第 13 章接口

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第 13 章接口

本章内容：

类和接口继承
定义接口
继承接口
关于调用接口方法的更多探讨
隐式和显示接口方法实现(幕后发生的事情)
泛型接口
泛型和接口约束
实现多个具有相同方法名和签名的接口
用显式接口方法实现来增强编译时类型安全性
谨慎使用显式接口方法实现
设计：基类还是接口？

13.1 类和接口继承

由于 Microsoft 的开发团队已实现了 Object 的方法，所以从Object派生的任何类实际都继承了以下内容。

方法签名
使代码认为自己是在操作Object类的实例，但实际操作的可能是其他类的实例。
方法实现
使开发人员定义Object的派生类时不必手动实现Object的方法。

13.2 定义接口

如前所述，接口对一组方法签名进行了统一命名。注意，接口还能定义事件、无参属性和有参属性(C# 的索引器)。如前所述，所有这些东西本质上都是方法，它们只是语法上的简化。不过，接口不能定义任何构造器方法，也不能定义任何实例字段。

13.3 继承接口

C# 编译器要求将实现接口的方法(后文简称为“接口方法”)标记为 public。CLR 要求将接口方法标记为virtual。不将方法显式标记为virtual，编译器会将它们标记为virtual和sealed；这会阻止派生类重写接口方法。将方法显式标记为virtual，编译器就会将该方法标记为virtual(并保持它的非密封状态)，使派生类能重写它。

派生类不能重写sealed的接口方法。但派生类可重新继承同一个接口，并为接口方法提供自己的实现。在对象上调用接口方法时，调用的是该方法在该对象的类型中的实现。下例对此进行了演示：

13.4 关于调用接口方法的更多探讨

CLR 允许定义接口类型的字段、参数或局部变量。使用接口类型的变量可以调用该接口定义的方法。此外，CLR 允许调用 Object 定义的方法，因为所有类都继承了 Object 的方法。

重要提示和引用类型相似，值类型可实现零个或多个接口。但值类型的实例在转换为接口类型时必须装箱。这是由于接口变量是引用，必须指向堆上的对象，使 CLR 能检查对象的类型对象的类型对象指针，从而判断对象的确切类型。调用已装箱值类型的接口方法时，CLR 会跟随对象的类型对象指针找到类型对象的方法表，从而调用正确的方法。

13.5 隐式和显式接口方法实现(幕后发生的事情)

类型加载到 CLR 中时，会为该类型创建并初始化一个方法表(参见第 1 章“CLR的执行模型”)。在这个方法表中，类型引入的每个新方法都有对应的记录项；另外，还为该类型继承的所有虚方法添加了记录项。继承的虚方法既有继承层次结构中的各个基类型定义的，也有接口类型定义的。所以，对于下面这个简单的类型定义：

1
2
3

internal sealed class SimpleType : IDisposable {
    public void Dispose() { Console.WriteLine("Dispose"); }
}

类型的方法表将包含以下方法的记录项。

Object(隐式继承的基类)定义的所有虚实例方法。
IDisposable(继承的接口)定义所有接口方法。本例只有一个方法，即Dispose，因为IDisposable接口只定义了这个方法。
SimpleType引入的新方法 Dispose。

C#编译器将新方法和接口方法匹配起来之后，会生成元数据，指明 SimpleType 类型的方法表中的两个记录项应引用同一个实现。

public sealed class Program {
    public static void Main() {
        SimpleType st = new SimpleType();

        // 调用公共 Dispose 方法实现
        st.Dispose();

        // 调用 IDisposable 的 Dispose 方法的实现
        IDisposable d = st;
        d.Dispose();
    }
}

1 2	Dispose Dispose

现在重写 SimpleType，以便于看出区别：

internal sealed class SimpleType : IDisposable {
    public void Dispose() { Console.WriteLine("public Dispose"); }
    void IDisposable.Dispose() { Console.WriteLine("IDisposable Dispose"); }
}

