C#知识结构
C#知识结构
对于一个工作多年的程序员而言，接口、反射、索引器、事件、委托这些耳熟能详的词汇，提起来别说多简单了，但是让老司机坐在那一个人拿起一支笔，把脑海中对C#知识结构进行梳理一下，大抵是写不了多内容的，原因是什么呢，是遗忘?当然不是，每天面对代码的老司机当然不会遗忘。
根本的原因是知识没有网格化。
知识结构网格化，对于现在频繁变化的技术格局来说，是势在必行且可以安身立命的根本
这个方法不仅使用编程菜鸟，同样使用编程老司机。
接下来我们进入正题，先来看一副图
原图，可通过本人的Github下载，连接如下
https://github.com/yuyue5945/Blog
在导图上列出如下几个基础的问题，这几个基础问题，会一直伴随着我们的编程生涯
什么是类?
什么是对象？
关于类与对象的关系
类和接口之间的关系
什么是封装，继承，多态
接下来，我们就走进C#基础结构的世界，从新梳理一下我们的知识结构吧
- C#知识结构
- 基础概念
- 高级应用
基础概念
类-继承、封装、多态
在 C# 语言中创建的任何项目都有类的存在，通过类能很好地体现面向对象语言中封装、继承、多态的特性。本节将讲解 C# 中的类和定义类方式。
在前面的学习中已经多次使用过类，类定义的语法形式并不复杂，请记住 class 关键字，它是定义类的关键字。
类定义的具体语法形式如下。
类的访问修饰符 修饰符 类名
{
类的成员
}
其中：
类的访问修饰符：用于设定对类的访问限制，包括 public、internal 或者不写，用 internal 或者不写时代表只能在当前项目中访问类；public 则代表可以在任何项目中访问类。
修饰符：修饰符是对类本身特点的描述，包括 abstract、sealed 和 static。abstract 是抽象的意思，使用它修饰符的类不能被实例化；sealed 修饰的类是密封类，不能 被继承；static 修饰的类是静态类，不能被实例化。
类名：类名用于描述类的功能，因此在定义类名时最好是具有实际意义，这样方便用户理解类中描述的内容。在同一个命名空间下类名必须是唯一的。
类的成员：在类中能定义的元素，主要包括字段、属性、方法。
封装
封装涉及到类定义、类声明、类成员
类成员包括字段、属性、方法、事件。
函数成员包括构造器、析构器、属性、方法体、方法头等
继承
继承是面向对象程序设计中最重要的概念之一。继承允许我们根据一个类来定义另一个类，这使得创建和维护应用程序变得更容易。同时也有利于重用代码和节省开发时间。
当创建一个类时，程序员不需要完全重新编写新的数据成员和成员函数，只需要设计一个新的类，继承了已有的类的成员即可。这个已有的类被称为的基类，这个新的类被称为派生类。
继承的思想实现了 属于（IS-A） 关系。例如，哺乳动物 属于（IS-A） 动物，狗 属于（IS-A） 哺乳动物，因此狗 属于（IS-A） 动物。
基类和派生类
一个类可以派生自多个类或接口，这意味着它可以从多个基类或接口继承数据和函数。
类定义关键字
继承讲的是基类和派生类，存在单继承、多重继承两种情况
基类在派生类初始化之前自动进行初始化
构造函数和析构函数不能被继承
若类被标注了abstract则强制派生类覆盖基类的方法，目的为了对外提供统一的方法签名。
若类被标注了sealed则说明该类伪密封类，不可被继承
若类被标注了partial则说明该类被分割在几个文件中
类调用关键字
Base表示调用基类方法、或者被重写的方法
New 表示重写同名法法、隐藏父类方法
Override表示 重载父类方法
还存在组合方法的形式，不过不推荐
override--virtual
new--virtual
C# 中创建派生类的语法如下：
<访问修饰符符> class <基类>
{
...
