面向对象编程简介

一. 面向对象编程的含义

1. 面向对象编程(Object-Oriented Programming，OOP)

前面介绍的编程方法称为函数(或过程)化编程，而OOP技术，常常要使用许多代码模块，每个模块都提供特定的功能，每个模块都是孤立的，甚至与其他模块完全独立。

这种模块化编程方法提供了非常大的多样性，大大增加了重用代码的机会。数据表达方式的一致性和简化任务都是OOP的特点。

 

2. 对象的含义

对象的类型在OOP中有一个特殊的名称：类

注意“类”和“对象”是完全不同的概念

“类的实例”和对象含义相同

例如，类是指汽车的模板，或者用于构建汽车的规则。汽车本身是这些规划的实例，所以可以看作对象

 

统一建模语言(Unified Modeling Language，UML)是为应用程序建模而设计的

 

左图是打印机类Printer的UML表示方法，类名显示在这个框的顶部

右图是这个Printer类的一个实例myPrinter，顶部，实例名显示在前面，后面是类名，这两个名称用一个冒号分隔

 

①属性和字段

属性与字段是不同的，因为属性不提供对数据的直接访问

一般情况下，在访问状态时最好提供属性，而不是字段，因为这样可以更好地控制各种行为，这个选择不会影响使用对象实例的代码，因为使用属性和字段的语法是相同的。

 

常见的情况是把字段设置为私有，通过公共属性访问它们。这样，类中的代码就可以直接访问存储在字段中的数据，而公共属性禁止外部用户访问这些数据，以防他们在其中放置无效的内容。公共成员是类可以访问的成员。

 

私有字段和属性可以看作是拥有它们的对象的内部成员，而公共字段和属性的作用域也包括对象以外的代码。

 

在类的UML表示方法中，用第二部分显示属性和字段

这是CupOfCoffee类的表示方式，前面为它定义了5个成员(属性或字段，在UML中，它们没有区别)。

每个成员都包含下述信息：
A. 可访问性，+号表示公共成员，-号表示私有成员。但一般情况下，本章的图中不显示私有成员，因为这些信息是类内部的信息。至于读/写访问，则不提供任何信息。
B. 成员名。
C. 成员的类型。
冒号用于分隔成员名和类型。

 

② 方法

“方法”这个术语用于表示对象中的函数。

方法用于提供访问对象的功能，也可以是公共的或私有的，按照需要限制外部代码的访问。

 

在UML的对象框中，方法显示在第三部分

其语法类似于字段和属性，但最后显示的类型是返回类型，在这一部分，还显示了方法的参数。

在UML中，每个参数都带有下述标识符之一：in、out或inout。

它们用于表示数据流的方向，其中out和inout大致对应于第6章讨论的C#关键字out和ref。in大致对应于C#中不使用这两个关键字的情形。

 

3. 一切皆对象

C#和.NET Framework中的所有东西都是对象

控制台应用程序中的Main()函数就是类的一个方法

前面介绍的每个变量类型都是一个类

前面使用的每个命令都是一个属性或方法，例如，<String>.Length和<String>.ToUpper()等。句点字符把对象实例名和属性或方法名分隔开来，方法名后面的()把方法与属性区分开来

 

4. 对象的生命周期

构造阶段：对象最初进行实例化的时期。这个初始化过程称为构造阶段，由构造函数完成。

析构阶段：在删除一个对象时，常常需要执行一些清理工作，例如，释放内存，这由析构函数完成。

 

①构造函数

构造函数就是用于初始化数据的函数。所有的类定义都至少包含一个构造函数。

在这些构造函数中，可能有一个默认的构造函数，该函数没有参数，与类同名。

类定义还可能包含几个带有参数的构造函数，称为非默认的构造函数。

 

在C#中，用new关键字来调用构造函数

用下面的方式通过其默认的构造函数实例化一个CupOfCoffee对象：
CupOfCoffee myCup = new CupOfCoffee(); 

用非默认的构造函数来创建对象。例如，CupOfCoffee类有一个非默认的构造函数，它使用一个参数在初始化时设置咖啡豆的品牌：
CupOfCoffee myCup = new CupOfCoffee("Blue Mountain"); 

 

构造函数与字段、属性和方法一样，可以是公共或私有的。

在类外部的代码不能使用私有构造函数实例化对象，而必须使用公共构造函数。

这样，就可以要求类的用户使用非默认的构造函数(把默认构造函数设置为私有的)。

 

一些类没有公共的构造函数，外部的代码就不可能实例化它们，这些类称为不可创建的类

 

②析构函数

.NETFramework使用析构函数清理对象。

 

