继承 - 派生类型以创建更具体的行为

继承与封装和多态性一起是面向对象的编程的三个主要特征之一。 通过继承，可以创建新的类，以便重复使用、扩展和修改在其他类中定义的行为。 其成员继承的 类称为基类，继承这些成员的 类称为派生类。 派生类只能有一个直接基类。 但是，继承是可传递的。 如果ClassC派生自ClassB，并且ClassB派生自ClassA，ClassC则继承在ClassB和ClassA声明的成员。

从概念上讲，派生类是基类的专用化。 例如，如果你有一个基类 Animal，则可能有一个命名 Mammal 的派生类和另一个命名 Reptile的派生类。 Mammal 是一个 Animal，而 Reptile 是一个 Animal，但每个派生类表示对基类的不同专用化。

接口声明可以为其成员定义默认实现。 这些实现由派生接口和实现这些接口的类继承。 有关默认接口方法的详细信息，请参阅有关 接口的文章。

定义要从另一个类派生的类时，派生类会隐式获取基类的所有成员，其构造函数和终结器除外。 派生类重用基类中的代码，而无需重新实现它。 可以在派生类中添加更多成员。 派生类扩展基类的功能。

下图显示了一个类 WorkItem ，表示某些业务流程中的工作项。 像所有类一样，它从System.Object派生并继承了其所有方法。 WorkItem 会添加其自己的六个成员。 这些成员包括构造函数，因为构造函数不会继承。 类 ChangeRequest 继承自 WorkItem 并表示特定类型的工作项。 ChangeRequest 从 WorkItem 和 Object 中继承的成员之外再添加两个新成员。 它必须添加自己的构造函数，并且还会添加 originalItemID。 属性 originalItemID 使 ChangeRequest 实例能够与更改请求应用到的原始 WorkItem 实例相关联。

下面的示例演示如何用 C# 表示上图中所示的类关系。 该示例还演示了如何 WorkItem 重写虚拟方法 Object.ToString，以及类如何 ChangeRequest 继承 WorkItem 该方法的实现。 第一个块定义类：

// WorkItem implicitly inherits from the Object class.
public class WorkItem
{
    // Static field currentID stores the job ID of the last WorkItem that
    // has been created.
    private static int currentID;

    //Properties.
    protected int ID { get; set; }
    protected string Title { get; set; }
    protected string Description { get; set; }
    protected TimeSpan jobLength { get; set; }

    // Default constructor. If a derived class does not invoke a base-
    // class constructor explicitly, the default constructor is called
    // implicitly.
    public WorkItem()
    {
        ID = 0;
        Title = "Default title";
        Description = "Default description.";
        jobLength = new TimeSpan();
    }

    // Instance constructor that has three parameters.
    public WorkItem(string title, string desc, TimeSpan joblen)
    {
        ID = GetNextID();
        Title = title;
        Description = desc;
        jobLength = joblen;
    }

    // Static constructor to initialize the static member, currentID. This
    // constructor is called one time, automatically, before any instance
    // of WorkItem or ChangeRequest is created, or currentID is referenced.
    static WorkItem() => currentID = 0;

    // currentID is a static field. It is incremented each time a new
    // instance of WorkItem is created.
    protected int GetNextID() => ++currentID;

    // Method Update enables you to update the title and job length of an
    // existing WorkItem object.
    public void Update(string title, TimeSpan joblen)
    {
        this.Title = title;
        this.jobLength = joblen;
    }

    // Virtual method override of the ToString method that is inherited
    // from System.Object.
    public override string ToString() =>
        $"{this.ID} - {this.Title}";
}

// ChangeRequest derives from WorkItem and adds a property (originalItemID)
// and two constructors.
public class ChangeRequest : WorkItem
{
    protected int originalItemID { get; set; }

    // Constructors. Because neither constructor calls a base-class
    // constructor explicitly, the default constructor in the base class
    // is called implicitly. The base class must contain a default
    // constructor.

    // Default constructor for the derived class.
    public ChangeRequest() { }

    // Instance constructor that has four parameters.
    public ChangeRequest(string title, string desc, TimeSpan jobLen,
                         int originalID)
    {
        // The following properties and the GetNexID method are inherited
        // from WorkItem.
        this.ID = GetNextID();
        this.Title = title;
        this.Description = desc;
        this.jobLength = jobLen;

        // Property originalItemID is a member of ChangeRequest, but not
        // of WorkItem.
        this.originalItemID = originalID;
    }
}

下一个块演示如何使用基类和派生类：

// Create an instance of WorkItem by using the constructor in the
// base class that takes three arguments.
WorkItem item = new("Fix Bugs",
            "Fix all bugs in my code branch",
            new TimeSpan(3, 4, 0, 0));

// Create an instance of ChangeRequest by using the constructor in
// the derived class that takes four arguments.
ChangeRequest change = new("Change Base Class Design",
                  "Add members to the class",
                  new TimeSpan(4, 0, 0),
                  1);

// Use the ToString method defined in WorkItem.
Console.WriteLine(item.ToString());

// Use the inherited Update method to change the title of the
// ChangeRequest object.
change.Update("Change the Design of the Base Class",
    new TimeSpan(4, 0, 0));

// ChangeRequest inherits WorkItem's override of ToString.
Console.WriteLine(change.ToString());
/* Output:
    1 - Fix Bugs
    2 - Change the Design of the Base Class
*/

抽象和虚拟方法

基类将方法声明为 virtual 时，派生类可以使用其自己的实现override该方法。 如果基类将成员声明为 abstract，则必须在直接继承自该类的任何非抽象类中重写该方法。 如果派生类本身是抽象类，则它继承抽象成员而不实现它们。 抽象和虚拟成员是多态性的基础，这是面向对象的编程的第二个主要特征。 有关详细信息，请参阅 多态性。

抽象基类

如果要使用新运算符防止直接实例化，则可以将类声明为抽象类。 仅当新类派生自抽象类时，才能使用抽象类。 抽象类可以包含一个或多个本身声明为抽象的方法签名。 这些签名指定参数和返回值，但没有实现（方法正文）。 抽象类不必包含抽象成员;但是，如果类确实包含抽象成员，则必须将类本身声明为抽象成员。 不是抽象本身的派生类必须为抽象基类中的任何抽象方法提供实现。

接口

接口是定义一组成员的引用类型。 实现该接口的所有类和结构都必须实现该成员集。 接口可能为其中任何成员或全部成员定义默认实现。 即使类只能从单个直接基类派生，也可以实现多个接口。

接口用于为不一定具有“是”关系的类定义特定功能。 例如， System.IEquatable<T> 接口可由任何类或结构实现，以确定该类型的两个对象是否等效（但类型定义等效性）。 IEquatable<T> 不表示基类和派生类之间存在的同一种“是”关系（例如，Mammal 是 Animal）。 有关详细信息，请参阅 接口。

防止进一步派生

类可以通过将自身或成员声明为 sealed 来防止其他类继承自它或其任何成员。

基类成员的派生类隐藏

派生类可以通过声明具有相同名称和签名的成员来隐藏基类成员。 new 修饰符可以用于显式指示成员不应作为基类成员的重写。 未必需要使用 new，但如果不使用 new，则会生成编译器警告。 有关详细信息，请参阅 使用重写和新关键字进行版本控制 以及 了解何时使用重写和新关键字。