C# 多态与new关键字

1. 你通常怎样用多态？

假设我有一个类，里面有一个 PrintStatus 方法，用于打印实例的当前状态，我希望该类的派生类都带有一个 PrintStatus 方法，并且这些方法都用于打印其实例的当前状态。那么我会这样表达我的愿望：
 
// Code #01

class Base
{
　public virtual void PrintStatus()
　{
　　Console.WriteLine("public virtual void PrintStatus() in Base");
　}
}

于是我可以写一个这样的方法：
 
// Code #02
 
public void DisplayStatusOf(Base[] bs)
{
　foreach (Base b in bs)
　{
　　b.PrintStatus();
　}
}

bs 中可能包含着不同的 Base 的派生类，但我们却可以忽略这些“个性”而使用一种统一的方式来处理某事。在 .NET 2.0 中，XmlReader 的 Create 有这样一个版本：

public static XmlReader Create(Stream input);

你可以向 Create 传递任何可用的“流”，例如来自文件的“流”（FileStream）、来自内存的“流”（MemoryStream）或来自网络的“流”（NetworkStream）等。虽然每一中“流”的工作细节都不同，但我们却使用一种统一的方式来处理这些“流”。

2. 假如有人不遵守承诺...

DisplayStatusOf 隐含着这样一个假设：bs 中如果存在派生类的实例，那么该派生类应该重写 PrintStatus，当然必须加上 override 关键字：
 
// Code #03
 
class Derived1 : Base
{
　public override void PrintStatus()
　{
　　Console.WriteLine("public override void PrintStatus() in Derived1");
　}
}

你可以把这看作一种承诺、约定，直到有人沉不住气...

// Code #04
 
class Derived2 : Base
{
　public new void PrintStatus()
　{
　　Console.WriteLine("public new void PrintStatus() in Derived2");
　}
}

假设我们有这样一个数组： // Code #05

Base[] bs = new Base[]
{
　new Base(),
　new Derived1(),
　new Derived2()
};

把它传递给 DisplayStatusOf，则输出是：
 
// Output #01
 
// public virtual void PrintStatus() in Base
// public override void PrintStatus() in Derived1
// public virtual void PrintStatus() in Base

从输出结果中很容易看出 Derived2 并没有按照我们期望的去做。但你无需惊讶，这是由于 Derived2 的设计者没有“遵守约定”的缘故。

3. new：封印咒术

new 似乎给人一种这样的感觉，它的使用者喜欢打破别人的约定，然而，如果使用恰当，new 可以弥补基类设计者的“短见”。在 Creating a Data Bound ListView Control 中，Rockford Lhotka 就示范了如何封印原来的 ListView.Columns，并使自行添加的返回 DataColumnHeaderCollection 的 Columns 取而代之。

从 Output #01 中我们可以看到，new 只是把 Base.PrintStatus 封印起来而不是消灭掉，你可以解除封印然后进行访问。对于 Derived2 的使用者，解封的方法是把 Derived2 的实例转换成 Base 类型：
 
// Code #06
 
Base d2 = new Derived2();
d2.PrintStatus();
 
// Output #02
 
// public virtual void PrintStatus() in Base
而在 Derived2 内部，你可以透过 base 来访问：

// Code #07

base.PrintStatus();

这种方法是针对实例成员的，如果被封印的成员是静态成员的话，就要透过类名来访问了。

4. 假如 Base.PrintStatus 是某个接口的隐式实现...

假如 Base 实现了一个 IFace 接口：

// Code #08
 
interface IFace
{
　void PrintStatus();
}

class Base : IFace
{
　public virtual void PrintStatus()
　{
　　Console.WriteLine("public virtual void PrintStatus() in Base");
　}
}

我们只需要让 Derived2 重新实现 IFace：
 
// Code #09

class Derived2 : Base, IFace
{
　public new void PrintStatus()
　{
　　Console.WriteLine("public new void PrintStatus() in Derived2");
　}
}

Derived1 保持不变。则把：
 
// Code #10
 
IFace[] fs = new IFace[]
{
　new Base(),
　new Derived1(),
　new Derived2(),
}

传递给：
 
// Code #11

public void DisplayStatusOf(IFace[] fs)
{
　foreach (IFace f in fs)
　{
　　f.PrintStatus();
　}
}

输出结果是：
 
// Output #03
 
// public virtual void PrintStatus() in Base
// public override void PrintStatus() in Derived1
// public new void PrintStatus() in Derived2

从输出结果中，我们可以看到，虽然 Derived2.PrintStatus 应用了 new，但却依然参与动态绑定，这是由于 new 只能割断 Derived2.PrintStatus 和 Base.PrintStatus 的联系，而不能割断它与 IFace.PrintStatus 的联系。我在 Derived2 的定义中重新指定实现 IFace，这将使得编译器认为 Derived2.PrintStatus 是 IFace.PrintStatus 的隐式实现，于是，在动态绑定时 Derived2.PrintStatus 就被包括进来了。

