3.8 類和對象

3.8.1 類

在C#中，類是一種功能強大的數據類型，而且是面向對象的基礎。類定義屬性和行為，程序員可以聲明類的實例，從而可以利用這些屬性和行為。

類具有如下特點：

1）C#類只支持單繼承，也就是類只能從一個基類繼承實現。

2）一個類可以實現多個接口。

3）類定義可以在不同的源文件之間進行拆分。

4）靜態類是僅包含靜態方法的密封類。

類其實是創建對象的模板，類定義了每個對象可以包含的數據類型和方法，從而在對象中可以包含這些數據，并能夠實現定義的功能。

類的聲明的結構形式如下：

3.8.2 類的操作

1．定義類

類通常體現了現實中的某類事物，或者開發者要研究的對象。在C#中，幾乎所有的程序代碼都是在類中實現的。我們以現實生活中的“建筑物”為例，定義一個關于建筑物的類。考慮到建筑物的特點，建筑物應該包括名稱、樓層數、面積、居住人數等基本信息。可以定義一個叫作Building的類以代表建筑物。包含的信息對應如下。

則可以初步定義類Building。

定義類Building就相當于創建了一個新的數據類型。可以聲明對象了。

有了以上初始化操作，就可以計算人均面積等其他信息了。

同一個類定義的每個對象都包含一組類中定義的實際變量的副本。每個對象包含的內容可以和另一個對象完全不同（除了具有相同類型外）。它們之間也可以沒有任何聯系。

2．給Building類添加方法

類的方法通常對類中包含的數據執行某種操作，并提供對類中數據的訪問。

areaPP：計算人均面積改成類中的方法。可以封裝類中直接與建筑物相關的數量，從而增強該類的面向對象結構。

方法可以返回值，方法采用如下形式的return語句給調用程序返回一個值：

使用返回值改進AreaPerPerson()方法的實現。

也可以給Building類添加帶參數的方法。假設每個居住者必須有一定的最小空間，那么由此可以計算出建筑物的最大居住人數。將該新方法命名為MaxOccupant()。

3．構造函數

以上必須使用一系列語句手動設置每個Building對象的實例變量。

而在專業人員編寫的C#代碼中，很少使用這種方式。一種原因是這種方式容易出錯（有可能忘記設置某個字段的值），另一種原因是有一種更好的實現該任務的方式：構造函數。

構造函數用于在創建對象時初始化對象。它的名稱與類相同。語法上類似于方法。但是，構造函數沒有顯式的返回值類型。以下是Building類的構造函數。

初始化類時使用如下格式：

4．析構函數

可以定義在垃圾回收程序最終銷毀對象之前調用的方法，該方法稱為析構函數，它可以用于一些非常特殊的情況，確保對象徹底地終止。

析構函數格式：

例如：～Building()

