基类与接口混合继承的声明问题 [C#, Design]

基类与接口混合继承的声明问题 [C#, Design]

 

Updated on Friday, November 19, 2004

Written by Allen Lee

 

1. 问题初现

今天，查看《接口继承的声明问题》一文的反馈，发现Ninputer留下这样一道题：

如果有 class A : Interface1 那么 class B : A, Inteface1 和 class B : A 会出现什么不同的情况呢。编译器在IL级别是用什么手段实现这个功能的呢？

2. 探索问题 & 理解问题

解决问题的过程既是一个探索的过程也是一个推理论证的过程。OK，下面我尝试用反证法来探索这个问题。

首先，我假设问题中B类的两种继承方式有着一样的效果，并试着寻找它们的不一样。为了了解这两种方式的效果，我把上面代码补充完整：

interface  IC  { }

class  A : IC  { }

class  B1 : A  { }

class  B2 : A, IC  { }

class  Program
{
    static void Main()
    {
        A a = new A();
        B1 b1 = new B1();
        B2 b2 = new B2();

        Console.WriteLine(a is IC);
        Console.WriteLine(b1 is A);
        Console.WriteLine(b1 is IC);
        Console.WriteLine(b2 is A);
        Console.WriteLine(b2 is IC);

    }
}

代码运行的结果是：

• True
• True
• True
• True
• True

我们对此结果毫无疑问，那么这是否代表着B1和B2之间没有区别？如果上面的代码作为推理前提在客观上已经足够充分，那么答案是肯定的。但我无法知道论据是否已经达到充分的程度。于是，我把上面的代码修改一下，为类和接口其添加一些成员并观察一下它们所表现出来的行为：

interface  IC
{
    void M();
}

class  A : IC
{
    void IC.M()
    {
        Console.WriteLine("In class A");
    }
}

class  B1 : A  { }

class  B2 : A, IC  { }

class  Program
{
    static void Main()
    {
        List<IC> cs = new List<IC>();
        cs.Add(new A());
        cs.Add(new B1());
        cs.Add(new B2());

        foreach (IC c in cs)
            c.M();
    }
}

程序能够正常编译，运行结果是：

• In class A
• In class A
• In class A

OH, MY GOD! 怎么效果又一样！难道B1跟B2真的没区别？？我再把代码修改一下：

interface  IC
{
    void M();
}

class  A : IC
{
    void IC.M()
    {
        Console.WriteLine("In class A");
    }
}

class  B1 : A
{
    void IC.M()
    {
        Console.WriteLine("In class B1");
    }
}

class  B2 : A, IC
{
    void IC.M()
    {
        Console.WriteLine("In class B2");
    }
}

Oh，代码无法编译，编译器发脾气了：

'B1.IC.M()': containing type does implement interface 'IC'

换句话，我们不能再B1里面重新实现IC.M方法，我们只能默默地接受从继类继承而来的那一个了！再修改一下：

interface  IC
{
    void M();
}

class  A : IC
{
    void IC.M()
    {
        Console.WriteLine("In class A");
    }
}

class  B1 : A  { }

class  B2 : A, IC
{
    void IC.M()
    {
        Console.WriteLine("In class B2");
    }
}

class  Program
{
    static void Main()
    {
        List<IC> cs = new List<IC>();
        cs.Add(new A());
        cs.Add(new B1());
        cs.Add(new B2());

        foreach (IC c in cs)
            c.M();
    }
}

这些编译正常通过了，得到的结果是：

• In class A
• In class A
• In class B2

3. 得出结论 & 新问题展现

好吧，有结果了，B1和B2两种继承方式的效果的确不同，具体体现在多态行为上（有关多态的介绍，你可以参见《今天你多态了吗？》一文）。B1是个可怜虫，它必须接受A对IC.M的实现，无法改变这种命运；然而B2就不同，它有权选择接受还是拒绝，当然，拒绝的条件是提供有自己特色的实现。

