【C#面向对象】第五课——类的继承、调用父类的构造方法、继承的特性

知识点：理解继承的概念 、 掌握在程序中实现继承、 掌握 base 和 protected 关键字 、掌握如何调用父类构造方法 、 掌握继承的特性

 

1、理解继承

          面向对象有三大特性：封装、继承和多态。我们学习过封装，封装是信息隐藏，我们定义类的过程就是对数据的一种封装，今天我们将重点讨论继承。

          继承反映的是类之间的层次关系，生活中就有很多继承的例子，如：我们知道汽车有型号、颜色、排量、油耗等属性，有行驶和刹车方法。而公交车是汽车的一种，除了有汽车基本的属性和方法外，还能载很多人。吊车也是一种汽车，它除了有汽车的特征外，还能吊货。汽车和公交车、吊车之间就是一种继承关系，公交车和吊车继承于汽车。生活中满足“是一种”关系的，基本都属于继承，比如还有：喜剧演员、话剧演员都是一种演员，冰箱、电视、空调都是一种电器，等等。

          如果一个类继承于另外一个类，如：公交车类继承于汽车类，我们把汽车类称为父类或基类，把公交车类称为子类或派生类，有时继承也叫派生，可以说汽车类派生出公交车类。

 

1.1   程序中的继承

          继承能让我们在原有类的基础上进行扩展，派生出新的类，从而最大程度上重用了原有代码。对于类而言，所谓继承就是子类包含父类的数据结构和行为方式，包括字段、属性、方法和事件。尽管在子类本身的定义中没有包含这些定义，但仍然可以使用这些父类成员。在类的继承中，被继承的类叫基类或父类，继承的类叫派生类或子类。子类在继承父类的属性和方法同时，可以定义新的属性和方法。

          观察下面学生类和老师类的类图会发现，它们存在重复的属性：姓名、性别和年龄。如果再定义校长和警察类也可能要定义这些属性，这样就存在大量重复代码。

   

         学生、老师都是一种人，人都有姓名、性别、年龄属性，如果将这些共有属性定义到人类中，学生类和老师类来继承人类，就不用再定义这三个属性了，只需要定义子类自己特定的属性，如分数或科目等。在子类中可以直接访问父类的属性和方法。

 

继承的语法：

class 子类:父类
{
    ...
}

继承的目的：

• 提高代码的重用性；
• 提高程序设计的效率；
• 为程序设计中的特别需要，提供了编写代码的自由空间，从而提高了已有程序设计成果的可扩展性。

 

示例练习1：使用继承

第一步，新建项目：①在VS中新建控制台应用（.NET Framework），这里默认命名为【ConsoleApp5】，单击【确定】按钮，自动完成创建，并打开项目。②在右侧【解决方案资源管理器中】，右键单击项目名称【ConsoleApp5】，依次点击【添加】→【类】，在弹出的【添加新项】窗口中，给类起一个名字Person.cs，然后点击【添加】。

第二步，编写人类：Person类添加成功后，系统会默认打开Person.cs文件，在该文件里声明三个属性

namespace ConsoleApp5
{
    /// <summary>
    /// 人类Person
    /// </summary>
    class Person        //  在人类里，声明三个属性
    {
        public string Name { get; set; }
        public int Age { get; set; }
        public string Gender { get; set; }
    }
}

第三步，添加学生类：在当前项目中添加一个学生类Student，在系统会默认打开的Student.cs文件中，编写学生类相关信息

代码分析：我们在学生类里，并没有声明Name、Age、Gender属性，但是却可以直接调用，就是因为学生类Student继承了人类Person，因此可以使用父类中的成员。

namespace ConsoleApp5
{
    /// <summary>
    /// 学生类
    /// </summary>
    class Student : Person      //  类名后面加冒号，表示学生类，继承人类
    {
        public float Score { get; set; }        //学生类，在人类的基础上，增加一个分数属性
        
        public void StuSayHello()       //声明一个方法，进行自我介绍
        {
            Console.WriteLine("大家好，我是学生：{0}，性别：{1}，我今年{2}岁,这次的考试分数是{3}", 
                this.Name, this.Gender, this.Age, this.Score);
        }
    }
}