1 2	public Dispose IDisposable Dispose

在 C# 中，将定义方法的那个接口的名称作为方法名前缀(例如 IDisposable.Dispose)，就会创建显式接口方法实现(Explicit Interface Method Implementation，EIMI^①)。注意，C# 中不允许在定义显式接口方法时指定可访问性(比如 public或private)。但是，编译器生成方法的元数据时，可访问性会自动设为 private，防止其他代码在使用类的实例时直接调用接口方法。只有通过接口类型的变量才能调用接口方法。

还要注意，EIMI 方法不能标记为 virtual，所以不能被重写。这是用于 EIMI 方法并非真的是类型的对象模型的一部分

13.6 泛型接口

泛型接口的一些好处

泛型接口提供了出色的编译时类型安全性。
处理值类型时装箱次数会少很多。
类可以实现同一个接口若干次，只要每次使用不同的类型参数。

13.7 泛型和接口约束

将泛型类型参数约束为接口的好处

可将泛型类型参数约束为多个接口。这样一来，传递的参数的类型必须实现全部接口约束。

// M 的类型参数 T 被约束为只支持同时实现了
// IComparable 和 IConvertible 接口的类型
private static Int32 M<T>(T t) where T : IComparable, IConvertible {
    ...
}

传递值类型的实例时减少装箱。
C# 编译器为接口约束生成特殊 IL 指令，导致直接在值类型上调用接口方法而不装箱。

13.8 实现多个具有相同方法名和签名的接口

定义实现多个接口的类型时，这些接口可能定义了具有相同名称和签名的方法。要定义实现这两个接口的类型，必须使用“显式接口方法实现”来实现这个类型的成员，如下所示：

private interface IWindow {
    Object GetMenu();
}

public Interface IRestaurant {
    Object GetMenu();
}

// 这个类型派生自 System.Object
// 并实现了 IWindow 和 IRestaurant 接口
public sealed class MarioPizzeria : IWindow, IRestaurant {

    // 这是 IWindow 的 GetMenu 方法的实现
    Object IWindow.GetMenu() { ... }

    // 这是 IRestaurant 的 GetMenu 方法的实现
    Object IRestaurant.GetMenu() { ... }

    // 这个 GetMenu 方法是可选的，与接口无关
    public Object GetMenu() { ... }
}

代码在使用MarioPizzeria 对象时必须将其转换为具体的接口才能调用所需的方法。

13.9 用显式接口方法实现来增强编译时类型安全性

internal struct SomeValueType : IComparable {
    private Int32 m_x;
    public SomeValueType(Int32 x) { m_x = x; }

    public Int32 CompareTo(SomeValueType other) {
        return (m_x - other.m_x);
    }

    // 注意以下代码没有指定 pulbic/private 可访问性
    Int32 IComparable.CompareTo(Object other) {
        return CompareTo((SomeValueType) other);
    }
}

经过这两处改动之后，就获得了编译时的类型安全性，而且不会发生装箱：

public static void Main() {
    SomeValueType v = new SomeValueType(0);
    Object o = new Object();
    Int32 n = v.CompareTo(v);   // 不发生装箱
    n = v.CompareTo(o);         // 编译时错误
}

13.10 谨慎使用显式接口方法实现

EIMI 最主要的问题如下。

没有文档解释类型具体如何实现一个 EIMI 方法，也没有Microsoft Visual Studio“智能感知”支持。
值类型的实例在转换成接口时装箱。
EIMI不能由派生类型调用。

13.11 设计：基类还是接口

易用性
对于开发人员，定义从基类派生的新类型通常比实现接口的所有方法容易得多。基类型可提供大量功能，所以派生类型可能只需稍做改动。而提供接口的话，新类型必须实现所有成员。
一致性实现
无论接口协定(contract)订立得有多好，都无法保证所有人百分之百正确实现它。而如果为基类型提供良好的默认实现，那么一开始得到的就是能正常工作并经过良好测试的类型。以后根据需要修改就可以了。
版本控制
向基类型添加一个方法，派生类型将继承新方法。一开始使用的就是一个能正常工作的类型，用户的源代码甚至不需要重新编译。而向接口添加新成员，会强迫接口的继承者更改其源代码并重新编译。

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