C# 中的繼承：基類與派生類詳解
作者：iamrick
在本文中，我們深入學習了 C# 中基類與派生類的概念，理解了繼承的優勢以及應用場景。通過豐富的實例和詳細的注釋，展示了如何在實際編程中使用繼承來實現代碼復用、封裝和多態性。
在面向對象編程（OOP）中，繼承是一個核心概念。它允許一個類（派生類）繼承另一個類（基類）的屬性和方法，從而實現代碼的重用、封裝和多態性。C# 作為一種面向對象的編程語言，提供了強大的繼承機制。本文將詳細介紹基類與派生類的應用特點和場景，并通過豐富的實例和注釋加深理解。
繼承的優勢
代碼復用
通過繼承，派生類可以直接使用基類中已經定義的屬性和方法，無需重復編寫相同的代碼，從而提高開發效率。
封裝
基類可以將一些不需要外部訪問的成員設為私有（private），只允許通過公共（public）方法來訪問，從而隱藏實現細節，提高代碼的安全性。
多態
通過虛方法（virtual）和抽象方法（abstract），基類可以定義可在派生類中重寫（override）的方法，允許派生類表現出不同的行為。
繼承的應用場景
建立類層次結構
當多個類共享相同的特性時，可以將這些共性抽象成一個基類，其他具有特定特性的類作為派生類。
實現接口替換原則
基類可以作為一個通用接口，允許在不改變外部代碼的情況下替換和擴展內部實現。
設計模式的實現
很多設計模式（如工廠模式、策略模式等）都需要使用繼承來實現特定的功能和邏輯。
實例詳解
例1：基本繼承與代碼復用
namespace App05
{
// 基類：車輛
public class Vehicle
{
public string LicensePlate { get; set; }
public void StartEngine()
{
Console.WriteLine("發動機已啟動");
}
}
// 派生類：汽車
public class Car : Vehicle
{
public int NumberOfWheels { get; set; } = 4;
public void Honk()
{
Console.WriteLine("汽車喇叭：嘟嘟！");
}
}
internal class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 使用示例
var car = new Car
{
LicensePlate = "粵A12345"
};
car.StartEngine(); // 繼承自基類的方法
car.Honk(); // 派生類的方法
Console.WriteLine($"車牌號：{car.LicensePlate}");
Console.WriteLine($"車輪數：{car.NumberOfWheels}");
}
}
}
圖片
說明：
- Car 類繼承了 Vehicle 類，因此可以直接使用 Vehicle 中的屬性和方法，如 LicensePlate 和 StartEngine()。
- Car 類增加了自己的屬性 NumberOfWheels 和方法 Honk()。
例2：方法重寫與多態
namespace App05
{
// 基類：動物
public class Animal
{
public virtual void Speak()
{
Console.WriteLine("某種動物的叫聲");
}
}
// 派生類：狗
public class Dog : Animal
{
public override void Speak()
{
Console.WriteLine("汪汪！");
}
}
// 派生類：貓
public class Cat : Animal
{
public override void Speak()
{
Console.WriteLine("喵喵！");
}
}
internal class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 使用示例
Animal animal;
animal = new Dog();
animal.Speak(); // 輸出 "汪汪！"
animal = new Cat();
animal.Speak(); // 輸出 "喵喵！"
}
}
}
圖片
說明：
- 在基類 Animal 中，Speak() 方法被聲明為 virtual，表示它可以在派生類中被重寫。
- 在派生類 Dog 和 Cat 中，Speak() 方法使用 override 關鍵字進行重寫，從而表現出不同的行為。
- 通過將 animal 聲明為 Animal 類型，可以實現多態性的效果。
例3：抽象類與多態
namespace App05
{
// 抽象基類：形狀
public abstract class Shape
{
public abstract double Area();
}
// 派生類：圓形
public class Circle : Shape
{
public double Radius { get; set; }
public override double Area()
{
return Math.PI * Radius * Radius;
}
}
// 派生類：矩形
public class Rectangle : Shape
{
public double Width { get; set; }
public double Height { get; set; }
public override double Area()
{
return Width * Height;
}
}
internal class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 使用示例
Shape circle = new Circle { Radius = 5 };
Console.WriteLine($"圓的面積：{circle.Area()}");
Shape rectangle = new Rectangle { Width = 4, Height = 6 };
Console.WriteLine($"矩形的面積：{rectangle.Area()}");
}
}
}
圖片
說明：
- Shape 類被聲明為抽象類，不能被實例化，只能被繼承。
- Area() 方法是一個抽象方法，必須在派生類中進行重寫。
- Circle 和 Rectangle 分別重寫了 Area() 方法，實現了特定形狀的面積計算。
例4：訪問修飾符與封裝
// 基類：賬戶
public class Account
{
private decimal balance;
public void Deposit(decimal amount)
{
balance += amount;
Console.WriteLine($"存入：{amount}，余額：{balance}");
}
public void Withdraw(decimal amount)
{
if (amount <= balance)
{
balance -= amount;
Console.WriteLine($"取出：{amount}，余額：{balance}");
}
else
{
Console.WriteLine("余額不足！");
}
}
// 受保護的方法，可供派生類訪問
protected decimal GetBalance()
{
return balance;
}
}
// 派生類：儲蓄賬戶
public class SavingsAccount : Account
{
private decimal interestRate = 0.01m; // 利率1%
public void ApplyInterest()
{
decimal interest = GetBalance() * interestRate;
Deposit(interest);
Console.WriteLine($"已應用利息：{interest}");
}
}
// 使用示例
var savings = new SavingsAccount();
savings.Deposit(1000); // 存入初始金額
savings.ApplyInterest(); // 應用利息
savings.Withdraw(500); // 取出部分金額
圖片
說明：
- Account 類的 balance 字段被聲明為 private，只能在類內部訪問。
- 通過 protected 方法 GetBalance()，SavingsAccount 可以訪問 balance 的值。
- SavingsAccount 類新增了方法 ApplyInterest()，用于計算并應用利息。
例5：多級繼承
namespace App05
{
// 基類：電子產品
public class Electronic
{
public void TurnOn()
{
Console.WriteLine("設備已打開");
}
}
// 派生類：電腦
public class Computer : Electronic
{
public void Boot()
{
Console.WriteLine("電腦正在啟動");
}
}
// 派生類：筆記本電腦
public class Laptop : Computer
{
public void Fold()
{
Console.WriteLine("筆記本電腦可以折疊");
}
}
internal class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 使用示例
var laptop = new Laptop();
laptop.TurnOn(); // 繼承自 Electronic
laptop.Boot(); // 繼承自 Computer
laptop.Fold(); // 自身的方法
}
}
}
圖片
說明：
- 通過多級繼承，Laptop 類繼承了 Computer 和 Electronic 類的屬性和方法。
四、總結
在本文中，我們深入學習了 C# 中基類與派生類的概念，理解了繼承的優勢以及應用場景。通過豐富的實例和詳細的注釋，展示了如何在實際編程中使用繼承來實現代碼復用、封裝和多態性。
在設計自己的類層次結構時，應考慮如何有效地利用繼承來優化代碼的結構和可重用性。然而，需要注意的是，過度使用繼承可能會導致代碼的復雜性增加，應根據實際需求進行合理設計。
建議：
- 在使用繼承時，優先考慮類之間是否存在顯式的“是一個”（is-a）關系。
- 如果只是需要某些功能，而不需要繼承整個類，可以考慮使用接口（interface）或組合（composition）。
責任編輯：武曉燕
來源：
技術老小子
