(面向对象程序)6.类的继承与多态.ppt

6 类的继承与多态,2,6. 类的继承与多态,面向对象编程（OOP）的三大特性： 封装性 继承性 多态性 本章主要介绍： 理解继承和软件继承性 理解基类和派生类的概念 理解成员修饰符protected 使用base引用访问基类成员 如何在基类和派生类中使用构造和析构函数 通过一个案例，演示继承机制,3,6.1 继承概述,父类,子类,动物,继承是软件复用的一种形式。采用这种形式，可吸收现有类的数据和行为，为其赋予新功能，从而创建出新类。软件复用节省了程序开发时间。它还鼓励人们重用经过实践检验和调试的高质量软件，使系统能高效地实现。,4,6.2 基类和派生类,日常生活中，一个类的对象也是另一个类的对象。 如，一个Rectangle(矩形)类“属于”四边形(正方形、平行四边形和梯形同样是四边形)。也可以说，Rectangle(矩形类)是从Quadrilateral(四边形)类继承而来的。 Quadrilateral类是基类， Rectangle类是派生类。 再如，教师类和学生类可以由大学成员类派生，讲师、教授又可以由教师类派生，毕业生和在校生又可以由学生类派生。,5,6.3 保护成员和内部成员,前面介绍了成员访问修饰符：public和private public成员，可以从程序的任何位置，通过该类（基类或派生类）的对象引用，来访问它。 private成员，只能在基类的主体中访问它 再介绍另外两个成员访问修饰符： protected(保护的)成员，只能在基类和它的派生类中访问。 internal(内部的)成员，可以从同一个程序集(Assembly)中，通过类的对象引用，来访问它。,6,6.4 基类和派生类的关系,Point,Circle,Rectangle,Cylinder,7,6.4.1：Point类,点(Point)类具有以下属性： 坐标X 坐标Y 且具有以下方法： ToString( ):点的字符串表示形式,示例代码位于“CSharp示例第6课PointCirlceCylinder”,8,Point类演示,示例代码位于“CSharp示例第6课PointCirlceCylinder”,9,6.4.2 Circle类,圆(Ciecle)类具有以下属性： 坐标X 坐标Y 半径Radius 且具有以下方法： Diameter():求直径 CircumFerence():求周长 Area():求圆的面积 ToString():圆的字符串表示形式,10,Circle类:没有使用继承,11,Circle类:没有使用继承,12,Circle类演示,示例代码位于“CSharp示例第6课PointCirlceCylinder”,13,使用类继承,以上两个类(Point类和Circle类）中的大部分代码非常类似。程序员最怕的是“重复”劳动，难道需要使用这种“复制”和“粘贴”的方法吗？这将会造成程序员最害怕的“代码维护噩梦”。 我们要用一种更优雅的类构造方法，该方法突出了继承的优势。下面的例子说明了这一点。 我们修改Circle类,该类从Point类继承了变量x和y，及属性X和Y。 注意C#语法中是如何实现类继承的。,14,Circle类：使用继承,public class Circle : Point private double radius; public Circle() public Circle() public double Radius public double Diameter() public double CircumFerence() public double Area() public override string ToString() ,15,Circle类：编译出错？,为什么编译会出错？如何改正？,为了让Circle类能直接访问Point类的成员变量x和y，我们可以在Point类中将这些变量声明为protected。 基类的保护成员可以从基类或其派生类中访问。 下述示例的Point类就是这样改造的类，除了x和y的访问属性说明为protected以外，其它与Point类相同。,16,修改过的Point类,public class Point protected int x; protected int y; public Point() public Point(int x, int y) / 属性：坐标X public int X / 属性：坐标Y public int Y / 返回点类的字符表示形式 public override string ToString() ,17,这时，使用继承的Circle类可以正常运行了,示例代码位于“CSharp示例第6课PointCirlceCylinder”,使用单步调试跟踪程序的运行过程，看一看，实例化Circle类的对象时，给Circle类的X和Y属性赋值时，会执行哪些代码？,18,使用protected成员带来的相关问题,如同以前使用public一样，在基类中使用protected成员，会破坏基类的封装性。因为派生类在使用基类的成员，不知道存在哪些约束，可能会在派生类中给这些基类成员赋予了无效的值。 另外一个问题是，派生类的实现可能会依赖于基类。如果基类的成员发生了变化，可能会导致它所有的派生类都会发生改变。 将基类字段声明为private而非protected，能使程序员在更改基类实现时，不必更改派生类的实现。 如有可能，要避免在基类中包括受保护数据，相反，应使用非私有属性和访问私有数据的方法，确保对象维持一致性的状态。,19,Circle类：继承自Point类,在派生类中，如何访问基类的私有成员呢？ 通过基类中对外公开的属性或方法。 使用base引用进行访问 通过下页的示例代码和演示大家可以看到这一点。,20,Circle类：继承自Point类,public class Circle : Point private double radius; public double Radius public Circle() this.radius=0; public Circle(int x, int y, double r) : base(x, y) this.radius = r; public double Radius public double Diameter() public double CircumFerence() public double Area() public override string ToString() return “圆心坐标“+base.ToString() +“; 半径“+radius; ,21,Circle类演示,示例代码位于“CSharp示例第6课PointCirlceCylinder”,使用单步调试跟踪程序的运行过程，看一看，实例化Circle类的对象时，给Circle类的X和Y属性赋值时，会执行哪些代码？