C# 類型與成員

發行項
05/26/2023

C# 為物件導向語言，支援封裝、繼承和多型的概念。類別可直接繼承自一個父類別，但可以實作數目不拘的介面。覆寫父類別中虛擬方法的方法需要利用 override 關鍵字，避免意外重複定義。在 C# 中，結構就像輕量型的類別。其為堆疊配置類型，可以實作介面但不支援繼承。 C# 提供 record class 與 record struct 類型，這是主要用途為儲存資料值的類型。

所有類型都是透過建構函式初始化，這是負責初始化實例的方法。兩個建構函式宣告具有唯一的行為：

無參數建構函式，會將所有欄位初始化為其預設值。
主要建構函式，這個建構函式會宣告該類型實例的必要參數。

類別與物件

類別是 C# 最基本的型別。類別是以單一單位結合狀態 (欄位) 和動作 (方法及其他函式成員) 的資料結構。類別可以為類別的「執行個體」(稱為「物件」) 提供定義。類別支援「繼承」和「多型」，這些是可供「衍生類別」將「基底類別」延伸及特製化的機制。

建立新類別時，是使用類別宣告來建立。類別宣告的開頭為標頭。標頭會指定：

類別的屬性與修飾詞
類別的名稱
基底類別 (從基底類別繼承時)
此類別實作的介面。

此標頭後面會接著類別主體，此主體是由在 { 與 } 分隔符號之間撰寫的成員宣告清單所組成。

下列程式碼顯示名為 Point 之簡單類別的宣告：

public class Point
{
    public int X { get; }
    public int Y { get; }
    
    public Point(int x, int y) => (X, Y) = (x, y);
}

建立類別執行個體時，是使用 new 運算子來建立，此運算子會為新執行個體配置記憶體、叫用建構函式來將執行個體初始化，然後傳回對執行個體的參考。下列陳述式會建立兩個 Point 物件，並以兩個變數儲存對這些物件的參考：

var p1 = new Point(0, 0);
var p2 = new Point(10, 20);

當物件不再可供存取時，系統會自動回收物件所佔用的記憶體。在 C# 中，既沒有必要也不可能明確地將物件解除配置。

var p1 = new Point(0, 0);
var p2 = new Point(10, 20);

演算法的應用程式或測試可能需要建立多個 Point 物件。下列類別會產生隨機點序列。點數目是由 主要建構函 式參數所設定。主要建構函式參數 numPoints 位於類別的所有成員的範圍內：

public class PointFactory(int numberOfPoints)
{
    public IEnumerable<Point> CreatePoints()
    {
        var generator = new Random();
        for (int i = 0; i < numberOfPoints; i++)
        {
            yield return new Point(generator.Next(), generator.Next());
        }
    }
}

您可以使用類別，如下列程式碼所示：

var factory = new PointFactory(10);
foreach (var point in factory.CreatePoints())
{
    Console.WriteLine($"({point.X}, {point.Y})");
}

型別參數

泛型類別會定義型別參數。型別參數是以角括弧括住的型別參數名稱清單。型別參數遵循類別名稱。接著，就可以在類別宣告的主體中使用這些型別參數，來定義類別的成員。在下列範例中，Pair 的型別參數是 TFirst 和 TSecond：

public class Pair<TFirst, TSecond>
{
    public TFirst First { get; }
    public TSecond Second { get; }
    
    public Pair(TFirst first, TSecond second) => 
        (First, Second) = (first, second);
}

類別型別若宣告為會採用型別參數，即稱為「泛型類別型別」。結構、介面及委派型別也可以是泛型。使用泛型類別時，必須為每個型別參數提供型別參數：

var pair = new Pair<int, string>(1, "two");
int i = pair.First;     //TFirst int
string s = pair.Second; //TSecond string

泛型型別若已有提供的型別參數 (如上述的 Pair<int,string>)，即稱為「建構的型別」。

基底類別

類別宣告可以指定基底類別。請遵循類別名稱與型別參數，並加上冒號與基底類別的名稱。省略基底類別規格即等同於衍生自類型 object。在下列範例中，Point3D 的基底類別是 Point。在第一個範例中，Point 的基底類別為 object：

public class Point3D : Point
{
    public int Z { get; set; }
    
    public Point3D(int x, int y, int z) : base(x, y)
    {
        Z = z;
    }
}

類別會繼承其基底類別的成員。繼承表示類別隱含其基底類別的所有成員。類別不會繼承執行個體與靜態建構函式，以及完成項。衍生類別可以在其繼承的成員中新增成員，但無法移除所繼承成員的定義。在先前的範例中，Point3D 會從 Point 繼承 X 與 Y 成員，而每個 Point3D 執行個體都會包含 X、Y 與 Z 這三個屬性。

