3.8 类和对象

3.8.1 类

在C#中，类是一种功能强大的数据类型，而且是面向对象的基础。类定义属性和行为，程序员可以声明类的实例，从而可以利用这些属性和行为。

类具有如下特点：

1）C#类只支持单继承，也就是类只能从一个基类继承实现。

2）一个类可以实现多个接口。

3）类定义可以在不同的源文件之间进行拆分。

4）静态类是仅包含静态方法的密封类。

类其实是创建对象的模板，类定义了每个对象可以包含的数据类型和方法，从而在对象中可以包含这些数据，并能够实现定义的功能。

类的声明的结构形式如下：

3.8.2 类的操作

1．定义类

类通常体现了现实中的某类事物，或者开发者要研究的对象。在C#中，几乎所有的程序代码都是在类中实现的。我们以现实生活中的“建筑物”为例，定义一个关于建筑物的类。考虑到建筑物的特点，建筑物应该包括名称、楼层数、面积、居住人数等基本信息。可以定义一个叫作Building的类以代表建筑物。包含的信息对应如下。

则可以初步定义类Building。

定义类Building就相当于创建了一个新的数据类型。可以声明对象了。

有了以上初始化操作，就可以计算人均面积等其他信息了。

同一个类定义的每个对象都包含一组类中定义的实际变量的副本。每个对象包含的内容可以和另一个对象完全不同（除了具有相同类型外）。它们之间也可以没有任何联系。

2．给Building类添加方法

类的方法通常对类中包含的数据执行某种操作，并提供对类中数据的访问。

areaPP：计算人均面积改成类中的方法。可以封装类中直接与建筑物相关的数量，从而增强该类的面向对象结构。

方法可以返回值，方法采用如下形式的return语句给调用程序返回一个值：

使用返回值改进AreaPerPerson()方法的实现。

也可以给Building类添加带参数的方法。假设每个居住者必须有一定的最小空间，那么由此可以计算出建筑物的最大居住人数。将该新方法命名为MaxOccupant()。

3．构造函数

以上必须使用一系列语句手动设置每个Building对象的实例变量。

而在专业人员编写的C#代码中，很少使用这种方式。一种原因是这种方式容易出错（有可能忘记设置某个字段的值），另一种原因是有一种更好的实现该任务的方式：构造函数。

构造函数用于在创建对象时初始化对象。它的名称与类相同。语法上类似于方法。但是，构造函数没有显式的返回值类型。以下是Building类的构造函数。

初始化类时使用如下格式：

4．析构函数

可以定义在垃圾回收程序最终销毁对象之前调用的方法，该方法称为析构函数，它可以用于一些非常特殊的情况，确保对象彻底地终止。

析构函数格式：

例如：～Building()

总结上面对类的说明和实例，在C#中，类可以包含如下几种成员：

1）字段，是被视为类的一部分的对象实例，通常用来保存类数据，一般为私有成员。

2）属性，是类中可以像类中的字段一样访问的方法。属性可以为类字段提供保护，避免字段在对象不知道的情况下被修改。

3）方法，定义类可以执行的操作。

4）事件，是向其他对象提供有关事件发生通知的一种方式，事件是使用委托来定义和触发的。

5）构造函数，是第一次创建对象时调用的方法，用来对对象进行初始化。

6）析构函数，是对象使用完毕后从内存中清理对象占用的资源，在C#中一般不需要明确定义析构函数，CLR会帮助解决内存的释放问题。

3.8.3 类的访问控制

对于类中的成员的访问，分为公有访问和私有访问两种：公有访问使用关键字：public，私有访问使用关键字：private。说明如下。

1）public：使用public说明符修饰类的成员时，该成员可以由程序中的任意其他代码访问，包括其他类中定义的方法。

2）private：使用private说明符修饰类的成员时，该成员只可以由它所在类中的其他成员访问。如果没有用任何访问说明符，类成员默认为private。

栈是面向对象编程的典型实例，因为它将信息的存储和访问这些信息的方法组合在一起。

栈存储的成员是私有的，访问方法是公有的，因此它是说明类的访问控制的最佳选择。

栈这种数据结构主要有以下这些基本操作。可以写出它们的实现代码如下。

（1）定义栈

（2）初始化栈（构造函数）

（3）进栈

（4）出栈

（5）判满栈

（6）判空栈

（7）返回栈大小

（8）返回元素数量

将上述栈的基本操作所对应的代码，放到定义栈的Class中，完成栈的完整定义。则可以在Main中调用“栈”这个类，实例化栈为一个对象，并进行各种栈的操作。

Main()调用的代码如下：

3.8.4 继承

1．继承概念和定义方法

继承是面向对象编程的一大特性，通过继承，类可以从其他类继承相关特性。被继承的类称为基类，而继承基类的类称为派生类。

派生类将获取基类的所有非私有数据和行为，以及派生类为自己定义的其他数据和行为。

继承的实现方式是：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。例如，类B从类A中继承，类A被称为基类，类B被称为派生类：

