C# Kalıtım (Inheritance): base, virtual, override, sealed ve Polimorfizm

Kalıtım, bir sınıfın başka bir sınıfın üzerine inşa edilmesini sağlar. Türetilmiş sınıf temel sınıfın üyelerini alır, kendi üyelerini ekler ve temel sınıfın değiştirmesine izin verdiği davranışı değiştirebilir. virtual metotlarla birleştiğinde size polimorfizm verir: temel sınıfa karşı yazılmış kod, hangi türetilmiş sınıfa sahip olduğunu bilmeden doğru türetilmiş davranışı çalıştırır.

Bir sınıf türetmek

Temel sınıfı iki noktadan sonra yazın. Türetilmiş sınıf temel sınıfın sahip olduğu her şeye ve bildirdiklerine sahiptir:

using System;

class Vehicle
{
    public string Plate { get; }
    public int Km { get; private set; }

    public Vehicle(string plate) { Plate = plate; }

    public void Drive(int km) { Km += km; }
}

class Taxi : Vehicle
{
    public int Fares { get; private set; }

    public Taxi(string plate) : base(plate) { }

    public void Pickup(int km)
    {
        Drive(km);      // inherited method
        Fares++;
    }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        var taxi = new Taxi("TX-19");
        taxi.Pickup(12);
        taxi.Pickup(5);
        taxi.Drive(3);   // callers can use inherited members too

        Console.WriteLine($"{taxi.Plate}: {taxi.Km} km, {taxi.Fares} fares");
        Console.WriteLine(taxi is Vehicle);
    }
}

Çıktı:

TX-19: 20 km, 2 fares
True

Türetilmiş bir sınıfın aldıkları ve almadıkları:

• Kalıtılanlar: alanlar, property'ler, metotlar, event'ler ve iç içe tipler. Her şey fiziksel olarak nesnenin içindedir.
• Erişilebilenler: yalnızca temelin izin verdikleri: public, protected ve internal üyeler. Vehicle'ın private bir üyesi her Taxi'nin içinde vardır ama Taxi'nin kodu onun adını anamaz. Km'nin private set'e sahip olmasının nedeni budur: Taxi onu okuyabilir ve yalnızca Drive üzerinden değiştirir.
• Kalıtılmayanlar: constructor'lar. Taxi kendi constructor'ını bildirmeli ve : base(plate) ile Vehicle'ınkilerden birine zincirlemelidir. Constructor'lar sayfası ikisinin çalışma sırasını gösterir.

Her sınıf sonuçta object'ten türer; her nesnenin ToString(), Equals() ve GetHashCode()'u olmasının nedeni budur.

virtual ve override

Bir temel sınıf, "türetilmiş sınıflar kendi sürümlerini sağlayabilir" demek için bir metodu virtual işaretler. Türetilmiş bir sınıf onu override ile değiştirir. Override'ın içinde base.Method() temel sınıfın sürümünü çağırır.

using System;
using System.Collections.Generic;

class Notification
{
    public string To { get; }
    public Notification(string to) { To = to; }

    public virtual string Channel => "generic";

    public virtual string Render(string message) => $"[{Channel}] to {To}: {message}";
}

class Email : Notification
{
    public Email(string to) : base(to) { }
    public override string Channel => "email";

    public override string Render(string message) =>
        base.Render(message) + "\n  (unsubscribe link appended)";
}

class Sms : Notification
{
    public Sms(string to) : base(to) { }
    public override string Channel => "sms";

    // SMS messages are cut to 20 characters here to keep the demo short.
    public override string Render(string message) =>
        base.Render(message.Length > 20 ? message.Substring(0, 20).TrimEnd() + "..." : message);
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        var outbox = new List<Notification>
        {
            new Email("lea@example.com"),
            new Sms("+351 912 000 111"),
            new Notification("ops-team"),
        };

        foreach (Notification n in outbox)
            Console.WriteLine(n.Render("Your order 1042 has shipped today"));
    }
}

Çıktı:

[email] to lea@example.com: Your order 1042 has shipped today
  (unsubscribe link appended)
[sms] to +351 912 000 111: Your order 1042 has...
[generic] to ops-team: Your order 1042 has shipped today

Döngü değişkeninin tipi Notification'dır, ama yine de her nesne kendi şekilde oluşturulur. Polimorfizm budur: n.Render(...) çağrısı çalışma zamanında nesnenin gerçek tipinden çözülür. Ayrıca Email'deki base.Render'ın kendisi de virtual olan Channel'ı kullandığına dikkat edin; bu yüzden temel metot generic değil email yazdırır. Temel sınıfın içindeki bir virtual çağrı yine override'a ulaşır.

