面向对象的编程 (C#)

2025-06-19

C# 是面向对象的编程语言。面向对象的编程的四个基本原则是：

抽象化 将实体的相关属性和交互建模为类，以定义系统的抽象表示形式。
封装隐藏对象的内部状态和功能，仅允许通过一组公共函数进行访问。
继承能够基于现有抽象创建新的抽象。
多态性 能够在多个抽象中以不同方式实现继承的属性或方法。

在前面的教程类简介中，你看到了抽象和封装。该 BankAccount 类为银行账户的概念提供了抽象。可以修改其实现，而不会影响使用该 BankAccount 类的任何代码。和BankAccountTransaction类都提供在代码中描述这些概念所需的组件的封装。

在本教程中，你将扩展该应用程序，以利用继承和 多态性 来添加新功能。你还将向该类添加功能 BankAccount ，并利用在前面的教程中学习的抽象和封装技术。

创建不同类型的帐户

生成此程序后，你会收到向其添加功能的请求。在只有一种银行帐户类型的情况下，它非常有效。随着时间的推移，需求发生变化，并要求相关的账户类型：

一个利息收益帐户，该帐户在每个月底累积利息。
余额可以为负，但存在余额时会产生每月利息的信用帐户。
以单笔存款开户且只能用于支付的预付礼品卡帐户。它可以在每月开始时重新填充一次。

所有这些不同的帐户都类似于 BankAccount 在前面的教程中定义的类。可以复制该代码、重命名类并进行修改。那项技术在短期内可能有效，但随着时间的流逝，会需要更多的工作。任何更改将被复制到所有受影响的类中。

相反，可以创建新的银行帐户类型，这些类型继承了在上一教程中创建的 BankAccount 类的方法和数据。这些新类可以使用每种类型所需的特定行为来扩展 BankAccount 类：

public class InterestEarningAccount : BankAccount
{
}

public class LineOfCreditAccount : BankAccount
{
}

public class GiftCardAccount : BankAccount
{
}

其中每个类从共享基类（ BankAccount 类）继承共享行为。为每个 派生类中的新功能和不同功能编写实现。这些派生类已具有类中 BankAccount 定义的所有行为。

最佳实践是在不同的源文件中创建每个新类。在 Visual Studio 中，可以右键单击项目，然后选择 添加类 以在新文件中添加新类。在 Visual Studio Code 中，选择“ 文件 ”，然后选择 “新建 ”以创建新的源文件。在任一工具中，将文件命名为与类匹配： InterestEarningAccount.cs、 LineOfCreditAccount.cs和 GiftCardAccount.cs。

创建如前面的示例所示的类时，你会发现你创建的派生类都无法成功编译。构造函数负责初始化对象。派生类构造函数必须初始化派生类，并提供有关如何初始化派生类中包含的基类对象的说明。正确初始化通常无需任何额外的代码即可进行。该 BankAccount 类使用以下签名声明一个公共构造函数：

public BankAccount(string name, decimal initialBalance)

当你自己定义构造函数时，编译器不会生成默认构造函数。这意味着每个派生类必须显式调用此构造函数。声明一个能够将参数传递给基类构造函数的构造函数。以下代码显示了以下代码 InterestEarningAccount的构造函数：

public InterestEarningAccount(string name, decimal initialBalance) : base(name, initialBalance)
{
}

此新构造函数的参数与基类构造函数的参数类型和名称匹配。使用 : base() 语法指示对基类构造函数的调用。某些类定义了多个构造函数，此语法使你可以选取调用的基类构造函数。更新构造函数后，可以为每个派生类开发代码。新类的要求可以如下所述：

利息收益帐户：
- 将获得月末余额 2% 的额度。
信用帐户：
- 可以有负余额，但绝对值不能大于信用额度。
- 利息费用将在每月月末余额不为零的情况下产生。
- 每次超过信用额度的取款都会产生费用。
礼品卡帐户：
- 可以在每月的最后一天用指定的金额重新填充一次。

可以看到，这三种账户类型每个月底都有一个动作。但是，每个帐户类型执行不同的任务。使用 多态性 来实现此代码。在virtual类中创建单个BankAccount方法：

public virtual void PerformMonthEndTransactions() { }

前面的代码演示如何使用 virtual 关键字在基类中声明派生类可能提供不同实现的方法。方法 virtual 是一种方法，其中任何派生类都可以选择重新实现。派生类使用 override 关键字来定义新实现。通常将其称为“重写基类实现”。 virtual 关键字指定派生类可以重写此行为。还可以声明 abstract 方法，让派生类必须在其中重写此行为。基类不提供方法的 abstract 实现。接下来，需要为创建的两个新类定义实现。从 InterestEarningAccount 开始：

public override void PerformMonthEndTransactions()
{
    if (Balance > 500m)
    {
        decimal interest = Balance * 0.02m;
        MakeDeposit(interest, DateTime.Now, "apply monthly interest");
    }
}

