Віртуальні методи та поліморфізм

Віртуальні методи та перевизначення

Похідний клас може змінити поведінку успадкованого методу. Для цього метод базового класу позначають virtual, а в похідному класі оголошують метод із тією самою сигнатурою й модифікатором override. Перевизначити можна лише віртуальний, абстрактний або вже перевизначений метод (помилка CS0506). Усередині перевизначення базову реалізацію викликають через base.Method():

Employee e = new SalariedEmployee("Коваль О.", 32_000m);
Console.WriteLine(e.Describe());           // Коваль О. (оклад)

class Employee(string name)
{
    public string Name { get; } = name;
    public virtual string Describe() => Name;
}

class SalariedEmployee(string name, decimal salary) : Employee(name)
{
    public decimal Salary { get; } = salary;
    public override string Describe() => $"{base.Describe()} (оклад)";
}

Властивості також можуть бути віртуальними (protected virtual decimal Available => Balance;). Visual Studio генерує заготовки перевизначень: курсор у класі → Ctrl+. → Generate overrides… (рис. 9.3).

Рис. 9.3. Генерування перевизначень методів

Перелік усіх перевизначень віртуального методу показує команда Go To Implementation (Ctrl+F12) (рис. 9.4).

Рис. 9.4. Перехід до перевизначень віртуального методу

Поліморфізм

Поліморфізм (polymorphism, «багато форм») – здатність коду, написаного для базового типу, однаково працювати з об’єктами різних похідних типів, при цьому кожен об’єкт виконує свою версію віртуального методу (https://learn.microsoft.com/dotnet/csharp/fundamentals/object-oriented/polymorphism):

Employee[] staff = [new SalariedEmployee(…), new HourlyEmployee(…)];
foreach (Employee e in staff)
{
    total += e.CalculatePay();   // для кожного – свій розрахунок
}

Цикл нічого не знає про конкретні типи працівників. Якщо згодом додати клас PieceworkEmployee з відрядною оплатою, цикл не зміниться: достатньо перевизначити CalculatePay у новому класі.

Метод, який буде викликано, визначається під час виконання за фактичним типом об’єкта, а не за типом змінної: це пізнє (динамічне) зв’язування. Спрощено кожен об’єкт посилається на таблицю віртуальних методів свого класу, у якій для кожного віртуального методу записано реалізацію, що має бути викликана (рис. 9.5). Для невіртуальних методів виклик визначається під час компіляції за типом змінної.

Рис. 9.5. Виклик віртуального методу через посилання базового типу

У налагоджувачі видно обидва типи: у вікні Locals змінна e має тип Employee {HourlyEmployee} – спочатку тип змінної, у дужках фактичний тип об’єкта (рис. 9.6).

Рис. 9.6. Тип змінної та фактичний тип об’єкта у вікні Locals

Приховування членів new

Якщо в похідному класі оголосити метод із такою самою сигнатурою, як у базовому, без override, новий метод приховує (hides) базовий. Компілятор попереджає про це: CS0108 для невіртуального методу і CS0114 для віртуального (рис. 9.8). Модифікатор new прибирає попередження й показує, що приховування зроблене свідомо. На відміну від перевизначення, прихований метод обирається за типом змінної (рис. 9.7):

Рис. 9.7. Приховування new і перевизначення override

Рис. 9.8. Попередження про приховування успадкованого члена

Приховування майже ніколи не потрібне в новому коді: воно робить поведінку залежною від типу змінної, що заплутує. Зустрічається переважно тоді, коли в базовому класі сторонньої бібліотеки з’явився член з тим самим ім’ям. Докладніше про відмінність https://learn.microsoft.com/dotnet/csharp/programming-guide/classes-and-structs/knowing-when-to-use-override-and-new-keywords.

Клас object

Клас System.Object містить методи, які мають усі об’єкти (https://learn.microsoft.com/dotnet/api/system.object):

• ToString() – текстове подання; за замовчуванням повертає ім’я типу;
• Equals(object? obj) – рівність; за замовчуванням для класів порівнює посилання;
• GetHashCode() – хеш-код для хеш-таблиць (словників, множин; тема 13);
• GetType() – об’єкт Type з інформацією про фактичний тип (невіртуальний метод).

Перші три методи віртуальні й часто перевизначаються. Якщо об’єкти класу мають вважатися рівними за значенням (дві книги з однаковим ISBN), перевизначають Equals і GetHashCode разом:

• Equals має бути рефлексивним (a.Equals(a)), симетричним (a.Equals(b) == b.Equals(a)) і транзитивним; для null і об’єктів іншого типу повертає false;
• рівні об’єкти мусять мати однаковий хеш-код; зручно обчислювати його методом HashCode.Combine з тих самих полів, що беруть участь у Equals;
• поля, що визначають рівність, бажано робити незмінними.

Операція == для класів і далі порівнює посилання, якщо її не перевантажено (тема 12). Записи (record, тема 11) генерують Equals, GetHashCode і == за значенням автоматично.