第四步，添加教师类：在当前项目中添加一个教师类Teacher，在系统会默认打开的Teacher.cs文件中，编写学生类相关信息

namespace ConsoleApp5
{
    /// <summary>
    /// 教师类
    /// </summary>
    class Teacher : Person          //  类名后面加冒号，表示教师类，继承人类
    {
        public string Subject { get;  set; }          //教师类，在人类的基础上，增加一个学科属性
        public void TeacherSayHello()       //声明一个方法，进行自我介绍
        {
            Console.WriteLine("大家好，我是{0}老师，性别：{1}，我今年{2}岁,我带的科目是{3}",
                this.Name, this.Gender, this.Age, this.Subject);
        }
    }
}

第五步，在主程序中写代码：在Program.cs文件中的Main方法里，编写代码new一个学生对象，并赋值，调用方法。

代码分析：我们这里省略了初始化教师类，大家练习的时候，可以new一个教师对象，然后初始化，然后调用教师对象的方法。

代码思考：这里在进行对象初始化的时候，代码是不是稍显冗余？如何简化？

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Student stu = new Student();        //声明一个学生对象
            //给对象初始化
            stu.Name = "王迪";
            stu.Gender = "女";
            stu.Age = 18;
            stu.Score = 80;
            stu.StuSayHello();          //调用学生对象的StuSayHello()方法，输出自我介绍
            Console.ReadLine();            
        }
    }

预览效果：

案例思考：是不是父类中的所有成员（属性、方法、事件），子类都可以继承呢？（可以通过访问修饰符，控制属性或方法被调用的位置）

访问修饰符	本类中	子类中	当前项目	项目外
private	是	否	否	否
protected	是	是	否	否
internal	是	是	是	否
public	是	是	是	是

提示：在父类中声明4个属性，分别在父类的方法中、子类的方法中、当前Program类的Main方法中、其他项目里，进行测试。

        private int PrivateInt { get; set; }
        protected int protectedInt { get; set; }
        internal int internalInt { get; set; }
        public  int publicInt { get; set; }

 

1.2  sealed关键字

           继承给程序开发带来了许多好处，但有时候程序员也可能不想让一个类被继承，那么可以使用关键字 sealed 定义类（被 sealed 定义的类叫密封类），如： sealed class A{} ，这代表着A类是密封类，如果再定义 B 类继承 A 类：class B:A ，就会出现编译错误。

举例：

我们将示例1中的人类Person使用sealed关键字，sealed  class Person{}

那么，在想让学生类Student继承人类Person时，会提示编译错误：“Student”无法从密封类型“Person”派生

 

1.3   base关键字

           C#中base关键字在继承中起到非常重要的作用。它与this关键字相比，this关键字代表当前实例。base关键字代表父类，使用base关键字可以调用父类的构造函数、属性和方法。

• 使用base关键字访问父类成员，语法：base.属性名 = 值;
• 使用base关键字调用父类构造函数的语法如下：子类构造函数:base(参数列表)
• 使用base关键字调用父类方法的语法如下：base.父类方法();

 

2、子类调用父类的构造方法

          当我们调用子类构造方法时，系统会首先调用父类的构造方法，然后再调用子类构造方法。 调用的方式有两种：

•   隐式调用父类构造方法，没有指定调用父类哪个构造方法时，会调用父类无参构造方法。
•   通过 base 关键字显式调用父类构造方法。

在理解这个内容时，先回顾一下我们前面一课介绍的构造方法的分类及使用。

 

2.1  子类隐式调用父类的构造方法

          当创建子类的对象时，系统将会调用父类的构造函数和子类的构造函数，构造函数的执行次序是：先执行父类的构造函数，再执行子类的构造函数。

          在示例1中，我们没有添加构造方法，为了查看效果，我们在示例2中，分别给父类Person添加一个无参构造方法和子类Student添加一个无参构造方法。

 

示例练习2：隐式调用父类构造方法

第一步，新建项目：①在VS中新建控制台应用（.NET Framework），这里默认命名为【ConsoleApp5.1】，单击【确定】按钮，自动完成创建，并打开项目。②在右侧【解决方案资源管理器中】，右键单击项目名称【ConsoleApp5.1】，依次点击【添加】→【类】，在弹出的【添加新项】窗口中，给类起一个名字Person.cs，然后点击【添加】。（同示例1的第一步相同）

