類別的多型，方法覆寫，方法多載，方法遮蔽介紹

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閱讀 9:34·字數 2873·發佈 2024-1-11

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先決條件

閱讀本節的先決條件是對物件導向程式設計，類別，執行個體等概念有所掌握，你可以檢視物件導向程式設計，類別，執行個體介紹一節來了解他們。

類別的多型

類別的多型是指衍生類別可以改變調整繼承成員的實作，以符合自身的需求，這主要針對執行個體方法，或本質上是方法的執行個體成員。多型使得繼承與被繼承的物件，在同一功能上的表現可以不同。

變數型別與多型

在支援物件導向和宣告變數型別的語言中，變數的型別與值的資料型別可能不同，通過變數呼叫的方法，將指向物件對該方法的真實實作，當物件已經對方法做出調整或改變時。

在下面的 C# 程式碼中，雖然變數kitty和animal的型別都是Animal，且Animal類別的Bark方法固定，但實際呼叫Bark方法卻顯示了不同的資訊，因為變數kitty對應的真實物件的型別是Kitty，對於Bark方法，Kitty類別擁有自己的實作。

*.cs

// 建立 Animal 和 Kitty 的執行個體
Animal animal = new Animal();
Animal kitty = new Kitty();


// 分別呼叫 Bark 方法，將顯示不同資訊
Console.WriteLine("animal.Bark");
animal.Bark();
Console.WriteLine("kitty.Bark");
kitty.Bark();

animal.Bark
試著發出聲音？
kitty.Bark
試著發出聲音？
喵喵喵！

方法覆寫

方法覆寫（Method Overriding）是實作多型的最簡單方式，一般的做法是在類別中再次定義需要覆寫的執行個體方法，此過程可能需要特定的關鍵字，比如，C# 中的override。

什麽是虛擬方法？

虛擬方法是指允許被衍生類別覆寫的方法，通常對應關鍵字virtual。在一些語言中，虛擬方法是不存在的，因為預設所有方法均可被覆寫。

由於虛擬方法允許被覆寫，所以他不應該具有任何封鎖該目標實作的特征，比如，私用的。

在衍生類別中呼叫基底類別的方法

在方法覆寫的過程中，你可能需要使用基底類別的方法，如果覆寫的目的在於補充功能。大部分語言會提供相關的關鍵字來完成此目標，比如，C# 中的base關鍵字。

下面展示了之前範例中使用的類別Animal和Kitty，可以看到Animal類別擁有一個虛擬方法Bark，Kitty類別對該方法進行了覆寫，並呼叫了基底類別的Bark方法。

class_polymorphism.cs

// 基底類別 Animal
class Animal
{
	// 虛擬方法 Bark，嘗試發出聲音
	public virtual void Bark()
	{
		Console.WriteLine("試著發出聲音？");
	}
}


// 衍生類別 Kitty
class Kitty : Animal
{
	// Kitty 覆寫了繼承自 Animal 的方法 Bark
	public override void Bark()
	{
		// 呼叫基底類別的 Bark 方法
		base.Bark();


		Console.WriteLine("喵喵喵！");
	}
}

什麽是抽象方法和抽象類別？

抽象方法是類別中已經宣告，但尚未具體實作的方法，他通常需要特定的關鍵字來標註，比如，C# 中的abstract，並需要衍生類別來完成實作，一個方法被抽象的原因是其必要性和缺少通用性的邏輯。

由於需要通過衍生類別完成實作，抽象方法不能具有任何封鎖這一目標實作的特征，比如，私用的。

擁有抽象方法的類別被稱為抽象類別，因為沒有完全的具體實作，抽象類別無法被具現化。需要指出，抽象類別包括了，已繼承抽象方法但仍未對其實作的衍生類別。

抽象方法和虛擬方法之間的區別

抽象方法要求被具體實作，否則相關類別無法具現化，虛擬方法則表示允許被覆寫，能否具現化與是否被覆寫無關。

下面，為Animal類別增加一個抽象方法Run，Kitty類別需要實作該方法後才能被具現化。

class_polymorphism.cs

// 基底類別 Animal
abstract class Animal
{
	// …
	// 抽象方法 Run，奔跑起來
	public abstract void Run();
}


// 衍生類別 Kitty
class Kitty : Animal
{
	// …
	// Kitty 必須實作抽象方法 Run，才能被具現化
	public override void Run()
	{
		Console.WriteLine("你看，我跑起來了！");
	}
}

