第11章　多态

在理解C#多态性之前，首先理解一下什么是多态。多态是面向对象编程的重要概念，是面向对象程序设计（OOP^[1]）中的三大机制之一。因为有了继承，一个类可以从类继承，可以实现接口，那么这个类除了有它本身的类型，还将具有基类的类型，以及它所实现的接口的类型，也就意味着一个基类的引用可以指向它的所有派生类型，那么当通过基类的引用调用在派生类中实现的方法时，不同的派生类将产生不同的调用结果，这就是多态性。可见继承机制是实现多态的基础。C#中的每种类型都是多态的，因为任何类型都从Object类型派生。

举个简单的例子说明，假如有一个数组，其中有3个元素B、C、D，它们都有共同的基类A，在基类中有一个方法M，这些派生类也都有一个方法M的实现，当我们调用这3个元素的M方法时，将产生3种不同的结果，这就是多态，如图11-1所示。

图　11-1　多态

C#中的多态性分为两种，一种是编译时的多态性，一种是运行时的多态性。

❑编译时的多态性：编译时的多态性是通过重载来实现的。对于非虚的成员来说，系统在编译时，根据传递的参数个数、参数类型等信息决定使用哪个重载方法，以实现某种操作。

❑运行时的多态性：C#中运行时的多态性是通过覆写虚方法实现的。具体是指直到系统运行时，才根据实际情况决定实现何种操作。

下面我们来分别理解一下C#多态中涉及的几个概念：重载方法、虚方法、覆写方法和抽象类及抽象方法。

11.1　重载方法

在8.9节我们已经介绍过方法的重载，本章将进一步学习这一重要概念。我们知道，重载就是在同一个类中存在多个同名的方法，但签名却不同。因此，方法的重载需要以下几个前提条件：

❑在同一个类中；

❑方法名相同；

❑方法签名不同。

需要特别注意的是方法签名，方法的签名包括方法的名称以及参数信息（包括形参的修饰符、数目、类型以及泛型参数的数目）。特别需要注意的是，返回值类型、形参和类型参数的名称并不属于方法签名的一部分。

重载是编译时的多态，事实上是一种静态绑定。

以上是针对非泛型方法的重载，而对于自.NET 2.0便开始引入的泛型技术^[2]，泛型类的方法重载如代码清单11-1所示：

代码清单11-1　泛型类的方法重载

1 using System；

2 public class MethodSample

3{

4 public static void Main（）

5{

6 TestClass＜int，string＞tc=new TestClass＜int，string＞（）；

7 tc.DoSomething（5，"10"）；

8 tc.DoSomething（"10"，5）；

9

10 TestClass＜int，int＞tc2=new TestClass＜int，int＞（）；

11 tc2.DoSomething（5，10）；

12 tc2.DoSomething（10，5）；

13}

14}

15

16 public class TestClass＜T，V＞

17{

18 public T DoSomething（T n，V m）//泛型方法

19{

20 Console.WriteLine（“方法1”）；

21 return n；

22}

23

24 public T DoSomething（V n，T m）//泛型方法

25{

26 Console.WriteLine（“方法2”）；

27 return m；

28}

29

30 public int DoSomething（int m，int n）//非泛型方法

31{

32 Console.WriteLine（“方法3”）；

33 return 0；

34}

35}

上述代码定义了一个具有两个泛型类型参数（T和V）的泛型类TestClass，其中定义了两个泛型方法和一个非泛型方法。

先来观察下第6行至第8行，分别使用int和string作为类型参数实例化TestClass类，那么，此时两个泛型方法其实为代码清单11-2所示。

代码清单11-2　使用int和string作为类型参数实例化TestClass类

public int DoSomething（int n，string m）

{

Console.WriteLine（“方法1”）；

return n；

}

public int DoSomething（string n，int m）

{

Console.WriteLine（“方法2”）；

return m；

}

这样，即演变成非泛型方法的重载，如图11-2所示。

图　11-2　使用int、string作为类型参数实例化TestClass类

但是，如果像第10～12行那样又如何呢？使用两个int作为类型参数实例化TestClass类，此时，TestClass类见代码清单11-3和图11-3。

代码清单11-3　使用两个int作为类型参数实例化TestClass类

public class TestClass＜int，int＞

{

public int DoSomething（int n，int m）

{

Console.WriteLine（“方法1”）；

return n；

}

public int DoSomething（int n，int m）

{

Console.WriteLine（“方法2”）；

return m；

}

public int DoSomething（int m，int n）

{

Console.WriteLine（“方法3”）；

return 0；

}

}

图　11-3　T、V均使用int作为类型参数

根据重载的定义，这三个方法的方法签名完全一样，是否造成了冲突呢？编译一下代码清单11-1，结果一切正常，CLR并没有如预期般抛出异常，这是怎么回事呢？这是因为有第3个非泛型方法存在（代码清单11-1的第30行），如果删掉第3个非泛型重载方法，或者使用两个string作为类型参数，如图11-4所示，系统将抛出如下异常：

在以下方法或属性之间的调用不明确：

“ProgrammingCSharp4.TestClass＜T，V＞.DoSomething（T，V）”和

“ProgrammingCSharp4.TestClass＜T，V＞.DoSomething（V，T）”

即，在两个方法之间发生混淆，因为这两个方法的签名相同，运行时无法在第一个和第二个之间做出选择。我们由此可知：

❑当非泛型方法和泛型方法具有相同的签名时，运行时将优先调用非泛型方法；

❑泛型方法的重载是否产生混淆，是在运行时调用的时候检查的，而非编译的时候检查。

图　11-4　泛型方法重载中发生的混淆

[1]OOP：Object Oriented Programming，面向对象的程序设计。

[2]泛型将在第17章介绍，请读者自行参阅。