1. C#语言基础

1.1 C#语法概览

欢迎来到C#的世界！对于刚从Java转过来的开发者来说，你会发现C#和Java有很多相似之处，但C#也有其独特的魅力和强大之处。让我们一起来探索C#的基本语法，并比较一下与Java的异同。

程序结构

C#程序的基本结构与Java非常相似。这里是一个简单的C#程序：

using System;

namespace HelloWorld
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Hello, World!");
        }
    }
}

对比Java的版本：

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, World!");
    }
}

你会发现，两者的结构非常相似。主要的区别在于：

1. C#使用using关键字导入命名空间，而Java使用import。
2. C#的Main方法是static void Main(string[] args)，而Java是public static void main(String[] args)。
3. C#使用Console.WriteLine()输出，Java使用System.out.println()。

在c# 9的最新语法上还可以更简洁，是的没错，只需要一行代码，不需要写命名空间，类，方法，直接编写代码，当然这个方式只存在c#9以上的版本。

Console.WriteLine("Hello, World!");

命名约定

C#和Java的命名约定有些许不同：

• C#中，方法名和属性名通常使用PascalCase（如CalculateTotal）。
• 局部变量和参数使用camelCase（如totalAmount）。
• 接口名称以"I"开头（如IDisposable）。

而Java中：

• 方法名和变量名都使用camelCase。
• 接口名称不需要特殊前缀。

数据类型

C#和Java的基本数据类型很相似，但也有一些区别：

C#:

int x = 10;
long y = 100L;
float f = 3.14f;
double d = 3.14;
decimal m = 100.50m;
bool isTrue = true;
char c = 'A';
string s = "Hello";

Java:

int x = 10;
long y = 100L;
float f = 3.14f;
double d = 3.14;
boolean isTrue = true;
char c = 'A';
String s = "Hello";

注意C#特有的decimal类型，它提供了更高精度的小数计算，特别适合金融相关的应用。

数组

C#和Java的数组声明稍有不同：

C#:

int[] numbers = new int[5];
string[] names = { "Alice", "Bob", "Charlie" };

Java:

int[] numbers = new int[5];
String[] names = { "Alice", "Bob", "Charlie" };

控制结构

C#和Java的控制结构几乎完全相同：

// if语句
if (condition)
{
    // code
}
else if (anotherCondition)
{
    // code
}
else
{
    // code
}

// for循环
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    // code
}

// while循环
while (condition)
{
    // code
}

// switch语句
switch (variable)
{
    case value1:
        // code
        break;
    case value2:
        // code
        break;
    default:
        // code
        break;
}

这些结构在Java中的写法完全相同。

异常处理

C#和Java的异常处理也非常相似：

C#:

try
{
    // 可能抛出异常的代码
}
catch (SpecificException ex)
{
    // 处理特定异常
}
catch (Exception ex)
{
    // 处理一般异常
}
finally
{
    // 总是要执行的代码
}

Java的异常处理结构完全相同。

注释

C#和Java的注释方式也是一样的：

// 这是单行注释

/*
* 这是多行注释
*/

/// <summary>
/// 这是XML文档注释，类似于Java的Javadoc
/// </summary>

小结

通过这个概览，你可以看到C#和Java在语法上有很多相似之处。这意味着作为一个Java开发者，你可以相对轻松地过渡到C#。然而，C#也有其独特的特性和语法糖，使得某些任务更加简洁和高效。

在接下来的章节中，我们将深入探讨C#的各个方面，包括它独特的特性如属性、事件、委托等。这些概念可能对Java开发者来说比较新，但它们是C#强大功能的关键所在。记住，学习一门新的语言不仅是学习语法，更是学习一种新的思维方式。让我们继续我们的C#学习之旅吧！

1.2 变量和数据类型

在C#中，变量和数据类型是编程的基础。对于从Java转过来的开发者来说，你会发现很多熟悉的概念，但C#也有一些独特的特性。让我们深入探讨C#的变量和数据类型，并与Java进行比较。

变量声明

C#和Java的变量声明方式非常相似：

C#:

int age = 25;
string name = "Alice";
bool isStudent = true;

Java:

int age = 25;
String name = "Alice";
boolean isStudent = true;

主要区别在于：

1. C#使用string（小写），而Java使用String（大写）。
2. C#使用bool，而Java使用boolean。

基本数据类型

C#和Java都有类似的基本数据类型，但C#提供了更多的选择：

注意C#提供了无符号整数类型（byte, ushort, uint, ulong）和decimal类型，这些在Java中是没有的。

值类型和引用类型

C#和Java都区分值类型和引用类型，但C#的处理更加灵活：

1. 值类型（Value Types）：

   • 在C#中，所有的基本数据类型（int, float, bool等）和struct都是值类型。
   • 值类型直接存储它们的数据。

2. 引用类型（Reference Types）：

   • 类（class）、接口（interface）、委托（delegate）和数组（array）是引用类型。
   • 引用类型存储对其数据（对象）的引用。

C#独特之处：

• C#允许使用struct关键字创建自定义值类型。
• C#的string虽然是引用类型，但具有值类型的一些特性（如不可变性）。

可空类型

C#引入了可空类型的概念，这在Java中是没有的：

int? nullableInt = null;
bool? nullableBool = null;

可空类型允许值类型也可以赋值为null，这在处理数据库或用户输入时非常有用。

var关键字

C#提供了var关键字用于隐式类型声明：

var x = 10; // 编译器推断x为int类型
var name = "Alice"; // 编译器推断name为string类型

Java从Java 10开始引入了类似的var关键字，但使用范围更受限制。

常量

C#使用const关键字声明常量：

const int MaxValue = 100;
const string AppName = "MyApp";

Java使用final关键字：

final int MAX_VALUE = 100;
final String APP_NAME = "MyApp";

枚举

C#和Java都支持枚举，但C#的枚举更加灵活：

C#:

enum Days
{
    Monday,
    Tuesday,
    Wednesday,
    Thursday,
    Friday,
    Saturday,
    Sunday
}

// 可以指定底层类型和值
enum Status : byte
{
    Active = 1,
    Inactive = 0,Suspended = 2
}

Java:

enum Days {
    MONDAY,
    TUESDAY,
    WEDNESDAY,
    THURSDAY,
    FRIDAY,
    SATURDAY,
    SUNDAY
}

C#的枚举可以指定底层类型，而Java的枚举实际上是特殊的类。

类型转换

C#提供了多种类型转换方法：

1. 隐式转换：

   int x = 10;
   long y = x; // 隐式转换，不需要显式转换
   

2. 显式转换（强制类型转换）：

   doubled = 3.14;
   int i = (int)d; // 显式转换，可能会损失精度
   

3. 使用Convert类：

   string s = "123";
   int i = Convert.ToInt32(s);
   

4. 使用Parse方法：

   string s = "3.14";
   double d = double.Parse(s);
   

5. TryParse方法（安全转换）：

   string s = "123";
   int result;
   if (int.TryParse(s, out result))
   {
       Console.WriteLine($"Converted value: {result}");
   }
   else
   {
       Console.WriteLine("Conversion failed");
   }
   

Java的类型转换相对简单一些，主要依赖于强制类型转换和包装类的方法。

小结

虽然C#和Java在变量和数据类型方面有很多相似之处，但C#提供了更多的选择和灵活性。C#的可空类型、更丰富的基本数据类型、更灵活的枚举和方便的类型转换方法，都为开发者提供了更多的工具来处理各种数据场景。

作为一个从Java转向C#的开发者，你会发现这些额外的特性可以让你的代码更加简洁和表达力更强。在实际编程中，合理利用这些特性可以提高代码的可读性和性能。

在接下来的学习中，我们将深入探讨C#的更多高级特性，如属性、索引器、泛型等。这些概念将进一步展示C#相对于Java的独特优势。继续保持学习的热情，你会发现C#是一个功能丰富、富有表现力的语言！

