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C#面向对象核心-封装

  • Post category:C#

封装

封装定义为”把一个或多个项目封闭在一个物理的或者逻辑的包中”，这个包就是类。在面向对象程序设计方法论中，封装可以防止对实现细节的访问。

1 类和对象

1.1 什么是类

具有相同特征、行为，是一类事物的抽象

类是对象的模板，通过类创建对象

1.2 类声明语法

//声明在namespace中
/*class 类名
{
    //成员变量 表示特征
    //成员方法 表示行为
    //成员属性 保护成员变量
    //构造函数和析构函数 初始化和释放
    //索引器 像数组一样使用
    //运算符重载 自定义对象可计算
    //静态成员 类名.点出成员使用
}*/
class Person
{

}

1.3 类对象

类声明和类对象声明是两个概念：

  • 类声明相当于定义了一个变量类型；
  • 类对象声明相当于声明一个类的变量，这个过程称为实例化对象；
  • 类对象是引用类型。
//类名 变量名；
//类名 变量名 = null;
//类名 变量名 = new 类名();
Person p1;
Person p2 = null;//空，不分配堆的内存空间

//p3 p4虽然来自一个类的实例化对象，但它们的特征行为等都是分别独有的，不会相互共享
Person p3 = new Person();
Person p4 = new Person();

2 成员变量和访问修饰符

2.1 成员变量

声明在类语句块中，来描述对象的特征，可以是任意的变量类型，数量无限制，是否赋值根据需求确定

 enum E_SexType
{
    Man,
    Woman,
}

struct Position
{

}

class Pet//宠物类
{

}

class Person
{
    //成员变量
    public string name;
    public int age;
    public E_SexType sex;
    //如果在类中声明和自己类型相同的成员变量时，不能对它实例化：Person grilFriend = new Person();
    public Person grilFriend;//女朋友 类可以用自己，但结构体不能，因为类在初始化时候才会分配内存，结构体则会一直死循环
    public Person[] friend;//朋友
    public Position pos;//位置
    public Pet pet = new Pet();//宠物
}

2.2 访问修饰符

  • public 公共的，自己（内部）和别人（外部）都能访问使用
  • private 私有的，自己才能访问和使用，不写默认为私有
  • protected 保护的，自己和子类才能访问使用
  • internal 内部的，同一个程序集的对象可以访问，程序集就是命名空间

2.3 成员变量的使用和初始值

Person p = new Person();
/* 成员变量的使用和初始值
 * 值类型、数字类型：默认为0
 * bool类型：默认为false
 * 引用类型：默认为null
 * 用default(变量类型) 关键字可以看默认值
 */
Console.WriteLine(default(bool));
p.age = 10;

3 成员方法

3.1 成员方法声明

  • 声明在类语句块中，来描述对象的行为
  • 和函数声明规则相同，受访问限制符影响
  • 不需要加static关键字
class Person
{
    public string name;
    public int age;
    public Person[] friends;

    //成员方法
    public void Speak(string str)
    {
        Console.WriteLine($"{name}说{str}");
    }

    public bool isAudlt()
    {
        return age >= 18;
    }

    public void AddFriend(Person p)//添加朋友
    {
        if (friends == null) 
        { 
            friends = new Person[] { p }; 
        }
        else
        {
            Person[] newFriends = new Person[friends.Length + 1];
            for(int i = 0; i < friends.Length; i++)//老朋友复制到新数组
            {
                newFriends[i] = friends[i];
            }
            newFriends[newFriends.Length - 1] = p;//新加的朋友
            friends = newFriends;//地址重定向
        }
    }

3.2 成员方法的使用

必须实例化对象，再通过对象来使用，相当于对象执行了某个行为

Person p =  new Person();
p.name = "abc";
p.age = 18;
p.Speak("123");

if (p.isAudlt()) p.Speak("我成年了");//使用

Person p2 = new Person();
p2.name = "def";
p2.age = 24;

p.AddFriend(p2);

foreach(Person f in p.friends)
{
    Console.WriteLine(f.name);
}

4 构造函数、析构函数和垃圾回收

4.1 构造函数

  • 用处：在实例化对象时，会调用的用于初始化的函数，如果没写，默认存在一个无参的构造函数
  • 没有返回值，函数名和类名相同，访问权限一般都是public
  • 如果实现了有参构造函数且没有写无参构造函数，那么默认的无参构造函数就没有了，实例化对象时只能有参实例化
class Person
{
    public string name;
    public int age;

