关于C#多态性的一点认识

最新推荐文章于 2025-04-07 15:04:27 发布

raynadofan

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分类专栏：我的学习笔记文章标签：多态对象变量

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声明：本人也是刚刚学习C#不久，都是自己啃书。所有见解不到位的地方还请各位友好的提出。特在此感谢。

在学习C#的过程中，关于对象、继承等概念的还算是比较简单。但是其中的多态性却是让我云里雾里，不知道他有什么用，该如何理解。

在这里，咱们先看一个完整代码：

using System;
 
namespace Test
{
    class A
    {
        public string Name;
 
        public string GetName()
        {
            return Name;
        }
 
        public override string ToString()
        {
            return Name;
        }
    }
 
    class B : A
    {
        public int Age;
 
        public int GetAge()
        {
            return Age;
        }
 
        public override string ToString()
        {
            return Name +" "+ Age.ToString();
        }
    }
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            B Bx = new B();
            Bx.Name = "raymon";
            Bx.Age = 26;
 
            Console.WriteLine("现在调用Bx的ToString()方法.");
            Console.WriteLine(Bx.ToString());
 
            Console.WriteLine("\n现在将Bx转换为A类型并赋予A类型变量Ax.");
            A Ax = (A)Bx;
 
            Console.WriteLine("\n现在输出Ax的类型.");
            Console.WriteLine("Type of Ax is{0}.",Ax.GetType());
 
            Console.WriteLine("\n现在调用Ax的ToString()方法.");
            Console.WriteLine(Ax.ToString());
 
            Console.WriteLine("\n现在我们将Ax转换为B类型，并赋予B类型变量Bx2.");
            B Bx2 = (B)Ax;
 
            Console.WriteLine("\n现在调用Bx2的ToString()方法.");
            Console.WriteLine(Bx2.ToString());
 
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

这段代码的输出结果如下：

现在调用Bx的ToString()方法.
raymon 26
 
现在将Bx转换为A类型并赋予A类型变量Ax.
 
现在输出Ax的类型.
Type of Ax is Test.B.
 
现在调用Ax的ToString()方法.
raymon 26
 
现在我们将Ax转换为B类型，并赋予B类型变量Bx2.
 
现在调用Bx2的ToString()方法.
raymon 26

这段代码进行了几次转换。首先将Bx转换为A类型，然后将A类型的变量Ax转换为B类型。

相信许多C#教程的书上都会有这么一句话：子类可以转换为父类。在本例中，也进行了这样的转换。但是问题来了。

第一个问题是：由于B类型具有两个字段，而A类型只有一个字段，那么在进行转换的时候，是否会发生数据丢失？

从程序运行的结果来看，数据并未发生丢失。这是为什么呢？要了解这个现象，咱们先来了解一下对象与变量。

对象的概念在这里就不再介绍了。但是有一点在这里必须提一下。对象存储在内存的堆上。new关键字的作用是在内存的堆上创建并初始化一个对象，比例上面的代码中：new B()，就是表示在内存的堆上创建一个B类型的对象。

变量表示我们存储在内存中的数据。C#中的数据类型分为两种：一种是值类型，一种是引用类型。对于值类型的数据，变量直接存储这个值。例如

int MyInt=5;

这个语句很明确的告诉编译器，MyInt这个变量存储了一个数字5。对于引用类型的数据，变量存储的是某个对象在内存中的地址。例如上面的代码：

B Bx=new B();

这行代码告诉编译器，在内存的堆上创建一个B类型的对象，然后将这个对象在内存中的地址存在在变量Bx中。所有变量Bx其实只是一个引用。

现在回到我们的问题，在将子类转换为基类的时候（如上面示例中的语句：A Ax = (A)Bx;）为什么没有发生数据丢失呢？

原因在于Ax只是存储了Bx在内存中的地址。所有Bx对象其实并没有改变，改变的只是引用他的变量而已。所有在我们将Bx变量转换为A类型的时候，原Bx变量所引用的对象并没有发生数据丢失。这就是所谓的多态性。

那么有童鞋会问了，既然是这样的话，那为什么两个不相关的类不进行这样的转换呢？答案是不相关的类在实例化的时候，会创建几个相互独立的字段表和方法调用表。字段表中的字段都是相互陌生的，方法调用表中的方法也是相互陌生的。所以无法进行通讯。而子类对象在实例化的时候，会首先生成父类的字段表和方法调用表，然后再生成子类自己的字段表和方法表。这样一来，子类和父类就会有一部分完全相同的字段表和方法调用表。

例如上面的语句：

A Ax = (A)Bx;

如果我们写这样的代码：Ax.Name是可以的，因为A类也有一个Name字段。但是如果写如下的代码就不是合法的了：

Ax.Age;

因为A类型并没有定义Age字段。

对于上面代码的运行结果，还有一个很有趣的现象。例如上述代码：

Console.WriteLine(Ax.ToString());

这行代码输出的结果是：

raymon 26

事实上我们在定义A类型的ToString()方法的时候只是返回了一个Name值。但是这里很明显的是调用了B类型的ToString()方法。为什么会出现这样的情况呢？

原因是C#在处理多态性的时候遵循两个原则：

1、关注对象原则

调用子类还是父类的方法，取决于创建的对象时自雷对象还是父类对象，而不是取决于指向对象的变量类型。例如Bird bird2 = new Chicken()时，我们关注的是其创建对象为Chicken类型，因此子类将继承父类的字段和方法，或者重写符类的虚方法，而不用关注bird2的引用类型是否为Bird。引用类型的区别决定了不同的对象在方法表中不同的访问权限。

2、执行就近原则

对于同名字段或者方法，编译器是按照其顺序查找来引用的，也就是首先访问离它创建最近的字段或者方法。例如上例中的bird2，是Bird类型，因此会首先访问Bird_type（注意编译器是不会重新命名的，在此时为了分区起见），如果type类型设为public，则在此将返回“Bird”值。这也就是为什么对象创建时必须将字段按顺序排序，而父类要先于子诶编译的原因了。

上面我们只是说明了为什么父类可以转换为子类的对象。那么子类是否可以转换为父类的对象呢？先看如下代码：

A AXX = new A();
B BXX = (B)AXX;
Console.WriteLine("BXX的Age值是{0}.", BXX.Age);

运行程序，会抛出一个异常：”System.InvalidCastException”类型的未经处理的异常在Test.exe中发生。这个异常发生在语句B BXX = (B)AXX;中。因为编译器不知道如何进行转换，所有就发生了这样的异常。

那么为什么编译器不知道如何转换呢？因为子类具有更多的类成员，所有无法保证每个成员的调用都能成功。例如，BXX变量是B类型，所有他可以访问B类型的Age字段。但是BXX引用的是A类型的对象。这个对象并没有Age字段。所有程序无法读取这个字段的值。为了保证程序的安全运行，C#的多态性只允许子类转换为父类，而父类转换为子类，或者两个不相关的类之间进行转换，都必须在类中定义转换的方法。

本文只是对多态性进行了一点解释，希望能帮助困惑的童鞋们。对于多态性的作用，还请童鞋们自己研究。