【教学课件】第7章多态性.ppt

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1、Visual C#程序设计,中原工学院计算机系赵冬,本章目标理解多态性是如何实现系统的可扩展和可维护的理解抽象类具体类之间的差异学会如何创建及使用接口和委托理解事件与委托的关系及如何使用事件使用运算符重载,第7章 多态性,第7章 多态性,多态性一词最早用于生物学，指同一种族的生物体具有相同的特性。在 C#中多态性的定义是同一操作作用于不同的类的实例，不同的类将进行不同的解释，最后产生不同的执行结果。C#支持两种类型的多态性。,编译时的多态性 编译时的多态性通过重载来实现。方法重载和操作符重载都实现了编译时的多态性。对于非虚拟的成员来说系统在编译时根据传递的参数、返回的类型等信息决定实现何种操作

2、。运行时的多态性 运行时的多态性是指直到系统运行时才根据实际情况决定实现何种操作，C#中运行时的多态性通过虚拟成员实现，编译时的多态性为我们提供了运行速度快的特点，而运行时的多态性则带来了高度灵活和抽象的特点。,第7章 多态性,覆盖（隐藏）、虚函数是实现多态的主要方式。虚函数和覆盖区别 a.覆盖，变量类型为子类时调用，编译时决定，用 new 修饰。b.虚函数，由变量引用对象的实际类型决定，运行时决定，基类方法用 virtual 修饰，子类方法用 override 修饰。,第7章 多态性,using System;using System.Windows.Forms;class Apublic

3、void F()Console.WriteLine(A.F);public virtual void G()Console.WriteLine(A.G);class B:Anew public void F()Console.WriteLine(B.F);public override void G()Console.WriteLine(B.G);class Teststatic void Main()B b=new B();A a=b;a.F();/由变量类型决定（变量类型仍为父类类型）b.F();a.G();/由变量引用对象的实际类型决定（子类类型）b.G();,第7章 多态性,运行结果,

4、7.1.1 抽象方法 基类的某些虚拟方法有时不可能被调用到，这时候可定义该虚拟方法为抽象方法。抽象方法没有方法体，但必须声明，它告诉编译器，派生类必须通过重写该方法以提供它们自己的实现。当实例方法包含有 abstract 修饰符时，称该方法为抽象方法。虽然抽象方法同时隐含为虚拟方法，但它不能有 virtual 修饰符。类声明中包含有 abstract 修饰符时，该类为抽象类，抽象类只能是其他类的基类。,7.1 抽象方法与抽象类,如果类中有抽象成员，则必须定义为抽象类，但抽象类可以不包含抽象成员。有抽象方法的基类叫抽象类。由于抽象函数没有定义，抽象类不能有实例。否则，调用实例的这个抽象函数就会出

5、错。抽象类的子类可实际定义抽象函数，这样就可生成实例。抽象函数一定是虚函数，主要用来抽象所有子类，给出子类成员函数的共性，规定成员函数共同的原型。,7.1.1 抽象方法,7.1.1 抽象方法,实例：多态性及实现（1）P169代码分析与讨论（1）shape 类包含：两个具体属性 X 和 Y；一个虚拟方法 Volume；一个抽象方法 Area；一个抽象属性 Name。它们在 shape 类的派生类中会有不同的实现。,（2）抽象方法具有以下特性：抽象方法是隐式的 virtual 方法。只允许在抽象类中使用抽象方法声明。抽象方法声明不提供实现，因此没有方法体，只以一个分号结束。例如：public ab

6、stract double Area();其实现由 override 方法提供。在抽象方法声明中使用 static、virtual 或 ovrride 修饰符是错误的。,（3）若直接基类中提供虚拟方法定义，则其派生类可以不声明与虚拟方法同名的方法，直接引用基类提供的缺省定义。派生类也可以对基类提供的虚拟方法进行重写以代替基类提供的缺省定义（在需要的时候）。如直接基类 Shape 中的虚拟方法 Volume 的定义。（4）若直接基类定义的虚拟方法为抽象方法，则其派生类必须提供虚拟方法的实现。如 Shape 类提供了抽象方法 Area 的定义。,（5）abstract 修饰符除可用于方法外还可用于

7、属性。当属性声明为抽象属性时该属性不包含实现，从抽象类派生的非抽象类必须包括抽象属性的实现。如抽象类 Shape 声明的抽象属性 Name。,类声明中包含有 abstract 修饰符时，该类为抽象类，抽象类只能是其他类的基类。如果类中有抽象成员，则必须定义为抽象类，但抽象类可以不包含抽象成员。实例：多态性及实现（2）P178,7.1.2 抽象类,7.1.2 抽象类,代码分析与讨论（1）除了在声明和调用语法上不同外，抽象属性的行为与抽象方法一样，但要注意：在静态属性上使用 abstract 修饰符是错误的。在派生类中，通过使用 override 修饰符的属性声明可以重写抽象的继承属性。,7.1.