*.cs

// 建立 Kitty 的執行個體
Kitty kitty = new Kitty();


// 呼叫 Run 方法
kitty.Run();

你看，我跑起來了！

方法多載

方法多載（Method Overloading）與多型的關系不大，他允許一個類別定義多個名稱相同但簽章不同的方法，而不是將基底類別中的方法再次定義。方法多載在一些語言中是不被支援或不可行的，他們不允許一個類別擁有名稱相同的方法，方法簽章僅通過方法名稱產生，或者根本沒有簽章。

覆寫基底類別的多載方法需要比對方法簽章

這裏需要指出，在覆寫基底類別的多載方法時，請註意方法簽章是否相符。

選擇方法多載還是選擇性參數？

當方法內部的邏輯差異不大時，使用選擇性參數應該是更好，如果語言支援這一功能的話，你將不會看到一排排的方法定義，僅僅是為了多出或缺少的參數。

當不同參數組合帶來的邏輯差異較大時，可選擇使用方法多載，以使程式碼更容易維護。

函式

要了解方法簽章，你可以檢視函式簽章一段，好吧，名字不代表一切。

下面，通過多載為Kitty類別新增兩個同名的Eat方法，他們擁有的參數不同。

class_polymorphism.cs

// 衍生類別 Kitty
class Kitty : Animal
{
	// …
	// 使用多載定義兩個同名的 Eat 方法
	public void Eat(string something)
	{
		Console.WriteLine($"好耶，今天的午餐是：{something}");
	}
	public void Eat()
	{
		Console.WriteLine("今天吃空氣？！");
	}
}

*.cs

// 建立 Kitty 的執行個體
Kitty kitty = new Kitty();


// 呼叫多載的 Eat 方法
kitty.Eat("小魚幹");
kitty.Eat();

好耶，今天的午餐是：小魚幹
今天吃空氣？！

方法遮蔽

方法遮蔽（Method Hiding/Shadowing）和方法覆寫是比較容易混淆的，他們均針對基底類別的方法進行重新定義，但不同的是，通過遮蔽定義的方法斷絕了自身與基底類別方法的繼承關系，通過覆寫定義的方法則會保持。方法遮蔽和方法覆寫的選擇，將影響多型的表現效果。

在通過某種型別的變數呼叫方法時，需要確定實際物件是否存在對該方法的覆寫，而通過遮蔽定義的方法將打斷這一過程，先決條件是這些方法真實的阻斷了目前和之後的繼承關系，他們不能是私用的，或具有任何導致上述目標無法實作的特征。

在下面的 C# 程式碼中，變數a，b，c，d的型別均為A，但變數b對應的真實物件的型別為B，類別B覆寫了類別A的Show方法，因此b.Show()指向類別B對Show方法的實作。變數c對應的真實物件的型別為C，類別C遮蔽了類別B的Show方法，c.Show()將不會指向類別C對Show方法的實作，因為類別C的Show方法與類別B，A的Show方法不存在繼承關系。變數d對應的真實物件的型別為D，類別D覆寫了類別C的Show方法，d.Show()將不會指向類別D，C對Show方法的實作，因為類別D，C的Show方法與類別B，A的Show方法不存在繼承關系。

*.cs

// 所有變數的型別均為 A，但真實的物件型別分別為 A，B，C，D
A a = new A();
A b = new B();
A c = new C();
A d = new D();


// 分別呼叫他們的 Show 方法
a.Show();
b.Show();
c.Show();
d.Show();

呼叫了 A 的 Show 方法
呼叫了 B 的 Show 方法
呼叫了 B 的 Show 方法
呼叫了 B 的 Show 方法

class_polymorphism.cs

// 類別 A
class A
{
	// 虛擬方法 Show
	public virtual void Show()
	{
		Console.WriteLine("呼叫了 A 的 Show 方法");
	}
}


// 類別 B
class B : A
{
	// 覆寫類別 A 的 Show 方法
	public override void Show()
	{
		Console.WriteLine("呼叫了 B 的 Show 方法");
	}
}


// 類別 C
class C : B
{
	// 遮蔽類別 B 的 Show 方法，阻斷了繼承關系
	public new virtual void Show()
	{
		Console.WriteLine("呼叫了 C 的 Show 方法");
	}
}


// 類別 D
class D : C
{
	// 覆寫類別 C 的 Show 方法
	public override void Show()
	{
		Console.WriteLine("呼叫了 D 的 Show 方法");
	}
}

原始碼

class_polymorphism.cs·codebeatme/programming·GitHub