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C# 基础——多态的实现方式

news 2025/10/21 10:38:36

在C#中，多态（Polymorphism）是面向对象编程的核心特性之一，指“同一操作作用于不同对象时，可产生不同的执行结果”。其本质是通过统一的接口（或基类）调用不同实现，实现代码的灵活性和可扩展性。

C#中多态的实现方式主要有以下4种，核心是基于动态绑定（运行时确定具体调用的方法） 或静态绑定（编译时确定）：

1. 继承+虚方法重写（virtual + override）

这是最常用的动态多态实现方式，通过基类定义虚方法，派生类重写该方法，最终通过基类引用调用时，会自动执行派生类的实现。

实现步骤：

基类中用 virtual 关键字声明方法（含默认实现）；
派生类中用 override 关键字重写该方法（提供自定义实现）；
通过基类引用指向派生类对象，调用方法时自动执行派生类的重写版本。

示例代码：

// 基类
public class Animal {// 虚方法：定义统一接口，提供默认实现public virtual void Speak() {Console.WriteLine("动物发出声音");}
}// 派生类1：重写虚方法
public class Dog : Animal {public override void Speak() {Console.WriteLine("狗叫：汪汪");}
}// 派生类2：重写虚方法
public class Cat : Animal {public override void Speak() {Console.WriteLine("猫叫：喵喵");}
}// 调用：多态体现
class Program {static void Main() {Animal animal1 = new Dog(); // 基类引用指向派生类对象Animal animal2 = new Cat();animal1.Speak(); // 输出：狗叫：汪汪（执行Dog的实现）animal2.Speak(); // 输出：猫叫：喵喵（执行Cat的实现）}
}

特点：

动态绑定：运行时根据对象实际类型确定调用的方法；
基类有默认实现，派生类可选择是否重写（不重写则沿用基类逻辑）。

2. 抽象类+抽象方法（abstract）

抽象类是无法实例化的基类，其中的抽象方法（abstract）没有默认实现，必须由派生类强制重写。通过抽象类引用调用方法时，同样会执行派生类的实现，属于动态多态。

实现步骤：

用 abstract 关键字定义抽象类；
抽象类中用 abstract 声明抽象方法（只有签名，无方法体）；
派生类必须用 override 重写所有抽象方法；
通过抽象类引用指向派生类对象，调用方法时执行派生类实现。

示例代码：

// 抽象基类（无法实例化）
public abstract class Shape {// 抽象方法：必须由派生类实现public abstract double GetArea();
}// 派生类1：实现抽象方法
public class Circle : Shape {public double Radius { get; set; }public Circle(double radius) => Radius = radius;public override double GetArea() {return Math.PI * Radius * Radius; // 圆面积公式}
}// 派生类2：实现抽象方法
public class Rectangle : Shape {public double Width { get; set; }public double Height { get; set; }public Rectangle(double w, double h) {Width = w;Height = h;}public override double GetArea() {return Width * Height; // 矩形面积公式}
}// 调用：多态体现
class Program {static void Main() {Shape shape1 = new Circle(2); // 抽象类引用指向派生类Shape shape2 = new Rectangle(3, 4);Console.WriteLine(shape1.GetArea()); // 输出：12.566...（圆面积）Console.WriteLine(shape2.GetArea()); // 输出：12（矩形面积）}
}

特点：

动态绑定：运行时确定调用的方法；
强制派生类实现抽象方法（避免“忘记重写”的错误）；
抽象类可包含非抽象方法（提供默认实现）。

3. 接口实现（interface）

接口是一种“行为契约”，仅定义方法签名（无实现），类通过 implements 关键字实现接口时，必须实现接口的所有方法。不同类可实现同一接口的不同逻辑，通过接口引用调用时体现多态。

实现步骤：

用 interface 关键字定义接口（方法无访问修饰符，默认public）；
类用 : 接口名 实现接口，并实现所有接口方法；
通过接口引用指向实现类对象，调用方法时执行对应类的实现。

示例代码：

// 接口：定义行为契约
public interface IFlyable {void Fly(); // 仅声明，无实现
}// 实现类1：鸟
public class Bird : IFlyable {public void Fly() {Console.WriteLine("鸟扇动翅膀飞行");}
}// 实现类2：飞机
public class Plane : IFlyable {public void Fly() {Console.WriteLine("飞机靠引擎飞行");}
}// 调用：多态体现
class Program {static void Main() {IFlyable flyer1 = new Bird(); // 接口引用指向实现类IFlyable flyer2 = new Plane();flyer1.Fly(); // 输出：鸟扇动翅膀飞行flyer2.Fly(); // 输出：飞机靠引擎飞行}
}

特点：

动态绑定：运行时确定调用的方法；
接口支持“多实现”（一个类可实现多个接口），而类只能单继承，因此接口更灵活；
适合定义跨类别的通用行为（如“飞行”可被鸟、飞机等不同类型的类实现）。

4. 隐藏基类方法（new关键字）

通过 new 关键字在派生类中定义与基类同名的方法，会“隐藏”基类方法（而非重写）。这种方式属于静态多态（编译时绑定），调用哪个版本的方法由“引用类型”而非“对象实际类型”决定。

实现步骤：

基类定义普通方法；
派生类用 new 关键字定义同名方法（隐藏基类方法）；
调用时，基类引用调用基类方法，派生类引用调用派生类方法。

示例代码：

public class Parent {public void Print() {Console.WriteLine("父类方法");}
}public class Child : Parent {// new关键字：隐藏父类的Print方法public new void Print() {Console.WriteLine("子类方法");}
}class Program {static void Main() {Parent p = new Child(); // 基类引用指向派生类对象Child c = new Child();  // 派生类引用p.Print(); // 输出：父类方法（由引用类型Parent决定）c.Print(); // 输出：子类方法（由引用类型Child决定）}
}

注意：

这不是“真正的多态”，因为行为由引用类型（编译时已知）决定，而非对象实际类型；
通常不推荐使用，容易导致逻辑混淆（建议优先用 override 重写）。

总结：多态实现方式的对比

方式	核心关键字	绑定时机	适用场景
虚方法重写	virtual + override	运行时	基类有默认实现，派生类可选择性重写
抽象类+抽象方法	abstract + override	运行时	基类无默认实现，强制派生类提供具体逻辑
接口实现	interface	运行时	跨类别的行为约定，支持多实现
隐藏基类方法	new	编译时	特殊场景（不推荐，易混淆）