8、2 抽象类,（2）抽象类具有以下特性：抽象类不能实例化。抽象类可以（但不要求）包含抽象方法和抽象访问器。不能用 sealed 修饰符修改抽象类，这意味着该类不能被继承。当从抽象类派生非抽象类时，非抽象类必须包含所有继承抽象成员的具体实现，这样的实现是通过重写抽象成员提供的。,接口用 interface 关键字声明。接口是一个协定，实现接口的类或结构必须遵守其协定。C#中每个类只能继承一个基类，限制了多继承。但通过接口提供多继承模型，接口可以从多个基接口继承，而类或结构也可实现多个接口。,7.2 接口,7.2 接口,接口的成员必须是方法、属性、事件或索引器，但不能包含常数、字段、运算符、实例构造

9、函数、析构函数或类型，也不能包含任何种类的静态成员。接口本身不提供它所定义的成员的实现，它只指定实现该接口的类或结构必须提供的成员，因此接口不能实例化。所有的接口成员都隐式地具有 public 访问权限。,7.2 接口,接口成员声明不能包含任何修饰符。具体地说，接口成员包含下列任何修饰符都属于编译时错误：abstract、public、protected、internal、private、virtual、override 或 static。,定义与类的定义类似,例如:interface IMyInterface/成员的定义 接口标识一般习惯以大写字母 I 开头,7.2 接口,例：interfa

10、ce IExamplestring thisint index get;set;event EventHandler E;void F(int value);string P get;set;,7.2 接口,接口可以继承接口，在派生的接口中如果要隐藏基接口的成员，用关键字 new，而不是 override。例如interface ImyDerivedInterface:IMyInterface new int MyIntProperty get;set;,7.2 接口,实例：薪水发放系统 p180代码分析与讨论（1）接口的方法和属性在类中实现。若实现了方法，返回数据类型和参数数据类型必须完全匹

11、配 interface 块中对该方法的描述（类似于 abstract 类）。（2）接口引用能够为实现接口的每一类型调用方法成员的正确派生版本。不同的对象与其方法关联在一起，因此在调用方法时不必考虑是哪个对象，只要这个对象是接口的引用就行，这也是多态性行为的典型实例。,7.2 接口,7.2 接口,实例：用接口实现不同的度量衡系统 p186代码分析与讨论（1）如果一个类实现的两个接口具有相同的成员名称，且每个成员都需要有不同的实现，就必须采用接口成员的显示实现。接口成员的显示实现是指实现接口的成员时成员名称使用完全限定名。,（2）实现接口的类可正常实现（隐式实现）某些方法，调用时就可以从类实例访问

12、它们，即这些方法是类默认具有的功能；而其它同名方法则需显式实现。显式实现接口成员只能通过接口实例访问，并只能由它的成员名称引用。（3）显式接口成员不能使用任何访问限制符也不能加上 abstract，virtual，override 或static 修饰符。如果一个类支持一接口，则它的所有的派生类自动支持这接口。,7.2 接口,抽象类与接口紧密相关，它们不能实例化，并且常常部分实现或根本不实现。抽象类和接口之间的一个主要差别是：类可以实现无限个接口，但仅能从一个抽象（或任何其他类型）类继承。从抽象类派生的类仍可实现接口。可以在创建组件时使用抽象类，因为它们使您得以在某些方法中指定不变级功能，但直

13、到需要该类的特定实现之后才实现其他方法。抽象类也制定版本，因为如果在派生类中需要附加功能，则可以将其添加到基类而不中断代码。,抽象类与接口,选择将功能设计为接口还是抽象类有时是一件困难的事。“抽象类”是一种不能实例化而必须从中继承的类。抽象类可以完全实现，但更常见的是部分实现或者根本不实现，从而封装继承类的通用功能。相反，“接口”是完全抽象的成员集合，可以被看作是为操作定义合同。接口的实现完全留给开发者去做。接口和抽象类对组件交互都很有用。如果一个方法要求一个参数形式的接口，则任何实现该接口的对象都可以用在该参数中。,抽象类与接口,public void Spin(IWidget widget