}
class <派生类> : <基类>
{
...
}
假设，有一个基类 Shape，它的派生类是 Rectangle：
实例
using System;
namespace InheritanceApplication
{
class Shape
{
public void setWidth(int w)
{
width = w;
}
public void setHeight(int h)
{
height = h;
}
protected int width;
protected int height;
}
// 派生类
class Rectangle: Shape
{
public int getArea()
{
return (width * height);
}
}
class RectangleTester
{
static void Main(string[] args)
{
Rectangle Rect = new Rectangle();
Rect.setWidth(5);
Rect.setHeight(7);
// 打印对象的面积
Console.WriteLine("总面积： {0}", Rect.getArea());
Console.ReadKey();
}
}
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
总面积： 35
动态
方法重载就是一种多态
接口(Interface)
接口定义了所有类继承接口时应遵循的语法合同。接口定义了语法合同 "是什么" 部分，派生类定义了语法合同 "怎么做" 部分。
接口定义了属性、方法和事件，这些都是接口的成员。接口只包含了成员的声明。成员的定义是派生类的责任。接口提供了派生类应遵循的标准结构。
接口使得实现接口的类或结构在形式上保持一致。
抽象类在某种程度上与接口类似，但是，它们大多只是用在当只有少数方法由基类声明由派生类实现时。
定义接口: MyInterface.cs
接口使用 interface 关键字声明，它与类的声明类似。接口声明默认是 public 的。下面是一个接口声明的实例：
interface IMyInterface
{
void MethodToImplement();
}
以上代码定义了接口 IMyInterface。通常接口命令以 I 字母开头，这个接口只有一个方法 MethodToImplement()，没有参数和返回值，当然我们可以按照需求设置参数和返回值。
值得注意的是，该方法并没有具体的实现。
接下来我们来实现以上接口：InterfaceImplementer.cs
实例
using System;
interface IMyInterface
{
// 接口成员
void MethodToImplement();
}
class InterfaceImplementer : IMyInterface
{
static void Main()
{
InterfaceImplementer iImp = new InterfaceImplementer();
iImp.MethodToImplement();
}
public void MethodToImplement()
{
Console.WriteLine("MethodToImplement() called.");
}
}
InterfaceImplementer 类实现了 IMyInterface 接口，接口的实现与类的继承语法格式类似：
class InterfaceImplementer : IMyInterface
继承接口后，我们需要实现接口的方法 MethodToImplement() , 方法名必须与接口定义的方法名一致。
命名空间（Namespace）
命名空间的设计目的是提供一种让一组名称与其他名称分隔开的方式。在一个命名空间中声明的类的名称与另一个命名空间中声明的相同的类的名称不冲突。
我们举一个计算机系统中的例子，一个文件夹(目录)中可以包含多个文件夹，每个文件夹中不能有相同的文件名，但不同文件夹中的文件可以重名。
定义命名空间
命名空间的定义是以关键字 namespace 开始，后跟命名空间的名称，如下所示：
namespace namespace_name
{
// 代码声明
}
为了调用支持命名空间版本的函数或变量，会把命名空间的名称置于前面，如下所示：
namespace_name.item_name;
下面的程序演示了命名空间的用法：
实例
using System;
namespace first_space
{
class namespace_cl
{
public void func()
{
Console.WriteLine("Inside first_space");
}
}
}
namespace second_space
{
class namespace_cl
{
public void func()
{
Console.WriteLine("Inside second_space");
}
}
}
class TestClass
{
static void Main(string[] args)
{
first_space.namespace_cl fc = new first_space.namespace_cl();
second_space.namespace_cl sc = new second_space.namespace_cl();
fc.func();
sc.func();
Console.ReadKey();
}
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Inside first_space
Inside second_space
using 关键字
using 关键字表明程序使用的是给定命名空间中的名称。例如，我们在程序中使用 System 命名空间，其中定义了类 Console。我们可以只写：
Console.WriteLine ("Hello there");
我们可以写完全限定名称，如下：
System.Console.WriteLine("Hello there");
高级应用
特性（Attribute）
特性（Attribute）是用于在运行时传递程序中各种元素（比如类、方法、结构、枚举、组件等）的行为信息的声明性标签。您可以通过使用特性向程序添加声明性信息。一个声明性标签是通过放置在它所应用的元素前面的方括号（[ ]）来描述的。
特性（Attribute）用于添加元数据，如编译器指令和注释、描述、方法、类等其他信息。.Net 框架提供了两种类型的特性：预定义特性和自定义特性。
规定特性（Attribute）
规定特性（Attribute）的语法如下：
[attribute(positional_parameters, name_parameter = value, ...)]
