C# 中抽象类与接口的选择

在设计应用程序时，了解何时使用抽象类和何时使用接口是至关重要的。尽管抽象类和接口在某些方面看起来相似，但它们之间存在关键差异，这些差异将决定哪种选择最适合您要实现的目标。

抽象类与接口的基本区别

抽象类

抽象类是一种特殊类型的类，不能被实例化。抽象类旨在被子类继承，这些子类可以实现或重写其方法。换句话说，抽象类可以是部分实现的，也可以完全不实现。抽象类可以包含具体方法和抽象方法，并且可以有构造函数。

C#
public abstract class Animal
{
    public abstract void MakeSound();
    
    public void Sleep()
    {
        Console.WriteLine("Sleeping...");
    }
}

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

接口

接口基本上是一个契约，它不包含任何实现。接口只能包含方法声明，不能包含方法定义，也不能包含成员数据。实现接口的类必须实现接口中的所有成员。

C#
public interface IAnimal
{
    void MakeSound();
}

public class Dog : IAnimal
{
    public void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("Bark");
    }
}

抽象类与接口的相似之处

行为定义而非实现：C# 提供了接口和抽象类来定义行为而不实现。可以利用接口或抽象类来定义一个契约，必须由扩展或实现该接口或抽象类的类型遵循。
不可实例化：抽象类和接口都不能被实例化，必须由其他类型实现或扩展。
支持多态性：可以使用接口和抽象类实现多态性。
访问修饰符：接口和抽象类中的方法都可以包含访问修饰符。

抽象类与接口的关键区别

默认实现：抽象类可以有默认实现的方法，而接口直到 C# 8.0 才支持其成员的默认实现。
成员类型：抽象类可以有字段、构造函数、析构函数和静态成员，而接口不能有这些成员。
状态信息：抽象类可以有状态信息（即字段），而接口不能有实例字段。
继承：一个类只能继承一个抽象类，但可以实现多个接口。

何时使用抽象类

状态管理

如果需要管理状态信息，可以使用抽象类。抽象类可以包含字段，子类可以访问这些字段。

C#
public abstract class Animal
{
    protected string name;
    
    public Animal(string name)
    {
        this.name = name;
    }
    
    public abstract void MakeSound();
}

public class Dog : Animal
{
    public Dog(string name) : base(name) { }
    
    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine($"{name} says: Bark");
    }
}

访问修饰符

抽象类可以使用访问修饰符来提供对其成员的细粒度控制。

C#
public abstract class Animal
{
    protected string name;
    
    public Animal(string name)
    {
        this.name = name;
    }
    
    public abstract void MakeSound();
    
    protected void Sleep()
    {
        Console.WriteLine("Sleeping...");
    }
}

public class Dog : Animal
{
    public Dog(string name) : base(name) { }
    
    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine($"{name} says: Bark");
    }
}

构造函数和析构函数

抽象类可以有构造函数和析构函数，允许初始化其成员并编写清理逻辑的代码。

C#
public abstract class Animal
{
    protected string name;
    
    public Animal(string name)
    {
        this.name = name;
    }
    
    public abstract void MakeSound();
    
    ~Animal()
    {
        Console.WriteLine($"{name} is being destroyed");
    }
}

public class Dog : Animal
{
    public Dog(string name) : base(name) { }
    
    public override void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine($"{name} says: Bark");
    }
}

何时使用接口

多重实现

当需要在应用程序中建立契约而不强制直接继承时，接口是首选。一个类可以实现多个接口，从而允许它同时符合多个契约。

C#
public interface IAnimal
{
    void MakeSound();
}

public interface IPet
{
    void Play();
}

public class Dog : IAnimal, IPet
{
    public void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("Bark");
    }
    
    public void Play()
    {
        Console.WriteLine("Playing...");
    }
}

模块化

接口促进了一种设计，在这种设计中，定义了一个契约，任何实现该契约的类都必须遵循，从而促进了模块化、可扩展和灵活的架构。

C#
public interface IRepository<T>
{
    void Add(T item);
    T Get(int id);
}

public class Repository<T> : IRepository<T>
{
    public void Add(T item)
    {
        // Implementation
    }
    
    public T Get(int id)
    {
        // Implementation
        return default(T);
    }
}

模拟

在编写单元测试时，可以使用接口创建模拟对象。因为可以在接口中定义行为而不实现，所以可以使用接口创建不依赖于具体类实现的单元测试。

C#
public interface IAnimal
{
    void MakeSound();
}

public class AnimalMock : IAnimal
{
    public void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("Mock sound");
    }
}

设计灵活性

可以利用接口创建具有演变设计的应用程序，通过编程接口而不是其实现，可以处理抽象而不是具体类，从而促进组件的可互换性。

C#
public interface IAnimal
{
    void MakeSound();
}

public class Dog : IAnimal
{
    public void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("Bark");
    }
}

public class Cat : IAnimal
{
    public void MakeSound()
    {
        Console.WriteLine("Meow");
    }
}

public class AnimalService
{
    private readonly IAnimal _animal;
    
    public AnimalService(IAnimal animal)
    {
        _animal = animal;
    }
    
    public void MakeAnimalSound()
    {
        _animal.MakeSound();
    }
}

总结

抽象类和接口各有优缺点，选择哪一个取决于具体的需求。如果需要定义状态信息并指定字段的初始化方式，应该使用抽象类。如果需要定义一个行为契约而不强制继承关系，应该使用接口。通过理解它们的区别和应用场景，可以设计出松耦合和可扩展的应用程序。

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