1.3 运算符和表达式

C#的运算符和表达式与Java有很多相似之处，但也有一些独特的特性。让我们深入了解C#的运算符和表达式，并与Java进行比较。

算术运算符

C#和Java的算术运算符基本相同：

• 加法 (+)
• 减法 (-)
• 乘法 (*)
• 除法 (/)
• 取模 (%)

示例：

int a = 10, b = 3;
int sum = a + b;      // 13
int difference = a - b; // 7
int product = a * b;   // 30
int quotient = a / b;  // 3 (整数除法)
int remainder = a % b; // 1

注意：C#和Java在整数除法时都会舍去小数部分，如果要得到精确结果，至少有一个操作数应该是浮点数。

赋值运算符

C#和Java的赋值运算符也基本相同：

• 简单赋值 (=)
• 复合赋值 (+=, -=, *=, /=, %=)

C#特有的复合赋值运算符：

• ??= (空合并赋值运算符，C# 8.0引入)

示例：

int x = 5;
x += 3;  // 等同于 x = x + 3
x -= 2;  // 等同于 x = x - 2

string name = null;
name ??= "John";  // 如果name为null，赋值为"John"

比较运算符

C#和Java的比较运算符完全相同：

• 等于 (==)
• 不等于 (!=)
• 大于 (>)
• 小于 (<)
• 大于等于 (>=)
• 小于等于 (<=)

示例：

int a = 5, b = 7;
bool isEqual = (a == b);// false
bool isNotEqual = (a !=b); // true
bool isGreater = (a > b);// false
bool isLess = (a < b);     // true
bool isGreaterOrEqual = (a >= b); // false
bool isLessOrEqual = (a <= b);// true

逻辑运算符

C#和Java的逻辑运算符也是相同的：

• 逻辑与 (&&)
• 逻辑或 (||)
• 逻辑非 (!)

示例：

bool a = true, b = false;
bool andResult = a && b;  // false
bool orResult = a || b;   // true
bool notResult = !a;      // false

位运算符

C#和Java的位运算符也基本相同：

• 按位与 (&)
• 按位或 (|)
• 按位异或 (^)
• 按位取反 (~)
• 左移 (<<)
• 右移 (>>)

C#特有的位运算符：

• 无符号右移 (>>>)

示例：

int a = 60;// 二进制: 0011 1100
int b = 13;  // 二进制: 0000 1101

int c = a & b;  // 12(二进制: 0000 1100)
int d = a | b;  // 61 (二进制: 0011 1101)
int e = a ^ b;  // 49 (二进制: 0011 0001)
int f = ~a;     // -61 (二进制: 1100 0011, 补码表示)
int g = a << 2; // 240 (二进制: 1111 0000)
int h = a >> 2; // 15 (二进制: 0000 1111)

条件运算符

C#和Java都有三元条件运算符：

int a = 10, b = 20;
int max = (a > b) ? a : b;  // 20

C#特有的条件运算符：

• 空合并运算符 (??)
• 空条件运算符(?.)

示例：

string name = null;
string displayName = name ?? "Guest";  // "Guest"

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

Person person = null;
int? nameLength = person?.Name?.Length;  // null

类型测试运算符

C#提供了一些Java中没有的类型测试运算符：

• is 运算符：检查对象是否与特定类型兼容
• as 运算符：执行类型转换，如果转换失败，返回null

示例：

object obj = "Hello";
if (obj is string)
{
    Console.WriteLine("obj is a string");
}

string str = obj as string;
if (str != null)
{
    Console.WriteLine($"The string is: {str}");
}

Lambda 表达式

C#和Java都支持Lambda表达式，但语法略有不同：

C#:

Func<int, int> square = x => x * x;
int result = square(5);  // 25

Java:

Function<Integer, Integer> square = x -> x * x;
int result = square.apply(5);  // 25

空合并运算符(??)

C#特有的空合并运算符可以简化处理可能为null的情况：

string name = null;
string displayName = name ?? "Guest";  // "Guest"

在Java中，你可能需要这样写：

String name = null;
String displayName = (name != null) ? name : "Guest";

表达式体成员 (Expression-bodied members)

C#允许使用更简洁的语法来定义属性和方法：

public class Circle
{
    public double Radius { get; set; }
    public double Diameter => Radius * 2;
    public double CalculateArea() => Math.PI * Radius * Radius;
}

这种语法在Java中是不存在的。

字符串插值

C#提供了非常方便的字符串插值语法：

string name = "Alice";
int age = 30;
string message = $"My name is {name} and I am {age} years old.";

Java在较新的版本中也引入了类似的功能，但语法不同：

String name = "Alice";
int age = 30;
String message = String.format("My name is %s and I am %d years old.", name, age);

小结

虽然C#和Java在运算符和表达式方面有很多相似之处，但C#提供了一些额外的特性，如空合并运算符、空条件运算符、表达式体成员等，这些可以让代码更加简洁和表达力更强。

作为一个从Java转向C#的开发者，你会发现这些额外的特性可以让你的代码更加优雅和易读。在实际编程中，合理利用这些特性可以提高代码质量和开发效率。

在接下来的学习中，我们将深入探讨C#的更多高级特性，如LINQ、异步编程等。这些概念将进一步展示C#相对于Java的独特优势。继续保持学习的热情，你会发现C#是一个功能丰富、表达力强的语言！

1.4 控制流语句

控制流语句是编程语言的基本构建块，用于控制程序的执行路径。C#和Java在这方面非常相似，但C#也有一些独特的特性。让我们深入了解C#的控制流语句，并与Java进行比较。

if-else 语句

C#和Java的if-else语句几乎完全相同：

int x = 10;
if (x > 5)
{
    Console.WriteLine("x is greater than 5");
}
else if (x < 5)
{
    Console.WriteLine("x is less than 5");
}
else
{
    Console.WriteLine("x is equal to 5");
}

C#特有的特性：

1. 可空类型的使用：

int? x = null;
if (x.HasValue)
{
    Console.WriteLine($"x has a value: {x.Value}");
}
else
{
    Console.WriteLine("x is null");
}

2. 模式匹配（C# 7.0+）：

object obj = "Hello";
if (obj is string s)
{
    Console.WriteLine($"The string is: {s}");
}

switch 语句

C#的switch语句比Java的更加灵活：

int day = 3;
switch (day)
{
    case 1:
        Console.WriteLine("Monday");
        break;
    case 2:
        Console.WriteLine("Tuesday");
        break;
    case 3:
    case 4:
    case 5:
        Console.WriteLine("Midweek");
        break;
    default:
        Console.WriteLine("Weekend");
        break;
}

C#特有的特性：

1. 模式匹配（C# 7.0+）：

object obj = 123;
switch (obj)
{
    case int i when i > 100:
        Console.WriteLine($"Large integer: {i}");
        break;
    case string s:
        Console.WriteLine($"String value: {s}");
        break;
    case null:
        Console.WriteLine("Null value");
        break;
    default:
        Console.WriteLine("Unknown type");
        break;
}

2. switch 表达式（C# 8.0+）：

string GetDayType(int day) => day switch
{
    1 => "Monday",
    2 => "Tuesday",
    3 or 4 or 5 => "Midweek",
    _ => "Weekend"
};

循环语句

C#和Java的循环语句非常相似：

1. for循环：

for (int i = 0; i < 5; i++)
{
    Console.WriteLine(i);
}

2. while 循环：

int i = 0;
while (i < 5)
{
    Console.WriteLine(i);
    i++;
}

3. do-while 循环：

int i = 0;
do
{
    Console.WriteLine(i);
    i++;
} while (i < 5);

4. foreach 循环：

string[] fruits = { "apple", "banana", "cherry" };
foreach (string fruit in fruits)
{
    Console.WriteLine(fruit);
}

