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1、第7章 用对象思考,在前一章，学习了.NET中的类和对象，也会用面向对象的思想来编写程序了。在面向对象编程中经常会遇到对象与对象之间消息的传递。其实在现实世界中我们发现对象之间存在更多的关系，如亲人关系、朋友关系等。在OOP中，同样需要对象之间建立关系，实现更多通信。本章将深入OOP编程，深入学习面向对象编程的更多特性。本章主要涉及到的知识点有：继承：实现代码的复用，建立类的层次关系。多态：理解多态原理，用抽象类和抽象方法实现多态。接口：理解接口的定义以及应用。了解序列化和反序列化，程序集和反射。了解C#面向对象特性，学会使用索引、委托和事件。,7.1 用对象思考：继承,现实中存在着各种继承关
2、系，比如动物与猫的关系、轿车与车的关系。在面向对象编程中也存在“继承”的概念，C#能够利用继承的强大机制，在面向对象编程中更好的模拟现实世界，实现更复杂的面向对象描述，实现软件中的代码复用。,7.1.1 解决代码的冗余,【本节示例参考：源代码chapter77.1.1InheritExample】在完成一个信息管理系统的时候，笔者把系统的使用者分为两类，一般用户和管理员，他们具有不同的权限。通过类图对比一下这两个类，如图7.1所示。可以看到，User类和Admin类都具有相同的属性Id和Name，具有相同的方法SayHi。也就是说对于系统的使用者，两个类都具有一些相同的状态和行为。考虑到系统的
3、扩展性，以后系统的使用者角色可能会更多，这会编写大量重复的代码，造成冗余。为了解决这个问题，下面重新创建一个新类Person，用于保存User类和Admin类公共的属性和方法，如图7.2所示。实现三个类的关系的程序如代码7-1所示。,7.1.2 建立继承模型,【本节示例参考：源代码chapter7 7.1.2InheritExample】在面向对象编程中，什么是继承呢？在现实世界中，继承关系是到处存在的，如用户和管理员都是人，他们都具有人的共同特性；猫和狗都是动物，都具有动物的共同特性。我们把现实中可以通过“is a”描述的关系，称作继承关系。即“管理员是人（Admin is a Person
4、）”，“狗是动物（dog is animal）”。C#中是如何实现继承的呢？通过“:”运算符。在声明类时，在类名称后放置一个冒号，然后在冒号后指定要从中继承的类（即基类）。例如下面的定义的类实现了“管理员是人”的关系：public class Person/Person类成员public class Admin:Person/Admin类成员,7.1.3 继承隐私保护,【本节示例参考：源代码chapter7 7.1.3InheritExample】继承可以实现不同范围的隐私保护，通过public、private、protected访问修饰符可以实现。它们的区别如图7.3所示。下面通过提出问题，
5、解决问题的方式学习继承的访问控制。（1）如果父类中的成员，只允许父类自己所独有，不允许子类和其他类访问，如何实现？将父亲的成员声明为private的，该成员就只能被父类本身访问，如图7.4所示。（2）如果父类中的成员，只允许父类和其子类访问，不允许其他类访问，如何实现将父亲的成员声明为protected的，该成员就只能被父类和其子类访问，如图7.5和图7.6所示。,7.1.4 继承的特性,继承实现了类与类之间的层次关系，描述了更加丰富多彩的面向对象世界。同时，继承也具有一些特点需要了解。（1）传递性在信息管理系统中，用户分为一般用户和管理员，因为后台管理的需要，必须要有一个超级管理员的角色来实
6、现整个系统的管理。这样子，系统的用户关系图如图7.7所示。在程序中的继承关系如图7.8所示。通过这种传递的关系，SuperAdmin不仅可以共享父类Admin的公共属性和方法，同时可以共享Person类的属性和方法。（2）单根性在上一节已经提到了，C#中的继承是单继承的，不支持多继承。（3）密封性在C#中可以通过关键字sealed来修饰一个类，这样的类是不能被继承的，这种类称为密封类。,7.1.5 继承的价值,【本节示例参考：源代码chapter77.1.5InheritExample】继承模拟了现实世界中的关系，在OOP中强调一切皆对象，这符合面向对象的编程思想，同时，继承实现了代码的重用，
