public class ClassB
    {
        public int b = ;
    }

    public class ClassA:ClassB
    {
        public int a = ;
    }

    /// <summary>
    /// Program: used to execute the method.
    /// Contains Main method.
    /// </summary>
    public class Program
    {
        private static void Main(string[] args)
        {
            ClassB classB = new ClassB();
            ClassA classA = new ClassA();
            classB=classA;
            classA = (ClassA)classB;
        }
    }

这样编译就通过了。

如果ClassA不继承自ClassB，则这种强转在C#中是会报错的：

Cannot convert type 'InheritanceAndPolymorphism.ClassA' to 'InheritanceAndPolymorphism.ClassB'

Cannot convert type 'InheritanceAndPolymorphism.ClassB' to 'InheritanceAndPolymorphism.ClassA'

本节结论

• 无法阻止子类覆盖基类同签名方法
• 继承关系是子类的同签名方法先查找，再查找其基类的
• base关键字被C#用于在子类中调用基类函数、变量
• 继承关系不可逆转
• 除了构造函数、析构函数，子类继承了基类的一些
• 自定义类默认继承自Object类型，但是C#的这些类型不能被继承：System.ValueType, System.Enum, System.Delegate, System.Array, etc.
• C#不支持从多类继承
• C#不支持循环继承
• 子类对象可直接赋值给基类，反之需要强转

原文地址：Diving in OOP (Day 2): Polymorphism and Inheritance (Inheritance)