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第四章：C# 面向对象编程详解：从类与对象到完整项目实践

news 2025/11/12 9:33:23

C# 面向对象编程详解：从类与对象到完整项目实践

4.1 类（Class）与对象（Object）的概念

核心概念解析

类（Class） 是面向对象编程的蓝图或模板，它定义了：

数据成员：字段和属性，用于存储对象状态
行为成员：方法，定义对象能执行的操作
构造机制：构造函数，用于创建和初始化对象

对象（Object） 是类的具体实例，是根据类定义创建的现实实体。

类与对象关系流程图

现实世界类比

// 类：就像汽车的设计图纸
class Car
{// 属性：颜色、品牌、速度等public string Color { get; set; }public string Brand { get; set; }// 方法：启动、加速、刹车等public void Start() { /* 启动逻辑 */ }public void Accelerate() { /* 加速逻辑 */ }
}// 对象：就像根据图纸制造的具体汽车
Car myCar = new Car();      // 我的汽车
Car yourCar = new Car();    // 你的汽车

第一个完整的类示例

using System;// 定义一个Person类
class Person
{// 字段 - 存储数据public string name;public int age;// 方法 - 定义行为public void Introduce(){Console.WriteLine($"你好，我叫{name}，今年{age}岁。");}
}class Program
{static void Main(){// 创建Person类的对象（实例化）Person person1 = new Person();person1.name = "张三";person1.age = 25;person1.Introduce();  // 输出：你好，我叫张三，今年25岁。Person person2 = new Person();person2.name = "李四";person2.age = 30;person2.Introduce();  // 输出：你好，我叫李四，今年30岁。}
}

4.2 字段（Field）与属性（Property）

字段（Field）

字段是直接在类中声明的变量，用于存储对象的状态数据。

class Student
{// 公共字段 - 通常使用小写字母开头public string name;public int age;// 私有字段 - 只能在类内部访问private double gpa;// 静态字段 - 属于类本身，所有实例共享private static int studentCount = 0;
}

属性（Property）

属性提供了对字段的安全访问机制，可以添加验证逻辑。

属性访问流程图

完整属性（Full Property）

class BankAccount
{private double balance;  // 私有字段// 属性 - 提供对balance字段的受控访问public double Balance{get { return balance; }  // 读取值set { // 添加验证逻辑if (value >= 0)balance = value;elseConsole.WriteLine("余额不能为负数！");}}private string accountNumber;// 只读属性public string AccountNumber{get { return accountNumber; }}
}

自动属性（Auto Property）

当不需要额外逻辑时，可以使用简洁的自动属性：

class Product
{// 自动属性 - 编译器自动生成私有字段public string Name { get; set; }public decimal Price { get; set; }public int Stock { get; set; }// 只读自动属性（只能在构造函数中设置）public string Category { get; }// 带有不同访问级别的属性public string InternalCode { get; private set; }
}

字段与属性的使用场景对比

class Employee
{// 字段 - 用于内部计算，不需要外部访问private DateTime hireDate;private int workingYears;// 属性 - 需要验证或计算的公共数据private string _name;public string Name{get { return _name; }set { if (!string.IsNullOrWhiteSpace(value))_name = value.Trim();elsethrow new ArgumentException("姓名不能为空");}}// 计算属性（只有getter）public bool IsEligibleForPromotion{get { return workingYears >= 3; }}// 自动属性public string Department { get; set; }
}

4.3 方法（Method）

方法的基本定义

方法是类中定义行为的方式，包含执行特定任务的语句块。

class Calculator
{// 无参数无返回值的方法public void ShowWelcome(){Console.WriteLine("欢迎使用计算器！");}// 有参数无返回值的方法public void PrintMessage(string message){Console.WriteLine($"消息：{message}");}// 有参数有返回值的方法public int Add(int a, int b){return a + b;}// 多个参数的方法public double CalculateBMI(double weight, double height){return weight / (height * height);}
}

