第10天：介面與抽象類別

課程簡介

今天，我們將探討 介面（Interface）和 抽象類別（Abstract Class）這兩個概念，並了解它們的異同和應用。介面和抽象類別都可以用來定義一組需要實現的行為，讓不同的類別可以共享某些功能。但它們在使用方式和設計意圖上有不同之處。

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學習目標

• 瞭解抽象類別的概念與用途
• 瞭解介面的概念與用途
• 理解介面與抽象類別的異同
• 學習如何使用介面和抽象類別來進行程式設計

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課程內容

1. 抽象類別（Abstract Class）

抽象類別是一種不能被直接實例化的類別，只能被繼承。它可包含抽象方法和具體方法，目的是為子類別提供一個共同的基礎。抽象類別通常用於描述「是什麼」（What it is），適合用在有一定共同行為的類別中。

抽象類別的特點

• 只能被繼承，不能實例化。
• 可以包含抽象方法（沒有實作）和具體方法（有實作）。
• 抽象方法必須由子類別覆寫。

範例：

public abstract class Animal
{
    public string Name;

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

    // 抽象方法，沒有實作
    public abstract void MakeSound();

    // 具體方法，有實作
    public void Eat()
    {
        Console.WriteLine(Name + " is eating.");
    }
}

public class Dog : Animal
{
    public Dog(string name) : base(name)
    {
    }

    // 覆寫抽象方法
    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine(Name + " barks.");
    }
}

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2. 介面（Interface）

介面是一組沒有實作的方法聲明，專門用來定義行為或功能，讓不同類別可以實現這些行為。介面通常描述「能做什麼」（What it can do），適合用在多種類別可以共同執行的動作上。介面支援多重實作，這意味著一個類別可以同時實現多個介面。

介面的特點

• 不包含具體實作，所有方法都是抽象的。
• 支援多重實作，類別可以實現多個介面。
• 介面中定義的所有方法都是 public。

範例：

public interface IMovable
{
    void Move();
}

public interface IMakeSound
{
    void MakeSound();
}

public class Car : IMovable
{
    public void Move()
    {
        Console.WriteLine("The car is moving.");
    }
}

public class Dog : IMovable, IMakeSound
{
    public void Move()
    {
        Console.WriteLine("The dog is running.");
    }

    public void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("The dog barks.");
    }
}

在這裡，Dog 類別同時實現了 IMovable 和 IMakeSound 介面，這表明狗可以移動並發出聲音。

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3. 介面與抽象類別的異同

異同點比較表

特性	抽象類別	介面
繼承	只能單一繼承	可以多重實作
實作	可以包含具體實作	不能包含具體實作
成員	可以有字段、屬性、方法等	只可以有方法（C# 8.0 起可以包含屬性）
設計意圖	描述「是什麼」	描述「能做什麼」
存取修飾	可以有各種存取修飾	所有成員皆為 public

使用指導

• 選擇抽象類別：當您有相似的一組類別，需要共享一些具體的屬性或方法時，可以使用抽象類別作為基類。
• 選擇介面：當您需要定義一些動作，且希望多個不同類別都能實現這些動作時，應使用介面。

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4. 抽象類別與介面結合使用

在實際應用中，通常可以結合使用抽象類別和介面，讓程式更加靈活。例如，一個類別可以從抽象類別繼承基本屬性和方法，同時實現多個介面來達成其他功能。

範例：

public abstract class Animal
{
    public string Name;

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

    public abstract void MakeSound();
}

public interface IMovable
{
    void Move();
}

public class Bird : Animal, IMovable
{
    public Bird(string name) : base(name)
    {
    }

    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine(Name + " chirps.");
    }

    public void Move()
    {
        Console.WriteLine(Name + " flies.");
    }
}

在此範例中，Bird 類別繼承了 Animal 抽象類別，並實現了 IMovable 介面。這樣一來，Bird 類別既能繼承基礎行為，也能擴展功能，滿足不同的需求。

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實作練習

1. 建立介面與抽象類別
   • 在 Program.cs 中加入以下程式碼：

     using System;
     
     class Program
     {
         static void Main(string[] args)
         {
             Dog myDog = new Dog("Buddy");
             myDog.MakeSound();
             myDog.Move();
     
             Car myCar = new Car();
             myCar.Move();
         }
     }
     
     public abstract class Animal
     {
         public string Name;
     
         public Animal(string name)
         {
             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(Name + " barks.");
         }
     
         public void Move()
         {
             Console.WriteLine(Name + " is running.");
         }
     }
     
     public class Car : IMovable
     {
         public void Move()
         {
             Console.WriteLine("The car is driving.");
         }
     }
     

2. 執行程式
   • 使用以下指令來執行程式：

     dotnet run
     

   • 檢視輸出，確認 Dog 和 Car 類別的 Move 方法和 Dog 類別的 MakeSound 方法是否正確執行。

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教學重點

• 瞭解抽象類別和介面的概念及用途。
• 使用抽象類別來定義基本屬性和行為。
• 使用介面來擴展功能並實現多重行為。
• 理解在不同情境中選擇抽象類別或介面的依據。

下一節中，我們將學習如何在 C# 中使用 例外處理（Exception Handling）來處理程式執行過程中的錯誤。