C#特有的特性：

1. LINQ与foreach的结合：

List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };
foreach (var num in numbers.Where(n => n % 2 == 0))
{
    Console.WriteLine(num);
}

跳转语句

C#和Java都支持以下跳转语句：

1. break：跳出当前循环或switch语句
2. continue：跳过当前循环的剩余部分，开始下一次迭代
3. return：从方法中返回，并可选择返回一个值

C#特有的跳转语句：

1. goto：虽然不推荐使用，但C#保留了goto语句

int i = 0;
start:
    if (i < 5)
    {
        Console.WriteLine(i);
        i++;
        goto start;
    }

异常处理

C#和Java的异常处理机制非常相似：

try
{
    int result = 10 / 0;
}
catch (DivideByZeroException ex)
{
    Console.WriteLine($"Division by zero error: {ex.Message}");
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine($"An error occurred: {ex.Message}");
}
finally
{
    Console.WriteLine("This always executes");
}

C#特有的特性：

1. 异常过滤器（C# 6.0+）：

try
{
    // 可能抛出异常的代码
}
catch (Exception ex) when (ex.InnerException != null)
{
    Console.WriteLine($"Inner exception: {ex.InnerException.Message}");
}

2. using 语句（简化资源管理）：

using (var file = new System.IO.StreamReader("file.txt"))
{
    string content = file.ReadToEnd();
    Console.WriteLine(content);
}
// file自动关闭

3. using 声明（C# 8.0+）：

using var file = new System.IO.StreamReader("file.txt");
string content = file.ReadToEnd();
Console.WriteLine(content);
// file 在作用域结束时自动关闭

小结

虽然C#和Java在控制流语句方面有很多相似之处，但C#提供了一些额外的特性，如模式匹配、switch表达式、异常过滤器等，这些可以让代码更加简洁和表达力更强。

作为一个从Java转向C#的开发者，你会发现这些额外的特性可以让你的代码更加优雅和易读。特别是模式匹配和switch表达式，它们可以大大简化复杂的条件逻辑。

在实际编程中，合理利用这些特性可以提高代码质量和开发效率。例如，使用模式匹配可以使类型检查和转换更加简洁，使用switch表达式可以使复杂的条件判断更加清晰。

在接下来的学习中，我们将深入探讨C#的更多高级特性，如LINQ、异步编程等。这些概念将进一步展示C#相对于Java的独特优势。继续保持学习的热情，你会发现C#是一个功能丰富、表达力强的语言！

1.5 方法和参数

方法（在Java中称为函数）是编程中最基本的代码组织单元。C#和Java在方法定义和使用上有很多相似之处，但C#提供了一些额外的特性，使得方法定义和调用更加灵活。让我们深入探讨C#的方法和参数，并与Java进行比较。

方法定义

C#和Java的基本方法定义非常相似：

public int Add(int a, int b)
{
    return a + b;
}

Java中的等效代码：

public int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

主要区别：

1. C#方法名通常使用PascalCase，而Java使用camelCase。
2. C#支持方法重载，Java也支持。

参数传递

C#和Java都支持值传递和引用传递，但C#提供了更多选项：

1. 值参数（默认）：

public void IncrementValue(int x)
{
    x++; // 不影响原始值
}

2. 引用参数（ref 关键字）：

public void IncrementRef(ref int x)
{
    x++; // 修改原始值
}

// 调用
int num = 5;
IncrementRef(ref num);
Console.WriteLine(num); // 输出 6

Java没有直接等效的引用参数，但可以通过包装类或数组实现类似效果。

3. 输出参数（out 关键字）：

public bool TryParse(string s, out int result)
{
    return int.TryParse(s, out result);
}

// 调用
if (TryParse("123", out int number))
{
    Console.WriteLine($"Parsed number: {number}");
}

Java没有直接等效的输出参数。

4. 参数数组（params 关键字）：

public int Sum(params int[] numbers)
{
    return numbers.Sum();
}

// 调用
int total = Sum(1, 2, 3, 4, 5);

Java使用可变参数（varargs）实现类似功能：

public int sum(int... numbers) {
    return Arrays.stream(numbers).sum();
}

方法重载

C#和Java都支持方法重载，允许在同一个类中定义多个同名但参数列表不同的方法：

public class Calculator
{
    public int Add(int a, int b)
    {
        return a + b;
    }

    public double Add(double a, double b)
    {
        return a + b;
    }
}

Java的方法重载与C#基本相同。

可选参数

C#支持可选参数，这在Java中直到最近才引入：

public void Greet(string name, string greeting = "Hello")
{
    Console.WriteLine($"{greeting}, {name}!");
}

// 调用
Greet("Alice"); // 输出: Hello, Alice!
Greet("Bob", "Hi"); // 输出: Hi, Bob!

在Java中，你通常需要使用方法重载来实现类似功能：

public void greet(String name) {
    greet(name, "Hello");
}

public void greet(String name, String greeting) {
    System.out.println(greeting + ", " + name + "!");
}

命名参数

C#支持命名参数，可以提高代码的可读性：

public void CreateUser(string name, int age, bool isAdmin = false)
{
    //方法实现
}

// 调用
CreateUser(name: "Alice", age: 30, isAdmin: true);
CreateUser(age: 25, name: "Bob"); // 可以改变参数顺序

Java不支持命名参数，但可以使用建造者模式来实现类似的效果。

表达式体方法

C# 6.0引入了表达式体方法，可以使简单方法的定义更加简洁：

public int Add(int a, int b) => a + b;

public string GetFullName(string firstName, string lastName) => $"{firstName} {lastName}";

Java不支持这种语法糖。

本地函数

C# 7.0引入了本地函数，允许在方法内定义函数：

public int Factorial(int n)
{
    int LocalFactorial(int x)
    {
        return x <= 1 ? 1 : x * LocalFactorial(x - 1);
    }

    return LocalFactorial(n);
}

Java不直接支持本地函数，但可以使用匿名内部类或lambda表达式来实现类似功能。

异步方法

C#对异步编程的支持非常强大，使用async和await关键字：

public async Task<string> FetchDataAsync(string url)
{
    using var client = new HttpClient();
    return await client.GetStringAsync(url);
}

// 调用
string data = await FetchDataAsync("https://api.example.com");

Java也支持异步编程，但语法和使用方式与C#不同，通常使用CompletableFuture：

public CompletableFuture<String> fetchDataAsync(String url) {
    return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        // 使用HttpClient获取数据
        return "data";
    });
}

// 调用
String data = fetchDataAsync("https://api.example.com").join();

扩展方法

C#允许你为现有类型添加新方法，而不需要修改原始类型的定义：

public static class StringExtensions
{
    public static bool IsNullOrEmpty(this string str)
    {
        return string.IsNullOrEmpty(str);
    }
}

// 使用
string name = "Alice";
bool isEmpty = name.IsNullOrEmpty();

Java不支持扩展方法，但可以使用静态工具类来实现类似功能。

泛型方法

C#和Java都支持泛型方法，允许你编写可以处理多种类型的方法：

public T Max<T>(T a, T b) where T : IComparable<T>
{
    return a.CompareTo(b) > 0 ? a : b;
}

// 使用
int maxInt = Max(5, 10);
string maxString = Max("apple", "banana");

Java的泛型方法语法略有不同：

public <T extends Comparable<T>> T max(T a, T b) {
    return a.compareTo(b) > 0 ? a : b;
}

方法组合与函数式编程

C#对函数式编程有很好的支持，可以轻松组合和传递方法：

Func<int, int> square = x => x * x;
Func<int, int> addOne = x => x + 1;

Func<int, int> squareThenAddOne = x => addOne(square(x));

int result = squareThenAddOne(5); // 26

Java也支持函数式编程，但语法略有不同：

Function<Integer, Integer> square = x -> x * x;
Function<Integer, Integer> addOne = x -> x + 1;