Channel'ın gösterdiği gibi property'ler de virtual olabilir. Alanlar olamaz.

Derleyici sizi iki anahtar kelimeden de sorumlu tutar. virtual olmayan bir metoda override yazmak CS0506 hatasıdır ("cannot override inherited member ... because it is not marked virtual, abstract, or override"). Temel metot virtual iken override'ı atlamak yalnızca bir uyarıdır ve bir sonraki bölümün gösterdiği gibi anlamı tamamen değiştirir.

new ile override: override etmek yerine gizlemek

Türetilmiş bir sınıf, override yazmadan bir temel metotla aynı imzaya sahip bir metot bildirirse temel metodu gizler. Derleyici uyarır (virtual bir temel metot için CS0114, aksi halde CS0108) ve uyarıyı susturan ama gizleme davranışını koruyan new anahtar kelimesini önerir:

using System;

class Report
{
    public virtual string Title() => "Report";
}

class SalesReport : Report
{
    public override string Title() => "Sales report";
}

class DraftReport : Report
{
    public new string Title() => "Draft report";
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        Report a = new SalesReport();
        Report b = new DraftReport();
        DraftReport c = new DraftReport();

        Console.WriteLine(a.Title());
        Console.WriteLine(b.Title());
        Console.WriteLine(c.Title());
    }
}

Çıktı:

Sales report
Report
Draft report

b ve c aynı türden nesnelerdir, ama farklı başlıklar yazdırırlar. new ile seçilen metot, derleme zamanında belirlenen değişkenin tipine bağlıdır. Raporları Report olarak ele alan kod (bir liste, bir metot parametresi, bir framework callback'i) DraftReport.Title'ı asla görmez. Bu neredeyse hiçbir zaman istediğiniz şey değildir. Polimorfizm için override kullanın; new esas olarak, kontrol etmediğiniz bir temel sınıfın, sizde zaten bulunan bir üyeyle adı çakışan bir üye eklemesi durumu için vardır.

sealed

Bir sınıftaki sealed ondan türetmeyi yasaklar:

sealed class Invoice { }
class CorrectedInvoice : Invoice { }
// error CS0509: 'CorrectedInvoice': cannot derive from sealed type 'Invoice'

string ve birçok framework tipi sealed'dır. Bir override üzerinde sealed zinciri o seviyede durdurur:

class Shape { public virtual string Name() => "shape"; }
class Square : Shape { public sealed override string Name() => "square"; }
class Tile : Square { public override string Name() => "tile"; }
// error CS0239: 'Tile.Name()': cannot override inherited member 'Square.Name()' because it is sealed

Bir sınıfı kalıtım için tasarlamak emek ister: neyin virtual olduğuna, türetilmiş sınıfların neye güvenebileceğine, işlerin hangi sırayla olduğuna karar vermek. Böyle tasarlanmamış bir sınıf sealed olarak daha güvenlidir ve sealed yapmak sonradan kimseyi bozmadan geri alınabilir; oysa başkaları sizden türettiğinde unsealed yapmak geri alınamaz. Sealed sınıfların üyelerine yapılan çağrılar biraz daha hızlı da olabilir, çünkü çalışma zamanı hiçbir override olmadığını bilir.

