C#中多态性核心讲解

在 C# 中，‌多态性（Polymorphism）‌ 是面向对象编程（OOP）的核心概念之一，指同一操作作用于不同类的对象时，可以产生不同的行为。多态性允许通过统一的接口处理不同类型的对象，提高代码的灵活性和可扩展性。

多态的分类‌
C# 中的多态性分为两种形式：

1. 编译时多态（静态多态）‌：通过方法重载（Overloading）和运算符重载实现，编译器在编译时确定具体调用哪个方法。

2. 运行时多态（动态多态）‌：通过虚方法（virtual）、抽象类（abstract）和接口（interface）实现，具体调用的方法在运行时根据对象的实际类型决定。

‌多态的典型实现方式‌

1. 方法重载（编译时多态）

public class Calculator {
    // 重载 Add 方法
    public int Add(int a, int b) => a + b;
    public double Add(double a, double b) => a + b;
}

调用时会根据参数类型自动选择对应方法：

var calc = new Calculator();
calc.Add(1, 2);       // 调用 int 版本
calc.Add(1.5, 2.5);   // 调用 double 版本

2. 虚方法重写（运行时多态）

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

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

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

调用时根据对象的实际类型决定行为：

Animal animal1 = new Dog();
Animal animal2 = new Cat();

animal1.MakeSound();  // 输出 "Dog barks: Woof!"
animal2.MakeSound();  // 输出 "Cat meows: Meow!"

3. 抽象类和抽象方法

public abstract class Shape {
    public abstract double Area(); // 抽象方法，子类必须实现
}

public class Circle : Shape {
    public double Radius { get; set; }
    public override double Area() => Math.PI * Radius * Radius;
}

public class Square : Shape {
    public double Side { get; set; }
    public override double Area() => Side * Side;
}

调用时通过基类引用调用具体实现：

Shape shape1 = new Circle { Radius = 3 };
Shape shape2 = new Square { Side = 4 };

Console.WriteLine(shape1.Area());  // 输出 28.2743...
Console.WriteLine(shape2.Area());  // 输出 16

4. 接口多态

public interface IPayment {
    void ProcessPayment(double amount);
}

public class CreditCardPayment : IPayment {
    public void ProcessPayment(double amount) {
        Console.WriteLine($"Paid {amount} via Credit Card.");
    }
}

public class PayPalPayment : IPayment {
    public void ProcessPayment(double amount) {
        Console.WriteLine($"Paid {amount} via PayPal.");
    }
}

通过接口统一调用不同实现：

IPayment payment1 = new CreditCardPayment();
IPayment payment2 = new PayPalPayment();

payment1.ProcessPayment(100);  // 输出 "Paid 100 via Credit Card."
payment2.ProcessPayment(50);   // 输出 "Paid 50 via PayPal."

‌多态的核心优势‌

• 代码复用‌：通过基类或接口统一操作不同类型的对象。
• 扩展性‌：新增子类或实现类时无需修改现有代码（符合开闭原则）。
• 灵活性‌：运行时动态绑定对象的具体行为。

通过合理使用多态性，可以显著提高代码的可维护性和可扩展性。