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C#接口(interface)的用法（非常详细）

C# 程序中，当普通类继承了抽象类后，其实就形成了 IS-A 关系。

例如，我们声明鸟的抽象类 Bird，可以定义飞行抽象方法 Flying()，现在我们创建一个老鹰类 Eagle 继承 Bird 类，然后可以让老鹰类重写飞行方法 Flying()，在这种关系下我们可以说老鹰是一种鸟，所以我们说这是 IS-A 关系。

本节要讲的接口（interface）就比较像是“有同类的行为”。例如，鸟会飞行，飞机也会飞行，然而这是两个完全不同的物种。如果只因为飞行就让鸟类去继承飞机类或是让飞机类去继承鸟类，都是不恰当的，就可以使用接口解决这方面的问题，我们可以设计飞行接口 Fly，然后在这个接口内定义 Flying() 抽象方法，所定义的抽象方法让飞机类和鸟类去实现，这也是接口的基本概念。

C#接口的定义

接口外观和类相似但是它不是类，C# 中接口的定义是 interface，特色如下：

接口可以像类一样拥有方法、属性、索引器和事件，这些方法和属性只是抽象定义，没有主体内容（C#8.0 以后的版本支持可以有主体内容）；
每个接口的属性和方法都只是定义，一定有类来实现属性或方法，实现也可想成是重写，但是省略 override 关键词；
早期 C# 语言接口不可以有字段，C#8.0 以后的版本支持 static 字段；
接口成员特色是 public 和 abstract，因为是默认的，所以程序设计时不用再注明是 public 和 abstract。C#8.0 以后的版本有关接口存取修饰词的限制放宽了，也可以有 private、protected、internal、static、sealed、partial 和 virtual，但默认还是 public；
每个接口一定有类来实现其方法，实现方式和继承一样使用“:”符号。一个类实现了一个接口，又称一个类继承了一个接口；
接口不可以有构造方法；
不可以为接口创建对象。

程序定义接口时习惯会将第 1 个英文字母用大写，这是为了可以快速区分接口，例如下列接口定义 IAnimal 左边第 1 个英文字母是 I：

interface IAnimal // 第1个英文字母用大写字母 I
{
    void Action(); // 自动是public和abstract
}

【实例 1】最基本的类实现接口的实例。

Dog dog = new Dog(); // 创建 dog 对象
dog.Action();
interface IAnimal // 接口 IAnimal
{
    void Action(); // interface 的 Action 方法
}
class Dog : IAnimal // 继承接口 IAnimal
{
    public void Action() // 不含 override
    {
        Console.WriteLine("狗：在跑步");
    }
}

执行结果为：

狗：在跑步

C# upcasting实现接口

upcasting 可以翻译为向上转型，基本概念是一个类本质是子类，但是将它当作父类来看待，然后将父类的引用指向子类对象。

这个概念也可以应用在接口中，详情可以参考下列实例。

【实例 2】使用 upcasting 概念重新设计实例 1。

IAnimal dog = new Dog(); // Upcasting
dog.Action();
interface IAnimal // 接口 IAnimal
{
    void Action(); // interface 的 Action 方法
}
class Dog : IAnimal // 继承接口 IAnimal
{
    public void Action() // 不含 override
    {
        Console.WriteLine("狗：在跑步");
    }
}

执行结果与实例 1 相同。

使用 upcasting 的限制是只可以调用接口有定义的方法，如果调用类内非接口定义的方法会产生编译错误，可以参考下列实例。

对上例进行扩充，尝试调用非接口方法 Life 有错误产生：

IAnimal dog = new Dog(); // Upcasting
dog.Action();
dog.Life(); // error
interface IAnimal // 接口 IAnimal
{
    void Action(); // interface 的 Action 方法
}
class Dog : IAnimal // 继承接口 IAnimal
{
    public void Action() // 不含 override
    {
        Console.WriteLine("狗：在跑步");
    }
    public void Life() // Dog 自有方法
    {
        Console.WriteLine("主人的宠物");
    }
}

执行程序会发现，程序编译错误。

【实例 3】修订实例 1，将 dog 改为是 Dog 类的对象，则程序可以正常运作。

Dog dog = new Dog(); // 创建 Dog类对象 dog
dog.Action();
dog.Life();
interface IAnimal // 接口 IAnimal
{
    void Action(); // interface 的 Action 方法
}
class Dog : IAnimal // 继承接口 IAnimal
{
    public void Action() // 不含 override
    {
        Console.WriteLine("狗：在跑步");
    }
    public void Life() // Dog 自有方法
    {
        Console.WriteLine("主人的宠物");
    }
}