4. 探索新问题 & 解决新问题

那么，我们如何纠正这种非预期的多态行为呢？一个简单的回答就是把B1的声明改成跟B2的一样。但这样，所有继承于A的派生类都必须照做，没得商量！还有其他的办法吗？有的，请先看如下代码：

interface  IC
{
    void M();
}

class  A : IC
{
    void IC.M()
    {
        this.M();
    }

    public virtual void M()
    {
        Console.WriteLine("In class A");
    }
}

class  B1 : A
{
    public override void M()
    {
        Console.WriteLine("In class B1");
    }
}

class  B2 : A, IC
{
    public override void M()
    {
        Console.WriteLine("In class B2");
    }
}

class  Program
{
    static void Main()
    {
        List<IC> cs = new List<IC>();
        cs.Add(new A());
        cs.Add(new B1());
        cs.Add(new B2());

        foreach (IC c in cs)
            c.M();
    }
}

运行结果为：

• In class A
• In class B1
• In class B2

这样，多态的效果就如我们所愿了！当然，现在B2声明中的IC又显得有点多余了，但你可以轻松把它拿掉！另外，如果测试程序换成：

class  Program
{
    static void Main()
    {
        List<A> ace = new List<A>();
        ace.Add(new A());
        ace.Add(new B1());
        ace.Add(new B2());

        foreach (A a in ace)
            a.M();
    }
}

结果还是一样！

5. 是的，我说谎了。[New]

或许你已经注意到，在上面的整个过程中，我做了一个最大的假设，那就是我可以任我喜欢修改A的源代码！也因为这样，我可以轻松的纠正这些非预期的多态行为。但实际的情况是，我们不会每次都那么幸运。如果我们仅仅得到一个包含类A和接口IC的程序集呢？那么，我们就需要使用到接口的重新映射了。实际上，B2就是使用这种技巧。还是让我们来看看具体的情况：

1. 接口IC的规格不变。
2. 我们只知道类A的声明以及它的成员列表和对应的输出：

Class	class A : IC	Output
Method	public void M();	In class A
Method	void IC.M();	In class A

现在我需要实现一批继承于A的派生类，但我不希望同时继承A的对应方法的实现，我该怎么做？很简单，首先创建一个类AX继承自类A和接口IC，并在AX里面处理好相关的事宜，接着让那批派生类继承于AX：

class  AX : A, IC
{
    // 这里使用new是声明其与基类的同名方法M没有任何瓜葛。
    // 使用virtual是为后代的继承打下铺垫。

    public new virtual void M()
    {
        Console.WriteLine("In class AX");
    }

    void IC.M()
    {
        this.M();
    }
}

class  B1 : AX
{
    public override void M()
    {
        Console.WriteLine("In class B1");
    }
}

class  B2 : AX
{
    public override void M()
    {
        Console.WriteLine("In class B2");
    }
}

好吧，然我们来看看测试程序：

class  Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        List<IC> cs = new List<IC>();
        cs.Add(new A());
        cs.Add(new AX());
        cs.Add(new B1());
        cs.Add(new B2());

        foreach (IC c in cs)
            c.M();

        Console.WriteLine();

        List<AX> ace = new List<AX>();
        ace.Add(new AX());
        ace.Add(new B1());
        ace.Add(new B2());

        foreach (AX a in ace)
            a.M();

        Console.ReadLine();
    }
}

我想你已经猜到运行结果了：

• In class A
• In class AX
• In class B1
• In class B2
• In class AX
• In class B1
• In class B2

好吧，你辛苦了，如果还没有头晕的话，请再听我说一句。接口重新映射究竟是一个问题还是一种技巧，那要看你实际遭遇的情况。如果你能够灵活运用的话，它的确会为你带来巨大的便利！

6. 继承问题的一些易混淆的地方

请留意下面的代码：

interface  IC1  { }

interface  IC2 : IC1  { }

class  A1 : IC1  { }

class  A2 : IC1, IC2  { }

class  B1 : A1  { }

class  B2 : A1, IC1  { }

其中，A1和A2是没有实质的区别的，详细请看《接口继承的声明问题》一文；而B1和B2却在某些场合表现出不同的行为，为何B1和B2会有这种差异，相信现在的你应该有所了解了吧！

7. IL呢？[Updated]

噢，对了，Ninputer的问题还有个“编译器在IL级别是用什么手段实现这个功能的呢？”！如果你看完本文后还嫌不够，希望更加深入了解一下IL层次上，CLR是怎样实现接口重新映射的原理的话，我推荐你阅读《接口映射的实现及原理》。