教學：探索介面中的靜態虛擬成員

介面靜態虛擬成員 允許您定義包含過載運算子或其他靜態成員的介面。一旦你定義了帶有靜態成員的介面，就可以將這些介面作為限制，建立使用運算子或其他靜態方法的通用型別。即使你沒有建立過載運算子的介面，你也很可能會從這個功能和語言更新中啟用的通用數學類別中受益。

在本教學課程中，您將瞭解如何：

定義與靜態成員的介面。
使用介面來定義實作帶有運算子的介面的類別。
建立依賴靜態介面方法的通用演算法。

先決條件

靜態抽象介面方法

讓我們先從一個例子開始。以下方法回傳兩個 double 數字的中點：

public static double MidPoint(double left, double right) =>
    (left + right) / (2.0);

同樣的邏輯適用於任何數字類型：int、shortlongfloatdecimal或任何代表數字的類型。你需要有一種方式來使用 + 和 / 運算子，並為 2 定義一個值。你可以利用 System.Numerics.INumber<TSelf> 介面將前述方法寫成以下通用方法：

public static T MidPoint<T>(T left, T right)
    where T : INumber<T> => (left + right) / T.CreateChecked(2);  // note: the addition of left and right may overflow here; it's just for demonstration purposes

任何實作該 INumber<TSelf> 介面的型別都必須包含對 operator +的定義，且對 operator /。分母由 T.CreateChecked(2) 定義，用於產生任意數值型別的數值 2，以便於強制分母與兩個參數的型別相同。 INumberBase<TSelf>.CreateChecked<TOther>(TOther)從指定值建立該型態的實例，若值超出可表示範圍，則拋出。OverflowException （若 left 和 right 的值都足夠大，此實現可能會發生溢位。有其他替代演算法可以避免此潛在問題。）

你可以在介面中用熟悉的語法定義靜態抽象成員：只要靜態成員沒有實作，你就要加上 static and abstract 修飾符。以下範例定義了一個介面IGetNext<T>，它可以套用於任何覆寫operator ++的類型：

public interface IGetNext<T> where T : IGetNext<T>
{
    static abstract T operator ++(T other);
}

型別參數 T 必須實作 IGetNext<T>，這項限制確保運算子的簽章包含內含型別，或其型別參數。許多運算子強制其參數必須與型別相符，或是被限制以實作包含型態的型態參數。若無此限制，++ 操作符無法在 IGetNext<T> 介面中定義。

你可以建立一個結構，產生一串「A」字元，每個遞增都會在字串中加入一個字元，使用以下程式碼：

public struct RepeatSequence : IGetNext<RepeatSequence>
{
    private const char Ch = 'A';
    public string Text = new string(Ch, 1);

    public RepeatSequence() {}

    public static RepeatSequence operator ++(RepeatSequence other)
        => other with { Text = other.Text + Ch };

    public override string ToString() => Text;
}

更一般來說，你可以建立任何定義為「產生此類型下一個值」的演算法 ++ 。使用此介面可產生清晰的程式碼與結果：

var str = new RepeatSequence();

for (int i = 0; i < 10; i++)
    Console.WriteLine(str++);

前述範例產生以下輸出：

A
AA
AAA
AAAA
AAAAA
AAAAAA
AAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAAA
AAAAAAAAAA

這個小例子說明了此功能的動機。你可以用自然語法來處理運算子、常數值和其他靜態運算。你可以在創建依賴靜態成員的多種類型時，探索這些技術，包括重載運算子。定義符合你類型能力的介面，然後宣告這些類型對新介面的支援。

一般數學

允許在介面中使用靜態方法（包括運算子）的動機是為了支援通用數學演算法。 .NET 7 基類庫包含許多算術運算子的介面定義，還有將多個算術運算子結合於一個介面中的衍生的介面。我們來套用這些類型來建立一個Point<T>紀錄，可以使用任意的數字類型T。你可以用運算子把點移動一點 XOffsetYOffset+ 。

先從建立一個新的 Console 應用程式開始，可以用 dotnet new 或 Visual Studio 來做。

Translation<T> 和 Point<T> 的公開介面應為以下程式碼：

// Note: Not complete. This won't compile yet.
public record Translation<T>(T XOffset, T YOffset);

public record Point<T>(T X, T Y)
{
    public static Point<T> operator +(Point<T> left, Translation<T> right);
}

你會將 record 型別用於 Translation<T> 和 Point<T> 兩種類型：這兩者都儲存兩個值，且它們代表的是資料儲存，而非複雜的行為。的 operator + 實作會是以下程式碼：

public static Point<T> operator +(Point<T> left, Translation<T> right) =>
    left with { X = left.X + right.XOffset, Y = left.Y + right.YOffset };