    //类中允许无参构造函数，结构体中不行
    //无参构造函数
    public Person()
    {
        name = "tyy";
        age = 24;
    }

    //构造函数可以被重载，this代表当前调用该函数的对象本身
    public Person(string name, int age)
    {
        this.name = name; 
        this.age = age;
    }

    //构造函数特殊写法：通过this 复用构造函数代码
    //访问修饰符 构造函数名（参数）：this（参数1，参数2...）。先调用this()里面的构造函数重载，再执行后面花括号内容
    //先调用this()里面的构造函数重载，再执行后面花括号内容
    public Person(string name):this()
    {
        Console.WriteLine("两个构造函数调用");
    }
}

4.2 析构函数

  • 与内存垃圾回收有关，C#有自动回收垃圾，几乎不用析构函数
  • 析构函数只能在类中定义，不能用于结构体；
  • 一个类中只能定义一个析构函数；
  • 析构函数不能继承或重载；
  • 析构函数没有返回值；
  • 析构函数是自动调用的，不能手动调用；
  • 析构函数不能使用访问权限修饰符修饰，也不能包含参数。
class Person
{
    public Person()
    {
        
    }
	~Person()
    {

    }
}

4.3 垃圾回收

  • 垃圾就是内存中没有被任何变量、对象引用的内容；
  • 垃圾回收（Garbage Collecyor GC）就是遍历堆（Heap）上动态分配的所有对象，识别它们是否被引用来确定哪些对象是垃圾，哪些对象有用；
  • GC只负责Heap内存的垃圾回收，引用类型都是存放在Heap中，因此它们的分配释放都通过GC来处理；
  • 系统自动管理栈（Stack）内存的垃圾回收，值类型通过Stack分配内存，它们有自己的生命周期，自动分配释放；
  • 垃圾回收算法：引用计数（Reference Counting）、标记清除（Mark Sweep）、标记整理（Mark Compact）、复制集合（Copy Collection）。

GC基本原理：

  • 分代算法：把Heap内存分为 0代内存 1代内存 2代内存
  • 新分配的对象存储在0代内存里，每次分配或（0 1 2代内存满）可能进行垃圾回收释放内存，执行下列两步：
  • 1、标记对象：从根（静态字段、方法参数）开始检测引用对象，检测到的为可达对象，未检测到的为不可达对象（垃圾）
  • 2、搬迁对象压缩堆：释放不可达对象，搬迁可达对象到下一代，修改它们的引用地址
  • 1代内存满时会触发GC释放0 1代内存空间，2代满了0 1 2代内存都释放
//手动出发垃圾回收的方法，一般在Loading切换场景时才调用
GC.Collect();

5 成员属性

  • 用于保护成员变量；
  • 为成员属性的获取和赋值添加逻辑处理；
  • 解决3P（public、private、protected）的局限性；
  • 成员属性可以设置成员变量在外部的权限为只能获取不能修改 或 只能修改不能获取。

5.1 成员属性的基本语法

/*
访问修饰符 属性类型 属性名
{
    get{}   读，写了get就一定要有一个返回值
    set{}   写
}
*/

class Person
{
    private string name;
    private int age;
    private int money;
    private bool sex;

    //属性的命名用帕斯卡命名法
    public string Name
    {
        get
        {
            //可以在返回之前添加一些逻辑条件
            return name;//虽然name是私有的，但是通过成员属性也能得到它
        }
        set
        {
            //可以在设置之前添加一些逻辑条件
            //value关键字表示外部传入的值
            name = value;
        }
    }

    public int Money
    {
        get
        {
            //解密处理
            return money - 5;
        }
        set
        {
            //可以进行额外的加密处理 起到安全和保密作用
            if(value < 0)
            {
                value = 0;
                Console.WriteLine("钱不能为负数");
            }
            money = value + 5;
        }
    }
}

5.2 成员属性的使用

Person p = new Person();
p.Name = "abc";//执行set{}
Console.WriteLine(p.Name);//p.Name执行get{}

p.Money = 1000;
Console.WriteLine(p.Money);//外部看是1000元，但在内存里面是1005元 起到了加密的作用

5.3 get和set的访问修饰符

  • 默认会使用属性的访问修饰符；
  • 如果要加，权限要低于属性的访问权限；
  • 不能让get和set的权限都低于属性的权限，要满足 只读不写 或 只写不读，解决3P的局限性。

5.4 get和set可以只有一个

class Person
{
    private string name;
    private int age;
    private int money;
    private bool sex;
    
    public bool Sex
    {
        get { return sex; }//创造只读属性，private类型的成员也能读
    }
}

