C# 多態性

多態是同一個行為具有多個不同表現形式或形態的能力。

多態性意味著有多重形式。在面向對象編程範式中，多態性往往表現為"一個介面，多個功能"。

多態性可以是靜態的或動態的。在靜態多態性中，函數的回應是在編譯時發生的。在動態多態性中，函數的回應是在運行時發生的。

在 C# 中，每個類型都是多態的，因為包括用戶定義類型在內的所有類型都繼承自 Object。

多態就是同一個介面，使用不同的實例而執行不同操作，如圖所示：

現實中，比如我們按下 F1 鍵這個動作：

  • 如果當前在 Flash 介面下彈出的就是 AS 3 的幫助文檔；
  • 如果當前在 Word 下彈出的就是 Word 幫助；
  • 在 Windows 下彈出的就是 Windows 幫助和支持。

同一個事件發生在不同的對象上會產生不同的結果。

靜態多態性

在編譯時，函數和對象的連接機制被稱為早期綁定，也被稱為靜態綁定。C# 提供了兩種技術來實現靜態多態性。分別為：

  • 函數重載
  • 運算符重載

運算符重載將在下一章節討論，接下來我們將討論函數重載。

函數重載

您可以在同一個範圍內對相同的函數名有多個定義。函數的定義必須彼此不同，可以是參數列表中的參數類型不同，也可以是參數個數不同。不能重載只有返回類型不同的函數聲明。

下麵的實例演示了幾個相同的函數 Add()，用於對不同個數參數進行相加處理：

實例

using System;
namespace PolymorphismApplication
{
    public class TestData  
    {  
        public int Add(int a, int b, int c)  
        {  
            return a + b + c;  
        }  
        public int Add(int a, int b)  
        {  
            return a + b;  
        }  
    }  
    class Program  
    {  
        static void Main(string[] args)  
        {  
            TestData dataClass = new TestData();
            int add1 = dataClass.Add(1, 2);  
            int add2 = dataClass.Add(1, 2, 3);

            Console.WriteLine("add1 :" + add1);
            Console.WriteLine("add2 :" + add2);  
        }  
    }  
}

下麵的實例演示了幾個相同的函數 print()，用於列印不同的數據類型：

實例

using System;
namespace PolymorphismApplication
{
   class Printdata
   {
      void print(int i)
      {
         Console.WriteLine("輸出整型: {0}", i );
      }

      void print(double f)
      {
         Console.WriteLine("輸出浮點型: {0}" , f);
      }

      void print(string s)
      {
         Console.WriteLine("輸出字串: {0}", s);
      }
      static void Main(string[] args)
      {
         Printdata p = new Printdata();
         // 調用 print 來列印整數
         p.print(1);
         // 調用 print 來列印浮點數
         p.print(1.23);
         // 調用 print 來列印字串
         p.print("Hello zaixian");
         Console.ReadKey();
      }
   }
}

當上面的代碼被編譯和執行時，它會產生下列結果：

輸出整型: 1
輸出浮點型: 1.23
輸出字串: Hello zaixian

動態多態性

C# 允許您使用關鍵字 abstract 創建抽象類，用於提供介面的部分類的實現。當一個派生類繼承自該抽象類時，實現即完成。抽象類包含抽象方法，抽象方法可被派生類實現。派生類具有更專業的功能。

請注意，下麵是有關抽象類的一些規則：

  • 您不能創建一個抽象類的實例。
  • 您不能在一個抽象類外部聲明一個抽象方法。
  • 通過在類定義前面放置關鍵字 sealed，可以將類聲明為密封類。當一個類被聲明為 sealed 時，它不能被繼承。抽象類不能被聲明為 sealed。