5. 静态和实例类成员

属性、方法和字段等成员是对象实例所特有的，此外，还有静态成员。

静态成员可以在类的实例之间共享，所以可以将它们看作是类的全局对象。

静态属性和静态字段可以访问独立于任何对象实例的数据，静态方法可以执行与对象类型相关、但与对象实例无关的命令。

 

在使用静态成员时，甚至不需要实例化对象

例如，前面使用的Console.WriteLine()和Convert.ToString()方法就是静态的，根本不需要实例化Console或Convert类

 

许多情况下，静态属性和方法有很好的效果。例如，可以使用静态属性跟踪给类创建了多少个实例。

 

在UML语法中，类的静态成员用下划线表示，如下图

 

①静态构造函数

使用静态构造函数可以执行一些复杂的初始化任务。

一个类只能有一个静态构造函数，该构造函数不能有访问修饰符，也不能带任何参数。

 

静态构造函数不能直接调用，只能在下述情况下执行

A. 创建包含静态构造函数的类实例时

B. 访问包含静态构造函数的类的静态成员时

在这两种情况下，会先调用静态构造函数，之后实例化类或访问静态成员。无论创建了多少个类实例，其静态构造函数都只调用一次。

 

为了区分静态构造函数和其它构造函数，也将所有非静态构造函数称作实例构造函数。

 

②静态类

静态类只能包含静态成员，不需要实例构造函数，因为按照定义，它根本不能实例化。

但静态类可以有一个静态构造函数。

 

 

二. OOP技术

1. 接口

接口是把公共实例(非静态)方法和属性组合起来，以封装特定功能的一个集合。

一旦定义了接口，就可以在类中实现它。这样，类就可以支持接口所指定的所有属性和成员。

 

①接口不能单独存在。不能像实例化一个类那样实例化接口。

②接口不能包含实现其成员的任何代码，而只能定义成员本身。实现过程必须在实现接口的类中完成。

 

在UML中，在对象上实现的接口用“棒棒糖”语法来表示。如下图中，用与类相似的语法把IHotDrink的成员放在一个单独的框中。

 

一个类可以支持多个接口，多个类也可以支持相同的接口。

在发布接口后，最好不要修改它。

 

A. 可删除的对象

支持IDisposable接口的对象必须实现其Dispose()方法，即它们必须提供这个方法的代码。

当不再需要某个对象时，就调用这个方法，释放重要的资源，否则，该资源会等到对垃圾回收调用析构方法时才释放。

这样可以更好地控制对象所使用的资源。

 

using关键字可以在代码块中初始化使用重要资源的对象，会在这个代码块的末尾自动调用Dispose()方法：

<ClassName> <VariableName> = new <ClassName>(); 
... 
using (<VariableName>) 
{ 
... 

}

或者把初始化时象<VariableName>作为using语句的一部分：

using (<ClassName> <VariableName> = new <ClassName>()) 
{ 
... 
}

 

2. 继承

任何类都可以从另一个类中继承，这就是说，这个类拥有它继承的类的所有成员。

C#中的对象仅能直接派生于一个基类，当然基类也可以有自己的基类。

继承性可以从一个较一般的基类扩展或创建更多的特定类。

 

在UML中，用箭头表示继承，如下图

一个代表农场家禽的类叫作Animal，拥有EatFood()或Breed()等方法，我们可以创建一个派生类Cow，支持所有这些方法，它也有自己的方法，如Moo()和SupplyMilk()。还可以创建另一个派生类Chicken，该类有Cluck()和LayEgg()方法。

 

派生类不能访问基类的私有成员，但可以访问其公共成员。

第三种可访问性：protected，只有派生类才能访问protected成员。外部代码不能访问private成员和protected成员。

 

基类的成员可以是虚拟的，也就是说，成员可以由继承它的类重写。

在前面的家畜示例中，可以把EatFood()变成虚拟成员，在派生类中为它提供新的实现代码，例如为Cow类提供新实现代码：

 

基类还可以定义为抽象类。抽象类不能直接实例化。要使用抽象类，必须继承这个类，实现代码必须在派生类中提供：

假如Animal是一个抽象类，UML就会如下图所示：（抽象类名以斜体显示，有时它们的方框有一个短横线）

 

不能实例化抽象类，并不意味着不能在抽象类中封装功能。

类可以是密封(seal)的。密封的类不能用作基类，所以没有派生类。

在C#中，所有的对象都由一个共同的基类object(在.NET Framework中，它是System.Object类的别名)。

如前面所述，接口也可以继承自其他接口。与类不同的是，接口可以继承多个基接口(与类可以支持多个接口的方式类似)。

3. 多态性

4. 对象之间的关系

5. 运算符重载

6. 事件

7. 引用类型和值类型

三. Windows应用程序中的OOP