执行结果为：

狗：在跑步
主人的宠物

C#接口的应用场景

每个面向对象的程序语言都有接口功能，这个功能的主要优点如下：

安全理由，只显示调用方法的名称与参数，隐藏继承类的细节；
C# 不支持多重继承，一个类只能有一个父类，但是 C# 支持继承多个接口，使用上更具弹性。

接下来用多个实例讲解接口在不同状况下的应用。

1) 两个类实现一个接口

【实例 4】创建一个 Fly 接口，此接口有 Flying() 方法，然后创建 Bird 和 Airplane 类实现 Fly 接口的 Flying() 方法。

IFly bird = new Bird(); // upcasting
bird.Flying();
IFly airplane = new Airplane(); // upcasting
airplane.Flying();

interface IFly
{
    void Flying();
}
class Bird : IFly
{
    public void Flying()
    {
        Console.WriteLine("Flying:鸟在飞");
    }
}
class Airplane : IFly
{
    public void Flying()
    {
        Console.WriteLine("Flying:飞机在飞");
    }
}

执行结果为：

Flying:鸟在飞
Flying:飞机在飞

可以用下图来说明上述程序实例：

另外在声明对象时，笔者用了向上转型的方式声明对象，当然读者也可以使用下列方式分别声明 Bird 和 Airplane 类对象：

Bird f1_y1 = new Bird();
Airplane f1_y2 = new Airplane();

2) 多层次继承与实现

一个接口可以继承另一个接口，使用的方法是“:”，细节可以参考下列实例。

【实例 5】设计接口 IGrandfather，此接口有 GrandfatherMethod() 方法。然后设计接口 IFather，此接口有 FatherMethod() 方法，同时此接口继承 IGrandfather。然后设计 John 类，此类实现 IFather，同时重写 GrandfatherMethod() 和 FatherMethod() 方法。

John john = new John();
john.GrandfatherMethod();
john.FatherMethod();

interface IGrandfather // 祖父接口
{
    void GrandfatherMethod();
}
interface IFather : IGrandfather // 父接口继承祖父接口
{
    void FatherMethod();
}
class John : IFather // John类实现父接口
{
    public void GrandfatherMethod() // 实现祖父方法
    {
        Console.WriteLine("调用 GrandFatherMethod");
    }
    public void FatherMethod() // 实现父方法
    {
        Console.WriteLine("调用 FatherMethod");
    }
}

执行结果为：

调用 GrandFatherMethod
调用 FatherMethod

可以用下图来说明上述程序实例：

3) 接口方法内含参数

至今所有实现的接口方法都未含参数，这里主要是创建内含参数的方法，让读者可以实际体验。

【实例 6】设计 IShape 接口，此接口有定义计算面积的方法 Area()，然后设计 Rectangle 类实操 IShape 接口与其方法 Area()。

Rectangle rectangle = new Rectangle();
rectangle.Area(5, 10);

interface IShape // 定义接口 IShape
{
    void Area(int a, int b); // 定义计算面积
}

class Rectangle : IShape // 实现 IShape
{
    public void Area(int a, int b) // 计算面积
    {
        int area = a * b;
        Console.WriteLine($"矩形面积：{area}");
    }
}

执行结果为：

矩形面积：60

C#接口的显式实现

一个类如果需要设计多个方法实现多个接口方法，使用显式实现可以让整个程序比较容易阅读与了解。

显式实现的语法如下：

<InterfaceName>.<MemberName>

使用显式实现也是有限制的，非 upcasting 的对象无法调用实现的接口定义的方法。

【实例 7】显式实现的实例，读者可以留意第 6 行、第 7 行和第 8 行的调用，如果省略前方的“//”则会有编译错误产生。

IComputer com = new Software(); // upcasting
Software soft = new Software(); // Software类的soft对象

com.Office();
com.Programming("OK");
//soft.Web("NO"); // 编译错误
//soft.Office(); // 编译错误
//soft.WriteFile("NO"); // 编译错误
soft.Web("OK");

interface IComputer
{
    void Office();
    void Programming(string text);
}

class Software : IComputer
{
    void IComputer.Office() // 显式实现
    {
        Console.WriteLine("适用一般职员");
    }
    void IComputer.Programming(string text) // 显式实现
    {
        Console.WriteLine("适用程序设计师");
    }
    public void Web(string text)
    {
        Console.WriteLine("适用网页设计");
    }
}

执行结果为：

适用一般职员
适用程序设计师
适用网页设计

C#接口属性的实现

前面重点说明了接口方法的实现，接下来将用实例解说属性的实现。

【实例 8】ICoord 接口属性 X、Y 和 Distance 的实现，设计一个 Point 类，此 Point 类实现了 X、Y 和 Distance 属性。

ICoord p = new Point(6, 8); // Upcasting
Console.WriteLine($"(x, y)点位置 x = {p.X}, y = {p.Y}");
Console.WriteLine($"与(0, 0)距离 dist = {p.Distance}");

interface ICoord // 接口
{
    int X { get; set; } // 属性 X
    int Y { get; set; } // 属性 Y
    double Distance { get; } // 属性 - 与(0, 0)的距离
}

class Point : ICoord // 实现ICoord
{
    public Point(int x, int y) // Constructor
    {
        X = x;
        Y = y;
    }
    public int X { get; set; } // 实现属性 X
    public int Y { get; set; } // 实现属性 Y
    public double Distance => // 实现属性 Distance
        Math.Sqrt(X * X + Y * Y);
}