下麵的程式演示了一個抽象類：

實例

using System;
namespace PolymorphismApplication
{
   abstract class Shape
   {
       abstract public int area();
   }
   class Rectangle:  Shape
   {
      private int length;
      private int width;
      public Rectangle( int a=0, int b=0)
      {
         length = a;
         width = b;
      }
      public override int area ()
      {
         Console.WriteLine("Rectangle 類的面積：");
         return (width * length);
      }
   }

   class RectangleTester
   {
      static void Main(string[] args)
      {
         Rectangle r = new Rectangle(10, 7);
         double a = r.area();
         Console.WriteLine("面積： {0}",a);
         Console.ReadKey();
      }
   }
}

當上面的代碼被編譯和執行時，它會產生下列結果：

Rectangle 類的面積：

面積： 70

當有一個定義在類中的函數需要在繼承類中實現時，可以使用虛方法。

虛方法是使用關鍵字 virtual 聲明的。

虛方法可以在不同的繼承類中有不同的實現。

對虛方法的調用是在運行時發生的。

動態多態性是通過 抽象類 和 虛方法 實現的。

以下實例創建了 Shape 基類，並創建派生類 Circle、 Rectangle、Triangle， Shape 類提供一個名為 Draw 的虛擬方法，在每個派生類中重寫該方法以繪製該類的指定形狀。

實例

using System;
using System.Collections.Generic;

public class Shape
{
    public int X { get; private set; }
    public int Y { get; private set; }
    public int Height { get; set; }
    public int Width { get; set; }
   
    // 虛方法
    public virtual void Draw()
    {
        Console.WriteLine("執行基類的畫圖任務");
    }
}

class Circle : Shape
{
    public override void Draw()
    {
        Console.WriteLine("畫一個圓形");
        base.Draw();
    }
}
class Rectangle : Shape
{
    public override void Draw()
    {
        Console.WriteLine("畫一個長方形");
        base.Draw();
    }
}
class Triangle : Shape
{
    public override void Draw()
    {
        Console.WriteLine("畫一個三角形");
        base.Draw();
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 創建一個 List<Shape> 對象，並向該對象添加 Circle、Triangle 和 Rectangle
        var shapes = new List<Shape>
        {
            new Rectangle(),
            new Triangle(),
            new Circle()
        };

        // 使用 foreach 迴圈對該列表的派生類進行迴圈訪問，並對其中的每個 Shape 對象調用 Draw 方法
        foreach (var shape in shapes)
        {
            shape.Draw();
        }

        Console.WriteLine("按下任意鍵退出。");
        Console.ReadKey();
    }

}

當上面的代碼被編譯和執行時，它會產生下列結果：

畫一個長方形
執行基類的畫圖任務

畫一個三角形
執行基類的畫圖任務

畫一個圓形

執行基類的畫圖任務

按下任意鍵退出。

下麵的程式演示通過虛方法 area() 來計算不同形狀圖像的面積：

實例

using System;
namespace PolymorphismApplication
{
   class Shape
   {
      protected int width, height;
      public Shape( int a=0, int b=0)
      {
         width = a;
         height = b;
      }
      public virtual int area()
      {
         Console.WriteLine("父類的面積：");
         return 0;
      }
   }
   class Rectangle: Shape
   {
      public Rectangle( int a=0, int b=0): base(a, b)
      {

      }
      public override int area ()
      {
         Console.WriteLine("Rectangle 類的面積：");
         return (width * height);
      }
   }
   class Triangle: Shape
   {
      public Triangle(int a = 0, int b = 0): base(a, b)
      {
     
      }
      public override int area()
      {
         Console.WriteLine("Triangle 類的面積：");
         return (width * height / 2);
      }
   }
   class Caller
   {
      public void CallArea(Shape sh)
      {
         int a;
         a = sh.area();
         Console.WriteLine("面積： {0}", a);
      }
   }  
   class Tester
   {
     
      static void Main(string[] args)
      {
         Caller c = new Caller();
         Rectangle r = new Rectangle(10, 7);
         Triangle t = new Triangle(10, 5);
         c.CallArea(r);
         c.CallArea(t);
         Console.ReadKey();
      }
   }
}

當上面的代碼被編譯和執行時，它會產生下列結果：

Rectangle 類的面積：

面積：70
Triangle 類的面積：

面積：25