Наследование (Руководство по программированию на C#)

Статья
06/10/2015

Наследование, вместе с инкапсуляцией и полиморфизмом, является одной из трех основных характеристик (или базовых понятий) объектно-ориентированного программирования. Наследование позволяет создавать новые классы, которые повторно используют, расширяют и изменяют поведение, определенное в других классах. Класс, члены которого наследуются, называется базовым классом, а класс, который наследует эти члены, называется производным классом. Производный класс может иметь только один непосредственный базовый класс. Однако наследование является транзитивным. Если ClassC является производным от ClassB, и ClassB является производным от ClassA, ClassC наследует члены, объявленные в ClassB и ClassA.

Примечание

Структуры не поддерживают наследование, но они могут реализовывать интерфейсы.Дополнительные сведения см. в разделе Интерфейсы (Руководство по программированию в C#).

Концептуально, производный класс является специализацией базового класса. Например, при наличии базового класса Animal, возможно наличие одного производного класса, который называется Mammal, и еще одного производного класса, который называется Reptile. Mammal является Animal, а Reptile является Animal, но каждый производный класс представляет разные специализации базового класса.

При определении класса для наследования от другого класса, производный класс явно получает все члены базового класса, за исключением его конструкторов и деструкторов. Производный класс может таким образом повторно использовать код в базовом классе без необходимости в его повторной реализации. В производном классе можно добавить больше членов. Таким образом, производный класс расширяет функциональность базового класса.

Ниже иллюстрируется класс WorkItem, представляющий рабочий элемент в бизнес-процессе. Подобно всем классам, он является производным от Object и наследует все его методы. В WorkItem имеется пять собственных членов. Сюда входит конструктор, поскольку конструкторы не наследуются. Класс ChangeRequest наследуется от WorkItem и представляет конкретный вид рабочего элемента. ChangeRequest добавляет еще два члена к членам, унаследованным от WorkItem и Object. Он должен добавить собственный конструктор, и он также добавляет originalItemID. Свойство originalItemID позволяет связать экземпляр ChangeRequest с исходным объектом WorkItem, к которому применен запрос на изменение.

Наследование классов

В следующем рисунке показано, как выражаются в C# отношения между классами, продемонстрированные в предыдущем примере. В следующем примере также показано, как WorkItem переопределяет виртуальный метод Object.ToString, и как класс ChangeRequest наследует реализацию WorkItem метода.

// WorkItem implicitly inherits from the Object class. 
public class WorkItem
{
    // Static field currentID stores the job ID of the last WorkItem that 
    // has been created. 
    private static int currentID;

    //Properties. 
    protected int ID { get; set; }
    protected string Title { get; set; }
    protected string Description { get; set; }
    protected TimeSpan jobLength { get; set; }

    // Default constructor. If a derived class does not invoke a base- 
    // class constructor explicitly, the default constructor is called 
    // implicitly.  
    public WorkItem()
    {
        ID = 0;
        Title = "Default title";
        Description = "Default description.";
        jobLength = new TimeSpan();
    }

    // Instance constructor that has three parameters. 
    public WorkItem(string title, string desc, TimeSpan joblen)
    {
        this.ID = GetNextID();
        this.Title = title;
        this.Description = desc;
        this.jobLength = joblen;
    }

    // Static constructor to initialize the static member, currentID. This 
    // constructor is called one time, automatically, before any instance 
    // of WorkItem or ChangeRequest is created, or currentID is referenced. 
    static WorkItem()
    {
        currentID = 0;
    }


    protected int GetNextID()
    {
        // currentID is a static field. It is incremented each time a new 
        // instance of WorkItem is created. 
        return ++currentID;
    }

    // Method Update enables you to update the title and job length of an 
    // existing WorkItem object. 
    public void Update(string title, TimeSpan joblen)
    {
        this.Title = title;
        this.jobLength = joblen;
    }

    // Virtual method override of the ToString method that is inherited 
    // from System.Object. 
    public override string ToString()
    {
        return String.Format("{0} - {1}", this.ID, this.Title);
    }
}

// ChangeRequest derives from WorkItem and adds a property (originalItemID)  
// and two constructors. 
public class ChangeRequest : WorkItem
{
    protected int originalItemID { get; set; }

    // Constructors. Because neither constructor calls a base-class  
    // constructor explicitly, the default constructor in the base class 
    // is called implicitly. The base class must contain a default  
    // constructor. 