要編譯之前的程式碼，你必須宣告 T 支援 IAdditionOperators<TSelf, TOther, TResult> 介面。這個介面包含靜 operator + 態方法。它宣告三個型態參數：一個用於左操作元，一個用於右操作元，以及一個用於結果。有些類型為了處理不同的運算元和結果類型而實作+。新增一個宣告，表示型別參數 T 實作 IAdditionOperators<T, T, T>：

public record Point<T>(T X, T Y) where T : IAdditionOperators<T, T, T>

加入該限制後，你的 Point<T> 類別可以使用 + 作為加法運算子。在 Translation<T> 宣告中加入相同的限制。

public record Translation<T>(T XOffset, T YOffset) where T : IAdditionOperators<T, T, T>;

這個IAdditionOperators<T, T, T>約束會防止開發者在使用你的類別時，使用不符合點運算加法限制的型別來建立Translation。你在的 Translation<T> 型別參數中加入了必要的限制， Point<T> 所以這段程式碼是可行的。你可以在 Program.cs 檔案中在宣告 Translation 和 Point 的上方加入如下程式碼來進行測試：

var pt = new Point<int>(3, 4);

var translate = new Translation<int>(5, 10);

var final = pt + translate;

Console.WriteLine(pt);
Console.WriteLine(translate);
Console.WriteLine(final);

你可以透過宣告這些類型實作適當的算術介面，讓這些程式碼更具重複使用性。第一個要做的變更是宣告 Point<T, T> 實作 IAdditionOperators<Point<T>, Translation<T>, Point<T>> 介面。該 Point 類型會利用不同的運算元類型及其結果。 Point型別已經實作了一個帶有該簽章的operator +，因此只需在宣告中加入該介面便可。

public record Point<T>(T X, T Y) : IAdditionOperators<Point<T>, Translation<T>, Point<T>>
    where T : IAdditionOperators<T, T, T>

最後，當你執行加法時，擁有一個定義該類型加法恆等值的屬性會很有用。這個功能有新的介面： IAdditiveIdentity<TSelf,TResult>。的 {0, 0} 平移是加法恆等式：所得點與左操作數相同。介面 IAdditiveIdentity<TSelf, TResult> 定義了一個唯讀性質， AdditiveIdentity回傳身份值。 Translation<T>需要一些修改來實作此介面：

using System.Numerics;

public record Translation<T>(T XOffset, T YOffset) : IAdditiveIdentity<Translation<T>, Translation<T>>
    where T : IAdditionOperators<T, T, T>, IAdditiveIdentity<T, T>
{
    public static Translation<T> AdditiveIdentity =>
        new Translation<T>(XOffset: T.AdditiveIdentity, YOffset: T.AdditiveIdentity);
}

這裡有一些變動，讓我們一一來看看。先宣告Translation類型實作IAdditiveIdentity介面：

public record Translation<T>(T XOffset, T YOffset) : IAdditiveIdentity<Translation<T>, Translation<T>>

接著你可以嘗試實作介面成員，如下程式碼所示：

public static Translation<T> AdditiveIdentity =>
    new Translation<T>(XOffset: 0, YOffset: 0);

前面的程式碼不會編譯，因為 0 這取決於類型。答案是：使用IAdditiveIdentity<T>.AdditiveIdentity作為0。這個改變意味著你的約束必須包含該 T 實作 IAdditiveIdentity<T>。這會導致以下實作：

public static Translation<T> AdditiveIdentity =>
    new Translation<T>(XOffset: T.AdditiveIdentity, YOffset: T.AdditiveIdentity);

現在你已經在Translation<T>上加上了這個約束，你需要在Point<T>上加上相同的約束。

using System.Numerics;

public record Point<T>(T X, T Y) : IAdditionOperators<Point<T>, Translation<T>, Point<T>>
    where T : IAdditionOperators<T, T, T>, IAdditiveIdentity<T, T>
{
    public static Point<T> operator +(Point<T> left, Translation<T> right) =>
        left with { X = left.X + right.XOffset, Y = left.Y + right.YOffset };
}

這個範例讓你了解通用數學介面的組合方式。您已學到如何做到以下幾點：

寫一個依賴介面 INumber<T> 的方法，使該方法能用於任何數字型別。
建立一個依賴加法介面來實作只支援一種數學運算的型別。該型別宣告支援這些介面，因此可以以其他方式組合。這些演算法使用最自然的數學運算子語法來撰寫。

多嘗試這些功能並收集回饋。你可以使用 Visual Studio 的 「傳送回饋 」選單項目，或在 GitHub 的 roslyn 倉庫中建立新議題。建立能處理任何數值類型的通用演算法。利用這些介面建立演算法，其中型別參數僅實作部分類數字能力。即使你沒有開發出使用這些功能的新介面，也可以嘗試在演算法中運用它們。

另請參閱

一般數學

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Last updated on 2025-11-20