在類別型別到其任何基底類別型別之間都存在著隱含轉換。類別類型的變數可以參考該類別的執行個體，或任何衍生類別的執行個體。例如，以先前的類別宣告為例，Point 型別的變數可以參考 Point 或 Point3D：

Point a = new(10, 20);
Point b = new Point3D(10, 20, 30);

結構

類別會定義支援繼承與多型的類型。其可讓您根據衍生類別的階層來建立複雜行為。相反地，struct 類型是更簡單的類型，其主要用途是儲存資料值。結構無法宣告基底類型；其隱含衍生自 System.ValueType。您無法從 struct 類型衍生其他 struct 類型。其已隱含密封。

public struct Point
{
    public double X { get; }
    public double Y { get; }
    
    public Point(double x, double y) => (X, Y) = (x, y);
}

介面

interface 定義可由類別與結構實作的合約。您可以定義 interface 以宣告不同類型之間共用的功能。例如，System.Collections.Generic.IEnumerable<T> 介面會定義一致的方式來周遊集合中所有項目，例如陣列。介面可以包含方法、屬性、事件和索引子。介面通常不提供其所定義成員的實作 (其只會指定必須由類別提供的成員或實作介面的結構)。

介面可以採用多重繼承。在下列範例中，介面 IComboBox 同時繼承自 ITextBox 和 IListBox。

interface IControl
{
    void Paint();
}

interface ITextBox : IControl
{
    void SetText(string text);
}

interface IListBox : IControl
{
    void SetItems(string[] items);
}

interface IComboBox : ITextBox, IListBox { }

類別和結構可以實作多個介面。在下列範例中，類別 EditBox 可以實作 IControl 與 IDataBound 兩者。

interface IDataBound
{
    void Bind(Binder b);
}

public class EditBox : IControl, IDataBound
{
    public void Paint() { }
    public void Bind(Binder b) { }
}

當類別或結構實作特定介面時，可以將該類別或結構的執行個體隱含地轉換為該介面型別。例如：

EditBox editBox = new();
IControl control = editBox;
IDataBound dataBound = editBox;

列舉

Enum 類型會定義一組常數值。下列 enum 宣告定義不同根莖類蔬菜的常數：

public enum SomeRootVegetable
{
    HorseRadish,
    Radish,
    Turnip
}

您也可以定義組合為旗標所使用的 enum。下列宣告會宣告一組四季的旗標。可以套用任何組合的季節，包括內含所有季節的 All 值：

[Flags]
public enum Seasons
{
    None = 0,
    Summer = 1,
    Autumn = 2,
    Winter = 4,
    Spring = 8,
    All = Summer | Autumn | Winter | Spring
}

下列範例顯示上述兩個列舉的宣告：

var turnip = SomeRootVegetable.Turnip;

var spring = Seasons.Spring;
var startingOnEquinox = Seasons.Spring | Seasons.Autumn;
var theYear = Seasons.All;

可為 Null 的類型

任何類型的變數都可以宣告為不可為 Null 或可為 Null。可為 Null 的變數可以保存額外的 null 值，表示沒有值。可為 Null 的實值型別 (struct 或 enum) 會由 System.Nullable<T> 表示。不可為 Null 與可為 Null 的參考型別都以基礎參考型別表示。區別則會由編譯器與某些程式庫讀取的中繼資料來表示。編譯器會在取值可為 Null 的參考時提供警告，而不需要先對 null 檢查其中的值。編譯器也會在指派不可為 Null 的參考時提供警告，該值可能是 null。下列範例會宣告可為 Null 的 int，並將其初始化為 null。然後，其會將值設定為 5。其會示範與可為 Null 字串相同的概念。如需詳細資訊，請參閱可為 Null 的實值型別與可為 Null 的參考型別。

int? optionalInt = default; 
optionalInt = 5;
string? optionalText = default;
optionalText = "Hello World.";

元組

C# 支援 Tuple，其提供精簡語法，將輕量型資料結構中的多個資料元素分組。您可以宣告 ( 與 ) 之間的成員類型與名稱，將元組具現化，如下列範例所示：

(double Sum, int Count) t2 = (4.5, 3);
Console.WriteLine($"Sum of {t2.Count} elements is {t2.Sum}.");
//Output:
//Sum of 3 elements is 4.5.

元組可為具有多個成員的資料結構提供替代方法，而不需使用下一篇文章中所述的建置組塊。

上一個下一個