从本节开始,介绍C#面向对象编程的基本内容。
与使用C语言等结构化编程语言不一样,使用C#编程,所有的程序代码几乎都放在类中,不存在独立于类之外的函数。因此,类是面向对象编程的基本单元。
在绝大多数面向对象语言中,一个类都可以包含两种成员:字段(Field)与方法(Method)。字段与方法这两个概念是面向对象理论的术语,是通用于各种面向对象语言的。而在各种的具体面向对象语言(比如C#)中,可以简单的这样理解:
字段即变量,方法即函数。
类的字段一般代表类中被处理的数据,类的方法大多代表对这些数据的处理过程或用于实现某种特定的功能,方法中的代码往往需要访问字段保存的数据。
在C#中,定义若干个变量,写若干个函数,将这些代码按以下格式汇集起来,再起个有意义的名字,就完成了一个类的定义:
[public|private] class 类名
{
[public|private] 数据类型 变量名;
[public|private] 数据类型 函数名(参数列表)
{
}
}
在上述类的定义中,方括号代表这部分可选,而竖线则代表多选一。声明为public的变量和函数可以被外界直接访问,与此对应,private的变量与函数,则为类的私有成员,只能由类自己使用。
下面简要介绍组成类的基本成员。
2.1 类的字段
字段(Field)代表了类中的数据,在类的所有方法之外定义一个变量即定义了一个字段。在变量之前可以加上public、private和protected表示字段的访问权限。以下代码展示了在类Student中定义的两个公有字段Age和SN,外界可以通过类Student创建的对象来读取或设置这两个字段的值。
可以在定义字段的同时给予一个初始值,如下所示:
class Student
{
public int age=18; //年龄
public string SN="1220040110"; //学号
}
2.2 类的方法
(1)函数的概念
在程序开发过程中,经常发现多处需要实现或调用某一个公用功能(比如选择一个文件),这些功能的实现都需要书写若干行代码。如果在调用此功能的地方重复书写这些功能代码,将会使整个程序中代码大量重复,会增大开发工作量,增加代码维护的难度。
为了解决代码重复的问题,绝大多数程序设计语言都将完成某一公用功能的多个语句组合在一起,起一个名字用于代表这些语句的全体,这样的代码块被称为“函数(function)”。引入“函数”概念之后,程序中凡需要调用此公用功能的地方都可以只写出函数名,此名字就代表了函数中所包含的所有代码,这样一来,就不再需要在多个地方重复书写这些功能代码。
函数的出现,标志着软件开发进入了结构化编程的时代。调用和编写各种函数是程序员在结构化编程时的主要工作之一。
C#中一个函数的语法格式如下所示:
返回值类型 方法名(参数列表)
{
语句1;
语句2;
//……
return 表达式;
}
下面是一个典型的C#函数示例:
int Add(int x,int y)
{
return x+y;
}
函数需要向外界返回一个值,由return语句实现。
如果一个函数没有返回值或不关心其返回值,则将其返回值定义为void。
void f() //不返回任何值得函数
{
语句1;
语句2;
//……
return ; //在return后写一个空语句
}
(2)方法的定义与使用
放在一个类中的函数(通常附加一个存取权限修饰符如 public和private)称为“方法(method)”。
访问一个方法的最基本方式是通过类创建的对象。例如以下代码在类MathOpt中定义了一个Add()方法:
public class MathOpt
{
public int Add(int x,int,y)
{
return x+y;
}
}
则可以通过使用new关键字创建类MathOpt的对象来访问此Add()方法:
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//创建MathOpt类的对象
MathOpt obj=new MathOpt();
//通过对象调用类的方法,结果保存在局部变量中
int result=obj.Add(100,200);
//……
}
}
(3)方法重载
方法重载是面向对象语言(如C#)对结构化编程语言(如C)的一个重要扩充,请看以下代码:
class MathOpt
{
//整数相加
public int Add(int x,int y)
{
return x+y;
}
//浮点数相加
public double Add(double x,double y)
{
return x+y;
}
}
上述两个函数有以下独特之处:
(1)函数名相同,均为Add;
(2)参数类型不同,一个为int,另一个为double。
这两个同名的函数彼此构成了“重载(Overload)”关系。
重载函数的调用代码:
MathOpt mathobj=null; //定义MathOpt对象变量
mathobj=new MathOpt(); //创建对象
int IResult=mathobj.Add(100,200); //调用类的整数相加方法
double FResult=mathobj.Add(5.5,9.2); //调用类的浮点数相加方法
Console.WriteLine("100+200="+IResult); //输出结果
Console.WriteLine("5.5+9.2="+FResult); //输出结果
请注意两个方法调用语句。传给方法实参为浮点数时,将调用参数类型为double的Add(double ,double )方法,传给方法的实参为整数时,调用参数类型为int的Add(int ,int )方法。
函数重载是面向对象语言对比结构化语言特性的重要扩充,在面向对象的编程中应用极广。
两个构成重载关系的函数必须满足以下条件:
(1)函数名相同。
(2)参数类型不同,或参数个数不同。
需要注意的是,函数返回值类型的不同不是函数重载的判断条件。
比如,函数
public long Add(int x,int y){……}
就不与函数
public int Add(int x,int y){……}
构成重载关系,因为这两个函数的实参类型和数目都相同,仅函数返回值类型不同。
另外要注意C#是区分大小写的语言,因此,如果一个类中有以下两个函数:
public long add(int x,int y){……}
public int Add(int x,int y){……}
则可以通过编译并且程序可以运行,但这并不是说这两个函数构成了重载关系,事实上,C#认为这是两个完全不同的函数,彼此之间一点关系也没有!
