类的多态性，方法重写，方法重载，方法隐藏介绍

我被代码海扁署名-非商业-禁演绎

阅读 9:13·字数 2767·发布 2024-1-11

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前提

阅读本节的前提是对面向对象编程，类，实例等概念有所掌握，你可以查看面向对象编程，类，实例介绍一节来了解他们。

类的多态性

类的多态性是指派生类可以改变调整继承成员的实现，以符合自身的需求，这主要针对实例方法，或本质上是方法的实例成员。多态性使得继承与被继承的对象，在同一功能上的表现可以不同。

变量类型与多态性

在支持面向对象和声明变量类型的语言中，变量的类型与值的数据类型可能不同，通过变量调用的方法，将指向对象对该方法的真实实现，当对象已经对方法做出调整或改变时。

在下面的 C# 代码中，虽然变量kitty和animal的类型都是Animal，且Animal类的Bark方法固定，但实际调用Bark方法却显示了不同的信息，因为变量kitty对应的真实对象的类型是Kitty，对于Bark方法，Kitty类拥有自己的实现。

*.cs

// 创建 Animal 和 Kitty 的实例
Animal animal = new Animal();
Animal kitty = new Kitty();


// 分别调用 Bark 方法，将显示不同信息
Console.WriteLine("animal.Bark");
animal.Bark();
Console.WriteLine("kitty.Bark");
kitty.Bark();

animal.Bark
试着发出声音？
kitty.Bark
试着发出声音？
喵喵喵！

方法重写

方法重写（Method Overriding）是实现多态性的最简单方式，一般的做法是在类中再次定义需要重写的实例方法，此过程可能需要特定的关键字，比如，C# 中的override。

什么是虚方法？

虚方法是指允许被派生类重写的方法，通常对应关键字virtual。在一些语言中，虚方法是不存在的，因为默认所有方法均可被重写。

由于虚拟方法允许被重写，所以他不应该具有任何阻止该目标实现的特征，比如，私有的。

在派生类中调用基类的方法

在方法重写的过程中，你可能需要使用基类的方法，如果重写的目的在于补充功能。大部分语言会提供相关的关键字来完成此目标，比如，C# 中的base关键字。

下面展示了之前示例中使用的类Animal和Kitty，可以看到Animal类拥有一个虚方法Bark，Kitty类对该方法进行了重写，并调用了基类的Bark方法。

class_polymorphism.cs

// 基类 Animal
class Animal
{
	// 虚方法 Bark，尝试发出声音
	public virtual void Bark()
	{
		Console.WriteLine("试着发出声音？");
	}
}


// 派生类 Kitty
class Kitty : Animal
{
	// Kitty 重写了继承自 Animal 的方法 Bark
	public override void Bark()
	{
		// 调用基类的 Bark 方法
		base.Bark();


		Console.WriteLine("喵喵喵！");
	}
}

什么是抽象方法和抽象类？

抽象方法是类中已经声明，但尚未具体实现的方法，他通常需要特定的关键字来标注，比如，C# 中的abstract，并需要派生类来完成实现，一个方法被抽象的原因是其必要性和缺少通用性的逻辑。

由于需要通过派生类完成实现，抽象方法不能具有任何阻止这一目标实现的特征，比如，私有的。

拥有抽象方法的类被称为抽象类，因为没有完全的具体实现，抽象类无法被实例化。需要指出，抽象类包括了，已继承抽象方法但仍未对其实现的派生类。

抽象方法和虚方法之间的区别

抽象方法要求被具体实现，否则相关类无法实例化，虚方法则表示允许被重写，能否实例化与是否被重写无关。

下面，为Animal类增加一个抽象方法Run，Kitty类需要实现该方法后才能被实例化。

class_polymorphism.cs

// 基类 Animal
abstract class Animal
{
	// …
	// 抽象方法 Run，奔跑起来
	public abstract void Run();
}


// 派生类 Kitty
class Kitty : Animal
{
	// …
	// Kitty 必须实现抽象方法 Run，才能被实例化
	public override void Run()
	{
		Console.WriteLine("你看，我跑起来了！");
	}
}

*.cs

// 创建 Kitty 的实例
Kitty kitty = new Kitty();