Function<Integer, Integer> squareThenAddOne = square.andThen(addOne);

int result = squareThenAddOne.apply(5); // 26

小结

虽然C#和Java在方法和参数的基本概念上很相似，但C#提供了更多的特性和灵活性。C#的引用参数、输出参数、命名参数、可选参数等特性可以让方法定义和调用更加灵活和清晰。此外，C#的异步方法、扩展方法和表达式体方法等特性可以让代码更加简洁和易读。

作为一个从Java转向C#的开发者，你会发现这些额外的特性可以大大提高你的编程效率和代码质量。例如，命名参数和可选参数可以减少方法重载的需求，扩展方法可以让你更容易地扩展现有类型的功能，而async/await则可以大大简化异步编程的复杂性。

在实际编程中，合理利用这些特性可以让你的代码更加清晰、简洁和易于维护。例如，使用命名参数可以提高代码的可读性，使用扩展方法可以使你的代码更加模块化，而使用异步方法可以提高应用程序的响应性。

随着你对C#的深入学习，你会发现更多强大的特性和用法。保持学习和实践的热情，你将能够充分利用C#的强大功能，成为一个高效的.NET开发者！

1.6 类和对象

类和对象是面向对象编程的核心概念，C#和Java在这方面有很多相似之处，但C#提供了一些额外的特性和语法糖，使得类的定义和使用更加灵活和简洁。让我们深入探讨C#的类和对象，并与Java进行比较。

类的定义

C#和Java的基本类定义非常相似：

public class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }

    public void SayHello()
    {
        Console.WriteLine($"Hello, my name is {Name} and I'm {Age} years old.");
    }
}

Java中的等效代码：

public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public String getName() { return name; }
    public void setName(String name) { this.name = name; }
    public int getAge() { return age; }
    public void setAge(int age) { this.age = age; }

    public void sayHello() {
        System.out.println("Hello, my name is " + name + " and I'm " + age + " years old.");
    }
}

主要区别：

1. C#使用属性（Properties）代替了Java的getter和setter方法。
2. C#的方法名通常使用PascalCase，而Java使用camelCase。

构造函数

C#和Java的构造函数定义类似：

public class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }

    public Person(string name, int age)
    {
        Name = name;
        Age = age;
    }
}

C#特有的特性：

1. 构造函数初始化器：

public class Employee : Person
{
    public string Company { get; set; }

    public Employee(string name, int age, string company) : base(name, age)
    {
        Company = company;
    }
}

2. 主构造函数（C# 9.0+）：

public class Person(string name, int age)
{
    public string Name { get; set; } = name;
    public int Age { get; set; } = age;
}

属性

C#的属性是一个强大的特性，可以替代Java中的getter和setter方法：

public class Person
{
    private string name;
    public string Name
    {
        get { return name; }
        set { name = value; }
    }

    // 自动实现的属性
    public int Age { get; set; }

    // 只读属性
    public bool IsAdult => Age >= 18;
}

C# 6.0+引入了更简洁的属性语法：

public class Person
{
    public string Name { get; set; } = "John Doe";
    
    public int Age { get; set; }
    
    public bool IsAdult => Age >= 18;
}

静态成员

C#和Java都支持静态成员：

public class MathHelper
{
    public static double PI = 3.14159;

    public static int Add(int a, int b)
    {
        return a + b;
    }
}

// 使用
double pi = MathHelper.PI;
int sum = MathHelper.Add(5, 3);

继承

C#和Java的继承语法略有不同：

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

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

Java中的等效代码：

public class Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("The animal makes a sound");
    }
}

public class Dog extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("The dog barks");
    }
}

主要区别：

1. C#使用冒号(:)表示继承，Java使用extends关键字。
2. C#需要使用virtual和override关键字来实现方法重写，Java只需要使用@Override注解。

接口

C#和Java的接口定义类似，但C#允许接口包含默认实现（C# 8.0+）：

public interface IAnimal
{
    void MakeSound();
    void Move() => Console.WriteLine("The animal moves");
}

public class Dog : IAnimal
{
    public void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("The dog barks");
    }
    // Move方法使用接口的默认实现
}

Java8+也支持接口默认方法：

public interface Animal {
    void makeSound();
    default void move() {
        System.out.println("The animal moves");
    }
}

匿名类型

C#支持匿名类型，可以快速创建简单的对象：

var person = new { Name = "Alice", Age = 30 };
Console.WriteLine($"{person.Name} is {person.Age} years old");

Java也支持匿名类，但主要用于创建接口或抽象类的匿名实现。

Record类型（C# 9.0+）

C# 9.0引入了Record类型，用于创建不可变的引用类型：

public record Person(string Name, int Age);

var alice = new Person("Alice", 30);
var bob = alice with { Name = "Bob" }; // 创建一个新记录，只修改Name

Java 14+引入了类似的Record特性：

public record Person(String name, int age) {}

对象初始化器

C#支持对象初始化器，可以在创建对象时直接设置属性：

var person = new Person
{
    Name = "Alice",
    Age = 30
};

Java不直接支持这种语法，通常使用建造者模式来实现类似效果。

扩展方法

C#允许为现有类型添加新方法，而不需要修改原始类型：

public static class StringExtensions
{
    public static bool IsNullOrEmpty(this string str)
    {
        return string.IsNullOrEmpty(str);
    }
}

// 使用
string name = "Alice";
bool isEmpty = name.IsNullOrEmpty();

Java不支持扩展方法，但可以使用静态工具类来实现类似功能，或者使用manifold 插件支持。

部分类（Partial Classes）

C#支持部分类，允许将一个类的定义分散到多个文件中：

// File1.cs
public partial class MyClass
{
    public void Method1() { }
}

// File2.cs
public partial class MyClass
{
    public void Method2() { }
}

Java不支持部分类的概念。

索引器（Indexers）

C#支持索引器，允许类像数组一样通过索引访问：

public class StringCollection
{
    private List<string> items = new List<string>();

    public string this[int index]
    {
        get { return items[index]; }
        set { items[index] = value; }
    }
}

// 使用
var collection = new StringCollection();
collection[0] = "Hello";
Console.WriteLine(collection[0]); // 输出: Hello

Java没有直接等效的特性，通常需要定义专门的get和set方法。

运算符重载

C#允许为自定义类型定义运算符的行为：

public struct Complex
{
    public double Real { get; set; }
    public double Imaginary { get; set; }

    public static Complex operator +(Complex c1, Complex c2)
    {
        return new Complex 
        { 
            Real = c1.Real + c2.Real,Imaginary = c1.Imaginary + c2.Imaginary
        };
    }
}

// 使用
var c1 = new Complex { Real = 1, Imaginary = 2 };
var c2 = new Complex { Real = 3, Imaginary = 4 };
var result = c1 + c2;

Java不支持运算符重载。

嵌套类型

C#和Java都支持嵌套类型，但C#的访问规则更加灵活：

public class OuterClass
{
    private int outerField = 10;

    public class InnerClass
    {
        public void AccessOuterField(OuterClass outer)
        {
            Console.WriteLine(outer.outerField);
        }
    }
}

在C#中，嵌套类可以访问外部类的私有成员，而在Java中，内部类需要外部类的实例才能访问其私有成员。

密封类和方法

C#使用sealed关键字来防止类被继承或方法被重写：

public sealed class FinalClass
{
    // 这个类不能被继承
}

public class BaseClass
{
    public virtual void VirtualMethod() { }
}

public class DerivedClass : BaseClass
{
    public sealed override void VirtualMethod() { }
    // 这个方法不能在子类中被重写
}

Java使用final关键字实现类似功能。

析构函数和终结器

C#支持析构函数（用于结构体）和终结器（用于类）：

public class ResourceHolder
{
    private IntPtr resource;

    public ResourceHolder()
    {
        resource = AllocateResource();
    }

    ~ResourceHolder()
    {
        FreeResource(resource);
    }

    private IntPtr AllocateResource() { /*分配资源 */ }
    private void FreeResource(IntPtr handle) { /* 释放资源 */ }
}