Tek temel sınıf, çok sayıda interface

Bir C# sınıfının tam olarak bir temel sınıfı vardır. class Admin : User, Employee CS1721 hatasıdır ("cannot have multiple base classes"). Ancak bir sınıf temel sınıfının yanında istediği sayıda interface uygulayabilir:

class Admin : User, IAuditable, IComparable<Admin>
{
    // base class first, then interfaces, in any order
}

"Bir türüdür ve uygulamayı onunla paylaşır" için bir temel sınıf, "yapabilir" için interface'ler kullanın. Temel sınıf yalnızca türetilmiş sınıfları bazı metotları doldurmaya zorlamak için varsa, doğru araç bir abstract sınıftır.

Hiyerarşide yukarı ve aşağı cast

Türetilmiş bir nesne her zaman temel tipinin beklendiği yerde kullanılabilir. Bu yukarı cast örtüktür ve başarısız olamaz. Diğer yöne, aşağı cast'e gitmek açık bir cast gerektirir ve nesne o tipte değilse çalışma zamanında başarısız olur:

using System;

class Animal { public string Name; }
class Dog : Animal { public void Fetch() => Console.WriteLine($"{Name} fetches the ball"); }
class Cat : Animal { }

class Program
{
    static void Main()
    {
        Animal pet = new Dog { Name = "Rex" };   // upcast: implicit
        Animal other = new Cat { Name = "Tom" };

        Dog d = (Dog)pet;                        // downcast: explicit, succeeds
        d.Fetch();

        try
        {
            Dog wrong = (Dog)other;              // the object is a Cat
        }
        catch (InvalidCastException)
        {
            Console.WriteLine("InvalidCastException: Tom is not a Dog");
        }

        Dog maybe = other as Dog;                // as: null instead of an exception
        Console.WriteLine(maybe == null);

        if (pet is Dog dog)                      // is: test and cast in one step
            dog.Fetch();
    }
}

Çıktı:

Rex fetches the ball
InvalidCastException: Tom is not a Dog
True
Rex fetches the ball

Cast olmadan Dog d = pet; yazmak bir derleme hatasıdır (CS0266: "An explicit conversion exists (are you missing a cast?)"), çünkü derleyici yalnızca pet'in bir tür Animal olduğunu bilir. Nesne başka bir tipte olabiliyorsa değişkenli is'i, düz bir cast'i ise yalnızca başka bir şeyin hata olacağı durumda tercih edin. Sık aşağı cast bir tasarım kokusudur: genellikle davranışın temel sınıftaki virtual bir metoda ait olduğu anlamına gelir. Pattern matching sayfası is biçimlerini eksiksiz ele alır.

Kalıtım ve koleksiyonlar

Polimorfizm eleman eleman çalışır, ama türetilmiş bir tipten oluşan generic koleksiyonlar temel tipin koleksiyonları değildir: List<Animal> animals = new List<Dog>(); derlenmez, çünkü o zaman liste bir Cat kabul ederdi. Salt okunur görünümler kovaryanttır, bu yüzden IEnumerable<Animal> animals = new List<Dog>(); sorun değildir. Generics sayfası nedenini açıklar.

Yaygın hatalar

• override'ı unutmak. Metot bir uyarıyla derlenir ve override etmek yerine sessizce gizler. CS0114'ü hata gibi ele alın.
• Her şeyi virtual yapmak. Her virtual üye, türetilmiş sınıflara ne zaman çağrılacağı ve neyi varsayabileceği hakkında bir sözdür. Yalnızca niyet ettiğiniz genişletme noktalarını işaretleyin.
• Derin hiyerarşiler. Üç dört seviyelik kalıtım, bir metodun hangi sürümünün çalıştığını bilmeyi zorlaştırır. Kompozisyon, yani bir sınıfın başka bir nesneyi tutup onu çağırması, çoğu zaman yeni bir seviyeden daha basittir.
• Bir constructor'dan virtual metotlar çağırmak. Override türetilmiş constructor'ın gövdesinden önce çalışır, bu yüzden o gövdenin atadığı her alan hâlâ varsayılan değerini tutar.
• Kalıtımı yalnızca kodu yeniden kullanmak için kullanmak. Bir Stack List'ten kalıtım alırsa çağıranlar stack'inizin ortasına Insert yapabilir. Bunun yerine private bir alanda bir List tutun.