C#：接口（interface)

news2025/4/8 1:10:20

目录

接口的核心是什么？

1. 什么是接口（Interface），为什么要用它？

2. 如何定义和使用接口？

3.什么是引用接口？ 

 如何“引用接口”？

“引用接口”的关键点

4. 接口与抽象类的区别

5. 接口的常见特性

6. 如何通过接口进行依赖注入？

7. 常见陷阱和注意事项

接口的核心是什么？

从最基本的角度看，人类总是需要一种方式来定义“规则”或“标准”，让不同的人或事物按照相同的模式工作。比如，你去餐厅点餐，菜单上列出了各种菜品（规则），厨师和服务员必须按照菜单上的描述来准备和提供食物。接口在编程中就像这个菜单：它定义了一组方法和属性，告诉类“如果你要实现我，你必须提供这些功能”。

在 C# 中，接口是一种抽象类型，用于定义行为规范（contract），但不提供实现。类或结构体可以通过实现接口来承诺遵守这些规范。接口的核心思想是：分离“做什么”（接口定义）和“怎么做”（类实现），从而提高代码的灵活性、可扩展性和复用性。

1. 什么是接口（Interface），为什么要用它？

定义：接口是 C# 中的一种引用类型，用于声明一组方法、属性、事件或索引器的签名，但不包含具体实现。接口本身不能被实例化，只能被类或结构体实现。

为什么要用接口而不是直接用类？

  • 从第一性原理看：如果你想让多个类有相同的行为（比如都能“飞行”或“计算”），但它们的实现细节不同（比如鸟和飞机飞的方式不同），直接用类继承会有局限，因为一个类只能继承一个基类（单继承）。接口解决了这个问题：它允许一个类实现多个接口，从而支持多重继承的“行为”。

  • 接口的优势：

    • 抽象和规范：接口定义了“应该做什么”，但不关心“怎么做”，让开发者专注于实现。

    • 松耦合：通过接口编程（依赖抽象而非具体实现），代码更灵活，易于替换或扩展。

    • 测试性：接口便于 mock（模拟）测试，可以用假实现替换真实实现。

    • 多功能性：一个类可以实现多个接口，拥有多种能力。

例子：假设你有一个系统，需要不同类型的运输工具（车、船、飞机）都能“运输”。你可以定义一个接口：

public interface ITransport
{
    void Move(); // 所有运输工具必须实现这个方法
}

然后不同的类可以实现这个接口： 

public class Car : ITransport
{
    public void Move()
    {
        Console.WriteLine("车在路上行驶。");
    }
}

public class Ship : ITransport
{
    public void Move()
    {
        Console.WriteLine("船在水上航行。");
    }
}

现在，你可以用同一个接口 ITransport 处理任何运输工具，而不必关心具体类型。 

2. 如何定义和使用接口？

定义接口：

接口用 interface 关键字定义，里面只能包含方法、属性、事件或索引器的签名，不能有具体实现。接口成员默认是公有的（public），不能有访问修饰符。

例子：

public interface IShape
{
    double CalculateArea(); // 定义方法签名
    string Name { get; set; } // 定义属性签名
}

实现接口：

类或结构体通过 : 接口名 来实现接口，并必须提供所有接口成员的具体实现。

例子：

public class Circle : IShape
{
    public string Name { get; set; }

    public double CalculateArea()
    {
        return Math.PI * Radius * Radius; // 假设有一个 Radius 字段
    }

    private double Radius { get; set; }

    public Circle(double radius)
    {
        Radius = radius;
        Name = "圆";
    }
}

public class Rectangle : IShape
{
    public string Name { get; set; }

    public double CalculateArea()
    {
        return Length * Width; // 假设有 Length 和 Width 字段
    }

    private double Length { get; set; }
    private double Width { get; set; }

    public Rectangle(double length, double width)
    {
        Length = length;
        Width = width;
        Name = "矩形";
    }
}

使用接口：

你可以通过接口类型引用实现了该接口的任何对象，这被称为“接口多态”。

例子：

IShape shape1 = new Circle(5); // 用接口引用 Circle 对象
IShape shape2 = new Rectangle(4, 6);

Console.WriteLine($"{shape1.Name} 面积：{shape1.CalculateArea()}");
Console.WriteLine($"{shape2.Name} 面积：{shape2.CalculateArea()}");

输出： 

圆 面积：78.53981633974483
矩形 面积：24

解释：这里 IShape 是抽象的“合同”，Circle 和 Rectangle 都实现了这个合同。通过 IShape 接口，你可以统一处理不同形状，而不必关心具体类型。 

3.什么是引用接口？ 

想象你在组织一场聚会，你希望邀请一些人来表演，比如歌手、魔术师和舞蹈家。你不关心他们具体是谁（比如张三还是李四），你只关心他们能做什么（唱歌、变魔术、跳舞）。所以，你会发出一份“邀请函”（接口），上面写着：“只要你能唱歌，就来表演！”然后，任何符合条件的人（实现了这个接口的类）都可以来。

在 C# 中，“引用接口”就是说你用接口类型来指向（引用）实现了这个接口的某个对象。也就是说，你并不直接使用具体类的实例（如 Singer 或 Magician），而是通过接口（如 IPerformer）来操作它们。这让你的代码更灵活，因为你可以在运行时轻松替换不同的实现。