Java不支持析构函数，但有类似的finalize()方法（虽然不推荐使用）。

属性访问器的可访问性

C#允许为属性的getter 和 setter 单独设置访问级别：

public class Person
{
    public string Name { get; private set; }

    public Person(string name)
    {
        Name = name;
    }
}

Java不支持这种细粒度的访问控制。

init only setters（C#9.0+）

C#9.0引入了init only setters，允许在对象初始化时设置属性值，而之后这些属性是不可变的：

var circle = new Circle { Radius = 5 };
var bigCircle = new Circle { Diameter = 20 };

public class Circle
{
    private double _radius;

    public double Radius
    {
        get => _radius;
        init => _radius = value;
    }

    public double Diameter
    {
        get => 2 * _radius;
        init => _radius = value / 2;
    }
}

Java没有直接等效的特性。

顶级语句（C# 9.0+）

从C# 9.0开始，可以在文件级别直接编写代码，而不需要显式的Main方法：

Console.WriteLine("Hello, World!");

这个特性简化了小型程序和脚本的编写。Java仍然需要一个包含main方法的类。

模式匹配（C# 7.0+）

C#支持高级的模式匹配，可以在switch语句和is表达式中使用：

object obj = "Hello";

if (obj is string s && s.Length > 5)
{
    Console.WriteLine($"It's a long string: {s}");
}

var result = obj switch
{
    string s => $"It's a string: {s}",
    int i => $"It's an int: {i}",
    _ => "It's something else"
};

Java支持有限形式的模式匹配（从Java 14开始），但不如C#灵活。

小结

C#提供了丰富的特性来定义和使用类和对象，许多这些特性在Java中是没有直接等价物的。这些特性不仅可以让代码更加简洁和表达力更强，还可以提高开发效率和代码质量。

作为一个从Java转向C#的开发者，你会发现这些额外的特性可以让你以新的方式思考和组织代码。例如，索引器可以让你的自定义类型像数组一样使用，运算符重载可以让你的类型更自然地参与数学运算，而模式匹配则可以简化复杂的类型检查和转换逻辑。

在实际编程中，合理利用这些特性可以大大提高代码的可读性和可维护性。例如，使用属性可以简化数据封装，使用记录类型可以简化不可变数据模型的创建，而使用模式匹配可以使复杂的条件逻辑更加清晰。

随着你对C#的深入学习和实践，你会发现更多强大的特性和用法。保持学习和实践的热情，你将能够充分利用C#的强大功能，成为一个高效的.NET开发者！记住，编程语言只是工具，关键是要理解背后的概念和原理，并能够在实际问题中灵活应用这些知识。

1.7 继承和多态

继承和多态是面向对象编程的核心概念，C#和Java在这方面有许多相似之处，但C#提供了一些额外的特性和语法，使得继承和多态的实现更加灵活和强大。让我们深入探讨C#的继承和多态，并与Java进行比较。

基本继承

C#和Java的基本继承语法略有不同：

C#:

public class Animal
{
    public string Name { get; set; }
    public virtual void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("The animal makes a sound");
    }
}

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

Java:

public class Animal {
    private String name;
    public String getName() { return name; }
    public void setName(String name) { this.name = name; }
    
    public void makeSound() {
        System.out.println("The animal makes a sound");
    }
}

public class Dog extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("The dog barks");
    }
}

主要区别：

1. C#使用冒号(:)表示继承，Java使用extends关键字。
2. C#需要使用virtual和override关键字来实现方法重写，Java只需要使用@Override注解。
3. C#默认使用属性（Properties）而不是getter和setter方法。

构造函数和继承

在C#中，派生类的构造函数可以显式调用基类的构造函数：

public class Animal
{
    public string Name { get; set; }
    public Animal(string name)
    {
        Name = name;
    }
}

public class Dog : Animal
{
    public string Breed { get; set; }
    public Dog(string name, string breed) : base(name)
    {
        Breed = breed;
    }
}

Java中的等效代码：

public class Animal {
    private String name;
    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }
}

public class Dog extends Animal {
    private String breed;
    public Dog(String name, String breed) {
        super(name);
        this.breed = breed;
    }
}

密封类和方法

C#使用sealed关键字来防止类被继承或方法被重写：

public sealed class FinalClass
{
    // 这个类不能被继承
}

public class BaseClass
{
    public virtual void VirtualMethod() { }
}

public class DerivedClass : BaseClass
{
    public sealed override void VirtualMethod() { }// 这个方法不能在子类中被重写
}

Java使用final关键字实现类似功能：

public final class FinalClass {
    // 这个类不能被继承
}

public class BaseClass {
    public void virtualMethod() { }
}

public class DerivedClass extends BaseClass {
    @Override
    public final void virtualMethod() { }
    // 这个方法不能在子类中被重写
}

抽象类和方法

C#和Java都支持抽象类和方法：

C#:

public abstract class Shape
{
    public abstract doubleCalculateArea();
}

public class Circle : Shape
{
    public double Radius { get; set; }
    public override double CalculateArea()
    {
        return Math.PI * Radius * Radius;
    }
}

Java:

public abstract class Shape {
    public abstract double calculateArea();
}

public class Circle extends Shape {
    private double radius;
    public void setRadius(double radius) { this.radius = radius; }
    @Override
    public double calculateArea() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
}

接口

C#和Java都支持接口，但C# 8.0+允许接口定义默认实现：

C#:

public interface IDrawable
{
    void Draw();
    void Erase() => Console.WriteLine("Default erase behavior");
}

public class Square : IDrawable
{
    public void Draw()
    {
        Console.WriteLine("Drawing a square");
    }// Erase方法使用默认实现
}

Java 8+也支持接口默认方法：

public interface Drawable {
    void draw();
    default void erase() {
        System.out.println("Default erase behavior");
    }
}

public class Square implements Drawable {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing a square");
    }
    // erase方法使用默认实现
}

多重继承

C#和Java都不支持类的多重继承，但都允许一个类实现多个接口：

public interface IDrawable
{
    void Draw();
}

public interface IResizable
{
    void Resize(int width, int height);
}

public class Rectangle : IDrawable, IResizable
{
    public void Draw()
    {
        Console.WriteLine("Drawing a rectangle");
    }

    public void Resize(int width, int height)
    {
        Console.WriteLine($"Resizing to {width}x{height}");
    }
}

泛型约束

C#支持泛型约束，可以限制泛型参数的类型：

public class GenericRepository<T> where T : class, new()
{
    public T CreateNew()
    {
        return new T();
    }
}

Java也支持泛型约束，但语法略有不同：

public class GenericRepository<T extends Object & Serializable> {
    public T createNew() throws InstantiationException, IllegalAccessException {
        return T.class.newInstance();
    }
}

协变和逆变

C#支持泛型接口和委托的协变和逆变：

public interface IEnumerable<out T> { /* ... */ }
public interface IComparer<in T> { /* ... */ }

IEnumerable<string> strings = new List<string>();
IEnumerable<object> objects = strings; // 协变

IComparer<object> objectComparer = /* ... */;
IComparer<string> stringComparer = objectComparer; // 逆变

Java也支持泛型的协变和逆变，但语法不同：

List<String> strings = new ArrayList<>();
List<? extends Object> objects = strings; // 协变

Comparator<Object> objectComparator = /* ... */;
Comparator<? super String> stringComparator = objectComparator; // 逆变

隐藏基类成员

C#使用new关键字来隐藏基类成员：

public class BaseClass
{
    public void Method()
    {
        Console.WriteLine("BaseClass.Method");
    }
}

public class DerivedClass : BaseClass
{
    public new void Method()
    {
        Console.WriteLine("DerivedClass.Method");
    }
}

