.NET Core 面向对象

本节内容为面向对象初级教程

类

简介

面向对象是整个C#中最核心最有特色的一个模块了，它很好的诠释了程序与现实世界的联系。

面向对象的三大特征：继承、多态、封装；继承的含义可以理解为集合中的包含关系，例如人类属于动物类的一个分支，这就是一种继承。多态的理解就可以是人的呼吸用肺，鲤鱼使用鳃，这就是一种同种操作对应不同的实现。封装可以理解为一堆零件可以组成一个手机，这个过程就叫做封装。而将电脑显卡等拆下来组装成另一台电脑，则属于类的拆箱装箱。

封装一个类的好处在哪里呢？我举一个例子：
首先，我们考察一个常见的生活实例来进行说明，例如每当发工资的日子小王都来到 ATM 机
前，用工资卡取走一笔钱为女朋友买礼物，从这个很帅的动作，可以得出以下的结论：

• 小王和 ATM 机之间，以银行卡进行交互。要取钱，请交卡。
• 小王并不知道 ATM 机将钱放在什么地方，取款机如何计算钱款，又如何通过银行卡返回小王所要数目的钱。对小王来说，ATM 就是一个黑匣子，只能等着取钱；而对银行来说，ATM 机就像银行自己的一份子，是安全、可靠、健壮的员工。
• 小王要想取到自己的钱，必须遵守 ATM 机的对外约定。他的任何违反约定的行为都被视为不轨，例如欲以砖头砸开取钱，用公交卡冒名取钱，盗卡取钱都将面临法律风险，所以小王只能安分守己地过着月光族的日子。
  那么小王和 ATM 机的故事，能给我们什么样的启示？对应上面的 3 条结论，我们的分析如下：
• 小王以工资卡和 ATM 机交互信息，ATM 机的入卡口就是 ATM 机提供的对外接口，砖头是塞不进去的，公交卡放进去也没有用。
• ATM 机在内部完成身份验证、余额查询、计算取款等各项服务，具体的操作对用户小王是不可见的，对银行来说这种封闭的操作带来了安全性和可靠性保障。
• 小王和 ATM 机之间遵守了银行规定、国家法律这样的协约。这些协约和法律，就挂在 ATM 机旁边的墙上。

具体来说，封装隐藏了类内部的具体实现细节，对外则提供统一访问接口，来操作内部数据成员。这样实现的好处是实现了 UI 分离，程序员不需要知道类内部的具体实现，只需按照接口协议进行控制即可。同时对类内部来说，封装保证了类内部成员的安全性和可靠性。在上例中，ATM 机可以看做封装了各种取款操作的类，取款、验证的操作
对类 ATM 来说，都在内部完成。而 ATM 类还提供了与小王交互的统一接口，并以文档形式——法律法规，规定了接口的规范与协定来保证服务的正常运行类属于在堆分布的变量，意味着它的大小是不固定的。可以动态的进行调节。

创建与实例化类

类的创建非常的简单，实例化也非常的简单，创建类就是把一个具体的事物抽象化，实例化就是将抽象化的类给转换成具象化的对象。例如我们定义一个People类，内含若干个变量;

//定义类使用class关键字
class People
{
    public string Name;
    public int Age;
}
//实例化类
People p = new People();

或许你还看不太懂这些，别急，请继续往下看。
修饰符
访问控制修饰符

• public：对访问没有任何限制，属于最高级别的访问权限
• private：私有权限，最低级别的访问，只能在声明的代码段（类）中使用。
• protected：保护权限，只有继承了该类才可以使用。
• internal：仅包含当前程序集使用
• protect internal：同一个程序集的类和其派生的类可以使用

这样说或许过于抽象，我们这样来解释吧，一个程序就类似一个公司，public就好比是董事长、CEO一类的权限，拥有着最高级别的访问；protected你可以理解为部门经理，它的下属就是继承该部门，下属可以访问父类（部门）的资源，但不可以访问其他部门的protected资源，体现为一种纵向的权限控制。Internal类似与考勤部门，无论该部门是否属于考勤部门领导，考勤部门都可以管辖其他部门，体现为一种横向的权限控制。Protected internal则是具有两种属性。
可选修饰符

