【基础】理解接口、抽象类及虚函数

一、前面的话

对于C#中的接口、抽象类中的抽象方法以及虚方法的比较，网上有很多的例子，讲得也很到位，这篇博文的目的一方面是为了巩固自己的基础知识，另一方面是能够让初学者更加深刻、轻松地去理解和接受这三者之间的区别与联系。

二、接口与抽象类

首先说说接口和抽象类的区别与联系，接口是什么？接口是一组规则，它对应着自然界中“如果你是……则必须能……”的思想，如：猫猫是动物，动物可以吃食物、可以移动，也就是说某个类实现了某个接口，就必须实现该接口的规则（方法），如果接口中的方法（规则）太多，可以考虑接口分离，接口是可以继承的，当然这不是本篇文章的重点。既然接口是一组规则，那么它的作用就是约束其他实现了该接口的类，而自己本身不能实例化。既然接口是一组规则，那么这个规则是什么样呢？就是包含了一系列的方法，在具体一点就是没有修饰符和方法体的方法。好了，现在在重新理解“接口是一组规则”这句话，接口就是包含了一系列没有修饰符和方法体的方法的集合，这就是接口。结合代码看一下：

    interface IAnimal
    {
        //public void run();
4         //The modifier 'public' is not valid for this item
        void run();
        void eat();
        string speak();
    }

接口中的方法不能有修饰符和方法体，如果加上修饰符就会报错（第4行）。而实现了该接口的类必须实现其中的run、eat、speak方法。此外，接口中不能有字段。

    class Cat:IAnimal
    {
        #region IAnimal Members

        public void run()
        {
            Console.WriteLine("run run!");
        }

        public void eat()
        {
            Console.WriteLine("delicious~");
        }

        public string speak()
        {
            return "miao~";
        }

        #endregion
    }

Cat类实现了IAnimal接口，那么它必须实现IAnimal中的所有方法（规则）。

理解了接口，抽象类就比较简单了，与接口相同的是，抽象类的抽象方法不能有方法体，都是需要子类来实现具体的逻辑（如Cat中的eat方法）。但是，抽象类中可以有字段，抽象类其实就是一个特殊的普通类，只要有抽象方法，那么这个类就是抽象类。

    abstract class AbstractCat
    {
        //field
        private double weight;
        //abstract method
        public abstract void eat();
        //normal method
        public void run()
        {
            Console.WriteLine("run run!");
        }
    }

    class BlackCat:AbstractCat
    {
        //Implement abstract method
        public override void eat()
        {
            Console.WriteLine("delicious！");
        }
    }

三、抽象方法与虚方法

我们可以把抽象方法看成没有方法体的虚方法，二者都可以被子类重写，并以override关键字修饰。不同的是，虚方法必须有方法体。

    abstract class AbstractCat
    {
        //field
        private double weight;
        //abstract method
        public abstract void eat();
        //normal method
        public void run()
        {
            Console.WriteLine("run run!");
        }
    }

    class BlackCat:AbstractCat
    {
        //Implement abstract method
        public override void eat()
        {
            Console.WriteLine("delicious！");
        }

        public virtual string speak()
        {
            return "Miao!";
        }

        //public virtual void run();
    }

    class ChinaBlackCat : BlackCat
    {
        public override string speak()
        {
            return base.speak();
        }
    }

四、细说虚方法

虚方法也就是虚拟函数，我们习惯称之为虚函数，虚函数从C#的程序编译的角度来看，它和其它一般的函数有什么区别呢？一般函数在编译时就静态地编译到了可执行文件中，其相对地址在程序运行期间是不发生变化的，也就是写死了的！而虚函数在编译期间是不被静态编译的，它的相对地址是不确定的，它会根据运行时期对象实例来动态判断要调用的函数，其中那个声明时定义的类叫声明类，执行时实例化的类是实例类。虚函数被调用时会执行下列检查：

1、当调用一个对象的函数时，系统会直接去检查这个对象申明定义的类，即申明类，看所调用的函数是否为虚函数；
2、如果不是虚函数，则直接执行该函数。而如果有virtual关键字，也就是一个虚函数，那么这个时候它就不会立刻执行该函数了，而是转去检查对象的实例类；
3、在这个实例类中，编译器会检查这个实例类的定义中是否有重写该虚函数（通过override关键字），如果有，那么编译器不会再继续寻找父类，而马上执行该实例类中的这个重新实现的函数。而如果没有的话，编译器就会不停地往上找实例类的父类，并对父类重复刚才在实例类里的检查，直到找到第一个重载了该虚函数的父类为止，然后执行该父类里重载后的函数。

理解上面的规则就不难判断如下代码的运行结果了：

namespace VirtualMethod
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            A a;         // 定义一个a这个A类的对象.这个A就是a的申明类
            A b;         // 定义一个b这个A类的对象.这个A就是b的申明类
            A c;         // 定义一个c这个A类的对象.这个A就是b的申明类
            A d;         // 定义一个d这个A类的对象.这个A就是b的申明类

            a = new A(); // 实例化a对象,A是a的实例类
            b = new B(); // 实例化b对象,B是b的实例类
            c = new C(); // 实例化b对象,C是b的实例类
            d = new D(); // 实例化b对象,D是b的实例类

            a.Function();    // 执行a.Function：1.先检查申明类A 2.检查到是虚拟方法 3.转去检查实例类A，就为本身 4.执行实例类A中的方法 5.输出结果 Function In A
            b.Function();    // 执行b.Function：1.先检查申明类A 2.检查到是虚拟方法 3.转去检查实例类B，有重载的 4.执行实例类B中的方法 5.输出结果 Function In B
            c.Function();    // 执行c.Function：1.先检查申明类A 2.检查到是虚拟方法 3.转去检查实例类C，无重载的 4.转去检查类C的父类B，有重载的 5.执行父类B中的Function方法 5.输出结果 Function In B
            d.Function();    // 执行d.Function：1.先检查申明类A 2.检查到是虚拟方法 3.转去检查实例类D，无重载的（这个地方要注意了，虽然D里有实现Function()，但没有使用override关键字，所以不会被认为是重载） 4.转去检查类D的父类A，就为本身 5.执行父类A中的Function方法 5.输出结果 Function In A
            D d1 = new D();
            d1.Function(); // 执行D类里的Function()，输出结果 Function In D
            Console.ReadLine();
        }


        class A
        {
            public virtual void Function() // 注意virtual,表明这是一个虚拟函数
            {
                Console.WriteLine("Function In A");
            }
        }

        class B : A // 注意B是从A类继承,所以A是父类,B是子类
        {
            public override void Function() // 注意override ,表明重新实现了虚函数
            {
                Console.WriteLine("Function In B");
            }
        }

        class C : B // 注意C是从A类继承,所以B是父类,C是子类
        {
        }

        class D : A // 注意B是从A类继承,所以A是父类,D是子类
        {
            public new void Function() // 注意new ，表明覆盖父类里的同名类
            {
                Console.WriteLine("Function In B");
            }
        }

    }
}