方法调用执行流程图

方法重载（Overload）

同一个类中可以有多个同名方法，只要参数列表不同：

class MathOperations
{// 整数相加public int Add(int a, int b){return a + b;}// 浮点数相加 - 参数类型不同public double Add(double a, double b){return a + b;}// 三个数相加 - 参数数量不同public int Add(int a, int b, int c){return a + b + c;}
}

方法重载解析流程图

参数传递方式

class ParameterDemo
{// 值传递 - 传递参数的副本public void IncrementValue(int number){number++;Console.WriteLine($"方法内: {number}");}// 引用传递 - 使用ref关键字public void IncrementRef(ref int number){number++;Console.WriteLine($"方法内: {number}");}// 输出参数 - 使用out关键字public void GetUserInfo(out string name, out int age){name = "张三";  // 必须赋值age = 25;      // 必须赋值}
}

4.4 构造函数与析构函数

构造函数（Constructor）

构造函数在创建对象时自动调用，用于初始化对象。

class Book
{public string Title { get; set; }public string Author { get; set; }public decimal Price { get; set; }// 默认构造函数public Book(){Title = "未知";Author = "未知";Price = 0;}// 参数化构造函数public Book(string title, string author, decimal price){Title = title;Author = author;Price = price;}// 构造函数重载public Book(string title, string author) : this(title, author, 0){// 使用this调用其他构造函数}
}

对象生命周期流程图

静态构造函数

静态构造函数用于初始化类的静态成员。

class Configuration
{public static string DatabaseConnection { get; private set; }public static DateTime InitializeTime { get; private set; }// 静态构造函数static Configuration(){DatabaseConnection = "Server=localhost;Database=MyApp;";InitializeTime = DateTime.Now;}
}

析构函数

class ResourceManager
{private string resourceName;public ResourceManager(string name){resourceName = name;}// 析构函数~ResourceManager(){Console.WriteLine($"资源 '{resourceName}' 正在被清理");// 释放非托管资源}
}

注意：在现代C#中，通常使用 IDisposable 接口而不是析构函数来管理资源。

4.5 📝 动手练习

练习1：银行账户类

class BankAccount
{public string AccountNumber { get; }public string Owner { get; set; }public decimal Balance { get; private set; }// 静态字段private static int accountCount = 0;public BankAccount(string owner, decimal initialBalance = 0){AccountNumber = GenerateAccountNumber();Owner = owner;Balance = initialBalance;accountCount++;}public void Deposit(decimal amount){if (amount <= 0){Console.WriteLine("存款金额必须大于0");return;}Balance += amount;Console.WriteLine($"成功存款 {amount:C}，当前余额: {Balance:C}");}public void DisplayInfo(){Console.WriteLine("=== 账户信息 ===");Console.WriteLine($"账号: {AccountNumber}");Console.WriteLine($"户主: {Owner}");Console.WriteLine($"余额: {Balance:C}");}private string GenerateAccountNumber(){return "ACC" + DateTime.Now.ToString("yyyyMMddHHmmss");}
}

银行账户操作流程图

练习2：学生成绩管理系统学生类

class Student
{public string StudentId { get; }public string Name { get; set; }private double[] grades;// 计算属性public double GPA { get {if (grades.Length == 0) return 0;return grades.Average();} }public Student(string studentId, string name){StudentId = studentId;Name = name;grades = new double[0];}public void AddGrade(double grade){Array.Resize(ref grades, grades.Length + 1);grades[grades.Length - 1] = grade;}public void DisplayInfo(){Console.WriteLine($"学号: {StudentId}, 姓名: {Name}, 平均分: {GPA:F1}");}
}

学生成绩管理流程图

练习3：游戏角色战斗系统游戏角色类

class GameCharacter
{public string Name { get; }public int Health { get; private set; }public bool IsAlive => Health > 0;public GameCharacter(string name){Name = name;Health = 100;}public void Attack(GameCharacter target){if (!IsAlive || !target.IsAlive) return;int damage = 20;target.TakeDamage(damage);Console.WriteLine($"{Name} 攻击了 {target.Name}");}public void TakeDamage(int damage){Health -= damage;if (Health < 0) Health = 0;}
}

游戏战斗系统流程图