• static（可用于类内成员）：静态的，表示只被创建一次，属于所有对象公用的变量
• sealed：密封类，禁止类被继承
• abstract：抽象类，要求类被继承，并且不能实例化
• virtual（不能用于类）：表示可以被重写
• readonly（用于字段）：表示该字段只读
• const（用于字段）：表示常量
• extern（用于函数）：表示该函数由外部实现
• async（用于函数）：表示该函数为异步函数

函数

函数也被称为方法，是包含一系列语句的代码块。封装了类的行为，提供了类的对外表现。用于将封装的内部细节以公有方法提供对外接口，从而实现与外部的交互与响应。例如，从上面属性的分析我们可知，实际上对属性的读写就是通过方法来实现的。因此，对外交互的方法，通常实现为 public。程序通过调用该方法并指定任何所需的方法参数使语句得以执行。 在 C# 中，每个执行的指令均在方法的上下文中执行。

函数的构成由访问控制关键字+修饰符+返回值+函数名称+函数参数+函数体，如果一个类内函数或者其他成员使用了static关键字，则可以不实例化类对其进行调用，因为使用了static标明的成员，属于全体该类对象共有。例如下面这个例子:

class Man
{
    static void GettingOld()
    {
        //life - 1s
    }
    public void Eat()
    {
    }
}
//静态方法可以直接调用
Man.GettingOld();
Man man = new Man();
man.Eat();

函数的使用如下，其中x,y称为形参，x1,y1称为实参，通常对形参的操作并不会影响到实参

public static int Add(int x,int y)
{
    x++;y++;
    return x+y;
}
int x1 =5;
int y1 =6;
Add(x1,y1);
//带有默认参数
public static int Add(int x,int y=4)
{
}
//不定参数
public void Add(params object[] a)
{
}

当然不是所有的方法都被实现为 public，否则类内部的实现岂不是全部暴露在外。必须对对外的行为与内部操作行为加以区分。因此，通常将在内部的操作全部以 private 方式来实现，而将需要与外部交互的方法实现为 public，这样既保证了对内部数据的隐藏与保护，又实现了类的对外交互。例如在 ATM 类中，对钱的计算、用户验证这些方法涉及银行的关键数据与安全数据的保护问题，必须以 private 方法来实现，以隐藏对用户不透明的操作，而只提供返回钱款这一 public 方法接口即可。在封装原则中，有效地保护内部数据和有效地暴露外部行为一样关键。

函数的重载与重写

重载函数表示使用同一个函数名，通过参数的不同，从而实现使用同一个名称可以选择调用多种函数。例如实现两个数字的相加，传入的有可能是整型参数也有可能是浮点型参数，因此，我们选择使用重载函数去实现。以下是一个重载的例子;

public static int Add(int x,int y)
{
    return x+y;
}
public static double Add(double x,double y)
{
    return x+y;
}
Add(1,2);//调用第一个Add
Add(1.1,2.2);//调用第二个函数

通过调用函数时传入的参数不同，就可以很简单的用不同方法实现。

函数重写则多出现在面向对象的多态性中，这里我不会很详细的讲解，在后面会有一个详细的讲解。重写就可以理解为，人呼吸用肺，大部分鱼类呼吸用鳃，呼吸这个函数就是在两个类中被重写过（即实现方法在不同的类中）。
需要注意的是，重载需要在参数上有本质的区别，例如个数、类型不同，重写则需要方法可以被重写，使用override关键字表明重写的函数

类中重要的两个函数

构造函数：构造函数是一种特殊的函数，它的签名和类名一致，并且没有返回值。它可以接受任意个参数。当类被实例化的时候，对应的构造函数会被调用。可以说，对象是通过调用类的构造函数进行创建。如果不指定构造函数，C#会自动调用默认的无参构造函数。如果重载了构造函数，并且传入了指定参数，则会调用对应的构造函数。

