接口与抽象类

本课属于 Coddy C# 学习旅程的“面向对象编程”单元。第 26 课，共 70 课。

接口和抽象类都可以定义其他类必须遵守的契约，但它们的用途不同，功能也各有特点。

接口定义了一个类必须执行的操作，但不包含任何实现。它是一份纯粹的契约：

public interface IFlyable
{
    void Fly();
}

public class Bird : IFlyable
{
    public void Fly()
    {
        Console.WriteLine("Flapping wings");
    }
}

抽象类既可以提供契约，也可以提供共享实现。它是一份不完整的蓝图：

public abstract class Vehicle
{
    public string Brand { get; set; }
    
    public void StartEngine()
    {
        Console.WriteLine("Engine started");
    }
    
    public abstract void Drive();  // 必须实现
}

public class Car : Vehicle
{
    public override void Drive()
    {
        Console.WriteLine("Driving on roads");
    }
}

主要区别在于继承规则和用途。

一个类可以实现多个接口，但只能继承一个抽象类。

一个类也可以同时继承抽象类并实现接口：冒号后先写基类，再写接口，彼此用逗号分隔：

public class Airplane : Vehicle, IFlyable
{
    public override void Drive()
    {
        Console.WriteLine("Taxiing to the runway");
    }

    public void Fly()
    {
        Console.WriteLine("Flying above the clouds");
    }
}

当不相关的类需要共享行为时，使用接口（例如，鸟类和飞机都可以使用 IFlyable）。当相关的类共享通用代码和状态时，使用抽象类（例如，车辆共享启动引擎的机制）。

抽象类可以有构造函数、字段和成员访问修饰符。传统上，接口不可以这样做，不过现代 C# 允许提供默认实现。

如果不确定，优先选择接口以获得灵活性。以后如果需要共享实现，你随时可以再添加一个抽象类。

挑战

简单

让我们构建一个媒体播放器系统，展示何时使用接口，何时使用抽象类。你将设计这样一种结构：不相关的设备通过接口共享播放行为，而相关的媒体类型则通过抽象类共享通用实现。

你将把代码分到四个文件中：

IPlayable.cs：在 Media 命名空间中定义一个名为 IPlayable 的接口。此接口用于表示任何可以播放媒体的对象所遵循的约定，无论它是手机、电视还是专用音乐播放器。它应声明一个名为 Play() 的方法，该方法返回一个字符串。
MediaFile.cs：在 Media 命名空间中定义一个名为 MediaFile 的抽象类。它是所有媒体文件的共同基础。它应包含一个 Title 属性（字符串）和一个 Duration 属性（整数，表示秒数）。添加一个用于设置这两个值的构造函数。添加一个名为 GetInfo() 的具体方法，返回 "{Title} ({Duration}s)"。还要声明一个名为 GetType() 的抽象方法，该方法返回一个字符串，由每种媒体类型定义自己的文件类型。
AudioFile.cs：在 Media 命名空间中定义一个 AudioFile 类，让它继承 MediaFile 并实现 IPlayable。添加一个 Artist 属性（字符串）。构造函数应接收标题、时长和艺术家。重写 GetType()，使其返回 "Audio"。实现 Play()，使其返回 "Playing audio: {Title} by {Artist}"。
Program.cs：在主文件中，使用输入值创建一个 AudioFile。展示这个类的两个方面：调用 GetInfo() 和 GetType()（从抽象类继承而来），然后调用 Play()（来自接口）。将音频文件存储在一个 IPlayable 变量中，再次调用 Play()，以展示接口多态。

你将收到三个输入：

歌曲名称
时长（秒）
艺术家姓名

按以下格式打印输出：

Info: {GetInfo() result}
Type: {GetType() result}
Direct: {Play() result}
Via Interface: {Play() result from IPlayable variable}

例如，如果输入是 Bohemian Rhapsody、354 和 Queen，输出应为：

Info: Bohemian Rhapsody (354s)
Type: Audio
Direct: Playing audio: Bohemian Rhapsody by Queen
Via Interface: Playing audio: Bohemian Rhapsody by Queen

注意，AudioFile 同时受益于这两种方式：它从抽象类继承了通用实现（GetInfo()），同时也满足了 IPlayable 约定。抽象类为相关媒体类型提供代码复用，而接口则让任何不相关的类无需共享继承层次结构也能成为“可播放”的对象。

亲手试试

using System;
using Media;

class Program
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        // 读取输入值
        string title = Console.ReadLine();
        int duration = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());
        string artist = Console.ReadLine();
        
        // TODO: 使用输入值创建一个 AudioFile
        
        // TODO: 先输出 Info:，再输出 GetInfo() 的结果
        
        // TODO: 先输出 Type:，再输出 GetType() 的结果
        
        // TODO: 先输出 Direct:，再输出 Play() 的结果
        
        // TODO: 将音频文件存入一个 IPlayable 变量
        
        // TODO: 先输出 Via Interface:，再输出 IPlayable 变量的 Play() 结果
    }
}