element
特性（Attribute）的名称和值是在方括号内规定的，放置在它所应用的元素之前。positional_parameters 规定必需的信息，name_parameter 规定可选的信息。
预定义特性（Attribute）
.Net 框架提供了三种预定义特性：
- AttributeUsage
- Conditional
- Obsolete
反射（Reflection）
反射指程序可以访问、检测和修改它本身状态或行为的一种能力。
程序集包含模块，而模块包含类型，类型又包含成员。反射则提供了封装程序集、模块和类型的对象。
您可以使用反射动态地创建类型的实例，将类型绑定到现有对象，或从现有对象中获取类型。然后，可以调用类型的方法或访问其字段和属性。
优缺点
优点：
1、反射提高了程序的灵活性和扩展性。
2、降低耦合性，提高自适应能力。
3、它允许程序创建和控制任何类的对象，无需提前硬编码目标类。
缺点：
1、性能问题：使用反射基本上是一种解释操作，用于字段和方法接入时要远慢于直接代码。因此反射机制主要应用在对灵活性和拓展性要求很高的系统框架上，普通程序不建议使用。
2、使用反射会模糊程序内部逻辑；程序员希望在源代码中看到程序的逻辑，反射却绕过了源代码的技术，因而会带来维护的问题，反射代码比相应的直接代码更复杂。
反射（Reflection）的用途
反射（Reflection）有下列用途：
- 它允许在运行时查看特性（attribute）信息。
- 它允许审查集合中的各种类型，以及实例化这些类型。
- 它允许延迟绑定的方法和属性（property）。
- 它允许在运行时创建新类型，然后使用这些类型执行一些任务。
属性（Property）
属性（Property） 是类（class）、结构（structure）和接口（interface）的命名（named）成员。类或结构中的成员变量或方法称为 域（Field）。属性（Property）是域（Field）的扩展，且可使用相同的语法来访问。它们使用 访问器（accessors） 让私有域的值可被读写或操作。
属性（Property）不会确定存储位置。相反，它们具有可读写或计算它们值的 访问器（accessors）。
例如，有一个名为 Student 的类，带有 age、name 和 code 的私有域。我们不能在类的范围以外直接访问这些域，但是我们可以拥有访问这些私有域的属性。
访问器（Accessors）
属性（Property）的访问器（accessor）包含有助于获取（读取或计算）或设置（写入）属性的可执行语句。访问器（accessor）声明可包含一个 get 访问器、一个 set 访问器，或者同时包含二者。例如：
// 声明类型为 string 的 Code 属性
public string Code
{
get
{
return code;
}
set
{
code = value;
}
}
// 声明类型为 string 的 Name 属性
public string Name
{
get
{
return name;
}
set
{
name = value;
}
}
// 声明类型为 int 的 Age 属性
public int Age
{
get
{
return age;
}
set
{
age = value;
}
}
索引器（Indexer）
索引器（Indexer） 允许一个对象可以像数组一样使用下标的方式来访问。
当您为类定义一个索引器时，该类的行为就会像一个 虚拟数组（virtual array） 一样。您可以使用数组访问运算符 [ ] 来访问该类的的成员。
语法
一维索引器的语法如下：
element-type this[int index]
{
// get 访问器
get
{
// 返回 index 指定的值
}
// set 访问器
set
{
// 设置 index 指定的值
}
}
索引器（Indexer）的用途
索引器的行为的声明在某种程度上类似于属性（property）。就像属性（property），您可使用 get 和 set 访问器来定义索引器。但是，属性返回或设置一个特定的数据成员，而索引器返回或设置对象实例的一个特定值。换句话说，它把实例数据分为更小的部分，并索引每个部分，获取或设置每个部分。
定义一个属性（property）包括提供属性名称。索引器定义的时候不带有名称，但带有 this 关键字，它指向对象实例。
委托（Delegate）
C# 中的委托（Delegate）类似于 C 或 C++ 中函数的指针。委托（Delegate） 是存有对某个方法的引用的一种引用类型变量。引用可在运行时被改变。