析构函数：类似与构造函数，但是调用是在GC(垃圾回收器)回收类对象的时候自动调用，通常无需去重写。例如：

class A
{
       //默认无参构造函数
       public A()
       {
       }
       public A(int a)
       {
       } 
       // 析构函数
       ~A()
       {
       }
}
A a = new A(1);//调用第二个构造函数

字段和属性

字段：类中具体实现存储数据的变量，你可以理解为各个零件。通常而言，字段不会对外进行开发访问权限。例如：幼儿园读书的小朋友类，里面有一个Age(年龄)字段。假设一个人实例化，我们给年龄赋值上1000。这符合常理吗？显然是不符合的。那么我们就要使用属性进行控制输入的变量。

属性：属性不存储数据，通常定义为 public，表示类的对外成员。属性具有可读、可写属性，通过 get 和 set 访问器来实现其读写控制。但是如果你使用默认的属性实现方法，例如public string a {get;set;}，C#会自动的为你隐式生成一个私有的字段a。属性本质上是作为外部访问字段的一个媒介、桥梁，也称之为接口。通常来说，我们会将字段定义为私有的，将属性定义为公有的，通过属性去返回和设置其中的值。在这里，我们涉及到了两个从未见过的关键字——get，set。

get访问器：get访问器本质上是一个返回值为属性类型的函数，你可以使用dnSpy进行反编译查看。你一般需要在get中返回你需要访问的变量。

set访问器：使用value关键字接受外界传来的参数并且赋值给你的字段，本质上也只是一个函数，当你对属性赋值的时候，就会调用他的set控制块内的代码

class A
{
    private int a;
    public int A 
    {
        get{return a;}
        set
        {
            if(value>5)
            {
                a=value;
            }
        }
    }
    //自动生成一个b字段
    public int B{get;set;}
}

函数参数修饰符

对C#了解的人都知道，实参到形参的传递时存在一个数据备份的过程，因此我们对形参的操作本质上是对备份的变量进行操作，并不会影响到实参的值。但是在C#中，可以对形参进行修饰，使传入的变量按内存地址进行传入，这样就可以实现改变实参的值了。

ref 关键字

ref关键字的要求有以下几点：

• 被调用函数的参数和调用时都必须使用ref标记参数
• 传递到 ref 参数的参数必须初始化,否则程序会报错

例如:

static void Main(string[] args)
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    Test(ref a,ref b);
    Console.WriteLine("a:{0},b:{1}", a, b);
}
static void Test(ref int a, ref int b) 
{
    a = a+b;  
    b = 6;
}

out 关键字

out关键字的要求有以下几点：

• 方法定义和调用方法都必须显式使用 out关键字

• out关键字无法将参数值传递到out参数所在的方法中,只能传递参数的引用,所以out参数的参数值初始化必须在其方法内进行,否则程序会报错

static void Main(string[] args)
{
    int a=100;
    int b;
    Test(out a, out b);
    Console.WriteLine("a:{0},b:{1}", a, b);
}
static void Test(out int a, out int b)
{
    a = 1+2;
    b = 1;
}

in关键字

in关键字的要求有：

• 它让形参成为实参的别名，这必须是变量。 换而言之，对形参执行的任何操作都是对实参执行的。
• in 参数无法通过调用的方法进行修改。 out 参数必须由调用的方法进行修改，这些修改在调用上下文中是可观察的，而 ref 参数是可以修改的

int readonlyArgument = 44;
InArgExample(readonlyArgument);
Console.WriteLine(readonlyArgument);     // value is still 44

void InArgExample(in int number)
{
    // Uncomment the following line to see error CS8331
    //number = 19;
}

练习题

• 请试着创建一个圆类（Circular），要求封装圆周率和半径（或直径），并且定义一个含有一个参数的构造函数，传入的是半径（直径）。并写入计算周长和面积的函数。

• 定义一个用户类，要求用户名和密码不可以被访问，只允许设置，并且密码小于6位需要输出相应提示并且不进行赋值要求重新赋值。