将以下代码添加到LineOfCreditAccount中。该代码否定余额以计算从帐户中提取的正利息费用：

public override void PerformMonthEndTransactions()
{
    if (Balance < 0)
    {
        // Negate the balance to get a positive interest charge:
        decimal interest = -Balance * 0.07m;
        MakeWithdrawal(interest, DateTime.Now, "Charge monthly interest");
    }
}

该 GiftCardAccount 类需要两项更改才能实现其月末功能。首先，修改构造函数以包含每个月要添加的可选金额：

private readonly decimal _monthlyDeposit = 0m;

public GiftCardAccount(string name, decimal initialBalance, decimal monthlyDeposit = 0) : base(name, initialBalance)
    => _monthlyDeposit = monthlyDeposit;

构造函数为monthlyDeposit提供默认值，以便调用者可以在没有每月存款的情况下省略0。接下来，如果已在构造函数中将 PerformMonthEndTransactions 方法设置为非零值，则重写该方法以添加每月存款：

public override void PerformMonthEndTransactions()
{
    if (_monthlyDeposit != 0)
    {
        MakeDeposit(_monthlyDeposit, DateTime.Now, "Add monthly deposit");
    }
}

重写将在构造函数中应用每月存款设置。将以下代码添加到 Main 方法，以测试 GiftCardAccount 和 InterestEarningAccount 的这些更改。

var giftCard = new GiftCardAccount("gift card", 100, 50);
giftCard.MakeWithdrawal(20, DateTime.Now, "get expensive coffee");
giftCard.MakeWithdrawal(50, DateTime.Now, "buy groceries");
giftCard.PerformMonthEndTransactions();
// can make additional deposits:
giftCard.MakeDeposit(27.50m, DateTime.Now, "add some additional spending money");
Console.WriteLine(giftCard.GetAccountHistory());

var savings = new InterestEarningAccount("savings account", 10000);
savings.MakeDeposit(750, DateTime.Now, "save some money");
savings.MakeDeposit(1250, DateTime.Now, "Add more savings");
savings.MakeWithdrawal(250, DateTime.Now, "Needed to pay monthly bills");
savings.PerformMonthEndTransactions();
Console.WriteLine(savings.GetAccountHistory());

验证结果。现在，为 LineOfCreditAccount以下项添加一组类似的测试代码：

var lineOfCredit = new LineOfCreditAccount("line of credit", 0);
// How much is too much to borrow?
lineOfCredit.MakeWithdrawal(1000m, DateTime.Now, "Take out monthly advance");
lineOfCredit.MakeDeposit(50m, DateTime.Now, "Pay back small amount");
lineOfCredit.MakeWithdrawal(5000m, DateTime.Now, "Emergency funds for repairs");
lineOfCredit.MakeDeposit(150m, DateTime.Now, "Partial restoration on repairs");
lineOfCredit.PerformMonthEndTransactions();
Console.WriteLine(lineOfCredit.GetAccountHistory());

添加上述代码并运行程序时，会看到如下错误：

Unhandled exception. System.ArgumentOutOfRangeException: Amount of deposit must be positive (Parameter 'amount')
   at OOProgramming.BankAccount.MakeDeposit(Decimal amount, DateTime date, String note) in BankAccount.cs:line 42
   at OOProgramming.BankAccount..ctor(String name, Decimal initialBalance) in BankAccount.cs:line 31
   at OOProgramming.LineOfCreditAccount..ctor(String name, Decimal initialBalance) in LineOfCreditAccount.cs:line 9
   at OOProgramming.Program.Main(String[] args) in Program.cs:line 29

注释

实际输出包含包含项目的文件夹的完整路径。为简洁起见，省略了文件夹名称。此外，根据代码格式，行号可能略有不同。

此代码失败是因为 BankAccount 假定初始余额必须大于 0。在 BankAccount 类中包含的另一个假设是余额不能为负。相反，任何超额透支帐户的取款都会被拒绝。这两个假设都需要改变。信用额度帐户从 0 开始，一般会有负余额。此外，如果客户借了太多的钱，他们会产生费用。交易已被接受，只是费用更高。可以通过向指定最小余额的构造函数添加可选参数 BankAccount 来实现第一个规则。默认值为 0。第二个规则需要一种机制，使派生类能够修改默认算法。在某种意义上，基类会“询问”派生类型在透支时应该怎么做。默认行为是通过引发异常来拒绝事务。

首先，添加包含可选 minimumBalance 参数的第二个构造函数。此新构造函数执行现有构造函数执行的所有作。此外，它还设置最小余额属性。可以复制现有构造函数的正文，但这意味着将来需要更改两个位置。相反，可以使用 构造函数链接 让一个构造函数调用另一个构造函数。以下代码显示了两个构造函数和新的附加字段：

private readonly decimal _minimumBalance;

public BankAccount(string name, decimal initialBalance) : this(name, initialBalance, 0) { }

public BankAccount(string name, decimal initialBalance, decimal minimumBalance)
{
    Number = s_accountNumberSeed.ToString();
    s_accountNumberSeed++;