5. 谁的问题？

我必须指出，如果 Base（Code #01）和 Derived2（Code #04）同时存在的话，它们俩其中一个存在着设计上的问题。为什么这样说呢？Base 的设计者在 PrintStatus 上应用 virtual 说明了他希望派生类能透过重写这一方法来参与动态绑定，即多态性；而 Derived2 的设计者在 PrintStatus 上应用 new 则说明了他希望割断 Derived2.PrintStatus 和 Base.PrintStatus 之间的联系，这将使得 Derived2.PrintStatus 无法参与到 Base 的设计者所期望的动态绑定中。如果在 Base.PrintStatus 上应用 virtual（即对多态性的期望）是合理的话，那么 Derived2.PrintStatus 应该换用另外一个名字了；如果在 Derived2.PrintStatus 上应用 new（即否决参与动态绑定）是合理的，那么 Base.PrintStatus 应该考虑是否去掉 virtual 了，否则就会出现一些奇怪的行为，例如 Output #01 的第三行输出。

假如继承体系中多态性行为的期望是合理的话，那么更实际的做法应该是把 Base 定义成这样：
 
// Code #12
 
abstract class Base
{
　public abstract void PrintStatus();
} 

而原来 Base 中的实现应该下移到一个派生类中： // Code #13

class Derived3 : Base
{
　public override void PrintStatus()
　{
　　Console.WriteLine("public override void PrintStatus() in Derived3 [originally implemented in Base]");
　}
}

这样，Derived2.PrintStatus 将使得编译无法完成，从而迫使其设计者要么更改方法的名字，要么换用 override 修饰。这种强制使得 Derived2 的设计者不得不重新考虑其设计的合理性。

假如继承体系中多态性行为的期望不总是合理呢？例如 Stream 有这样一个方法：

public abstract long Seek(long offset, SeekOrigin origin);

现在假设我有一个方法在处理输入流时需要用到 Stream.Seek：
 
// Code #14
 
public void Resume(Stream input, long offset)
{
　//
　input.Seek(offset, SeekOrigin.Begin);
　//
}

当我们向 Resume 传递一个 NetworkStream 的实例，Resume 将会抛出一个 NotSupportedException，因为 NetworkStream 不支持 Seek。那么这是否说明 Stream 的设计有问题呢？

设想 Resume 是一个下载工具进行断点续传的方法，然而，并不是所有的服务器都支持断点续传的，于是，你需要首先判断输入流是否支持 Seek 操作，再决定如何处理输入流：
 
// Code #15
 
public void Resume(Stream input, long offset)
{
　if (input.CanSeek)
　{
　　//
　　input.Seek(offset, SeekOrigin.Begin);
　　//
　}
　else
　{
　　//
　}
}

如果 CanSeek 为 false，那就只好从头来过了。

实际上，我们并不能保证任何 Stream 的派生类都能够支持某个（些）操作，我们甚至不能保证来自同一个派生类的所有实例都支持某个（些）操作。你可以设想有这样一个 PriorityStream，它能够根据当前登录账号的权限来决定是否提供写操作，这使得拥有足够权限的人才能修改数据。或许 Stream 的设计者已经预料到这类情况的发生，所以 CanRead、CanSeek 和 CanWrite 就被加入到 Stream 里了。

值得注意的是，Code #07 的 Derived2 可能是一个很糟糕的设计，也可能是一个很实用的设计。在本文，它是一个很糟糕的设计，如果你足够细心，你会察觉到 Derived2 的设计者希望 Derived2.PrintStatus 绕过 Base.PrintStatus 而直接和 IFace.PrintStauts 进行关联，表面上这没什么不妥，但实质上 Base.PrintStatus 和 IFace.PrintStauts 在约定上是同质的，这意味着如果与 IFace.PrintStauts 进行关联就等于承认自己和 Base.PrintStatus 是同质的，这样的话，为什么不直接在 Derived2 里重写 PrintStatus 呢？在《基类与接口混合继承的声明问题》中，我示范了一个实用的设计，用 new 和接口重新实现（Interface reimplementation）来纠正非预期的多态行为。

6. 最后...

当我的朋友拿着问题来找我时，我通常都不会直接给出我的答案，而是尽我的能力向他提供足够多的可用信息，以便他能够根据他所面临的实际情况作出处理，毕竟，我不会比他更了解他的问题，而他也应该形成他自己的关于他的问题的思考。我希望浪子能用自己的答案回答他所提出的问题，因为只有这样，那些知识才真正属于他，并且我也相信本文已经提供了足够多的可用信息。