C#入門指南: 一文快速入門C#_4(類別篇)
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C#入門指南: 一文快速入門C#_4(類別篇)

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發佈於大學必備程式設計入門
更新於 發佈於 閱讀時間約 29 分鐘

Class類別觀念

  • 類別（Class） 是一種用來描述物件（Object）特徵與行為的藍圖或模板。
  • 物件則是依據類別建立的實例（Instance）。

換句話說，類別就像「設計圖」，而物件是根據設計圖打造出來的「實體」。

類別的主要要素:

  • 欄位（Field）：用來儲存資料或物件狀態的變數。
  • 屬性（Property）：為欄位提供封裝，並允許在存取時執行邏輯（如驗證或計算）。
  • 方法（Method）：定義物件的行為與功能，類似於函式，用於執行一個明確的動作或演算。
  • 建構函式（Constructor）：當物件被建立時，會自動被呼叫，用來初始化物件。
  • 解構函式（Destructor）（比較少用） ：物件被回收時自動執行的程式碼區塊，通常不常手動實作，在 .NET 中交由垃圾回收（Garbage Collector）處理。

簡單範例

以下是一個最簡單的類別範例:

public class Person
{
    // 欄位（Field）
    private string name;
    private int age;

    // 屬性（Property）
    public string Name
    {
        get { return name; }
        set { name = value; }
    }

    public int Age
    {
        get { return age; }
        set 
        { 
            if (value >= 0)
                age = value; 
        }
    }

    // 建構函式（Constructor）
    public Person(string name, int age)
    {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    // 方法（Method）
    public void Introduce()
    {
        Console.WriteLine($"Hello, my name is {name}, and I'm {age} years old.");
    }
}
  • public class Person：使用 public 表示此類別可以被其他程式碼存取。類別名稱為 Person。
  • private string name;、private int age;：私有欄位，只能在此類別內被使用。
  • 屬性 Name 與 Age：用來封裝欄位，常用的好處是可以在 get 與 set 做額外的檢查或運算。
  • 建構函式 Person(string name, int age)：用來在建立物件時，初始化 name 與 age。
  • 方法 Introduce()：類別定義的行為，這裡只是單純地印出訊息。

接下來，該如何建立物件?以下示範:

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 使用建構函式建立 Person 物件
        Person person1 = new Person("Alice", 25);

        // 透過屬性存取與設定欄位
        person1.Name = "Alice Chen";
        person1.Age = 30;

        // 呼叫方法
        person1.Introduce();
    }
}

輸出結果:

Hello, my name is Alice Chen, and I'm 30 years old.

C# 的存取修飾子

C# 類別宣告的成員變數或方法可以使用private、public、protected、internal、protected internal幾種修飾子指定成員的存取階級，其說明如下:

  • private：成員變數或方法只能在類別本身呼叫或存取，如果沒有使用修飾子，預設是private。
  • public：成員變數或方法是此類別建立物件對外的使用介面，任何程式碼都可存取。
  • protected：僅能在同一個類別或其子類別（繼承類別）中存取。
  • internal：在相同 C# 專案的程式檔案可以呼叫或存取，但不包含其它專案。
  • protected internal : 在相同 C# 專案的程式檔案可以呼叫或存取，也能和其它專案繼承此類別的子類別來呼叫和存取。

實務上，主要是使用private、public、protected 三種存取修飾子來控制類別成員的存取，例如，類別對外的使用介面宣告成public，需要隱藏的資料或只供類別本身呼叫的方法(工具方法)則宣告成private。

屬性的進階用法

唯讀屬性（Read-Only Property）

如果只有 get 存取器，沒有 set 存取器，則該屬性是唯讀的。

public class Person
{
    private string name = "Unknown";

    public string Name
    {
        get { return name; }
    }
}

使用時只能讀取，不能寫入:

Person person = new Person();
Console.WriteLine(person.Name); // 可以讀取
person.Name = "Alice"; // 編譯錯誤，因為沒有 set 存取器

唯寫屬性（Write-Only Property）

如果只有 set 存取器，沒有 get 存取器，則該屬性是唯寫的。

public class Person
{
    private string name;

    public string Name
    {
        set { name = value; }
    }
}

使用時只能寫入，不能讀取:

Person person = new Person();
person.Name = "Alice"; // 可以寫入
Console.WriteLine(person.Name); // 編譯錯誤，因為沒有 get 存取器

自動屬性（Automatic Property）

如果屬性的 get 和 set 存取器沒有額外的邏輯，可以使用自動屬性，編譯器會自行實作屬性的get和set程式區塊

public class Person
{
    public string Name { get; set; } // 自動實作屬性
}

上面程式碼中，Name屬性只有get和set，沒有程式碼區塊，C#編譯器會自動宣告private欄位來實作屬性。

使用方式與普通屬性相同：

Person person = new Person();
person.Name = "Alice";
Console.WriteLine(person.Name);

屬性初始化

你可以在宣告屬性時直接初始化:

public class Person
{
    public string Name { get; set; } = "Unknown";
}

最常見的情況下：

  • 欄位通常標記為 private。
  • 提供 public 屬性或方法進行間接操作。

建構函式（Constructor）與多載（Overloading）

  • 與類別同名，沒有回傳值。
  • 物件建立時會自動被呼叫，可用來初始化欄位或執行必須的動作。
public class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }

    // 預設建構函式（沒有參數）
    public Person()
    {
        Name = "Unknown";
        Age = 0;
    }

    // 有參數的建構函式
    public Person(string name, int age)
    {
        Name = name;
        Age = age;
    }
}

建構函式多載（Overloading）可以定義多個同名建構函式，只要參數數量或型別不同即可。呼叫哪個建構函式取決於傳入的參數形態。

Person p1 = new Person();            // 呼叫無參數建構函式
Person p2 = new Person("Bob", 28);   // 呼叫有參數建構函式

繼承（Inheritance）

繼承讓我們可以基於現有的類別延伸出新的類別，使我們能夠重複使用並擴充程式碼。繼承的使用場景為is-a關係，例如，狗是一個動物。基本用法如下:

public class Animal
{
    public string Name { get; set; }
    public void Eat()
    {
        Console.WriteLine($"{Name} is eating.");
    }
}

public class Dog : Animal
{
    public void Bark()
    {
        Console.WriteLine($"{Name} is barking.");
    }
}
  • Dog : Animal 表示 Dog 類別繼承自 Animal 類別，Dog 便擁有 Animal 的屬性與方法（Name 和 Eat()）。
  • 可以在 Dog 內再新增專屬於 Dog 的方法或屬性，例如 Bark()。

使用範例:

Dog dog = new Dog();
dog.Name = "Lucky";
dog.Eat();   // 繼承自 Animal
dog.Bark();  // Dog 自身方法

關於繼承的建構子呼叫，當衍生類別的物件被建立時，建構子的呼叫順序如下：

  1. 基類的建構子：先呼叫基類的建構子。
  2. 衍生類別的建構子：然後呼叫衍生類別的建構子。

如果基類有一個無參數的建構子（預設建構子），並且衍生類別沒有顯式呼叫基類的建構子，則編譯器會自動呼叫基類的無參數建構子。

public class Animal
{
    public Animal()
    {
        Console.WriteLine("Animal constructor called.");
    }
}

public class Dog : Animal
{
    public Dog()
    {
        Console.WriteLine("Dog constructor called.");
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Dog dog = new Dog();
    }
}

輸出:

Animal constructor called.
Dog constructor called.
  • Dog 類別繼承自 Animal 類別。
  • 當 Dog 的物件被建立時，會先呼叫 Animal 的建構子，然後呼叫 Dog 的建構子。

如果基類沒有無參數的建構子，或者你想呼叫基類的特定建構子，可以使用 base 關鍵字來顯式呼叫基類的建構子。

public class Animal
{
    private string name;

    public Animal(string name)
    {
        this.name = name;
        Console.WriteLine($"Animal constructor called with name: {name}");
    }
}

public class Dog : Animal
{
    public Dog(string name) : base(name) // 顯式呼叫基類的建構子
    {
        Console.WriteLine("Dog constructor called.");
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Dog dog = new Dog("Buddy");
    }
}

輸出:

Animal constructor called with name: Buddy
Dog constructor called.