 如何“引用接口”？

还是用聚会的比喻：

  1. 定义规则（接口）： 你先写一份“邀请函”，说明表演者需要做什么

public interface IPerformer
{
    void Perform(); // 所有表演者必须能表演
}

这里，IPerformer 就像是“必须会唱歌或变魔术”的要求。 

    2.有人响应（类实现接口）： 不同的人（类）根据邀请函的要求，承诺他们会表演 。

public class Singer : IPerformer
{
    public void Perform()
    {
        Console.WriteLine("我唱一首歌！");
    }
}

public class Magician : IPerformer
{
    public void Perform()
    {
        Console.WriteLine("我变一个魔术！");
    }
}

这里，Singer 和 Magician 都说：“我能表演！”他们实现了 IPerformer 接口。 

3. 发邀请并引用（用接口类型引用对象）： 你不直接请某个具体的人（比如只请 Singer），而是发出一张通用邀请，说“我要一个能表演的人”。然后，任何符合条件的人都可以来，你用“表演者”的身份（接口）来管理他们。

IPerformer performer = new Singer(); // 用接口引用 Singer 对象
performer.Perform(); // 输出：我唱一首歌！

performer = new Magician(); // 随时换人，用接口引用 Magician 对象
performer.Perform(); // 输出：我变一个魔术！

 解释：这里 IPerformer 是一个“通用标签”，你可以随时用它指向 Singer 或 Magician。你只关心他们能“Perform”，而不关心具体是谁。

“引用接口”的关键点

  • 接口是抽象的：你不能直接创建接口的实例（比如 new IPerformer() 是错误的），因为接口只是规则，不是具体的东西。你只能用接口来引用实现了它的类。

  • 多态性：通过接口引用不同类的对象，这种能力叫多态（Polymorphism）。就像你请的表演者可以是歌手也可以是魔术师，但你用同一个方式（“表演”）来指挥他们。

  • 松耦合：如果你直接用类（比如只写 Singer singer = new Singer();），代码就和 Singer 紧紧绑在一起。如果以后想换成 Magician，你就得改代码。但用接口（IPerformer performer = ...），你只需要换成新的实现，调用代码不用变。

4. 接口与抽象类的区别

虽然接口和抽象类（abstract class）都有抽象行为，但它们有重要区别：

  • 接口：

    • 只包含签名，没有实现（C# 8.0 之后支持默认实现，但仍以签名为主）。

    • 一个类可以实现多个接口。

    • 适合定义行为规范。

  • 抽象类：

    • 可以包含部分实现（抽象方法和普通方法）。

    • 一个类只能继承一个抽象类。

    • 适合定义共享的基类逻辑和状态。

选择建议：如果只是定义“应该做什么”，用接口；如果需要共享代码或状态，用抽象类。

5. 接口的常见特性

  • 多个接口实现：一个类可以实现多个接口，用逗号分隔。

    例子：

public interface IFlyable
{
    void Fly();
}

public interface ISwimable
{
    void Swim();
}

public class Duck : IFlyable, ISwimable
{
    public void Fly()
    {
        Console.WriteLine("鸭子在飞！");
    }

    public void Swim()
    {
        Console.WriteLine("鸭子在游泳！");
    }
}

显式接口实现：如果同一个接口方法在不同接口中有冲突，可以用显式实现。

例子：

public interface I1
{
    void Method();
}

public interface I2
{
    void Method();
}

public class MyClass : I1, I2
{
    void I1.Method() // 显式实现 I1 的 Method
    {
        Console.WriteLine("I1 的方法");
    }

    void I2.Method() // 显式实现 I2 的 Method
    {
        Console.WriteLine("I2 的方法");
    }
}

 只有通过接口引用才能调用这些方法（比如 ((I1)myObject).Method()）。

接口继承：接口可以继承其他接口。

例子：

public interface IBase
{
    void BaseMethod();
}

public interface IDerived : IBase // IDerived 继承 IBase
{
    void DerivedMethod();
}

6. 如何通过接口进行依赖注入？

接口是依赖注入（Dependency Injection, DI）的基础。它的核心思想是：不直接依赖具体类，而是依赖接口，这样可以轻松替换实现。

public interface ILogger
{
    void Log(string message);
}

public class ConsoleLogger : ILogger
{
    public void Log(string message)
    {
        Console.WriteLine($"日志：{message}");
    }
}

public class MyService
{
    private readonly ILogger _logger;

    public MyService(ILogger logger) // 通过构造函数注入
    {
        _logger = logger;
    }

    public void DoSomething()
    {
        _logger.Log("服务正在运行...");
    }
}

// 使用
ILogger logger = new ConsoleLogger();
MyService service = new MyService(logger);
service.DoSomething();

 好处：如果以后想换成文件日志（FileLogger），只需替换 logger，而无需改动 MyService。

7. 常见陷阱和注意事项

  • 接口不能包含字段：接口只能定义方法、属性、事件，不能有字段或具体实现（除非使用默认接口方法，C# 8.0+）。

  • 空接口（Marker Interface）：如果接口没有任何成员，可能没有太大意义，除非用于标记（比如 ISerializable）。

  • 命名约定：接口通常以 I 开头（如 IList、IDisposable），以便与类区分。

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