7、减轻了程序员编写代码的负担。继承使程序的结构更加清晰，使类与类之间的关系层次机构化，更易于维护。合理地使用继承，会对程序编写带来很大帮助。最后，通过一个综合例子来完成对继承的学习。请看下面的描述：狗是哺乳动物。狗通常的时候和人打招呼会通过摇摇尾巴，在被抚摸感到舒服的时候，会旺旺叫，而在受到惊吓情绪烦躁时，会发出呜呜声。青蛙不是哺乳动物，属于卵生。当青蛙情绪好的时候，会在岸边呱呱呱的唱歌，而在受到惊吓时，会扑通一声跳入水中。,7.2 用对象思考：多态,在前面，学习了面向对象的封装和继承特性，通过封装保证了数据的安全性，通过继承实现了代码的重用。面向对象还有个非常重要的概念，那就是多态。本章将通过
8、多个例子来详细讲解多态的概念。,7.2.1 巧妙解决继承带来的问题,【本节示例参考：源代码chapter77.2.1AbstractExample】在管理系统中，用户和管理员都需要通过登录才能进入系统，按照继承的原理，应该将登录的公共方法放到父类当中，如图7.10所示。,7.2.2 用抽象类和抽象方法实现多态,【本节示例参考：源代码chapter77.2.1MultistateExample】上一节就是用抽象类和抽象方法实现了多态，当用户和管理员调用Login()方法的时候，他们的响应是不一样的，也就是说用户和管理员具有多态性。在基类Person中声明抽象方法Login()，让它约束子类，必须
9、实现不同的Login()，从而实现多态。（1）抽象方法是一个没有方法体的方法，用关键字abstract修饰。语法如下：abstract 返回类型 方法名();方法被标记为抽象的，要求子类必须实现该方法；方法没有方法体（方法名括号后直接跟一个分号结束），提醒编译器注意，如果子类没有重写该抽象方法，就会报错。注意：抽象方法没有闭合的大括号，下面的声明方式是错误的：abstract 返回类型 方法名()（2）含有抽象方法的类被称为抽象类，用关键字abstract修饰。语法如下：abstract class 类名抽象类中并不一定都是抽象方法，抽象类中也可以容纳具体实现的方法。但是，有抽象方法的类必然是
10、抽象类。（3）在子类中，通过关键字override重写抽象方法，语法如下：override返回类型 方法名(),7.2.3 使用虚方法实现多态,【本节示例参考：源代码chapter77.2.3VirtualExample】继续上一节的实例，在用户信息管理系统中，父类（Person）定义一个登录的抽象方法Login()。要求子类去实现它。但是通常情况下，许多角色的用户登录系统的逻辑是一样的，只是管理员（Admin）的有所差别。那么这个通用的登录方法应该放在哪里呢？按照上面的思想，应该放在父类里面。我们希望这样实现：“父类（Person）中的Login()方法实现通用的登录逻辑，一般用户（User
11、）默认采用父类的登录方法即可，管理员（Admin）可以把父类的登录方法重写，实现管理员特有的登录逻辑”。可以实现吗？C#中用virtual方法修饰的方法称为虚方法，虚方法可以有具体的实现，也可以被重写。在父类中定义虚方法，然后在子类中可以重写虚方法，也实现了面向对象的多态。虚方法的语法如下：virtual 返回类型 方法名()/方法体,7.2.4 面向对象的三大特性,到此为止，我们已经学习了面向对象中的三个重要特性：封装、继承、多态。现总结一下：（1）封装：保证对象自身数据的完整性、安全性。（2）继承：建立类之间的关系，实现代码重用，方便系统扩展。（3）多态：相同的方法调用可实现不同的实现方式
12、。,7.3 用对象思考：接口,在面向对象的编程系统中，系统的各种功能都是由许许多多的对象协作完成的。各个对象之间的协作关系成为了系统设计的关键，现在非常流行的面向接口编程实现的就是这种思想。本章将学习面向对象的接口技术。,7.3.1 接口的提出,面向对象中的接口概念，同样源于现实世界。在现实世界中，接口就是一套规范，满足这个规范的设备，就可以将它们组装到一起，从而实现设备的功能。例如，国际上定义了许多螺丝螺母的标准，根据这些标准就可以生产各种型号的螺母以及配套的螺丝，如图7.11、图7.12所示。满足标准的螺丝和螺母，可以用于制造机床、改装汽车等，只要它们提供通用的接口。,7.3.2 接口的定