    // Default constructor for the derived class. 
    public ChangeRequest() { }

    // Instance constructor that has four parameters. 
    public ChangeRequest(string title, string desc, TimeSpan jobLen,
                         int originalID)
    {
        // The following properties and the GetNexID method are inherited  
        // from WorkItem. 
        this.ID = GetNextID();
        this.Title = title;
        this.Description = desc;
        this.jobLength = jobLen;

        // Property originalItemId is a member of ChangeRequest, but not  
        // of WorkItem. 
        this.originalItemID = originalID;
    }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        // Create an instance of WorkItem by using the constructor in the  
        // base class that takes three arguments.
        WorkItem item = new WorkItem("Fix Bugs",
                                     "Fix all bugs in my code branch",
                                     new TimeSpan(3, 4, 0, 0));

        // Create an instance of ChangeRequest by using the constructor in 
        // the derived class that takes four arguments.
        ChangeRequest change = new ChangeRequest("Change Base Class Design",
                                                 "Add members to the class",
                                                 new TimeSpan(4, 0, 0),
                                                 1);

        // Use the ToString method defined in WorkItem.
        Console.WriteLine(item.ToString());

        // Use the inherited Update method to change the title of the  
        // ChangeRequest object.
        change.Update("Change the Design of the Base Class",
            new TimeSpan(4, 0, 0));

        // ChangeRequest inherits WorkItem's override of ToString.
        Console.WriteLine(change.ToString());

        // Keep the console open in debug mode.
        Console.WriteLine("Press any key to exit.");
        Console.ReadKey();
    }
}
/* Output:
    1 - Fix Bugs
    2 - Change the Design of the Base Class
*/

Абстрактные и виртуальные методы

Когда базовый класс объявляет метод как виртуальный, производный класс может переопределить метод с помощью своей собственной реализации. Если базовый класс объявляет член как абстрактный, то этот метод должен быть переопределен в любом неабстрактном классе, который прямо наследует от этого класса. Если производный класс сам является абстрактным, то он наследует абстрактные члены, не реализуя их. Абстрактные и виртуальные члены являются основой для полиморфизма, который является второй основной характеристикой объектно-ориентированного программирования. Дополнительные сведения см. в разделе Полиморфизм (Руководство по программированию на C#).

Абстрактные базовые классы

Можно объявить класс как абстрактный, если необходимо предотвратить прямое создание экземпляров с помощью ключевого слова new. При таком подходе класс можно использовать, только если новый класс является производным от него. Абстрактный класс может содержать один или несколько сигнатур методов, которые сами объявлены в качестве абстрактных. Эти сигнатуры задают параметры и возвращают значение, но не имеют реализации (тела метода). Абстрактному классу необязательно содержать абстрактные члены; однако, если класс все же содержит абстрактный член, то сам класс должен быть объявлен в качестве абстрактного. Производные классы, которые сами не являются абстрактными, должны предоставить реализацию для любых абстрактных методов из абстрактного базового класса. Дополнительные сведения см. в разделе Абстрактные и запечатанные классы и члены классов (Руководство по программированию на C#).

Интерфейсы

интерфейс является ссылочным типом, в чет-то схожим с абстрактным базовым классом, который состоит только из абстрактных членов. Когда класс реализует интерфейс, он должен предоставить реализацию для всех членов интерфейса. В классе может быть реализовано несколько интерфейсов, хотя производным он может быть только от одного прямого базового класса.

Интерфейсы используются для определения определенных возможностей для классов, которые не обязательно имеют отношения тождественности. Например, интерфейс IEquatable может быть реализован любым классом или структурой, включающей клиентский код для определения эквивалентности двух объектов типа (однако тип определяет эквивалентность). IEquatable не подразумевает тот же вид отношений тождественности, который существует между базовым и производным классами (например, Mammal является Animal). Дополнительные сведения см. в разделе Интерфейсы (Руководство по программированию в C#).

Доступ производного класса к членам базового класса

Из производного класса можно получить доступ к открытым, защищенным, внутренним и защищенным внутренним членам базового класса. Хотя производный класс и наследует закрытые члены базового класса, он не может получить доступ к этим членам. Однако все эти закрытые члены все же присутствуют в производном классе и могут выполнять ту же работу, что и в самом базовом классе. Например, предположим, что защищенный метод базового класса имеет доступ к закрытому полю. Это поле должно присутствовать в производном классе для правильной работы унаследованного метода базового класса.

Предотвращение дальнейшего наследования

Класс может предотвратить наследование от него других классов или наследование от любых его членов, объявив себя или члены запечатанными. Дополнительные сведения см. в разделе Абстрактные и запечатанные классы и члены классов (Руководство по программированию на C#).

Скрытие производного класса членов базового класса

Производный класс может скрывать члены базового класса путем объявления членов с тем же именем и сигнатурой. Модификатор new может использоваться, чтобы явно указать, что член не предназначен, чтобы быть переопределением базового члена. Использование new не является обязательным, но при отсутствии использования new будет сгенерировано предупреждение компилятора. Дополнительные сведения см. в разделах Практическое руководство. Управление версиями с помощью ключевых слов "Override" и "New" (Руководство по программированию в C#) и Использование ключевых слов "Override" и "New" (Руководство по программированию в C#).