委托（Delegate）特别用于实现事件和回调方法。所有的委托（Delegate）都派生自 System.Delegate 类。
声明委托（Delegate）
委托声明决定了可由该委托引用的方法。委托可指向一个与其具有相同标签的方法。
例如，假设有一个委托：
public delegate int MyDelegate (string s);
上面的委托可被用于引用任何一个带有一个单一的 string 参数的方法，并返回一个 int 类型变量。
声明委托的语法如下：
delegate <return type> <delegate-name> <parameter list>
实例化委托（Delegate）
一旦声明了委托类型，委托对象必须使用 new 关键字来创建，且与一个特定的方法有关。当创建委托时，传递到 new 语句的参数就像方法调用一样书写，但是不带有参数。例如：
public delegate void printString(string s);
...
printString ps1 = new printString(WriteToScreen);
printString ps2 = new printString(WriteToFile);
事件（Event）
事件（Event） 基本上说是一个用户操作，如按键、点击、鼠标移动等等，或者是一些提示信息，如系统生成的通知。应用程序需要在事件发生时响应事件。例如，中断。
C# 中使用事件机制实现线程间的通信。
通过事件使用委托
事件在类中声明且生成，且通过使用同一个类或其他类中的委托与事件处理程序关联。包含事件的类用于发布事件。这被称为 发布器（publisher） 类。其他接受该事件的类被称为 订阅器（subscriber） 类。事件使用 发布-订阅（publisher-subscriber） 模型。
发布器（publisher） 是一个包含事件和委托定义的对象。事件和委托之间的联系也定义在这个对象中。发布器（publisher）类的对象调用这个事件，并通知其他的对象。
订阅器（subscriber） 是一个接受事件并提供事件处理程序的对象。在发布器（publisher）类中的委托调用订阅器（subscriber）类中的方法（事件处理程序）。
声明事件（Event）
在类的内部声明事件，首先必须声明该事件的委托类型。例如：
public delegate void BoilerLogHandler(string status);
然后，声明事件本身，使用 event 关键字：
// 基于上面的委托定义事件
public event BoilerLogHandler BoilerEventLog;
集合（Collection）
集合（Collection）类是专门用于数据存储和检索的类。这些类提供了对栈（stack）、队列（queue）、列表（list）和哈希表（hash table）的支持。大多数集合类实现了相同的接口。
集合（Collection）类服务于不同的目的，如为元素动态分配内存，基于索引访问列表项等等。这些类创建 Object 类的对象的集合。在 C# 中，Object 类是所有数据类型的基类。
泛型（Generic）
泛型（Generic） 允许您延迟编写类或方法中的编程元素的数据类型的规范，直到实际在程序中使用它的时候。换句话说，泛型允许您编写一个可以与任何数据类型一起工作的类或方法。
您可以通过数据类型的替代参数编写类或方法的规范。当编译器遇到类的构造函数或方法的函数调用时，它会生成代码来处理指定的数据类型。
泛型（Generic）的特性
使用泛型是一种增强程序功能的技术，具体表现在以下几个方面：
- 它有助于您最大限度地重用代码、保护类型的安全以及提高性能。
- 您可以创建泛型集合类。.NET 框架类库在 System.Collections.Generic 命名空间中包含了一些新的泛型集合类。您可以使用这些泛型集合类来替代 System.Collections 中的集合类。
- 您可以创建自己的泛型接口、泛型类、泛型方法、泛型事件和泛型委托。
- 您可以对泛型类进行约束以访问特定数据类型的方法。
- 关于泛型数据类型中使用的类型的信息可在运行时通过使用反射获取。
匿名方法
我们已经提到过，委托是用于引用与其具有相同标签的方法。换句话说，您可以使用委托对象调用可由委托引用的方法。
匿名方法（Anonymous methods） 提供了一种传递代码块作为委托参数的技术。匿名方法是没有名称只有主体的方法。
在匿名方法中您不需要指定返回类型，它是从方法主体内的 return 语句推断的。
编写匿名方法的语法
匿名方法是通过使用 delegate 关键字创建委托实例来声明的。例如：
delegate void NumberChanger(int n);
...