14、)此方法可以接受任何将 IWidget 实现为小部件参数的对象，即使 IWidget 的实现可能相差很大。抽象类也允许这种多态性，但须注意以下几点：a.类可能只是从一个基类继承，所以如果要使用抽象类为一组类提供多态性，这些类必须都是从那个类继承的。b.抽象类还可能提供已实现的成员。因此，可以用抽象类确保特定数量的相同功能，但不能用接口这样做,抽象类与接口,使用接口还是抽象类为组件提供多态性?a.如果预计要创建组件的多个版本，则创建抽象类。抽象类提供简单易行的方法来控制组件版本。通过更新基类，所有继承类都随更改自动更新。另一方面，接口一旦创建就不能更改。如果需要接口的新版本，必须创建一个全新的接

15、口。b.如果创建的功能将在大范围的全异对象间使用，则使用接口。抽象类应主要用于关系密切的对象，而接口最适合为不相关的类提供通用功能。,抽象类与接口,c.如果要设计小而简练的功能块，则使用接口。如果要设计大的功能单元，则使用抽象类。d.如果要在组件的所有实现间提供通用的已实现功能，则使用抽象类。抽象类允许部分实现类，而接口不包含任何成员的实现,抽象类与接口,多态性是类为方法（这些方法以相同的名称调用）提供不同实现方式的能力。多态性允许对类的某个方法进行调用而无需考虑该方法所提供的特定实现。例如，可能有名为 Road 的类，它调用另一个类的 Drive 方法。这另一个类 Car 可能是 Sport

16、sCar 或 SmallCar，但二者都提供 Drive 方法。虽然 Drive 方法的实现因类的不同而异，但 Road 类仍可以调用它，并且它提供的结果可由 Road 类使用和解释。,抽象类与接口,可以用不同的方式实现组件中的多态性：a.接口多态性-多个类可实现相同的“接口”，而单个类可以实现一个或多个接口。接口本质上是类需要如何响应的定义。接口描述类需要实现的方法、属性和事件，以及每个成员需要接收和返回的参数类型，但将这些成员的特定实现留给实现类去完成。,抽象类与接口,b.继承多态性-多个类可以从单个基类“继承”。通过继承，类在基类所在的同一实现中接收基类的所有方法、属性和事件。这样，便可

17、根据需要来实现附加成员，而且可以重写基成员以提供不同的实现。请注意，继承类也可以实现接口，这两种技术不是互斥的。,抽象类与接口,抽象类与接口,c.通过抽象类实现的多态性-抽象类同时提供继承和接口的元素。抽象类本身不能实例化，它必须被继承。该类的部分或全部成员可能未实现，该实现由继承类提供。已实现的成员仍可被重写，并且继承类仍可以实现附加接口或其他功能。,根据接口来定义功能的另一个好处是，可以通过定义和实现附加接口增量地将功能添加到组件中。优点包括：a.简化了设计过程，因为组件开始时可以很小，具有最小功能；之后，组件继续提供最小功能，同时不断插入其他的功能，并通过实际使用那些功能来确定合适的功能

18、。b.简化了兼容性的维护，因为组件的新版本可以在添加新接口的同时继续提供现有接口。客户端应用程序的后续版本可以利用这些接口的优点。,1.接口多态性,C#也通过继承提供多态性。对于小规模开发任务而言，这是一个功能强大的机制，但对于大规模系统，通常证明会存在问题。过分强调继承驱动的多态性一般会导致资源大规模地从编码转移到设计，这对于缩短总的开发时间没有任何帮助。,2.通过继承实现的多态性,何时使用继承多态 使用继承首先是为了向现有基类添加功能。若从经过完全调试的基类框架开始，则程序员的工作效率将大大提高，方法可以增量地添加到基类而不中断版本。当应用程序设计包含多个相关类，而对于某些通用函数，这些相

19、关类必须共享同样的实现时，您也可能希望使用继承。重叠功能可以在基类中实现，应用程序中使用的类可以从该基类中派生。,2.通过继承实现的多态性,抽象类提供继承和接口实现的功能。抽象类不能示例化，必须在继承类中实现。它可以包含已实现的方法和属性，但也可以包含未实现的方法，这些未实现方法必须在继承类中实现。这使您得以在类的某些方法中提供不变级功能，同时为其他方法保持灵活性。抽象类的另一个好处是：当要求组件的新版本时，可根据需要将附加方法添加到基类，但接口必须保持不变。,3.通过抽象类实现的多态性,何时使用抽象类,当需要一组相关组件来包含一组具有相同功能的方法，但同时要求在其他方法实现中具有灵活性时，可