多型

多型指的是相同的方法名稱，在不同類別中可以有不同實作。C# 透過關鍵字 virtual、override 來實現方法的覆寫。

public class Animal
{
    public string Name { get; set; }

    // 將此方法標示為 virtual，使子類別可覆寫
    public virtual void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("Some generic animal sound");
    }
}

public class Dog : Animal
{
    // 使用 override 覆寫父類別的 MakeSound 方法
    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("Woof!");
    }
}

public class Cat : Animal
{
    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("Meow!");
    }
}

當你呼叫 MakeSound() 時，會根據物件實際型別去執行相對應的方法:

Animal myAnimal = new Animal();
myAnimal.MakeSound(); // 輸出：Some generic animal sound

Animal myDog = new Dog();
myDog.MakeSound();    // 輸出：Woof!

Animal myCat = new Cat();
myCat.MakeSound();    // 輸出：Meow!

你可以宣告一個基類類型的陣列，並在其中存放衍生類別的物件。當你呼叫陣列中物件的方法時，實際執行的是衍生類別的方法。

public class Animal
{
    public virtual void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("Animal sound");
    }
}

public class Dog : Animal
{
    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("Bark!");
    }
}

public class Cat : Animal
{
    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("Meow!");
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 宣告基類類型的陣列
        Animal[] animals = new Animal[3];
        animals[0] = new Animal();
        animals[1] = new Dog();
        animals[2] = new Cat();

        // 遍歷陣列，呼叫 MakeSound 方法
        foreach (Animal animal in animals)
        {
            animal.MakeSound(); // 實際執行的是衍生類別的方法
        }
    }
}

輸出:

Animal sound
Bark!
Meow!

你也可以將基類作為函式的參數類型，並傳入衍生類別的物件。在函式中呼叫方法時，實際執行的是衍生類別的方法。

public class Animal
{
    public virtual void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("Animal sound");
    }
}

public class Dog : Animal
{
    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("Bark!");
    }
}

public class Cat : Animal
{
    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("Meow!");
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Animal animal = new Animal();
        Dog dog = new Dog();
        Cat cat = new Cat();

        // 傳入不同的物件
        MakeAnimalSound(animal); // 輸出：Animal sound
        MakeAnimalSound(dog);    // 輸出：Bark!
        MakeAnimalSound(cat);    // 輸出：Meow!
    }

    // 函式參數為基類類型
    static void MakeAnimalSound(Animal animal)
    {
        animal.MakeSound(); // 實際執行的是衍生類別的方法
    }
}

輸出:

Animal sound
Bark!
Meow!

另外，有一關鍵字: new，new 關鍵字用於隱藏（hide）基類的成員，而不是覆寫它。

  • 這意味著衍生類別的物件會呼叫衍生類別的方法，而不是基類的方法。
  • 如果透過基類的參考來呼叫該方法，則會呼叫基類的版本。
public class Animal
{
    public void MakeSound() { Console.WriteLine("Animal sound"); }
}

public class Dog : Animal
{
    public new void MakeSound() { Console.WriteLine("Bark!"); }
}

使用時:

Animal animal = new Animal();
animal.MakeSound(); // 輸出：Animal sound

Dog dog = new Dog();
dog.MakeSound(); // 輸出：Bark!

Animal animalDog = new Dog();
animalDog.MakeSound(); // 輸出：Animal sound（因為隱藏了基類的方法）

當你在衍生類別中覆寫了基類的方法，但仍然想執行基類的邏輯時，可以在衍生類別的方法中使用 base.方法名稱() 來呼叫基類的版本。或者即使你使用 new 關鍵字隱藏了基類的成員，你仍然可以在衍生類別中使用 base 關鍵字來呼叫基類的版本。

使用 base 的時機:

  • 擴展基類的功能：當你想在衍生類別中擴展基類的方法，而不是完全取代它時。

範例:

public class Vehicle
{
    public virtual void Start()
    {
        Console.WriteLine("Vehicle is starting.");
    }
}

public class Car : Vehicle
{
    public override void Start()
    {
        base.Start(); // 呼叫基類的 Start 方法
        Console.WriteLine("Car is ready to drive.");
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Car car = new Car();
        car.Start();
    }
}

輸出:

Vehicle is starting.
Car is ready to drive.