Java没有直接等效的语法，但可以通过重新定义方法来实现类似效果。

基类访问

C#使用base关键字来访问基类成员，类似于Java中的super：

public class DerivedClass : BaseClass
{
    public override void Method()
    {
        base.Method(); // 调用基类方法
        Console.WriteLine("Additional behavior in derived class");
    }
}

构造函数链

C#允许在一个类中定义多个构造函数，并使用this关键字链接它们：

public class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }

    public Person(string name) : this(name, 0)
    {
    }

    public Person(string name, int age)
    {
        Name = name;
        Age = age;
    }
}

显式接口实现

C#允许显式实现接口方法，这在实现多个具有相同方法签名的接口时特别有用：

public interfaceIA
{
    void Method();
}

public interface IB
{
    void Method();
}

public class MyClass : IA, IB
{
    void IA.Method()
    {
        Console.WriteLine("IA.Method");
    }

    void IB.Method()
    {
        Console.WriteLine("IB.Method");
    }

    public void Method()
    {
        Console.WriteLine("MyClass.Method");
    }
}

Java不支持这种显式接口实现。

抽象属性

C#允许在抽象类中定义抽象属性：

public abstract class Animal
{
    public abstract string Sound { get; }
}

public class Dog : Animal
{
    public override string Sound => "Woof";
}

派生类中的新成员

C#允许在派生类中添加新的成员，而不需要特殊语法：

public class Animal
{
    public virtual void MakeSound() { }
}

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

    public void Fetch() //新方法
    {
        Console.WriteLine("Dog is fetching");
    }
}

泛型继承

C#支持泛型类的继承，并允许在派生类中指定或保持开放泛型类型参数：

public class GenericBase<T>
{
    public T Data { get; set; }
}

public class StringDerived : GenericBase<string>
{
    public void PrintUpperCase()
    {
        Console.WriteLine(Data.ToUpper());
    }
}

public class GenericDerived<T> : GenericBase<T>
{
    public void PrintType()
    {
        Console.WriteLine(typeof(T).Name);
    }
}

接口的多重继承虽然C#不支持类的多重继承，但接口可以继承多个接口：

public interfaceIA
{
    void MethodA();
}

public interface IB
{
    void MethodB();
}

public interface IC : IA, IB
{
    void MethodC();
}

public class MyClass : IC
{
    public void MethodA() { }
    public void MethodB() { }
    public void MethodC() { }
}

继承链中的构造函数调用顺序

在C#中，当创建一个派生类的实例时，构造函数的调用顺序是从最基础的类开始，一直到最派生的类：

public class A
{
    public A() { Console.WriteLine("A"); }
}

public class B : A
{
    public B() { Console.WriteLine("B"); }
}

public class C : B
{
    public C() { Console.WriteLine("C"); }
}

// 使用
var c = new C(); // 输出: A B C

虚方法表（VMT）和动态分发

C#使用虚方法表来实现多态。当你调用一个虚方法时，实际调用的方法是在运行时根据对象的实际类型决定的：

Animal animal = new Dog();
animal.MakeSound(); // 调用Dog的MakeSound方法

这种机制称为动态分发，它是多态的核心实现方式。

接口默认实现中的钻石问题解决

当一个类实现多个具有相同默认方法的接口时，C#要求显式实现该方法：

public interfaceIA
{
    void Method() => Console.WriteLine("IA.Method");
}

public interface IB
{
    void Method() => Console.WriteLine("IB.Method");
}

public class MyClass : IA, IB
{
    public void Method() // 必须实现，否则编译错误
    {
        ((IA)this).Method(); // 调用IA的默认实现
        // 或
        ((IB)this).Method(); // 调用IB的默认实现
    }
}

最佳实践

1. 优先使用组合而不是继承：继承创建了强耦合，而组合更灵活。

2. 遵循里氏替换原则（LSP）：子类应该可以替换其基类，而不改变程序的正确性。

3. 谨慎使用密封类和方法：虽然它们可以提高性能和安全性，但也限制了扩展性。

4. 使用接口进行抽象：接口提供了更好的解耦和灵活性。

5. 避免深层继承层次：深层继承可能导致复杂性和维护困难。

6. 合理使用抽象类：当你需要在基类中提供一些实现时，使用抽象类而不是接口。

7. 正确使用virtual和override关键字：这些关键字明确表达了你的意图，使代码更易理解和维护。

抽象类vs接口

虽然抽象类和接口都可以用来定义抽象类型，但它们有一些关键区别：

1. 抽象类可以包含实现，接口（在C# 8.0之前）只能包含方法签名。
2. 一个类只能继承一个抽象类，但可以实现多个接口。
3. 抽象类可以有构造函数，接口不能。
4. 抽象类可以包含字段，接口不能。

选择使用抽象类还是接口取决于你的设计需求：

public abstract class Animal
{
    protected string name;
    public Animal(string name)
    {
        this.name = name;
    }
    public abstract void MakeSound();
}

public interface IMovable
{
    void Move();
}

public class Dog : Animal, IMovable
{
    public Dog(string name) : base(name) { }
    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("Woof!");
    }
    public void Move()
    {
        Console.WriteLine("Dog is running");
    }
}

多接口继承与默认实现

C# 8.0引入的接口默认实现允许我们在不破坏现有代码的情况下向接口添加新方法：

public interface ILogger
{
    void Log(string message);void LogError(string message) => Log($"ERROR: {message}");
}

public class ConsoleLogger : ILogger
{
    public void Log(string message)
    {
        Console.WriteLine(message);
    }
    // 可以选择重写或使用默认的LogError实现
}

泛型约束中的继承

C#允许在泛型约束中使用继承关系：

public class Animal { }
public class Dog : Animal { }

public class Kennel<T> where T : Animal
{
    public void AddAnimal(T animal) { }
}

var dogKennel = new Kennel<Dog>(); // 有效
// var intKennel = new Kennel<int>(); // 编译错误

隐藏继承成员

有时你可能想在派生类中隐藏基类的成员，而不是覆盖它。C#使用new关键字来实现这一点：

public class Base
{
    public virtual void Method()
    {
        Console.WriteLine("Base.Method");
    }
}

public class Derived : Base
{
    public new void Method()
    {
        Console.WriteLine("Derived.Method");
    }
}

Base b = new Derived();
b.Method(); // 输出: Base.Method

Derived d = new Derived();
d.Method(); // 输出: Derived.Method

协变和逆变在委托中的应用

C#支持在委托中使用协变和逆变：

delegate T Factory<out T>();
delegate void Action<in T>(T obj);

class Animal { }
class Dog : Animal { }

class Program
{
    static Dog CreateDog() => new Dog();
    static void HandleAnimal(Animal a) { }

    static void Main()
    {
        Factory<Dog> dogFactory = CreateDog;
        Factory<Animal> animalFactory = dogFactory; // 协变

        Action<Animal> animalHandler = HandleAnimal;
        Action<Dog> dogHandler = animalHandler; // 逆变
    }
}

虚拟属性和索引器

C#允许将属性和索引器声明为虚拟的，这样它们可以在派生类中被重写：

public class Base
{
    public virtual int Property { get; set; }
    public virtual int this[int index]
    {
        get =>0;
        set { }
    }
}

public class Derived : Base
{
    private int[] data = new int[10];

    public override int Property
    {
        get => base.Property;
        set => base.Property = value * 2;
    }

    public override int this[int index]
    {
        get => data[index];
        set => data[index] = value;
    }
}

抽象类中的密封方法

虽然看起来有点矛盾，但C#允许在抽象类中定义密封方法。这可以用来提供一个不能被重写的实现：

public abstract class Base
{
    public abstract void AbstractMethod();
    public virtual void VirtualMethod() { }
    public sealed void SealedMethod() { }
}

public class Derived : Base
{
    public override void AbstractMethod() { }
    public override void VirtualMethod() { } // 可以重写
    //无法重写SealedMethod
}