下面示例中的TwoDShape类存储二维对象（如正方形、三角形、矩形等）的高度和宽度：

定义派生类：

主函数调用：

2．成员访问和继承

类成员经常声明为私有的（private），以避免对它们执行未授权的访问和破坏。继承一个类不会破坏私有访问的限制。

派生类虽然包括基类的所有成员，但它不能访问基类中的私有成员。例如将TwoDShape类的Width和Height成员声明为私有，则Triangle类将不能访问它们。

私有类成员总保持对其所在类的私有性，它不能被类外部的任何代码访问，包括派生类。

访问私有成员的解决办法如下。

（1）使用protected成员

protected保护成员在类层次结构中是共有的，但在该层次之外是私有的。

（2）使用公有属性

改写基类TwoDShape添加属性：

3．构造函数和继承

基类和派生类都可以有自己的构造函数。问题是，到底哪个构造函数构件派生类的对象？答案是，基类的构造函数构造对象的基类部分，而派生类的构造函数构造对象的派生类部分。

4．虚方法和重写

虚方法是指在基类中声明为virtual并在一个或多个派生类中使用override重新定义的方法。重写体现了类的多态性。

3.8.5 Object类（System.Object）

C#定义了一个特殊的类Object，它是其他所有的类和类型的隐式基类。也就是说，所有其他类型都是从Object类派生的。这意味着Object类型的引用变量可以指向任何其他类型的对象。典型的应用为装箱和拆箱。下面为示例代码：

再举一个例子：创建一个Object数组，并给其中的元素赋予不同类型的值。

3.8.6 对象

世界是由许多不同种类的对象构成的，每一个对象都有自己的运动规律和状态。面向对象程序设计是用机器语言模拟客观世界的方法，与面向过程相比，所有的对象被赋予属性和方法，使编程更富有人性化。对于如何区分类、对象、属性和方法，下面用生活中的实物来举例说明。

高速上正在行驶的一辆红色的丰田轿车，乘车人数五人，可以用于基本交通使用，由于超速行驶，交警当场开了罚单，并登记了车牌号码、违规类型、开单日期和车主信息。如表3-26所示。

1．类（Class）

类是对具有相同特征的一类事物所做的归纳。类的概念来源于人们认识自然、认识社会的过程，现实世界中的类是错综复杂、种类繁多的，聪明的人类学会了将复杂的事物进行分类。例如，由大小各异的汽车抽象出车的概念，由各式各样的鸟儿抽象出鸟类的概念等。

2．对象（Object）

一切皆为对象。客观世界由各种各样的实体组成，这些实体就称为对象，可以指具体事物也可以指抽象的事物，它是由数据加动作组成。对象是类的实例化，是实实在在存在的。例如，一只黄鹂鸟、一座房子，都是对象。对象是对具有某些特性的具体事物的抽象，对象之间的相互作用是通过发送消息进行的。

3．属性（Property）

属性就是对象状态的描述，每个对象具有各自的属性。例如，小猫的体重是1.5kg，椅子的颜色是红色，沙发的价格是2000元，这些都是它们的属性，体现了个体对象的性质。

4．方法（Method）

方法反映了对象本身可以完成的动作。例如一个学生，他会听课、做笔记、打篮球等，总结为一句话：方法就是行为。

5．事件（Event）

事件是指对象本身对外部变化所做出的响应。在表3-26中，可以看出，交警令司机停车，这就是一个外部变化，而对象做出的反应是停车，也就是说，停车的动作就是一个事件。

对象是类的实例化，只有对象才能包含数据、执行行为和触发事件，而类只不过就像int一样是数据类型，只有实例化才能真正发挥作用。

对象具有以下特点：

1）C#中使用的全都是对象。

2）对象是实例化的，对象是从类和结构所定义的模板中创建的。

3）对象使用属性获取和更改它们所包含的信息。

4）对象通常具有允许它们执行操作的方法和事件。

5）所有C#对象都继承自Object。

6）对象具有多态性，对象可以实现派生类和基类的数据和行为。

对象的声明就是类的实例化，传递回该对象的引用。此引用引用了新对象，但不包含对象数据本身。

类实例化的方式很简单，通过使用new来实现。例如：