13、义,【本节示例参考：源代码chapter77.3.2InterfaceExample】在.NET中，接口同样是一种标准和规范，它可以约束类的行为，使不同的类能达到一个统一的规范。接口中可以包含字段、属性、方法和索引器等。但是接口中的属性和方法都不能实现。这好比是更加抽象的抽象类。接口用interface关键字声明，语法如下：public interface IPerson int Name/接口中的属性 get;set;void SayHi();/接口中的方法,7.3.3 接口的实现,【本节示例参考：源代码chapter77.3.3InterfaceExample】定义好接口以后，类就可以实现
14、接口，实现接口的语法如下：class User:IPerson如果一个类要继承一个父类，同时要实现多个接口，则以“，”号隔开，语法如下：class User:Person,IPerson,IComparable下面，通过程序实例来学习接口。在用户管理信息系统中，要求每个用户登录，都要把登录的状态、时间写进日志。现定义一个接口ILog来完成写日志的操作，然后在User类和Admin类中分别实现这个接口。类之间的关系如图7.16所示。,7.4 老鼠的儿子会打洞,在7.2.1节，遗留了一个问题，泛型集合List用于保存用户对象，为什么父类类型约束的泛型集合可以存储它的子类对象呢？原则上子类对象是可以
15、赋给父类对象的，即子类可以完全替代父类，并且出现在父类能够出现的地方。但是反过来，父类对象是不能替换子类对象的。我们称这样的特性为“里氏替换原则（LSP）”，可以通俗地理解为“老鼠的儿子会打洞”。对于里氏替换原则有两个关键的技术，就是is操作符和as操作符。,7.4.1 is操作符,【本节示例参考：源代码chapter77.4.1IsExample】is操作符用于检查对象是否与给定类型兼容，is英文单词的意思为“是”。可以用is来判断对象是否是给定的数据类型。例如下面的语法：if(obj is Person)/执行相应的操作定义下面这样一个程序结构，然后通过代码7-10，检查程序的结果。abs
16、tract class Person/代码省略class User:Person/代码省略,7.4.2 as操作符,【本节示例参考：源代码chapter77.4.2AsExample】在讲as操作符之前，先了解一下强制类型转换。强制类型转换是通过“()”运算符来实现的。如果转换不通过，则会引发异常。如图7.17演示了强制类型转换的用法。,7.5 序列化与反序列化,序列化是将对象的状态存储到特定存储介质中的过程，也可以说是将对象状态转换为可保持或传输的过程。当两个进程在进行远程通信时，彼此可以发送各种类型的数据。无论是何种类型的数据，都会以二进制序列的形式在网络上传送。发送方需要把这个对象转换为
17、字节序列，才能在网络上传送；接收方则需要把字节序列再恢复为对象。,7.5.1 序列化和反序列化的用途,对于一个Windows程序来说，配置文件是非常重要的，配置文件保存了系统的设置，用户可以通过采用修改配置信息的方式定制软件的特性和功能。如图7.18显示了Windows操作系统的壁纸显示设置。当设置好壁纸的显示信息以后，程序会根据用户的要求来显示壁纸。,7.5.2 序列化和反序列化操作,【本节示例参考：源代码chapter77.5.BinarySerializerExample】.NET提供多种形式的序列化，文本、XML流等。目前使用二进制流方式对泛型支持得最好。二进制格式化器具有一个非常重要
18、的方法：Serialize()。语法如下：public void Serizlize(String serializationStream,Object graph);其中第一个参数指定序列化过程的文件流，第二个参数指定要保存的对象。序列化的基本操作流程如图7.19所示。,7.6 程序集和反射,程序集是.NET框架应用程序的主要构造块。它是一个功能集合，并以实现单个单元的形式生成、版本化和部署。.NET的应用程序由程序集（Assembly）、模块（Module）、类型（Class）几个部分组成，而反射提供一种编程的方式，让程序员可以在程序运行期获得这几个组成部分的相关信息。本章将介绍程序集和反
19、射的原理和应用。,7.6.1 什么是程序集,我们创建的控制台应用程序，在binDebug文件夹下都会生成一个.exe的文件，当需要运行程序的时候，双击.exe文件，程序会自动打开，实现所有功能。为什么运行这个文件就能实现这个功能，而无须打开开发环境呢？其实，这个编译好了的.exe文件就是程序集文件。程序集是.NET框架应用程序的生成块，它包含编译好的代码逻辑单元。程序集由描述它的清单、类型元数据、MSIL代码和资源组成，这些部分都分布在一个文件中，或者分布在多个文件中。一个项目对应一个程序集。项目名与程序集名相同。,7.6.2 查看程序集,程序生成的程序集如.exe、.dll文件等，是一个物理