接口中的静态成员

从C# 8.0开始，接口可以包含静态成员，包括字段、方法、属性等：

public interface IMyInterface
{
    static int MyProperty { get; set; }
    static void MyMethod() => Console.WriteLine("Hello from interface!");
}

继承链中的构造函数和字段初始化顺序

了解C#中构造函数和字段初始化的顺序非常重要：

1. 派生类的字段初始化器
2. 派生类的构造函数
3. 基类的字段初始化器
4. 基类的构造函数

public class Base
{
    public int BaseField = 1;
    public Base()
    {
        Console.WriteLine($"Base constructor, BaseField = {BaseField}");
    }
}

public class Derived : Base
{
    public int DerivedField = BaseField + 1;
    public Derived()
    {
        Console.WriteLine($"Derived constructor, DerivedField = {DerivedField}");
    }
}

// 输出:
// Base constructor, BaseField = 1
// Derived constructor, DerivedField = 2

使用接口作为类型参数

接口可以用作方法的类型参数，这提供了更大的灵活性：

public void ProcessItems<T>(IEnumerable<T> items) where T : IComparable<T>
{
    foreach (var item in items.OrderBy(i => i))
    {
        Console.WriteLine(item);
    }
}

小结

C#提供了丰富而灵活的继承和多态机制，允许开发者创建复杂的类层次结构和接口设计。相比Java，C#在某些方面提供了更细粒度的控制和更多的语法糖，如显式接口实现、抽象属性等。

作为一个从Java转向C#的开发者，你会发现这些特性可以帮助你创建更加清晰、灵活和可维护的代码。例如，显式接口实现可以解决方法名冲突问题，抽象属性可以更优雅地定义必须由派生类实现的属性。

然而，重要的是要记住，这些强大的特性也带来了复杂性。在使用继承和多态时，始终要考虑代码的可维护性和可读性。遵循SOLID原则，合理使用组合和继承，避免创建过于复杂的继承层次结构。

通过深入理解和合理使用这些特性，你可以充分利用C#的强大功能，创建出更加灵活、可扩展和易于维护的代码。在实际项目中，根据具体需求和设计目标来选择合适的特性和模式，将帮助你成为一个更出色的C#开发者。

当然，让我们继续深入探讨C#中继承和多态的一些高级概念和最佳实践：

抽象工厂模式

抽象工厂模式是一种创建型设计模式，它使用继承和多态来提供一种创建相关对象家族的方式，而无需指定它们的具体类。这在C#中可以优雅地实现：

public interface IButton { void Paint(); }
public interface ICheckbox { void Paint(); }

public interface IGUIFactory
{
    IButton CreateButton();
    ICheckbox CreateCheckbox();
}

public class WinButton : IButton
{
    public void Paint() => Console.WriteLine("Windows Button");
}

public class MacButton : IButton
{
    public void Paint() => Console.WriteLine("Mac Button");
}

public class WinCheckbox : ICheckbox
{
    public void Paint() => Console.WriteLine("Windows Checkbox");
}

public class MacCheckbox : ICheckbox
{
    public void Paint() => Console.WriteLine("Mac Checkbox");
}

public class WinFactory : IGUIFactory
{
    public IButton CreateButton() => new WinButton();
    public ICheckbox CreateCheckbox() => new WinCheckbox();
}

public class MacFactory : IGUIFactory
{
    public IButton CreateButton() => new MacButton();
    public ICheckbox CreateCheckbox() => new MacCheckbox();
}

// 使用
IGUIFactory factory = new WinFactory();
var button = factory.CreateButton();
button.Paint(); //输出: Windows Button

模板方法模式

模板方法模式定义了一个算法的骨架，允许子类重新定义算法的某些步骤，而不改变算法的结构：

public abstract class DataProcessor
{
    public void ProcessData()
    {
        OpenFile();
        ExtractData();
        ParseData();
        AnalyzeData();
        SendReport();
        CloseFile();
    }

    protected abstract void ExtractData();
    protected abstract void ParseData();
    protected abstract void AnalyzeData();

    protected virtual void OpenFile()
    {
        Console.WriteLine("Opening file...");
    }

    protected virtual void SendReport()
    {
        Console.WriteLine("Sending report...");
    }

    protected virtual void CloseFile()
    {
        Console.WriteLine("Closing file...");
    }
}

public class PDFProcessor : DataProcessor
{
    protected override void ExtractData()
    {
        Console.WriteLine("Extracting data from PDF...");
    }

    protected override void ParseData()
    {
        Console.WriteLine("Parsing PDF data...");
    }

    protected override void AnalyzeData()
    {
        Console.WriteLine("Analyzing PDF data...");
    }
}

策略模式

策略模式定义了一系列算法，并使它们可以互相替换。这个模式利用了多态性：

public interface ISortStrategy
{
    void Sort(List<int> data);
}

public class BubbleSort : ISortStrategy
{
    public void Sort(List<int> data)
    {
        Console.WriteLine("Performing bubble sort");
        // 实现冒泡排序
    }
}

public class QuickSort : ISortStrategy
{
    public void Sort(List<int> data)
    {
        Console.WriteLine("Performing quick sort");
        // 实现快速排序
    }
}

public class Sorter
{
    private ISortStrategy _strategy;

    public Sorter(ISortStrategy strategy)
    {
        _strategy = strategy;
    }

    public void SetStrategy(ISortStrategy strategy)
    {
        _strategy = strategy;
    }

    public void SortData(List<int> data)
    {
        _strategy.Sort(data);
    }
}

// 使用
var sorter = new Sorter(new BubbleSort());
sorter.SortData(new List<int> { 3, 1, 4, 1, 5, 9});
sorter.SetStrategy(new QuickSort());
sorter.SortData(new List<int> { 3, 1, 4, 1, 5, 9 });

装饰器模式

装饰器模式允许你动态地给对象添加新的行为，而不改变其结构：

public interface ICoffee
{
    string GetDescription();
    double GetCost();
}

public class SimpleCoffee : ICoffee
{
    public string GetDescription() => "Simple Coffee";
    public double GetCost() => 1;
}

public abstract class CoffeeDecorator : ICoffee
{
    protected ICoffee _coffee;

    public CoffeeDecorator(ICoffee coffee)
    {
        _coffee = coffee;
    }

    public virtual string GetDescription() => _coffee.GetDescription();
    public virtual double GetCost() => _coffee.GetCost();
}

public class MilkDecorator : CoffeeDecorator
{
    public MilkDecorator(ICoffee coffee) : base(coffee) { }

    public override string GetDescription() => $"{base.GetDescription()}, Milk";
    public override double GetCost() => base.GetCost() + 0.5;
}

public class SugarDecorator : CoffeeDecorator
{
    public SugarDecorator(ICoffee coffee) : base(coffee) { }

    public override string GetDescription() => $"{base.GetDescription()}, Sugar";
    public override double GetCost() => base.GetCost() + 0.2;
}

// 使用
ICoffee coffee = new SimpleCoffee();
coffee = new MilkDecorator(coffee);
coffee = new SugarDecorator(coffee);
Console.WriteLine($"Description: {coffee.GetDescription()}");
Console.WriteLine($"Cost: ${coffee.GetCost()}");

使用协变和逆变优化接口设计

协变和逆变可以使得泛型接口更加灵活：

// 协变接口
public interface IProducer<out T>
{
    T Produce();
}

// 逆变接口
public interface IConsumer<in T>
{
    void Consume(T item);
}

public class Animal { }
public class Dog : Animal { }

public class DogProducer : IProducer<Dog>
{
    public Dog Produce() => new Dog();
}

public class AnimalConsumer : IConsumer<Animal>
{
    public void Consume(Animal animal) { }
}

// 使用
IProducer<Animal> animalProducer = new DogProducer(); // 协变
IConsumer<Dog> dogConsumer = new AnimalConsumer(); // 逆变