    Owner = name;
    _minimumBalance = minimumBalance;
    if (initialBalance > 0)
        MakeDeposit(initialBalance, DateTime.Now, "Initial balance");
}

前面的代码显示了两种新技术。首先，字段 minimumBalance 标记为 readonly。这意味着在构造对象后不能更改值。创建一个BankAccount 后，minimumBalance 无法更改。其次，带有两个参数的构造函数使用 : this(name, initialBalance, 0) { } 作为其实现方式。表达式 : this() 调用另一个构造函数，即具有三个参数的构造函数。此方法允许你使用单个实现来初始化对象，即使客户端代码可以选择多个构造函数之一。

仅当初始平衡大于MakeDeposit时，此实现才会调用0。这保留了存款必须是正的规则，但允许信用账户以 0 余额打开。

现在，该BankAccount类具有用于最低余额的只读字段，最终的更改是在0方法中将硬编码minimumBalance更改为MakeWithdrawal。

if (Balance - amount < _minimumBalance)

扩展 BankAccount 类后，可以修改 LineOfCreditAccount 构造函数以调用新的基构造函数，如以下代码所示：

public LineOfCreditAccount(string name, decimal initialBalance, decimal creditLimit) : base(name, initialBalance, -creditLimit)
{
}

请注意， LineOfCreditAccount 构造函数更改参数的 creditLimit 符号，使其与参数的含义 minimumBalance 匹配。

不同的透支规则

添加的最后一项功能允许 LineOfCreditAccount 收取超出额度限制的费用，而不是拒绝交易。

一种方法是定义实现所需行为的虚拟函数。 BankAccount 类将 MakeWithdrawal 方法重构为两个方法。当取款使余额低于最小值时，新方法将执行指定的动作。现有 MakeWithdrawal 方法具有以下代码：

public void MakeWithdrawal(decimal amount, DateTime date, string note)
{
    if (amount <= 0)
    {
        throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(amount), "Amount of withdrawal must be positive");
    }
    if (Balance - amount < _minimumBalance)
    {
        throw new InvalidOperationException("Not sufficient funds for this withdrawal");
    }
    var withdrawal = new Transaction(-amount, date, note);
    _allTransactions.Add(withdrawal);
}

将其替换为以下代码:

public void MakeWithdrawal(decimal amount, DateTime date, string note)
{
    if (amount <= 0)
    {
        throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(amount), "Amount of withdrawal must be positive");
    }
    Transaction? overdraftTransaction = CheckWithdrawalLimit(Balance - amount < _minimumBalance);
    Transaction? withdrawal = new(-amount, date, note);
    _allTransactions.Add(withdrawal);
    if (overdraftTransaction != null)
        _allTransactions.Add(overdraftTransaction);
}

protected virtual Transaction? CheckWithdrawalLimit(bool isOverdrawn)
{
    if (isOverdrawn)
    {
        throw new InvalidOperationException("Not sufficient funds for this withdrawal");
    }
    else
    {
        return default;
    }
}

添加的方法是protected，这意味着它只能从派生类调用。该声明可防止其他客户端调用该方法。它还是 virtual 的，因此派生类可以更改行为。返回类型为 Transaction?。注解 ? 指示该方法可能返回 null。当超出取款限制时，在 LineOfCreditAccount 中添加以下实现以收取费用：

protected override Transaction? CheckWithdrawalLimit(bool isOverdrawn) =>
    isOverdrawn
    ? new Transaction(-20, DateTime.Now, "Apply overdraft fee")
    : default;

当帐户透支时，该重写将返回费用交易。如果取款未超过限制，该方法将返回一个 null 交易。这表明没有费用。通过将以下代码添加到 Main 类中的 Program 方法来测试这些更改：

var lineOfCredit = new LineOfCreditAccount("line of credit", 0, 2000);
// How much is too much to borrow?
lineOfCredit.MakeWithdrawal(1000m, DateTime.Now, "Take out monthly advance");
lineOfCredit.MakeDeposit(50m, DateTime.Now, "Pay back small amount");
lineOfCredit.MakeWithdrawal(5000m, DateTime.Now, "Emergency funds for repairs");
lineOfCredit.MakeDeposit(150m, DateTime.Now, "Partial restoration on repairs");
lineOfCredit.PerformMonthEndTransactions();
Console.WriteLine(lineOfCredit.GetAccountHistory());

运行程序并检查结果。

概要

如果遇到问题，可以在 GitHub 存储库中看到本教程的源。

本教程演示了 Object-Oriented 编程中使用的许多技术：

为每种不同帐户类型定义类时，使用了抽象。这些类描述了该类型的帐户的行为。
在每个类中将许多详细信息保留为时，你使用了封装private。
当您利用类中已创建的实现来节省代码时，BankAccount被使用了。
创建方法，派生类可以重写它们来创建该帐户类型的特定行为时，你使用了多形性virtual。

通过

面向对象的编程 (C#)

创建不同类型的帐户

不同的透支规则

概要

反馈

其他资源