第二步，编写人类：Person类添加成功后，系统会默认打开Person.cs文件，在该文件里声明三个属性，并声明一个无参构造方法。

    class Person
    {
        public string Name { get; set; }       //  在人类里，声明三个属性：姓名、年龄、性别
        public int Age { get; set; }
        public string Gender { get; set; }
        //声明一个无参构造方法（因为系统默认的无参构造方法没有方法体）
        public Person()
        {
            Console.WriteLine("调用父类的无参构造方法");       //让该方法，在控制台输出一句话
        }
    }

第三步，添加学生类：在当前项目中添加一个学生类Student，在系统会默认打开的Student.cs文件中，编写学生类相关信息（

    /// <summary>
    /// 学生类
    /// </summary>
    class Student : Person      //  类名后面加冒号，表示学生类，继承人类
    {
        public float Score { get; set; }        //学生类，在人类的基础上，增加一个分数属性
        
        public void StuSayHello()       //声明一个方法，进行自我介绍
        {
            Console.WriteLine("大家好，我是学生：{0}，性别：{1}，我今年{2}岁,这次的考试分数是{3}", 
                this.Name, this.Gender, this.Age, this.Score);            
        }
        public Student()        //声明一个无参构造方法（测试效果使用的）
        {
            Console.WriteLine("调用子类的无参构造方法");        //让该方法，在控制台输出一句话
        }
    }

第四步，在主程序中写代码：在Program.cs文件中的Main方法里，编写代码new一个学生对象，并赋值，调用方法。（这里与示例1第五步步骤相同，我们可以直接复制之前代码）

预览效果：（注意对比一下和示例1的区别，我们可以设置断点，看一下程序运行）

案例思考：示例中，父类只声明了一个无参构造方法，如果父类中同时声明一个有参构造方法，那么子类在调用父类构造方法时，会如何调用？

案例修改：我们在当前项目中，在父类Person里，新声明一个有参方法，打开【Person.cs】文件，编写代码，然后预览效果看一下和刚才的效果有什么区别？思考一下当父类中同时有两个构造方法的时候，默认调用哪一个构造方法？

案例总结：隐式调用父类构造方法，没有指定调用父类哪个构造方法时，会调用父类的无参构造方法。

案例延伸：如果想调用父类的有参构造方法，怎么办？

 

2.1  子类通过base关键字显示调用父类的构造方法

          

示例练习3：显示调用父类构造方法

在示例2的基础上修改

第一步：我们在当前项目中，在子类Student里，新声明一个有参方法，打开【Student.cs】文件，编写代码，

代码分析：注意base关键字的使用。（注意：base()调用父类构造函数时，不需要再次指定参数的类型，因为在子类中已经定义了这些参数，在base()中只需指定变量名即可，参数的类型必须和父类中的一致。）

        //声明一个有参构造方法
        public Student(string name,int age,string gender,float score) : base(name,age,gender)
        {
            this.Score = score;
            Console.WriteLine("调用子类的有参构造方法");
        }

第二步：在Program.cs文件中的Main方法里，新new一个学生对象并赋值，调用方法。

预览效果：

案例总结：

1）base(参数列表)中的参数必须和父类构造方法的参数一致，否则可能出现错误，尝试交换 name 和 age 参数位置，将会提示编译错误：

2）如果不使用base关键字，或者使用base关键字但是不传入参数，那么依然调用父类的无参构造方法。

 

 

3、继承的特性

        C#属于单继承，即派生类最多只能有一个直接基类，但可以传递继承，即A类派生B类，B类派生C类。派生类会保留所有基类以及传递基类的字段、属性、方法等所有内容。如果要在派生类中隐藏基类内容，可以通过new关键字实现，可以通过base来调用基类的内容。继承的特性主要体现在：

• 单根性：子类只能继承一个父类
• 传递性：父类能够传给子类，也能够传给"孙子"类（可以查看类图）

 

3.1  继承的单根性

           继承的单根性是指子类只能继承一个父类，不能同时继承多个父类。C#中，派生类只能从一个类中继承。C#不支持多重继承，也就是说，儿子只能有一个亲生父亲，不能同时拥有多个亲生父亲。（C#中使用接口技术实现多重继承。）

           前面的示例中，我们设置学生类Student继承人类Person，如果我们再让学生类Student继承Program类，那么程序提示编译错误。

 

3.2  继承的传递性

           继承的关系可以有很多层，派生类从基类那里继承特性，派生类也可以作为其它类的基类。从一个基类派生出来的多层类形成了类的层次结构。就像现实中爷爷、爸爸和儿子的关系。儿子不仅可以访问父类（爸爸）的所有公有属性方法，也可以访问爸爸的父类（爷爷）的所有公有属性和方法，这种关系称为继承传递性。

