第9天：繼承與多型

課程簡介

今天我們將探討物件導向程式設計中兩個重要概念：繼承和多型。繼承允許一個類別從另一個類別獲得屬性和方法，而多型則讓不同類別在執行相同動作時表現出不同的行為。這些概念能提高程式的可重用性和靈活性，讓您可以構建更具彈性且易於維護的程式。

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學習目標

• 瞭解繼承的概念並應用於程式設計
• 使用 base 關鍵字來呼叫父類別的建構函數或方法
• 瞭解多型的基本概念及其應用
• 使用 virtual 和 override 關鍵字來實現多型

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課程內容

1. 繼承（Inheritance）

繼承允許一個類別從另一個類別獲得屬性和方法。這種關係通常稱為「is-a」關係。例如，狗是一種動物，因此 Dog 類別可以從 Animal 類別繼承。

在 C# 中，使用冒號（:）表示繼承關係。

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.");
    }
}

在這裡，Dog 類別繼承了 Animal 類別的 Eat 方法。這樣，Dog 類別的物件不僅能執行 Bark，也能執行 Eat。

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2. base 關鍵字

base 關鍵字用於呼叫父類別的建構函數或方法，允許子類別存取和使用父類別的屬性和方法。

範例：

public class Animal
{
    public string Name;

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

    public void Eat()
    {
        Console.WriteLine(Name + " is eating.");
    }
}

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

    public void Bark()
    {
        Console.WriteLine(Name + " is barking.");
    }
}

在這裡，Dog 類別的建構函數使用 base(name) 呼叫了 Animal 類別的建構函數，從而初始化 Name 屬性。

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3. 多型（Polymorphism）

多型允許在父類別和子類別之間互換使用物件。這讓您可以使用相同的方式來呼叫不同類別的對應方法，但每個類別的方法行為可能會有所不同。C# 使用 virtual 和 override 關鍵字來實現多型。

使用 virtual 和 override 關鍵字

父類別中的方法可以標記為 virtual，允許子類別覆寫它。子類別可以使用 override 關鍵字來改寫父類別的方法。

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.");
    }
}

public class Cat : Animal
{
    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("The cat meows.");
    }
}

此範例中，MakeSound 方法在 Dog 和 Cat 類別中被覆寫。這樣，在程式執行時，可以根據物件的實際類型調用正確的 MakeSound 方法。

多型範例

Animal myAnimal1 = new Dog();
Animal myAnimal2 = new Cat();

myAnimal1.MakeSound(); // 輸出：The dog barks.
myAnimal2.MakeSound(); // 輸出：The cat meows.

此例中，myAnimal1 和 myAnimal2 雖然宣告為 Animal 類型，但它們實際上是 Dog 和 Cat 物件。因此，會根據實際的物件類型呼叫相應的 MakeSound 方法。

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4. 抽象類別（Abstract Class）與抽象方法

抽象類別是一種不能被直接實例化的類別，必須通過子類別實現。抽象類別可以包含具體方法和抽象方法。抽象方法只定義簽名，沒有實作，必須由子類別覆寫。

範例：

public abstract class Animal
{
    public abstract void MakeSound();  // 抽象方法
    public void Eat()
    {
        Console.WriteLine("This animal is eating.");
    }
}

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

在此範例中，MakeSound 是抽象方法，由 Dog 類別實現。這樣可以確保所有繼承 Animal 的類別都會定義 MakeSound 方法。

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實作練習

1. 創建父類別與子類別
   • 在 Program.cs 中加入以下程式碼：

     using System;
     
     class Program
     {
         static void Main(string[] args)
         {
             Animal myDog = new Dog("Buddy");
             myDog.MakeSound();
             myDog.Eat();
     
             Animal myCat = new Cat("Kitty");
             myCat.MakeSound();
         }
     }
     
     public abstract class Animal
     {
         public string Name;
     
         public Animal(string name)
         {
             Name = name;
         }
     
         public void Eat()
         {
             Console.WriteLine(Name + " is eating.");
         }
     
         public abstract void MakeSound();
     }
     
     public class Dog : Animal
     {
         public Dog(string name) : base(name)
         {
         }
     
         public override void MakeSound()
         {
             Console.WriteLine(Name + " barks.");
         }
     }
     
     public class Cat : Animal
     {
         public Cat(string name) : base(name)
         {
         }
     
         public override void MakeSound()
         {
             Console.WriteLine(Name + " meows.");
         }
     }
     

2. 執行程式
   • 使用指令執行程式：

     dotnet run
     

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

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教學重點

• 瞭解繼承在程式中的應用。
• 使用 base 關鍵字來呼叫父類別的建構函數或方法。
• 透過 virtual 和 override 實現多型。
• 使用抽象類別和抽象方法，強制子類別實現必要的方法。

在下一節中，我們將學習如何使用介面（Interface）來實現更靈活的設計方式。