第7天：物件導向程式設計 - 概念與應用

課程簡介

今天，我們將探討物件導向程式設計（Object-Oriented Programming, OOP）的基本概念和應用。OOP 是一種編程範式，將程式分解為「物件」，並藉由這些物件互相合作來完成任務。在 C# 中，OOP 是核心，掌握這些概念將有助於理解更複雜的程式架構。

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學習目標

• 瞭解物件導向程式設計的四大核心概念：封裝、繼承、多型與抽象
• 學習如何定義類別和建立物件
• 瞭解屬性與方法在類別中的應用
• 使用建構函數來初始化物件

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課程內容

1. 物件導向的核心概念

物件導向程式設計基於以下四個主要概念：

• 封裝（Encapsulation）：將資料和方法綁定在一起，限制外部存取，以實現模組化和隱藏複雜性。
• 繼承（Inheritance）：允許一個類別從另一個類別繼承屬性和方法，促進程式碼重用。
• 多型（Polymorphism）：允許多種形態的物件處理相同的訊息，有助於增強程式的彈性。
• 抽象（Abstraction）：通過簡化複雜問題，保留最重要的資訊，並忽略不重要的細節。

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2. 定義類別與建立物件

在 OOP 中，「類別」（Class）是物件的藍圖，定義了物件的屬性和方法；而「物件」（Object）是基於類別創建的具體實例。

定義類別

• 使用 class 關鍵字來定義類別。

範例：

public class Person
{
    public string Name;
    public int Age;

    public void Greet()
    {
        Console.WriteLine("Hello, my name is " + Name + ".");
    }
}

建立物件

• 使用 new 關鍵字來創建物件。

範例：

Person person = new Person();
person.Name = "Alice";
person.Age = 30;
person.Greet();

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3. 屬性與方法

類別可以包含「屬性」（Properties）和「方法」（Methods）。屬性描述物件的特徵，而方法則定義物件的行為。

屬性

• 屬性通常以 public 存取修飾詞定義，並使用大寫字母開頭。

方法

• 方法通常用於定義物件的功能，例如上面例子中的 Greet 方法。

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4. 建構函數

建構函數是特殊的方法，在創建物件時自動呼叫，用於初始化物件的屬性。建構函數名稱與類別名稱相同，並且不需要回傳類型。

範例：

public class Person
{
    public string Name;
    public int Age;

    // 建構函數
    public Person(string name, int age)
    {
        Name = name;
        Age = age;
    }

    public void Greet()
    {
        Console.WriteLine("Hello, my name is " + Name + " and I am " + Age + " years old.");
    }
}

// 創建物件並使用建構函數初始化
Person person = new Person("Bob", 25);
person.Greet();

此範例中，建構函數在創建 Person 物件時，自動初始化 Name 和 Age 屬性。

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5. 繼承

繼承允許我們創建一個新的類別，繼承另一個類別的屬性和方法。C# 使用冒號（:）來表示繼承。

範例：

public class Animal
{
    public void Eat()
    {
        Console.WriteLine("This animal is eating.");
    }
}

public class Dog : Animal
{
    public void Bark()
    {
        Console.WriteLine("The dog is barking.");
    }
}

// 使用繼承
Dog dog = new Dog();
dog.Eat();  // 繼承自 Animal 類別
dog.Bark(); // Dog 類別的自有方法

在此範例中，Dog 類別繼承了 Animal 類別的 Eat 方法。

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6. 多型

多型允許我們在父類別和子類別之間互換使用物件。使用 virtual 和 override 關鍵字可以定義和覆寫方法，實現多型。

範例：

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.");
    }
}

// 多型
Animal myAnimal = new Dog();
myAnimal.MakeSound(); // 呼叫 Dog 類別覆寫後的 MakeSound 方法

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實作練習

1. 建立一個類別並創建物件
   • 在 Program.cs 中新增以下程式碼：

     using System;
     
     class Program
     {
         static void Main(string[] args)
         {
             Person person1 = new Person("Alice", 30);
             person1.Greet();
     
             Dog dog = new Dog();
             dog.Eat();
             dog.Bark();
             dog.MakeSound();
         }
     }
     
     public class Person
     {
         public string Name;
         public int Age;
     
         public Person(string name, int age)
         {
             Name = name;
             Age = age;
         }
     
         public void Greet()
         {
             Console.WriteLine("Hello, my name is " + Name + " and I am " + Age + " years old.");
         }
     }
     
     public class Animal
     {
         public virtual void MakeSound()
         {
             Console.WriteLine("The animal makes a sound.");
         }
     
         public void Eat()
         {
             Console.WriteLine("This animal is eating.");
         }
     }
     
     public class Dog : Animal
     {
         public override void MakeSound()
         {
             Console.WriteLine("The dog barks.");
         }
     
         public void Bark()
         {
             Console.WriteLine("The dog is barking.");
         }
     }
     

2. 執行程式
   • 在終端執行：

     dotnet run
     

   • 檢視輸出，觀察類別之間的繼承關係以及方法的覆寫效果。

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教學重點

• 物件導向程式設計的四大核心概念。
• 建立類別並創建物件。
• 瞭解並使用建構函數來初始化物件。
• 繼承與多型的基礎應用。

在接下來的課程中，我們將進一步探討更進階的物件導向技術，如介面（Interface）與抽象類別（Abstract Class），並應用它們來構建更強大的程式結構！