NumberChanger nc = delegate(int x)
{
Console.WriteLine("Anonymous Method: {0}", x);
};
代码块 Console.WriteLine("Anonymous Method: {0}", x); 是匿名方法的主体。
委托可以通过匿名方法调用，也可以通过命名方法调用，即，通过向委托对象传递方法参数。
注意: 匿名方法的主体后面需要一个 ;
托管与非托管
当一个代码块使用 unsafe 修饰符标记时，C# 允许在函数中使用指针变量。不安全代码或非托管代码是指使用了指针变量的代码块。
指针变量
指针 是值为另一个变量的地址的变量，即，内存位置的直接地址。就像其他变量或常量，您必须在使用指针存储其他变量地址之前声明指针。
指针变量声明的一般形式为：
type* var-name;
多线程
线程 被定义为程序的执行路径。每个线程都定义了一个独特的控制流。如果您的应用程序涉及到复杂的和耗时的操作，那么设置不同的线程执行路径往往是有益的，每个线程执行特定的工作。
线程是轻量级进程。一个使用线程的常见实例是现代操作系统中并行编程的实现。使用线程节省了 CPU 周期的浪费，同时提高了应用程序的效率。
到目前为止我们编写的程序是一个单线程作为应用程序的运行实例的单一的过程运行的。但是，这样子应用程序同时只能执行一个任务。为了同时执行多个任务，它可以被划分为更小的线程。
线程生命周期
线程生命周期开始于 System.Threading.Thread 类的对象被创建时，结束于线程被终止或完成执行时。
下面列出了线程生命周期中的各种状态：
- 未启动状态：当线程实例被创建但 Start 方法未被调用时的状况。
- 就绪状态：当线程准备好运行并等待 CPU 周期时的状况。
- 不可运行状态：下面的几种情况下线程是不可运行的：
- 已经调用 Sleep 方法
- 已经调用 Wait 方法
- 通过 I/O 操作阻塞
- 死亡状态：当线程已完成执行或已中止时的状况。
主线程
在 C# 中，System.Threading.Thread 类用于线程的工作。它允许创建并访问多线程应用程序中的单个线程。进程中第一个被执行的线程称为主线程。
当 C# 程序开始执行时，主线程自动创建。使用 Thread 类创建的线程被主线程的子线程调用。您可以使用 Thread 类的 CurrentThread 属性访问线程。
下面的程序演示了主线程的执行：
实例
using System;
using System.Threading;
namespace MultithreadingApplication
{
class MainThreadProgram
{
static void Main(string[] args)
{
Thread th = Thread.CurrentThread;
th.Name = "MainThread";
Console.WriteLine("This is {0}", th.Name);
Console.ReadKey();
}
}
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
This is MainThread
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