执行结果为：

(x, y)点位置 x = 6, y = 8
与(0, 0)距离 dist = 10

上述程序第 1 行使用 Upcasting 创建对象 p 后，会对 (6, 8) 使用 Point 构造方法创建 X、Y 和 Distance 属性，程序第 3 行和第 4 行则分别输出这些属性。

C#接口的多重继承与实现

所谓的多重继承是指一个类可以继承与实现多个接口，C# 语言的类是不支持多重继承的，不过在接口的实现中可以使用多重继承接口。

多重继承接口的概念，可参考下图，目前一个类可以实现多个接口，一个接口可以继承多个接口。

基本程序设计概念与前文接口的继承与实现概念相同，当一个类继承实现多个接口时，需要实现这些接口的所有抽象方法。当一个接口继承多个接口时，继承此接口的类需要实现此接口及它所有继承接口的抽象方法。

假设 A 类同时继承 B 与 C 接口，整个语法如下：

interface IB
{
    void b(); // 抽象方法 b()
}

interface IC
{
    void c; // 抽象方法 c()
}

class A implements IB, IC { // 请留意语法
    // 实现 b 和 c;
}

相当于被继承或实操的多个接口之间要有逗号隔开，至于其他规则则不变。

【实例 9】扩充实例 6，增加 IColor 接口，这个接口定义颜色。

Rectangle rectangle = new Rectangle();
rectangle.Area(5, 10);
rectangle.Color();
interface IShape // 定义接口 IShape
{
    void Area(int a, int b); // 定义计算面积
}
interface IColor // 定义色彩
{
    void Color();
}
class Rectangle : IShape, IColor // 实现 IShape 和 IColor
{
    public void Area(int a, int b) // 计算面积
    {
        int area = a * b;
        Console.WriteLine($"矩形面积：{area}");
    }
    public void Color() // 定义色彩
    {
        Console.WriteLine("矩形色彩：蓝色");
    }
}

执行结果为：

矩形面积：50
矩形色彩：蓝色

上述程序的接口与类概念图如下所示：

【实例 10】一个接口 IFly 继承了 IBird 和 IAirplane 接口的应用，InfoFly 类将实现 IFly 接口的 PediaFly 抽象方法，以及它所继承的 IAirplane 接口的 AirplaneFly 抽象方法和 IBird 接口的 BirdFly 方法。

InfoFly infofly = new InfoFly();
infofly.BirdFly();
infofly.AirplaneFly();
infofly.PediaFly();
interface IBird // 定义接口 IBird
{
    void BirdFly();
}
interface IAirplane // 定义接口 IAirplane
{
    void AirplaneFly();
}
interface IFly : IBird, IAirplane // 接口IFly继承IBird和IAirplane
{
    void PediaFly();
}
class InfoFly : IFly // 定义类 InfoFly 实作 IFly
{
    public void BirdFly() // 实作 BirdFly
    {
        Console.WriteLine("鸟用翅膀飞");
    }
    public void AirplaneFly() // 实作 AirplaneFly
    {
        Console.WriteLine("飞机用引擎飞");
    }
    public void PediaFly() // 实作 PediaFly
    {
        Console.WriteLine("飞行百科");
    }
}

执行结果为：

鸟用翅膀飞
飞机用引擎飞
飞行百科

上述程序的接口与类概念图如下所示：

C#虚拟接口方法

前面介绍的接口方法均是抽象方法，这些方法需要在继承的类内实现，C# 从 8.0 版本起支持虚拟接口方法，这个方法又称默认方法。

虚拟接口方法可以有完整的实体内容，同时此方法不需要在类内实现。使用时需要留意，类并没有继承接口的虚拟接口方法，所以类对象无法调用虚拟接口方法。

【实例 11】虚拟方法的说明，这个程序的重点是类对象无法调用虚拟方法，所以第 9 行若是拿掉“//”会有错误产生。

IComputer com = new Software(); // Upcasting
com.Office();
com.Programming("OK");
com.Life();

Software soft = new Software(); // Software类的soft物件
soft.Office();
soft.Programming("OK");
//soft.Life(); // 编译错误

interface IComputer
{
    void Office(); // 定义 Office
    void Programming(string text); // 定义 Programming
    void Life() // virtual 方法
    {
        Console.WriteLine("已经是生活必需品");
    }
}

class Software : IComputer
{
    public void Office() // 实作 Office
    {
        Console.WriteLine("适用一般职员");
    }
    public void Programming(string text) // 实作 Programming
    {
        Console.WriteLine("适用程序设计师");
    }
}

执行结果为：

适用一般职员
适用程序设计师
已经是生活必需品
适用一般职员
适用程序设计师

C#接口(interface)的用法（非常详细）

C#接口的定义

C# upcasting实现接口

C#接口的应用场景

1) 两个类实现一个接口

2) 多层次继承与实现

3) 接口方法内含参数

C#接口的显式实现

C#接口属性的实现

C#接口的多重继承与实现

C#虚拟接口方法

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