20、的逻辑单元。知道了程序集结构以后，如何查看程序集呢？.NET提供了一个简易的反编译工具ILDasm，专门用于查看IL汇编语言，也可以看到程序集的类以及类的成员等。通过下面的步骤查看程序集。（1）单击“开始”“程序”“Microsoft Visual Studio 2008”“Visual Studio Tools”“Visual Studio 2008命令提示”命令。打开“命令提示”对话框。（2）在对话框中输入“ILDasm”，弹出“ILDasm程序”窗口，选择“打开”命令，打开一个.exe或者.dll文件，就能够将程序集中的内容显示出来，如图7.20所示。打开程序集清单，就可以看到版本号。打
21、开类的方法，就可以查看MSIL代码，如图7.21所示，为打开一个类的方法后展示的程序清单。同时，右击“.exe”格式的文件，也可以查看到相应的程序集属性信息，如图7.22所示。,7.6.3 反射,【本节示例参考：源代码chapter77.6.3RefectionExample】反射在编程中经常用到，例如当在Visual Studio中输入一个类型，然后输入“.”运算符时，程序就会弹出一个列表，列出这个类型所能访问的属性、方法、事件等，这就是反射机制。反射可以获取已加载的程序集和在其中定义的类型信息。也可以通过反射在运行时创建类型实例，以及调用和访问这些实例。如上一节所示，通过ILDasm查看到
22、的程序集信息，就是使用的反射机制。反射的一个主要功能就是查找程序集信息。反射主要通过下面的类实现。System.Refection.Assembly类可以获得正在运行的装配件信息，也可以动态地加载装配件，以及在装配件中查找类型信息，并创建该类型的实例。System.Refection.Type类可以获得对象的类型信息，此信息包含对象的所有要素：方法、构造器、属性等，通过Type类可以得到这些要素的信息，并且调用之。System.Refection.MethodInfo包含方法的信息，通过这个类可以得到方法的名称、参数、返回值等，并且可以调用之。,7.7 像引用数组一样引用自己的类：索引器,索引
23、器允许类或结构的实例按照与数组相同的方式进行索引。索引器是C#引入的特性，同类型的语言如Java和C+都没有这种特性。索引类似于属性，不同之处在于索引器采用参数。本章将介绍索引的定义和应用。,7.7.1 索引器的定义,【本节示例参考：源代码chapter77.7.1IndexExample】C#提供了一个非常有用的工具，就是索引器。大家都知道通过数组可以保存一系列具有相同数据类型的数据，数组对这一系列数据的操作提供了很好的支持。那么，在类中，可不可以也像引用数组一样引用自己的类呢？正好C#提供的索引器可以实现这一功能。那么，如何定义一个索引器呢？索引器采用访问修饰符后跟返回值类型、this关键
24、字、索引参数。其中索引参数包含在操作符“”中。,7.7.2 索引器的实例,【本节示例参考：源代码chapter77.7.2IndexTest】最后，通过一个实例来学习索引器的应用。该实例通过索引器来访问User类的对象。,7.8 委托和事件,C#的一个重要特性之一是支持委托（Delegate）和事件（Event）。委托和事件这两个概念是完全配合的。委托可以理解为函数指针，那就是说，它能够引用函数，通过传递地址的机制完成。事件借助委托的帮助，使用委托调用已订阅事件的对象中的方法。,7.8.1 委托的定义,在定义方法的时候，我们可以将基本数据类型作为方法参数，也可以将类实例化的对象作为方法参数传递
25、，那能不能将方法当作参数传递呢？C#提供的委托就可以实现这个功能。委托类似于C语言中的函数指针，它定义了方法的类型，使得可以将方法当作另一个方法的参数来进行传递。使用委托可以将多个方法绑定到同一个委托变量，当调用此变量时，可以依次调用所有绑定的方法。使用委托需要执行以下步骤。（1）定义委托（2）实例化委托（3）调用委托定义委托跟定义方法类似，只是没有方法体，语法如下：public delegate void Login(string name,string password);,7.8.2 实例化委托,【本节示例参考：源代码chapter77.8.2DelegateExample】委托定义好以