總結上面對類的說明和實例，在C#中，類可以包含如下幾種成員：

1）字段，是被視為類的一部分的對象實例，通常用來保存類數據，一般為私有成員。

2）屬性，是類中可以像類中的字段一樣訪問的方法。屬性可以為類字段提供保護，避免字段在對象不知道的情況下被修改。

3）方法，定義類可以執行的操作。

4）事件，是向其他對象提供有關事件發生通知的一種方式，事件是使用委托來定義和觸發的。

5）構造函數，是第一次創建對象時調用的方法，用來對對象進行初始化。

6）析構函數，是對象使用完畢后從內存中清理對象占用的資源，在C#中一般不需要明確定義析構函數，CLR會幫助解決內存的釋放問題。

3.8.3 類的訪問控制

對于類中的成員的訪問，分為公有訪問和私有訪問兩種：公有訪問使用關鍵字：public，私有訪問使用關鍵字：private。說明如下。

1）public：使用public說明符修飾類的成員時，該成員可以由程序中的任意其他代碼訪問，包括其他類中定義的方法。

2）private：使用private說明符修飾類的成員時，該成員只可以由它所在類中的其他成員訪問。如果沒有用任何訪問說明符，類成員默認為private。

棧是面向對象編程的典型實例，因為它將信息的存儲和訪問這些信息的方法組合在一起。

棧存儲的成員是私有的，訪問方法是公有的，因此它是說明類的訪問控制的最佳選擇。

棧這種數據結構主要有以下這些基本操作。可以寫出它們的實現代碼如下。

（1）定義棧

（2）初始化棧（構造函數）

（3）進棧

（4）出棧

（5）判滿棧

（6）判空棧

（7）返回棧大小

（8）返回元素數量

將上述棧的基本操作所對應的代碼，放到定義棧的Class中，完成棧的完整定義。則可以在Main中調用“棧”這個類，實例化棧為一個對象，并進行各種棧的操作。

Main()調用的代碼如下：

3.8.4 繼承

1．繼承概念和定義方法

繼承是面向對象編程的一大特性，通過繼承，類可以從其他類繼承相關特性。被繼承的類稱為基類，而繼承基類的類稱為派生類。

派生類將獲取基類的所有非私有數據和行為，以及派生類為自己定義的其他數據和行為。

繼承的實現方式是：在聲明類時，在類名稱后放置一個冒號，然后在冒號后指定要從中繼承的類。例如，類B從類A中繼承，類A被稱為基類，類B被稱為派生類：

下面示例中的TwoDShape類存儲二維對象（如正方形、三角形、矩形等）的高度和寬度：

定義派生類：

主函數調用：

2．成員訪問和繼承

類成員經常聲明為私有的（private），以避免對它們執行未授權的訪問和破壞。繼承一個類不會破壞私有訪問的限制。

派生類雖然包括基類的所有成員，但它不能訪問基類中的私有成員。例如將TwoDShape類的Width和Height成員聲明為私有，則Triangle類將不能訪問它們。

私有類成員總保持對其所在類的私有性，它不能被類外部的任何代碼訪問，包括派生類。

訪問私有成員的解決辦法如下。

（1）使用protected成員

protected保護成員在類層次結構中是共有的，但在該層次之外是私有的。

（2）使用公有屬性

改寫基類TwoDShape添加屬性：

3．構造函數和繼承

基類和派生類都可以有自己的構造函數。問題是，到底哪個構造函數構件派生類的對象？答案是，基類的構造函數構造對象的基類部分，而派生類的構造函數構造對象的派生類部分。

4．虛方法和重寫

虛方法是指在基類中聲明為virtual并在一個或多個派生類中使用override重新定義的方法。重寫體現了類的多態性。

3.8.5 Object類（System.Object）

C#定義了一個特殊的類Object，它是其他所有的類和類型的隱式基類。也就是說，所有其他類型都是從Object類派生的。這意味著Object類型的引用變量可以指向任何其他類型的對象。典型的應用為裝箱和拆箱。下面為示例代碼：

再舉一個例子：創建一個Object數組，并給其中的元素賦予不同類型的值。

3.8.6 對象

世界是由許多不同種類的對象構成的，每一個對象都有自己的運動規律和狀態。面向對象程序設計是用機器語言模擬客觀世界的方法，與面向過程相比，所有的對象被賦予屬性和方法，使編程更富有人性化。對于如何區分類、對象、屬性和方法，下面用生活中的實物來舉例說明。

高速上正在行駛的一輛紅色的豐田轎車，乘車人數五人，可以用于基本交通使用，由于超速行駛，交警當場開了罰單，并登記了車牌號碼、違規類型、開單日期和車主信息。如表3-26所示。

1．類（Class）

類是對具有相同特征的一類事物所做的歸納。類的概念來源于人們認識自然、認識社會的過程，現實世界中的類是錯綜復雜、種類繁多的，聰明的人類學會了將復雜的事物進行分類。例如，由大小各異的汽車抽象出車的概念，由各式各樣的鳥兒抽象出鳥類的概念等。

2．對象（Object）

一切皆為對象。客觀世界由各種各樣的實體組成，這些實體就稱為對象，可以指具體事物也可以指抽象的事物，它是由數據加動作組成。對象是類的實例化，是實實在在存在的。例如，一只黃鸝鳥、一座房子，都是對象。對象是對具有某些特性的具體事物的抽象，對象之間的相互作用是通過發送消息進行的。

3．屬性（Property）

屬性就是對象狀態的描述，每個對象具有各自的屬性。例如，小貓的體重是1.5kg，椅子的顏色是紅色，沙發的價格是2000元，這些都是它們的屬性，體現了個體對象的性質。

4．方法（Method）

方法反映了對象本身可以完成的動作。例如一個學生，他會聽課、做筆記、打籃球等，總結為一句話：方法就是行為。

5．事件（Event）

事件是指對象本身對外部變化所做出的響應。在表3-26中，可以看出，交警令司機停車，這就是一個外部變化，而對象做出的反應是停車，也就是說，停車的動作就是一個事件。

對象是類的實例化，只有對象才能包含數據、執行行為和觸發事件，而類只不過就像int一樣是數據類型，只有實例化才能真正發揮作用。

對象具有以下特點：

1）C#中使用的全都是對象。

2）對象是實例化的，對象是從類和結構所定義的模板中創建的。

3）對象使用屬性獲取和更改它們所包含的信息。

4）對象通常具有允許它們執行操作的方法和事件。

5）所有C#對象都繼承自Object。

6）對象具有多態性，對象可以實現派生類和基類的數據和行為。

對象的聲明就是類的實例化，傳遞回該對象的引用。此引用引用了新對象，但不包含對象數據本身。

類實例化的方式很簡單，通過使用new來實現。例如：