,22,6.4.3 案例演示：三级继承层次结构,让我们来看一个更现实的继承示例，它牵涉到一个三级的PointCircleCylinder层次结构,Point,Circle3,Cylinder,除继承了Circle类的属性和方法外，还应具有： Height: 圆柱休高度 Volumn(): 求体积方法 并重载： Area()：求圆柱体表面积,23,Cylinder类：定义字段与属性,示例代码位于“CSharp示例第6课PointCirlceCylinder”,24,Cylinder类：构造函数,示例代码位于“CSharp示例第6课PointCirlceCylinder”,25,Cylinder类：定义方法,示例代码位于“CSharp示例第6课PointCirlceCylinder”,26,Cylinder类演示,27,6.4.4 类的多态性演示,示例代码位于“CSharp示例第6课PointCirlceCylinder”,为什么ToString方法能正常显示，而Area方法不能正确计算？,28,更新后的Circle类和Cylinder类,public class Circle : Point public virtual double Area() return Math.PI * Math.Pow(this.radius,2); ,public class Cylinder : Circle public override double Area() return 2*base.Area()+base.CircumFerence()*Height; ,29,6.5 类的多态性,上一课的示例Poin-Cirlce-Cylinder，我们简单演示了类的多态性。 多态性是一个面向对象的概念，它允许以相似的方式来对待所有 的派生类，尽管这些派生类是各不相同的。创建派生类的目的是为了获得更多的特殊功能。 通过继承，一个类可以用作多种类型：可以用作它自己的类型、任何基类型，或者在实现接口时用作任何接口类型。这称为多态性 在Poin-Cirlce3-Cylinder示例中，计算圆面积的方法与计算圆柱体的表面积的方法是不相同的，但都可以通过Area( )方法进行计算，不同对象的Area( )方法是不相同的，但对于调用者来说,使用很方便（既可以用派生类调用Area( )方法，也可以用基类调用Area( )方法),因为调用者无需知道计算细节有何不同。,30,6.5.1 基本概念,所谓多态，就是把派生类对象当成基类对象来使用。换句话说，就是认为派生类对象是(is a)一种基类对象。 把派生类对象当成基类对象来使用，就是“多态”技术的核心。 多态性引用只能引用基类的成员。 多态的实现方式有以下几种： 虚方法 抽象方法 接口,31,6.5.2 虚方法,如果希望基类中的某个方法能够在派生类中进一步得到改进，那么可以把这个方法定义为虚方法。 虚方法就是能在派生类中能够对其实现进一步改进的方法。 在基类的定义中，通过virtual关键字来说明该方法为虚方法。 在派生类的定义中，如果要重载基类的虚方法，使用override关键字。,32,6.5.2 虚方法,在Point-Circle-Cylinder示例中，Point类是基类，我们在Point类中定义Area和Volume方法为虚方法。,示例代码位于“CSharp示例第6课VirtualMethod”,33,使用虚方法,如果派生类需要改变某些行为，可以使用override关键字重载该方法。否则将保持该方法原有的行为。,public class Circle : Point public override double Area() return Math.PI * Math.Pow(this.radius,2); ,public class Cylinder : Circle public override double Area() return 2*base.Area()+base.CircumFerence()*Height; public override double Volume() return base.Area() * this.Height; ,34,属性也可以定义为virtual,public class Point public virtual string Name get return “点“; ,public class Circle : Point public virtual string Name get return “圆“; ,public class Cylinder : Circle public virtual string Name get return “圆柱体“; ,示例代码位于“CSharp示例第6课VirtualMethod”,35,示例代码位于“CSharp示例第6课VirtualMethod”,使用虚方法的类多态性的测试,36,6.5.3 抽象方法,基类中定义的虚方法，派生类可以重新以新的方式实现(使用override关键字)，也可以不提供实现，这时，调用的是基类的实现方法。 有时，在基类定义中，基类不提供实现方法，而要求派生类必须实现该方法。这时，可以使用抽象方法。 在定义基类方法时，使用abstract关键字，可以定义抽象方法。 抽象方法是一个没有被实现的空方法。 含有抽象方法的类是抽象类，只能由派生类来继承，而不能用来实例化对象。相当于定义了一个模板。 并不要求抽象类必须包含抽象成员。含有抽象成员的类一定是抽象类。抽象类可以包含非抽象成员。 从抽象类继承的类的必须实现所有的抽象方法,37,抽象类Shape,public abstract class Shape public virtual double Area() return 0.0; public virtual double Volume() return 0.0; public abstract string Name get; ,示例代码位于“CSharp示例第6课Abstract”,38,Point类,Point类从Shape类继承 Point类此时不再是首个基类，需要作部分更改 不需要定义Area方法和Volume方法 重载而不是定义Name属性 除以上Point、Circle、Cylinder类外，我们还增加了Rectangle类和Cube类，其继承关系见下页。,39,40,示例代码位于“CSharp示例第7课AbstractSample”,41,6.5.4 接口,接口与抽象类想像，接口可以定义方法、属性、索引器和事件。(与抽象类不同，接口不能定义字段) 接口不提供成员的实现，继承该接口的类必须提供接口成员的实现。 C#规定类只能实现单继承，但可以实现多个接口。 一般上，接口发布以后就不能再更改了，这称为接口的不变性(更改已经发布的接口可能破坏现有代码)。若需要增加接口的功能，则必须创建新接口。,42,定义IShape接口,接口的命名，以字母I开头，