26、后，下面就可以实例化委托了，实例化委托意味着引用某个方法。要实例化委托，就要调用该委托的构造函数，并将与该委托关联的方法作为其参数传递。,7.8.3 调用委托,【本节示例参考：源代码chapter77.8.3DelegateExample】调用委托即是用委托对方法进行实例化，调用委托与调用方法类似，惟一的区别在于不是调用委托的实现，而是调用委托关联的方法的实现。,7.8.4 事件的定义,C#使用delegate和event关键字提供了一个简洁的事件处理方案。C#中的事件允许一个对象将发生的事件通知其他对象。将发生的事件通知给其他对象的对象称为发行者，对象可以订阅事件，该对象称为订阅者。一个事件
27、可以有一个或者多个订阅者，事件的发行者也可以是该事件的订阅者。举个例子，田径赛场上的运动员都准备好了，观众都聚精会神地等着裁判员的哨声。裁判员预备，吹哨，所有运动员如万箭齐发。这里的裁判员就是事件源，称为发行者。运动员都会对这个事件产生响应，是事件订阅者，而观众就没有订阅该事件，也不会参加赛跑。C#中的事件处理主要有以下几个步骤。（1）定义事件（2）订阅事件（3）触发事件,7.8.5 订阅事件,订阅事件只是添加了一个委托，当引发事件时，该委托将调用一个方法。订阅事件的语法如下：eventTest+=new delegateTest(obj1.Method);/对象obj1订阅事件eventTe
28、st+=new delegateTest(obj2.Method);/对象obj2订阅事件代码中，obj1和obj2两个对象分别订阅了事件eventTest。当事件eventTest被引发时，则会执行对象obj1的名为Method的方法，以及对象obj2的名为Method的方法。技巧：在Visual Studio 2008开发环境中，可以通过快捷方式来订阅事件：输入“事件名+=”，这时候程序会弹出提示，按一下“Tab”键，创建委托；这时候，光标会移动到委托调用的参数上，再按一下“Tab”键，程序将自动生成委托调用的函数。,7.8.6 引发事件,【本节示例参考：源代码chapter77.8.6E
29、ventExample】引发事件和调用方法类似，如下面的代码所示。if(condition)/引发事件 eventTest();引发事件eventTest时，将调用订阅此特定事件的对象的所有委托，如果没有对象订阅该事件，则事件引发时，会发生异常。下面通过一个完整的例子来总结委托和事件两部分知识。,7.9 小结,通过本章，我们学习了以下内容。（1）了解面向对象封装、继承、多态三大特性。封装：保证对象自身数据的完整性、安全性。继承：建立类之间的关系，实现代码重用，方便系统扩展。多态：相同的方法调用可实现不同的实现方式。（2）接口可以约束类的行为，使不同的类能达到一个统一的规范。接口是对类的更深一层
30、抽象。（3）里氏替换原则：原则上子类对象是可以赋给父类对象的，即子类可以完全替代父类并且出现在父类能够出现的地方。但是反过来，父类对象是不能替换子类对象的。（4）把对象转换为字节序列的过程称为对象的序列化。把字节序列恢复为对象的过程称为对象的反序列化。（5）程序集是.NET框架应用程序的生成块，它包含编译好的代码逻辑单元。反射可以获取已加载的程序集和在其中定义的类型信息。（6）索引器允许类或结构的实例按照与数组相同的方式进行索引。索引类似于属性，不同之处在于索引器采用参数。（7）委托定义了方法的类型，使得可以将方法当作另一个方法的参数来进行传递。事件允许一个对象将发生的事件通知其他对象。,本章
31、习题,一、选择题1在面向对象编程中，子类继承父类，下面说法错误的是（）A子类继承父类，也可以说父类派生自一个子类B子类可以继承父类的所有成员C一个子类不能继承多个父类D父类还可以成为其他类的子类2下面关于base关键字的说法，错误的是（）A在子类中，base关键字可以访问父类的属性B在子类中，base关键字不可以调用父类的构造方法C在子类中，base关键字不可以调用父类的私有方法D在子类中，base关键字不可以访问父类的私有字段3下C#中，下列代码中可以用于类型转换的是（）APerson is StudentBPerson as StudentCStudent is PersonD(Student)Person二、简答题1简述面向对象的三大特性，并简述每个特性的基本功能。2简述抽象方法与虚方法的区别。,