示例练习4：继承的传递性

演示内容：动物类会吃东西，人类继承于动物，那么人类也会吃东西，人类还会思考，学生继承人类，学生会吃东西、会思考还会学习。

第一步，新建项目：①在VS中新建控制台应用（.NET Framework），这里默认命名为【ConsoleApp5.2】，单击【确定】按钮，自动完成创建，并打开项目。②在右侧【解决方案资源管理器中】，右键单击项目名称【ConsoleApp5.2】，依次点击【添加】→【类】，在弹出的【添加新项】窗口中，给类起一个名字Animal.cs，然后点击【添加】。（同示例1的第一步相同）

第二步，编写动物类：Person类添加成功后，系统会默认打开Animal.cs文件，在该文件里声明一个方法Eat()。

第三步，添加人类：在当前项目中添加一个人类Person，在系统会默认打开的Person.cs文件中，在该文件里，Person类继承与Animal类，同时在Person类里，声明三个属性，并声明一个无参构造方法、一个有参构造方法、一个普通方法Think()。

    /// <summary>
    /// 人类Person
    /// </summary>
   class Person : Animal         //  类名后面加冒号，表示人类Person，继承动物类Animal 
    {
        public string Name { get; set; }       //  在人类里，声明三个属性：姓名、年龄、性别
        public int Age { get; set; }
        public string Gender { get; set; }
        public Person()
        {
            Console.WriteLine("\n调用人类Person的，无参构造方法");
        }
        public Person(string name,int age,string gender) 
        {
            this.Name = name;
            this.Age = age;
            this.Gender = gender;
            Console.WriteLine("\n调用人类Person的，有参构造方法");
        }
        public void Think()
        {
            Console.WriteLine("\n{0}同学今年{1}岁，性别：{2}，在思考，~~~", this.Name,this.Age, this.Gender);
        }
    }

第四步，添加学生类：在当前项目中添加一个学生类Student，在系统会默认打开的Student.cs文件中，在该文件里，Student类继承与Person类，同时在Student类里，声明一个属性，并声明一个无参构造方法、一个有参构造方法、一个普通方法Study()。

    /// <summary>
    /// 学生类
    /// </summary>
    class Student : Person      //  类名后面加冒号，表示学生类Student，继承人类Person
    {
        public float Score { get; set; }        //学生类，在人类的基础上，增加一个分数属性
        public Student()
        {
            Console.WriteLine("调用Student类的，无参构造方法");
        }
        public Student(string name, int age, string gender,float score) : base(name, age, gender)
        {
            this.Score = score;
            Console.WriteLine("调用Student类的，有参构造方法");
        }
        public void Study()       //声明一个方法，进行学习
        {
            Console.WriteLine("{0}同学此次考试{1}分，在学习中……", this.Name, this.Score);           
        }
    }

第五步，在主程序中写代码：在Program.cs文件中的Main方法里，编写代码new一个学生对象，并赋值，调用方法。

        static void Main(string[] args)
        {
            Student jack = new Student("jack", 18,"男",88);      //声明对象的同时，初始化
            jack.Eat();
            jack.Think();
            jack.Study();
            Console.ReadLine();
        }

预览效果：

案例思考：当我们new一个Student对象的时候，会不会调用Animal类的构造方法？

案例延伸：如果要实现以下效果，程序如何修改？

 

 

4、继承与泛型集合的应用

        前面我们学习过泛型集合，知道泛型集合只能保存同一种类型数据，如何在泛型集合中同时保存学生和老师对象呢？ 答案是：定义保存它们父类的泛型集合。老师和学生都属于 Person，所以都可以加入到集合中。但是在 访问集合中的对象时，需要对该对象进行类型判断(对象 is 类型)，然后在将对象转换为子类类型。

示例练习5：利用继承，在泛型集合中添加不同数据类型

演示内容：动在泛型集合中，同时保存

第一步，新建项目：①在VS中新建控制台应用（.NET Framework），这里默认命名为【ConsoleApp5.3】，单击【确定】按钮，自动完成创建，并打开项目。②在右侧【解决方案资源管理器中】，右键单击项目名称【ConsoleApp5.3】，依次点击【添加】→【类】，在弹出的【添加新项】窗口中，给类起一个名字Person.cs，然后点击【添加】。（同示例1的第一步相同）

