C# - 类

C# - 类（Classes）和对象（Objects）

类是 C# 中面向对象编程（OOP）的基石。一个类是创建对象的蓝图。它定义了一组属性（数据）和方法（行为），这些属性和方法将由该类的对象拥有。一个对象是类的一个实例，是从蓝图创建的具体实体。

可以把 Car 类看作蓝图。它定义了所有汽车都具有 Color、Make 和 Model 等属性，以及 StartEngine() 和 Accelerate() 等方法。一辆真实的汽车，比如一辆“红色的 Tesla Model S”，就是 Car 类的一个对象（一个实例）。

定义类

类使用 class 关键字定义。现代 C# 使用属性（properties）来公开数据，它提供了一种简洁的语法来获取和设置值，同时能够在幕后实现逻辑。

public class BankAccount
{
    // 属性：可公开访问的数据成员
    public string AccountNumber { get; set; }
    public string Owner { get; set; }

    // 带有私有设置器（private setter）的属性，用于控制修改
    public decimal Balance { get; private set; }

    // 构造函数：用于创建和初始化对象的特殊方法
    public BankAccount(string owner, decimal initialBalance)
    {
        Owner = owner;
        Balance = initialBalance;
        AccountNumber = Guid.NewGuid().ToString(); // 生成一个唯一的账号
    }

    // 方法：对象可以执行的操作
    public void Deposit(decimal amount)
    {
        if (amount <= 0)
        {
            throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(amount), "Deposit amount must be positive.");
        }
        Balance += amount;
    }

    public void Withdraw(decimal amount)
    {
        if (amount <= 0)
        {
            throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(amount), "Withdrawal amount must be positive.");
        }
        if (Balance - amount < 0)
        {
            throw new InvalidOperationException("Insufficient funds.");
        }
        Balance -= amount;
    }
}

创建和使用对象

你使用 new 关键字创建对象（实例化一个类）。一旦你拥有了一个对象，你就可以使用点号（.）运算符来访问其公共成员。

using System;

// 创建 BankAccount 类的实例
var myAccount = new BankAccount("Alice Smith", 1000.00m);

Console.WriteLine($"Account created for {myAccount.Owner}.");
Console.WriteLine($"Account Number: {myAccount.AccountNumber}");
Console.WriteLine($"Initial Balance: {myAccount.Balance:C}");

// 使用对象的方法
myAccount.Deposit(250.50m);
Console.WriteLine($"New balance after deposit: {myAccount.Balance:C}");

try
{
    myAccount.Withdraw(500.00m);
    Console.WriteLine($"New balance after withdrawal: {myAccount.Balance:C}");
    myAccount.Withdraw(2000.00m); // 这将抛出异常
}
catch (InvalidOperationException ex)
{
    Console.WriteLine($"Error: {ex.Message}");
}

输出

Account created for Alice Smith.
Account Number: [这里会显示一个唯一的 GUID]
Initial Balance: $1,000.00
New balance after deposit: $1,250.50
New balance after withdrawal: $750.50
Error: Insufficient funds.

封装（Encapsulation）和访问修饰符（Access Modifiers）

封装（Encapsulation），或数据隐藏，是面向对象编程的核心原则。它意味着将数据（属性）和操作该数据的方法捆绑在一个单元（类）中，并控制从外部对该数据的访问。这可以防止意外损坏并保持对象的内部状态有效。

访问修饰符控制类及其成员的可见性：

• public：可在任何地方访问。
• private：仅可在同一类中访问。这是成员的默认设置。
• protected：可在类内部和派生（子）类中访问。
• internal：仅可在同一项目（程序集）中访问。这是类的默认设置。
• protected internal：可在同一项目内访问，或在其他项目中的派生类中访问。
• private protected：可由派生类访问，但仅限于同一项目内。

在我们的 BankAccount 示例中，Balance 具有 private set。这意味着任何人都可以读取余额，但只有 BankAccount 类内部的代码（例如 Deposit 和 Withdraw 方法）才能更改它。这是封装的一个完美示例。

构造函数（Constructors）和对象初始化

构造函数是在创建对象时调用的特殊方法。它的目的是初始化对象的状态。如果你没有定义构造函数，系统会为你提供一个默认的无参数构造函数。

你还可以使用对象初始化器（object initializers）以更具可读性的方式在构造函数运行后设置公共属性。

public class Customer
{
    public int Id { get; set; }
    public string Name { get; set; } = "Anonymous"; // 默认值
    public bool IsPremium { get; set; }

    // 无参数构造函数
    public Customer() {}
}

// 使用无参数构造函数和对象初始化器
var customer = new Customer
{
    Id = 101,
    Name = "Bob Johnson",
    IsPremium = true
};

静态成员（Static Members）

一个 static 成员（属性或方法）属于类本身，而不是类的实例。你使用类名而不是对象变量来访问它。静态成员在类的所有实例之间共享。

public class ConfigurationManager
{
    // 静态属性 - 整个应用程序中只存在一个副本
    public static string ApiUrl { get; set; } = "https://api.example.com";

    // 静态方法
    public static void LoadConfiguration()
    {
        Console.WriteLine($"Loading configuration from {ApiUrl}...");
    }
}

// 使用类名访问静态成员
ConfigurationManager.LoadConfiguration();
ConfigurationManager.ApiUrl = "https://api-test.example.com";
Console.WriteLine($"API URL set to: {ConfigurationManager.ApiUrl}");

资源管理：IDisposable

在旧版 C# 中，有时会提到析构函数（destructors，~ClassName()）。然而，处理资源清理（如关闭文件、网络连接或数据库句柄）的现代且正确的方法是实现 IDisposable 接口并使用 using 语句。

public class FileReader : IDisposable
{
    private StreamReader _reader;

    public FileReader(string filePath)
    {
        _reader = new StreamReader(filePath);
    }

    public string ReadLine() => _reader.ReadLine();

    // Dispose 方法清理资源
    public void Dispose()
    {
        _reader?.Dispose();
        Console.WriteLine("File reader disposed.");
    }
}

// 'using' 语句确保 Dispose() 自动被调用
// 即使发生错误。
using (var reader = new FileReader("mydata.txt"))
{
    // 使用 reader...
}
// 在此点，reader.Dispose() 已经被调用。