// 调用 Run 方法
kitty.Run();

你看，我跑起来了！

方法重载

方法重载（Method Overloading）与多态性的关系不大，他允许一个类定义多个名称相同但签名不同的方法，而不是将基类中的方法再次定义。方法重载在一些语言中是不被支持或不可行的，他们不允许一个类拥有名称相同的方法，方法签名仅通过方法名称产生，或者根本没有签名。

重写基类的重载方法需要匹配方法签名

这里需要指出，在重写基类的重载方法时，请注意方法签名是否匹配。

选择方法重载还是可选参数？

当方法内部的逻辑差异不大时，使用可选参数应该是更好，如果语言支持这一功能的话，你将不会看到一排排的方法定义，仅仅是为了多出或缺少的参数。

当不同参数组合带来的逻辑差异较大时，可选择使用方法重载，以使代码更容易维护。

函数

要了解方法签名，你可以查看函数签名一段，好吧，名字不代表一切。

下面，通过重载为Kitty类添加两个同名的Eat方法，他们拥有的参数不同。

class_polymorphism.cs

// 派生类 Kitty
class Kitty : Animal
{
	// …
	// 使用重载定义两个同名的 Eat 方法
	public void Eat(string something)
	{
		Console.WriteLine($"好耶，今天的午餐是：{something}");
	}
	public void Eat()
	{
		Console.WriteLine("今天吃空气？！");
	}
}

*.cs

// 创建 Kitty 的实例
Kitty kitty = new Kitty();


// 调用重载的 Eat 方法
kitty.Eat("小鱼干");
kitty.Eat();

好耶，今天的午餐是：小鱼干
今天吃空气？！

方法隐藏

方法隐藏（Method Hiding/Shadowing）和方法重写是比较容易混淆的，他们均针对基类的方法进行重新定义，但不同的是，通过隐藏定义的方法断绝了自身与基类方法的继承关系，通过重写定义的方法则会保持。方法隐藏和方法重写的选择，将影响多态性的表现效果。

在通过某种类型的变量调用方法时，需要确定实际对象是否存在对该方法的重写，而通过隐藏定义的方法将打断这一过程，前提是这些方法真实的阻断了当前和之后的继承关系，他们不能是私有的，或具有任何导致上述目标无法实现的特征。

在下面的 C# 代码中，变量a，b，c，d的类型均为A，但变量b对应的真实对象的类型为B，类B重写了类A的Show方法，因此b.Show()指向类B对Show方法的实现。变量c对应的真实对象的类型为C，类C隐藏了类B的Show方法，c.Show()将不会指向类C对Show方法的实现，因为类C的Show方法与类B，A的Show方法不存在继承关系。变量d对应的真实对象的类型为D，类D重写了类C的Show方法，d.Show()将不会指向类D，C对Show方法的实现，因为类D，C的Show方法与类B，A的Show方法不存在继承关系。

*.cs

// 所有变量的类型均为 A，但真实的对象类型分别为 A，B，C，D
A a = new A();
A b = new B();
A c = new C();
A d = new D();


// 分别调用他们的 Show 方法
a.Show();
b.Show();
c.Show();
d.Show();

调用了 A 的 Show 方法
调用了 B 的 Show 方法
调用了 B 的 Show 方法
调用了 B 的 Show 方法

class_polymorphism.cs

// 类 A
class A
{
	// 虚方法 Show
	public virtual void Show()
	{
		Console.WriteLine("调用了 A 的 Show 方法");
	}
}


// 类 B
class B : A
{
	// 重写类 A 的 Show 方法
	public override void Show()
	{
		Console.WriteLine("调用了 B 的 Show 方法");
	}
}


// 类 C
class C : B
{
	// 隐藏类 B 的 Show 方法，阻断了继承关系
	public new virtual void Show()
	{
		Console.WriteLine("调用了 C 的 Show 方法");
	}
}


// 类 D
class D : C
{
	// 重写类 C 的 Show 方法
	public override void Show()
	{
		Console.WriteLine("调用了 D 的 Show 方法");
	}
}

源码

class_polymorphism.cs·codebeatme/programming·GitHub