第二步，编写人类：Person类添加成功后，系统会默认打开Person.cs文件，在该文件里声明三个属性。

第三步，添加学生类：在当前项目中添加一个学生类Student，在系统会默认打开的Student.cs文件中，编写学生类相关信息

    /// <summary>
    /// 学生类
    /// </summary>
    class Student : Person      //  类名后面加冒号，表示学生类，继承人类
    {
        public float Score { get; set; }        //学生类，在人类的基础上，增加一个分数属性
        public Student(string name, int age, string gender, float score)   : base(name, age, gender)//声明一个有参构造方法，使用base关键字调用父类Person的有参构造方法
        {
            this.Score = score;
            Console.WriteLine("调用子类Student的有参构造方法");
        }
        public Student() { }//声明一个无参构造方法，当我们定义有参构造方法后，系统将不再默认生成无参构造方法
        public void Study()//声明一个方法，输出学习状态
        {
            Console.WriteLine("\n考了{0}分的{1}同学,今年{2}岁，性别：{3}，在学习中...",
                this.Score, this.Name,this.Age,this.Gender);
        }
    }

第四步，添加教师类：在当前项目中添加一个教师类Teacher，在系统会默认打开的Teacher.cs文件中，编写学生类相关信息

    /// <summary>
    /// 教师类
    /// </summary>
    class Teacher : Person          //  类名后面加冒号，表示教师类，继承人类
    {
        public string Subject { get;  set; }          //教师类，在人类的基础上，增加一个学科属性
        public void Teach()
        {
            Console.WriteLine("\n教{0}科目的{1}老师，性别：{2}，年龄{3}在上课中...", this.Subject,this.Name,this.Gender,this.Age);
        }
        public Teacher(string name, int age, string gender, string subject)//声明一个有参构造方法，没有使用base关键字
        {
            this.Name = name;       //由于没有使用base关键词，因此这里要初始化
            this.Age = age;
            this.Gender = gender;
            this.Subject = subject;
            Console.WriteLine("调用子类Teacher的，有参构造方法");
        }
        public Teacher()
        {
            Console.WriteLine("调用子类Teacher的，无参构造方法");
        }
    }

第五步，在主程序中写代码：在Program.cs文件中的Main方法里，编写代码new一个学生对象和一个教师对象，并初始化，声明一个泛型集合，将学生对象和教师对象添加到集合中，遍历输出集合中的数据

        static void Main(string[] args)
        {
            Student student = new Student("jack", 18, "男", 88);//new一个学生对象，并初始化            
            List<Person> list = new List<Person>();//new一个泛型集合
            list.Add(student);//将学生对象，添加到泛型集合list中
            Console.WriteLine();//空行
            Teacher teacher = new Teacher("jhon", 30, "男", "C#");//new一个教师对象，并初始化
            list.Add(teacher);//将教师对象，添加到泛型集合list中（注意：此时list中，有两种数据类型）
            foreach (Person person in list)//遍历输出泛型集合中的数据
            {
                if (person is Student)//判断数据类型，如果是Student类型
                {
                    ((Student)person).Study();//将数据强制转换为Student类型，并调用Study()方法
                }
                if (person is Teacher)
                {
                    ((Teacher)person).Teach();
                }
            }
            Console.ReadLine();
        }

预览效果：

 

 

本课总结：

• 继承能让我们在原有类的基础上进行扩展，派生出新的类，从而最大程度上重用了原有代码。 子类在继承父类的属性和方法同时，可以定义新的属性和方法。
• 继承的语法是：class 子类:父类
• 在子类中可以使用 base 关键字来访问父类成员。
• protected 定义的成员，可以在子类中访问，不能被非子类访问。
• 系统会首先调用父类的构造方法，然后再调用子类构造方法。
• 可以通过 base 关键字显式调用父类构造方法。
• 继承的关系可以有很多层，父类的成员可以一层层传递下去。
• C#中规定一个类只能继承一个父类。
• 继承给程序开发带来的好处：
  • 继承是面向对象的重要特性，模拟了现实世界的关系，符合人自然的思考方式。
  • 极大提高了代码重用性。
  • 父类和子类有清晰的结构，子类只用关注于实现自身的特性和行为。

 

 

 

 

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