20、以使用抽象类。当预料可能出现版本问题时，抽象类也具有价值，因为基类比较灵活并易于被修改。,委托 delegate 是只有一个函数的特殊的类。委托对象的引用相当于函数指针。delegate 声明定义一种引用类型，该类型可用于将方法用特定的签名封装。委托实例封装静态方法或实例方法。委托大致类似于 C+中的函数指针；但是，委托是类型安全和可靠的。委托使您得以将方法作为参数传递。委托的类型安全要求作为委托传递的函数拥有同委托声明相同的签名。,7.3 委托,使用委托使程序员可以将方法引用封装在委托对象内。然后可以将该委托对象传递给某个方法，而不必在编译时知道将调用哪个方法。与 C 或 C+中的函数指针不

21、同，委托是面向对象、类型安全的，并且是安全的。委托声明定义一种类型，它用一组特定的参数以及返回类型封装方法。对于静态方法，委托对象封装要调用的方法。对于实例方法，委托对象同时封装一个实例和该实例上的一个方法。如果有一个委托对象和一组适当的参数，则可以用这些参数调用该委托。,7.3 委托,委托的一个有趣且有用的属性是，它不知道或不关心自己引用的对象的类。任何对象都可以。只是方法的参数类型和返回类型必须与委托的参数类型和返回类型相匹配。这使得委托完全适合“匿名”调用。,7.3 委托,委托的定义的例 public delegate bool compareOp(int v1,int v2);委托的实

22、例 compareOp lessOp=new compareOp(class1.lessthan);,7.3 委托,7.3.1使用委托,实例：使用委托实现运算,委托对象的一个有用属性是，它们可以“+”运算符来组合。组合的委托依次调用组成它的两个委托。只可组合相同类型的委托，并且委托类型必须具有 void 返回值。“-”运算符可用来从组合的委托移除组件委托。,7.3.2组合委托,using System;delegate void MyDelegate(string s);class MyClass public static void Hello(string s)Console.WriteL

23、ine(Hello,0!,s);public static void Goodbye(string s)Console.WriteLine(Goodbye,0!,s);,public static void Main()MyDelegate a,b,c,d;a=new MyDelegate(Hello);b=new MyDelegate(Goodbye);c=a+b;d=c-a;Console.WriteLine(Invoking delegate a:);a(A);Console.WriteLine(Invoking delegate b:);b(B);Console.WriteLine(I

24、nvoking delegate c:);c(C);Console.WriteLine(Invoking delegate d:);d(D);,实例：使用组合委托实现运算 P191实例：使用委托排序数组 P194,7.3.2组合委托,委托和接口的类似之处是，它们都允许分隔规范和实现。多个独立的作者可以生成与一个接口规范兼容的多个实现。类似地，委托指定方法的签名，多个作者可以编写与委托规范兼容的多个方法。何时应使用接口，而何时应使用委托呢？,7.3 委托,委托在以下情况下很有用：a.调用单个方法。b.一个类可能希望有方法规范的多个实现。c.希望允许使用静态方法实现规范。d.希望类似事件的设计模式

25、 e.调用方不需要知道或获得在其上定义方法的对象。f.实现的提供程序希望只对少数选择组件“分发”规范实现。g.需要方便的组合。,7.3 委托,接口在以下情况下很有用：a.规范定义将调用的一组相关方法。b.类通常只实现规范一次。c.接口的调用方希望转换为接口类型或从接口类型转换，以获得其他接口或类。,7.3 委托,事件是对象发送的消息，以发信号通知操作的发生。操作可能是由用户交互（例如鼠标单击）引起的，也可能是由某些其它的程序逻辑触发的。引发（触发）事件的对象称作事件发送方，捕获事件并对其作出响应的对象叫做事件接收方。在事件通讯中，事件发送方类不知道哪个对象或方法将接收到（处理）它引发的事件。需要在源和接收方之间有一个媒介（类似指针的机制），这一媒介就是委托。,7.4 事件,7.4 事件,事件说明 public event 委托类名 事件名；实例 进度指示器 p198实例 具有取消功能的进度指示器 p201,定义和应用事件的方法定义委托，约定回调函数的类型产生事件方用这个委托类定义事件 接收方定义回调函数（事件处理器）接收方订阅事件，至此双方通信方式设置完成运行中，产生方产生事件（比如带参数引用事件名），上面挂的所有回调函数将被执行。,7.4 事件,