5.5 自动属性

  • 作用：外部只读不写的特征
  • 如果类中有一个特征是只希望外部只读不写的，又没什么特殊处理，那么可以直接使用自动属性
class Person
{
    private string name;
    private int age;
    private int money;
    private bool sex;
    
    public float Height
    {
        get;
        private set;
    }
}

6 索引器

  • 索引器（Indexer） 允许一个对象可以像数组一样使用下标的方式来访问；
  • 当为类定义一个索引器时，该类的行为就会像一个 虚拟数组（virtual array） 一样。可以使用数组访问运算符 [ ] 来访问该类的的成员。

6.1 基本语法

/*
 element-type this[int index]
{
    // get 访问器
    get
    {
        // 返回 index 指定的值
    }

    // set 访问器
    set
    {
        // 设置 index 指定的值
    }
}
*/
class Person
{
    private string name;
    private int age;
    private Person[] friends;

    public Person this[int index]
    {
        //可以写逻辑条件来处理
        get
        {
            if(friends == null || friends.Length - 1 < index)
            {
                return null;
            }
            return friends[index];
        }
        set
        {
            //和成员属性类似，value代表传入的值
            if(friends == null)
            {
                friends = new Person[] { value };
            }else if(index > friends.Length - 1)
            {
                friends[friends.Length - 1] = value;//举例 如果索引越界就把最后一个朋友顶掉
            }
            else friends[index] = value;
        }
    }
}

6.2 使用

Person p = new Person();
p[0] = new Person();//调用set 得到1个朋友
Console.WriteLine(p[0]);//调用get

6.3 索引器重载

class Person
{
    public int[,] array;
    
    //函数名相同，但参数类型、个数或顺序不同
    public int this[int i, int j]
    {
        get
        {
            return array[i, j];
        }
        set
        {
            array[i, j] = value;
        }
    }
}

7 静态成员

  • 关键字 static
  • 用static修饰的 成员变量、方法、属性等 称为静态成员
  • 特点：直接用类名+点 使用，如Console.XX

7.1 自定义静态成员

class Test
{
    //静态成员变量
    public static float PI = 3.121592654f;
    //成员变量
    public int testInt = 100;

    //静态成员方法
    //静态方法不能使用非静态成员变量，与静态和非静态的生命周期有关
    public static float CalcCircle(float r)
    {
        //πr²
        return PI * r * r;
    }

    //普通成员方法
    //非静态方法可以使用静态成员变量
    public void testFun()
    {
        Console.WriteLine("123");
        Console.WriteLine(PI);
    }
}

7.2 静态成员使用

Console.WriteLine(Test.PI);
Console.WriteLine(Test.CalcCircle(2));

//普通的只有new了对象之后才能使用那些变量方法等
Test t = new Test();
Console.WriteLine(t.testInt);
t.testFun();

7.3 为什么能够不实例化对象直接使用

  • 静态成员在程序开始运行时就会分配内存空间，和程序同生共死，只要使用了静态成员，直到程序结束了它的内存才会被释放；
  • 每个静态成员在内存里都有唯一的一块空间，因此类中只有一个该静态成员的实例，在任何地方使用都是改变那一个。

7.4 常量const和静态变量static

相同点：都可以使用类名+点使用
不同点：

  • const必须初始化且不能修改；
  • const只修饰变量；
  • const一定写在访问修饰符后面，static可前可后。

8 静态类和静态构造函数

8.1 静态类

用 static 修饰的类，只能包含静态成员，不能被实例化
作用：

  • 将常用的静态成员写在静态类中，方便使用；
  • 静态类不能被实例化，体现工具类的唯一性 如Console就是一个静态类，它写在命名空间System里面。
static class TestClass
{
    public static int testIndex = 0;
    public static void testFun()
    {

    }
}

8.2 静态构造函数

  • 在构造函数加上static修饰；
  • 不能使用访问修饰符，不能有参数，只会自动调用一次；
  • 作用：在静态构造函数中初始化静态变量。

8.2.1 静态类 中的 静态构造函数

static class StaticClass
{
    //第一次使用类时，类里面的静态成员自动调用一次
    public static int testInt = 100;
    public static int testInt2 = 100;

    static StaticClass()
    {
        Console.WriteLine("静态构造函数");
    }
}

8.2.2 普通类 中的 静态构造函数

class Test
{
    public static int testInt = 200;
    static Test()
    {
        Console.WriteLine("静态构造");
    }
    public Test()
    {
        Console.WriteLine("普通构造");
    }
}