使用接口隔离原则（ISP）

接口隔离原则建议将大接口分割成更小、更具体的接口：

// 不好的设计
public interface IWorker
{
    void Work();
    void Eat();void Sleep();
}

// 更好的设计
public interface IWorkable
{
    void Work();
}

public interface IEatable
{
    void Eat();
}

public interface ISleepable
{
    void Sleep();
}

public class Human : IWorkable, IEatable, ISleepable
{
    public void Work() { }
    public void Eat() { }
    public void Sleep() { }
}

public class Robot : IWorkable
{
    public void Work() { }
}

使用组合优于继承虽然继承是一个强大的工具，但它也可能导致紧耦合。

在许多情况下，组合可能是一个更好的选择：

// 使用继承
public class Bird
{
    public virtual void Fly()
    {
        Console.WriteLine("Flying...");
    }
}

public class Penguin : Bird
{
    public override void Fly()
    {
        throw new NotSupportedException("Penguins can't fly");
    }
}

// 使用组合
public interface IFlyable
{
    void Fly();
}

public class FlyingBehavior : IFlyable
{
    public void Fly()
    {
        Console.WriteLine("Flying...");
    }
}

public class Bird
{
    private IFlyable _flyingBehavior;

    public Bird(IFlyable flyingBehavior)
    {
        _flyingBehavior = flyingBehavior;
    }

    public void Fly()
    {
        _flyingBehavior.Fly();
    }
}

public class Penguin : Bird
{
    public Penguin() : base(new NullFlyingBehavior()) { }
}

public class NullFlyingBehavior : IFlyable
{
    public void Fly() { } // Do nothing
}

小结

这些高级概念和模式展示了如何在实际应用中利用C#的继承和多态特性来创建灵活、可扩展的代码。设计模式如抽象工厂、策略、装饰器等，都是继承和多态的具体应用，可以帮助你解决常见的设计问题。

同时，我们也看到了一些重要的设计原则，如接口隔离原则和组合优于继承。这些原则可以帮助你创建更加模块化、易于维护的代码。

在实际开发中，选择使用继承还是组合，或者选择哪种设计模式，都需要根据具体的问题和上下文来决定。重要的是要理解这些概念背后的原理，并能够灵活地应用它们。

作为一个从Java转向C#的开发者，你会发现这些概念在两种语言中都是适用的，但C#提供了一些额外的特性（如显式接口实现、扩展方法等）可以让这些模式的实现更加优雅。

继续深入学习和实践这些概念，你将能够设计出更加健壮、灵活的软件系统，成为一个更优秀的C#开发者。

1.8 接口和抽象类

接口和抽象类都是C#中用于定义抽象类型的重要工具，但它们有不同的用途和特性。让我们详细探讨这两个概念，并比较它们与Java中对应概念的异同。

接口（Interfaces）

接口在C#中定义了一组方法、属性、事件或索引器的签名，但不提供实现。它们用于定义一个类应该具有的能力，而不关心这些能力如何实现。

C#中接口的基本语法：

public interface IAnimal
{
    string Name { get; set; }
    void MakeSound();
}

public class Dog : IAnimal
{
    public string Name { get; set; }
    public void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("Woof!");
    }
}

C# 8.0中的接口新特性：

1. 默认实现：

public interface IAnimal
{
    string Name { get; set; }
    void MakeSound();
    void Eat() => Console.WriteLine($"{Name} is eating.");
}

2. 静态成员：

public interface IAnimal
{
    static int Count { get; set; }
    static void IncrementCount() => Count++;
}

3. 私有成员：

public interface IAnimal
{
    private static int count;
    public static int Count => count;static void IncrementCount() => count++;
}

与Java的比较：

Java8引入了接口默认方法，类似于C# 8.0的默认实现。但C#的接口更加灵活，允许静态成员和私有成员。

抽象类（Abstract Classes）

抽象类是一种不能被实例化的类，用于定义其他类的共同特征。它可以包含抽象方法（没有实现的方法）和具体方法（有实现的方法）。

C#中抽象类的基本语法：

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

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

与Java的比较：

C#和Java的抽象类概念非常相似。两种语言中，抽象类都可以包含抽象方法和具体方法，都不能被实例化，都可以被其他类继承。

接口 vs 抽象类

让我们比较一下接口和抽象类的主要区别：

1. 多重继承：

   • C#类可以实现多个接口，但只能继承一个类（包括抽象类）。
   • Java的情况相同。

2. 成员类型：

   • C# 8.0之前，接口只能包含方法、属性、事件和索引器的签名。
   • C# 8.0及以后，接口可以包含默认实现、静态成员和私有成员。
     -抽象类可以包含字段、构造函数、析构函数，以及实现方法。

3. 访问修饰符：

   • 接口成员默认是公共的，不能有私有成员（C# 8.0之前）。
   • 抽象类可以有各种访问修饰符的成员。

4. 构造函数：

   • 接口不能包含构造函数。
   • 抽象类可以包含构造函数。

5. 密封成员：

   • 接口不能有密封成员。
   • 抽象类可以包含密封方法，防止它们被重写。

何时使用接口，何时使用抽象类？

1. 使用接口当：

   • 你想定义一个能力或行为，而不关心实现细节。
   • 你需要多重继承。
   • 你想在不相关的类之间定义共同的行为。

2. 使用抽象类当：

   • 你想定义一个模板，其中包含一些共同的实现。
   • 你需要在相关的类之间共享代码。
   • 你需要定义非公共的成员。

实际应用示例

让我们看一个更复杂的例子，展示接口和抽象类的结合使用：

public interface IPayable
{
    decimalCalculatePay();
}

public abstract class Employee : IPayable
{
    public string Name { get; set; }
    public int Id { get; set; }

    protected Employee(string name, int id)
    {
        Name = name;
        Id = id;
    }

    public abstract decimal CalculatePay();

    public virtual void DisplayInfo()
    {
        Console.WriteLine($"Employee: {Name}, ID: {Id}");
    }
}

public class FullTimeEmployee : Employee
{
    public decimal MonthlySalary { get; set; }

    public FullTimeEmployee(string name, int id, decimal monthlySalary) : base(name, id)
    {
        MonthlySalary = monthlySalary;
    }

    public override decimal CalculatePay()
    {
        return MonthlySalary;
    }
}

public class PartTimeEmployee : Employee
{
    public decimal HourlyRate { get; set; }
    public int HoursWorked { get; set; }

    public PartTimeEmployee(string name, int id, decimal hourlyRate) : base(name, id)
    {
        HourlyRate = hourlyRate;
    }

    public override decimal CalculatePay()
    {
        return HourlyRate * HoursWorked;
    }

    public override void DisplayInfo()
    {
        base.DisplayInfo();
        Console.WriteLine($"Hourly Rate: {HourlyRate}");
    }
}

public class Contractor : IPayable
{
    public string Name { get; set; }
    public decimal ContractAmount { get; set; }

    public Contractor(string name, decimal contractAmount)
    {
        Name = name;
        ContractAmount = contractAmount;
    }

    public decimal CalculatePay()
    {
        return ContractAmount;
    }
}

// 使用示例
public class PayrollSystem
{
    public void ProcessPayroll(List<IPayable> payables)
    {
        foreach (var payable in payables)
        {
            Console.WriteLine($"Paying {payable.CalculatePay():C}");

            if (payable is Employee employee)
            {
                employee.DisplayInfo();
            }}
    }
}

// 主程序
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var payables = new List<IPayable>
        {
            new FullTimeEmployee("Alice", 1, 5000m),
            new PartTimeEmployee("Bob", 2, 20m) { HoursWorked = 80 },
            new Contractor("Charlie", 3000m)
        };

        var payrollSystem = new PayrollSystem();
        payrollSystem.ProcessPayroll(payables);
    }
}