标题: .NET中的虚函数
作者: dnawo
日期: 2008-12-16 02:54 PM
分类: Web编程
内容: 面向对象的程序设计有三大要素，封装、继承和多态。虚函数是多态的重要组成部分，同时又在类的继承关系中有着很多变化。本文讨论.NET中对虚函数的支持。
首先，我们通过一个例子来看看虚函数的普通用法：
复制内容到剪贴板 程序代码class CA {
public virtual void Foo(){
Console.WriteLine("CA.Foo");
}
}
class CB : CA{
public override void Foo(){
Console.WriteLine("CB.Foo");
}
}
class Test{
public static void InvokeFoo(CA ca){
ca.Foo();
}
public static void Main(){
InvokeFoo(new CB());
}
}
输出结果 CB.Foo
在这个例子中，尽管在调用InvokeFoo()的时候，CB被转换成CA，但是当执行ca.Foo的时候，仍然调用了CB的Foo。因为ca此时指向的是一个CB类型的对象。这种调用模式，我们称之为运行时绑定。因为在编译InvokeFoo时，编译器无法获取参数ca的真实类型，只有在运行的时候，才能根据ca的真实类型，决定调用哪一个函数。
在这个例子中，两个关键字值得我们注意，首先是virtual，他告诉编译器，当前函数需要运行时绑定。其次是override，他告诉编译器，我要覆盖基类中的Foo()。
看到这里，可能读者会对两个问题持有疑惑：
[问题]: 不用virtual结果如何？
[问题]: 不用override结果如何？
读者不妨自己动手修改上例，尝试这两个关键字的不同组合，看看输出的结果如何。在这里，我仅给出组合条件和其输出结果。
基类(CA)中是否有virtual 子类(CB)中是否有override 输出
是 是 CB.Foo
是 否 CA.Foo
否 是 编译错误
否 否 CA.Foo
我希望通过对这组实验结果的解释，交待一些.NET中虚函数的相关概念。
运行时绑定仅体现在虚函数中。因此在试验4中，输出的结果是CA.Foo。因为Foo没有被申明为virtual，在编译阶段，已经把ca.Foo绑定到CA.Foo。
Override只能用于虚函数中。当子类继承基类，他便拥有了基类所有的函数，Override修饰的函数，将替换基类原来的函数。否则，子类会新增加一个函数，并同时保留基类中的函数。 下面的这个例子，很好的说明了这个问题
复制内容到剪贴板 程序代码class CA {
public virtual void Foo() {
Console.WriteLine("CA.Foo");
}
}
class CB : CA {
public override void Foo() {
Console.WriteLine("CB.Foo");
}
}
class CC : CA {
public new void Foo() {
Console.WriteLine("CC.Foo");
}
}
class Test {
public static void Main() {
Console.WriteLine(typeof(CB).GetMethods().Length); // 输出5
Console.WriteLine(typeof(CC).GetMethods().Length); // 输出6
}
}
这段程序输出CB和CC的函数个数，CB的5个函数中，4个来自于Sysetm.Object，剩下的一个就是Foo。CC中多了一个函数，因为使用了new (如果不使用new，也是相同的结果，因为C#编译器默认使用new，但不显示指明new会给出一个警告)，说明了CC.Foo是一个不同于CA.Foo的虚函数。
所以，在试验2中，不使用override，我们在InvokeFoo中调用的还是CA.Foo()。虽然这个时候还是运行时绑定，但是因为CB.Foo并没有覆盖CA.Foo，因此我们还是得到了基类的实现。
当一个函数不是虚函数的时候，子类中相同签名的函数总是覆盖了父类中的函数，并不需要override关键字。所以c#编译器会把它当作一个错误，如上表中试验3所示。
如果读者理解了上面的内容，那么来看看一个略微复杂的情况：我们邀请interface出场！
复制内容到剪贴板 程序代码interface IA {
void Foo();
}
class CA: IA {
public void Foo() {
Console.WriteLine("CA.Foo");
}
}
[问题]: Foo是虚函数吗？
答案是肯定的，就像interface方法不能显示声明为public一样，我们也不能在IA.Foo前面加上virtual。原因很简单，所有的interface方法都是虚函数！在调用interface方法的时候，总是要使用运行时绑定。
[问题]: CA实现IA，那么CA.Foo前面需要override吗？
答案是否定的，在C#中，继承和实现是截然不同的两个概念，尽管在语法上很相似。继承意味着全盘接收基类的函数，而实现只是一个契约，保证当前类会提供interface中声明的函数，而不会接受基类的函数(事实上也不能，因为interface中没有函数的实现)
[问题]: CA实现IA，那么CA.Foo前面需要virtual吗？
答案是需要的，否则的话，CA的子类将无法覆写Foo，下面的代码是CA.Foo的IL声明，我们发现了关键字final（注：这里的final是IL语言的关键字，和C#中sealed有些类似，意味着子类不能override当前函数）
复制内容到剪贴板 程序代码.method public hidebysig newslot virtual final
instance void Foo() cil managed
下面一段代码紧接着上面的代码，读者可以猜测一下输出，看看是否掌握了本文今天讲述的内容，我会在下期博客中讲解其原委，并且和大家进一步通过IL来研究.NET中的虚函数。
复制内容到剪贴板 程序代码class CB : CA, IA {
public void Foo() {
Console.WriteLine("CB.Foo");
}
}
class Test {
public static void InvokeFoo(CA ia) {
ca.Foo();
}
public static void Main() {
InvokeFoo(new CA());
InvokeFoo(new CB());
}
}
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