8.3 使用

Console.WriteLine(StaticClass.testInt);

//第一次使用类时，类里面的静态成员自动调用一次
Console.WriteLine(Test.testInt);
//普通构造在new的时候调用
Test t = new Test();

9 拓展方法

为现有 非静态 的 <变量类型> 添加新方法

作用：

  • 提升程序的拓展性；
  • 不需要在对象中重写方法或通过继承来添加方法；
  • 为别人封装的类型写额外的方法。

特点：

  • 一定写在静态类中
  • 一定是个静态函数
  • 第一个参数为拓展目标
  • 第一个参数用this修饰

9.1 基本语法

访问修饰符 static 返回值 函数名（this 要拓展的类名 参数名，参数类型 参数名，……）

static class Tools
{
    //为int拓展了一个成员方法，int里面是没有SpeakValue方法的
    //value 代表使用该方法的 实例化对象
    public static void SpeakValue(this int value)
    {
        //拓展方法的逻辑
        Console.WriteLine("为int拓展的方法" + value);
    }

    public static void SpeakStringInfo(this string str, string str2, string str3)
    {
        Console.WriteLine("为string拓展的方法，调用方法的对象是：" + str);
        Console.WriteLine("传的参数：" + str2 + str3);
    }

    //为自定义的类型Test拓展方法
    public static void Fun3(this Test t)
    {
        Console.WriteLine("为Test拓展的方法");
    }
}

class Test
{
    public int i = 10;
    public void Fun1()
    {
        Console.WriteLine("123");
    }
    public void Fun2()
    {
        Console.WriteLine("456");
    }
}

9.2 使用

int i = 10;
i.SpeakValue();

string s = "ABC";
s.SpeakStringInfo("a ", "b");

Test t = new Test();
t.Fun3();

10 运算符重载

10.1 基本概念

作用：让自定义的类和结构体能够使用运算符进行运算，关键字 operator

特点：

  • 一定是一个公共的静态方法；
  • 返回值写在operator前；
  • 逻辑处理自定义。

注意：

  • 条件运算符需要成对实现；
  • 一个符号可以多个重载；
  • 不能使用ref和out。

10.2 可重载和不可重载的运算符

注意：运算符需要两个参数还是一个参数

可重载的：

  • 算数运算符：+ – * / % ++ —
  • 逻辑运算符：！
  • 位运算符：| & ^ ~ << >>
  • 条件运算符：> < >= <= == != ，需要成对出现：（大于，小于）（大于等于，小于等于）（等于，不等于）

不可重载的：

  • 逻辑与（&&） 逻辑或（||）
  • 索引符 []
  • 强转运算符 ()
  • 特殊运算符
  • 点. 三目运算符

10.3 基本语法

public static 返回类型 operator 运算符（参数列表）

class Point
{
    public int x;
    public int y;

    //重载‘+’成为类Point的加法
    public static Point operator +(Point p1, Point p2)
    {
        Point p = new Point();
        p.x = p1.x + p2.x;
        p.y = p1.y + p2.y;
        return p;
    }

    //可以有多个重载
    public static Point operator +(Point p1, int value)
    {
        Point p = new Point();
        p.x = p1.x + value;
        p.y = p1.y + value;
        return p;
    }
}

10.4 使用

Point p1 = new Point();
p1.x = 1;
p1.y = 1;
Point p2 = new Point();
p2.x = 2;
p2.y = 2;

Point p3 = p1 + p2;

Point p4 = p3 + 2;

11 内部类和分部类

11.1 内部类

  • 在一个类中再申明一个类
  • 使用时要用包裹者点出内部类
  • 实现类之间的亲密关系
class Person
{
    public int age;
    public string name;
    public Body body;
    public class Body
    {
        Arm leftArm;
        Arm rightArm;
        class Arm
        {

        }
    }
}

//使用
Person p = new Person();
Person.Body body = new Person.Body();

11.2 分部类

把一个类分成几部分申明。
作用：分部描述一个类，增加程序的拓展性，关键字 partial

11.3 分部方法

将方法的声明和实现分离。

特点：

  • 不能加访问修饰符，默认私有
  • 只能在分部类中声明
  • 返回值只能是void
  • 可以有参数，但不用out关键字
//分部类
partial class Student
{
    public string name;
    public bool sex;

    //分部方法
    partial void Move();
}

partial class Student
{
    public int number;

    partial void Move()
    {
        //实现分部方法逻辑
        throw new NotImplementedException();
    }

    public void Speak(string str)
    {

    }
}