抽象類別（Abstract Class）

  • 無法直接被實例化，只能被繼承。
  • 可以包含抽象方法（只定義方法簽名、不包含方法實作）和一般已實作的方法。
  • 適合用來定義核心邏輯與基本架構，讓子類別實作細節。
  • 一個類別只能繼承一個抽象類別。
public abstract class Shape
{
    public abstract double GetArea(); // 抽象方法，沒有方法體
}

public class Circle : Shape
{
    private double radius;
    public Circle(double radius)
    {
        this.radius = radius;
    }

    public override double GetArea()
    {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
}

介面（Interface）

  • 只包含方法、屬性的宣告，沒有任何實作。
  • 與抽象類別最大的不同是：介面不允許定義任何欄位，也不可包含具體方法。
  • 類別可以同時實作多個介面，意即允許一個類別實現多個介面。

多重介面的使用場景

包括:

  • 組合多種行為：例如一個類別可以同時實現 IFlyable 和 ISwimmable，表示它既能飛又能游泳。
  • 不同的類別可以實現相同的介面。
  • 介面讓類別之間的依賴更加鬆散，便於擴展和維護。
public interface IFlyable
{
    void Fly();
}

public interface ISwimmable
{
    void Swim();
}

public class Duck : IFlyable, ISwimmable
{
    public void Fly()
    {
        Console.WriteLine("Duck is flying.");
    }

    public void Swim()
    {
        Console.WriteLine("Duck is swimming.");
    }
}
  • Duck 類別實現了 IFlyable 和 ISwimmable 兩個介面。

多重介面的實現細節

  • 必須實現所有介面成員：一個類別實現多個介面時，必須實現所有介面中定義的成員。
  • 解決名稱衝突：如果多個介面中有相同名稱的成員，可以使用顯式介面實現來區分。
public interface ILogger1
{
    void Log();
}

public interface ILogger2
{
    void Log();
}

public class Logger : ILogger1, ILogger2
{
    // 顯式實現 ILogger1 的 Log 方法
    void ILogger1.Log()
    {
        Console.WriteLine("Logger1 is logging.");
    }

    // 顯式實現 ILogger2 的 Log 方法
    void ILogger2.Log()
    {
        Console.WriteLine("Logger2 is logging.");
    }
}

使用時:

Logger logger = new Logger();

((ILogger1)logger).Log(); // 輸出：Logger1 is logging.
((ILogger2)logger).Log(); // 輸出：Logger2 is logging.

靜態類別（Static Class）與靜態成員（Static Members）

靜態類別（Static Class）

  • 無法被實例化。
  • 所有成員都必須是靜態的。
  • 常用於工具或輔助功能，例如 Math 類別。

靜態成員

  • 靜態欄位、靜態屬性或方法，直接跟隨著類別本身存在，而不屬於任何個別物件。
  • 直接用 類別名稱.成員 的方式呼叫。
public static class MathHelper
{
    public static int Add(int a, int b)
    {
        return a + b;
    }
}

// 使用方式
int sum = MathHelper.Add(3, 5); // 不需要建立 MathHelper 物件

好，以上就是我濃縮有關C#類別的觀念知識，雖然本來不想在一篇文章放太多內容，讀者可能沒辦法消化，不過我自己本身在學東西或查資料時，最討厭的就是內容分散，讓人很難有效連貫學習，成效自然不好，當然每個人習慣不一樣，我也不能下定論，總而言之，希望這篇對讀者在快速學習C#這門程式語言上，能夠產生幫助。

本頻道持續更新中(內容涵蓋前端程式設計入門、大學必備程式設計入門、電子系專業課程入門、數學微積分題解)如果身旁有相關科系的學生，不妨推薦一下喔~

相信這裡會是家教或線上課程之外，高中、大學生系統性綜合學習的好選擇。

最後感謝您的觀看!

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