C# 类型和成员

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作为面向对象的语言，C# 支持封装、继承和多态性这些概念。 类可能会直接继承一个父类，并且可以实现任意数量的接口。 若要用方法重写父类中的虚方法，必须使用 override 关键字，以免发生意外重定义。 在 C# 中，结构就像是轻量级类，是可以实现接口但不支持继承的堆栈分配类型。 C# 提供了 record class 和 record struct 类型，这些类型的目的主要是存储数据值。

类和对象

类是最基本的 C# 类型。 类是一种数据结构，可在一个单元中就将状态（字段）和操作（方法和其他函数成员）结合起来。 类为类实例（亦称为“对象”）提供了定义 。 类支持继承和多形性，即派生类可以扩展和专门针对基类的机制。

新类使用类声明进行创建。 类声明以标头开头。 标头指定以下内容：

  • 类的特性和修饰符
  • 类的名称
  • 基类（从基类继承时）
  • 接口由该类实现。

标头后面是类主体，由在分隔符 { 和 } 内编写的成员声明列表组成。

以下代码展示的是简单类 Point 的声明：

public class Point
{
    public int X { get; }
    public int Y { get; }
    
    public Point(int x, int y) => (X, Y) = (x, y);
}

类实例是使用 new 运算符进行创建，此运算符为新实例分配内存，调用构造函数来初始化实例，并返回对实例的引用。 以下语句创建两个 Point 对象，并将对这些对象的引用存储在两个变量中：

var p1 = new Point(0, 0);
var p2 = new Point(10, 20);

当无法再访问对象时，对象占用的内存会被自动回收。 没有必要也无法在 C# 中显式解除分配对象。

类型参数

泛型类定义类型参数。 类型参数是用尖括号括起来的类型参数名称列表。 类型参数跟在类名后面。 然后，可以在类声明的主体中使用类型参数来定义类成员。 在以下示例中，Pair 的类型参数是 TFirst 和 TSecond：

public class Pair<TFirst, TSecond>
{
    public TFirst First { get; }
    public TSecond Second { get; }
    
    public Pair(TFirst first, TSecond second) => 
        (First, Second) = (first, second);
}

声明为需要使用类型参数的类类型被称为泛型类类型。 结构、接口和委托类型也可以是泛型。 使用泛型类时，必须为每个类型参数提供类型自变量：

var pair = new Pair<int, string>(1, "two");
int i = pair.First;     //TFirst int
string s = pair.Second; //TSecond string

包含类型自变量的泛型类型（如上面的 Pair<int,string>）被称为构造泛型类型。

基类

类声明可以指定基类。 在类名和类型参数后面加上冒号和基类的名称。 省略基类规范与从 object 类型派生相同。 在以下示例中，Point3D 的基类是 Point 在第一个示例中，Point 的基类是 object：

public class Point3D : Point
{
    public int Z { get; set; }
    
    public Point3D(int x, int y, int z) : base(x, y)
    {
        Z = z;
    }
}

类继承其基类的成员。 继承意味着一个类隐式包含其基类的几乎所有成员。 类不继承实例、静态构造函数以及终结器。 派生类可以在其继承的成员中添加新成员，但无法删除继承成员的定义。 在上面的示例中，Point3D 从 Point 继承了 X 和 Y 成员，每个 Point3D 实例均包含三种属性（X、Y 和 Z）。

可以将类类型隐式转换成其任意基类类型。 类类型的变量可以引用相应类的实例或任意派生类的实例。 例如，类声明如上，Point 类型的变量可以引用 Point 或 Point3D：

Point a = new(10, 20);
Point b = new Point3D(10, 20, 30);

结构

类定义可支持继承和多形性的类型。 它们使你能够基于派生类的层次结构创建复杂的行为。 相比之下，结构类型是较为简单的类型，其主要目的是存储数据值。 结构不能声明基类型；它们从 System.ValueType 隐式派生。 不能从 struct 类型派生其他 struct 类型。 这些类型已隐式密封。

public struct Point
{
    public double X { get; }
    public double Y { get; }
    
    public Point(double x, double y) => (X, Y) = (x, y);
}

接口

接口定义了可由类和结构实现的协定。 定义接口来声明在不同类型之间共享的功能。 例如，System.Collections.Generic.IEnumerable<T> 接口定义了一个遍历集合（如数组）中所有项的一致方法。 接口可以包含方法、属性、事件和索引器。 接口通常不提供所定义成员的实现，仅指定必须由实现接口的类或结构提供的成员。

接口可以采用“多重继承”。 在以下示例中，接口 IComboBox 同时继承自 ITextBox 和 IListBox。

interface IControl
{
    void Paint();
}

interface ITextBox : IControl
{
    void SetText(string text);
}

interface IListBox : IControl
{
    void SetItems(string[] items);
}

interface IComboBox : ITextBox, IListBox { }

类和结构可以实现多个接口。 在以下示例中，类 EditBox 同时实现 IControl 和 IDataBound。

interface IDataBound
{
    void Bind(Binder b);
}

public class EditBox : IControl, IDataBound
{
    public void Paint() { }
    public void Bind(Binder b) { }
}

当类或结构实现特定接口时，此类或结构的实例可以隐式转换成相应的接口类型。 例如

EditBox editBox = new();
IControl control = editBox;
IDataBound dataBound = editBox;

枚举

枚举类型定义了一组常数值。 以下 enum 声明了定义不同根蔬菜的常数：

public enum SomeRootVegetable
{
    HorseRadish,
    Radish,
    Turnip
}

还可以定义一个 enum 作为标志组合使用。 以下声明为四季声明了一组标志。 可以随意搭配季节组合，包括 All 值（包含所有季节）：

[Flags]
public enum Seasons
{
    None = 0,
    Summer = 1,
    Autumn = 2,
    Winter = 4,
    Spring = 8,
    All = Summer | Autumn | Winter | Spring
}

以下示例显示了前面两个枚举的声明：

var turnip = SomeRootVegetable.Turnip;

var spring = Seasons.Spring;
var startingOnEquinox = Seasons.Spring | Seasons.Autumn;
var theYear = Seasons.All;

可为 null 的类型

任何类型的变量都可以声明为“不可为 null”或“可为 null”_。 可为 null 的变量包含一个额外的 null 值，表示没有值。 可为 null 的值类型（结构或枚举）由 System.Nullable<T> 表示。 不可为 null 和可为 null 的引用类型都由基础引用类型表示。 这种区别由编译器和某些库读取的元数据体现。 当可为 null 的引用在没有先对照 null 检查其值的情况下取消引用时，编译器会发出警告。 当对不可为 null 的引用分配了可能为 null 的值时，编译器也会发出警告。 以下示例声明了“可为 null 的 int”，并将其初始化为 null。 然后将值设置为 5。 该示例通过“可为 null 的字符串”演示了同一概念。 有关详细信息，请参阅可为 null 的值类型和可为 null 的引用类型。

int? optionalInt = default; 
optionalInt = 5;
string? optionalText = default;
optionalText = "Hello World.";

元组

C# 支持元组，后者提供了简洁的语法来将多个数据元素分组成一个轻型数据结构。 通过声明 ( 和 ) 之间的成员的类型和名称来实例化元组，如下例所示：

(double Sum, int Count) t2 = (4.5, 3);
Console.WriteLine($"Sum of {t2.Count} elements is {t2.Sum}.");
//Output:
//Sum of 3 elements is 4.5.

元组为具有多个成员的数据结构提供了一种替代方法，且无需使用下一篇文章中介绍的构建基块。

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