2.3 类的静态成员
类中的函数,如果在声明时没有加“static”关键字,则称之为类的“实例方法(instance method)”。加了static关键字的方法称为“静态方法(static method)”。
类似地,加了static关键字的字段称为“静态字段(static field)”。
(1)访问类的静态成员的基本方法
.NET Framework提供了大量的静态方法供开发人员使用,最典型的是数学库函数,.NET Framework将常用的数学函数放到了类Math中,例如以下代码计算2的3次方:
double ret=Math.Pow(2,3);
对比前面介绍过的类实例方法的调用方式,可以发现静态方法在使用时不需要创建对象,而是按以下格式直接调用:
类名.静态方法名(参数列表)
类的实例方法可以直接访问类的公有静态字段,比如数字常数π就是Math类的公有静态字段,可以被用来计算圆周长:
//计算圆周长
double GetPerimeterOfCircle(Double radius)
{
return 2*Math.PI*radius;
}
(2)类静态成员的特性
类的静态成员有一个特殊的性质,先来看一个例子来说明这一点。
给类StaticMembers增加一个普通的实例方法increaseValue()和实例字段dynamicVar:
class StaticMembers
{
public static int staticVar=0; //静态字段
public int dynamicVar=0;
public void increaseValue()
{
staticVar++;
dynamicVar++;
}
}
在increaseValue()方法中,对类的静态字段staticVar和实例字段dynamicVar都进行了自增操作。
以下是测试代码:
static void Main(string[] args)
{
StaticMembers obj=null;
//创建100个对象
for(int i=0;i<=100;i++)
{
obj=new StaticMembers();
obj.increasseValue();
}
//查看静态字段与普通字段的值
Console.WriteLine("dynamicVar="+obj.dynamicVar);
Console.WriteLine("staticVar="+StaticMembers.staticVar);
//程序暂停,敲任意键继续
Console.ReadKey();
}
程序的运行结果:
dynamicVar=1
staticVar=100
因为类的静态成员拥有以下特性:
类的静态成员是供类的所有对象所共享的。
在本节示例中创建了100个对象,每个对象拥有1个dyanmicVar字段,一共有100个dyanmicVar字段,这些字段是独立的,“互不干涉内政”。而staticVar字段仅有一个,为所有对象所共享。因此,任何一个对象对staticVar字段的修改,都会被其他对象所感知。
(3)类实例成员与静态成员的访问规则
在面向对象的程序中,对类的实例和静态成员,有以下访问规则:
① 位于同一类中的实例方法可直接相互调用。
② 类的字段(包括实例字段和静态字段)可以被同一类中的所有实例方法直接访问。
③ 类中的静态方法只能直接访问类静态字段。
上述规则中,需要特别注意在静态方法中直接调用类的实例方法是非法的。例如以下代码将无法通过编译:
class StaticMembers
{
public static int staticVar=0; //静态字段
public static void staticFunc() //静态方法
{
increaseValue(); //静态方法中不能调用实例方法 错误
dynamicVar++; //静态方法中不能访问实例字段 错误
staticVar++; //静态方法可以访问静态字段 正确
}
public int dynamicVar=0;
public void increaseValue()
{
staticVar++;
dynamicVar++;
}
}
静态方法中只允许访问静态数据,那么,如何在静态方法中访问实例数据?
很简单,可以在静态方法中创建对象,通过对象来访问即可。将静态方法staticFunc()修改如下即可通过编译:
public static void staticFunc() //静态方法
{
//在静态方法中通过对象访问类的实例成员
StaticMembers obj=new StaticMembers();
obj.increaseValue(); //调用实例方法,OK!
obj.dynamicVar++; //访问实例字段,OK!
}