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C#1：类、名称空间

news 2026/6/13 21:21:44

C#1：类、名称空间

以刘铁猛老师和清华大学出版社《C#高级编程12版》进行学习。

C#程序的结构

名称空间（namespace）{类（class）{方法{语句、表达式;}}
}
using System;//使用名称空间
using System.Collections.Generic;
namespace IndexerExample//命名空间声明，用于组织代码
{class Program//类声明，所有代码必须包含在类中{static void Main(string[] args)//主方法（Main），程序的入口点{int x=10;Console.WriteLine(x);//语句与表达式，执行具体的输出操作}}
}

名称空间：以树型结构组织类（和其他类型）

namespace Example{ //写法一namespace ObjectExample{namespace IndexerExample{class Sample{public void CS(){Console.WriteLine("cs");}}}}
}
写法二
namespace Example.ObjectExample.IndexerExample{class Sample{public string CS(){int astring b= a+"cs";}}
}
//使用名称空间 using
using Example.ObjectExample.IndexerExample;//方法一
namespace A{class Program{static void Main(string[] args){string a = CS(1);//方法一：先调用后使用string b = using Example.ObjectExample.IndexerExample.CS(2);//方法2：使用时调用}}
}
//别名：给长的名称空间起一个小名字
using Webtimer = System.Web.UI.Timer;

类：构成程序的主体

类和名称空间

类和名称空间：类和名称空间都存储在类库中。类库引用是使用命名空间的物理基础。

例如：就像书是放在图书馆这样一个物理空间。Generic书在System图书馆的Collections中。Program在一个xx类库中，类库名字为IndexerExample。

声明

声明 Declaration：在程序中引入一个新的标识符，告诉编译器某个实体（如变量、类、方法等）的存在及其类型，但通常不一定会立即为它分配内存空间或赋予初始值。

  • 变量声明：int number; （告诉编译器这里有个整型变量叫 number）
  • 方法声明：定义一个方法的名字、返回值类型和参数列表。
  • 类/结构体声明：例如 class Car { }，定义了一个新的类型。
  • 命名空间声明：例如 namespace MyProject { }，用于组织代码逻辑组。

声明 vs 初始化 vs 实例化

  • 声明（Declaration）

    ：只生成对象或变量名，不赋值，不分配内存。

    • 代码：string str;

  • 初始化（Initialization）：本质都是“给变量赋予初始状态”

    ：在声明的基础上，给变量或对象赋予一个初始值。

    • 代码：int x = 1;
    • 底层动作：
      • 对于值类型（如 int a = 10;）：初始化只是把数据 10 写入栈（Stack）上已经分配好的内存空间。
      • 对于引用类型（如 MyClass obj = new MyClass();）：初始化只是把堆上对象的内存地址（指针）写入栈（Stack）上的局部变量中。

  • 实例化（Instantiation）

    ：专门针对“引用类型（如类）”，使用new关键字在内存（堆）中为对象分配空间，并调用构造函数。

    • 代码：A a = new A();
    • 底层动作：当你使用 new 关键字时，C# 运行时（CLR）会在内存的堆区中，根据类的结构精确地划出一块空间，用来存放这个对象的所有实例数据（成员变量）。

    在 C# 的语境下，我们通常不说“引用类型不能被初始化”，而是这样理解：

    1. 对于值类型（如 int）：初始化是直接把具体的数据（如 10）拷贝到栈上的内存空间里。
    2. 对于引用类型（如 string 或 class）：初始化是把对象的内存地址拷贝到栈上的变量里。

    实例化必须带上new关键字（没有的说明C#进行了隐藏），引用数据类型必定实例化：string的编译器封装了实例化 + 初始化。

    [!IMPORTANT]

    “实例化” = 在堆上造房子（分配内存）；“初始化” = 在栈上给门牌号（赋值/存地址）。

    int [] myArray = new int []{1,2,3,4};
int[]myArray //声明 底层真相：这一步仅是在内存的“栈（Stack）”上创建了一个名为 myArray 的变量
myArray = new int []//实例化 底层真相：new 关键字触发了实例化。此时，C# 运行时会在内存的“堆（Heap）”上真正开辟一块连续的空间，用来存放n个int 类型的数据。同时，它会将这块内存的地址返回，赋给栈上的 myArray 变量。
{1,2,3,4}//初始化 语法糖 把 1、2、3、4 赋值给刚才在堆上创建好的那 4 个 int 空间，覆盖掉原本的 0。

声明与定义

声明只是提供名称和类型，而定义（Definition）则是在声明的基础上，为标识符分配内存并提供初始值或具体实现。

  • 变量示例：int number; 是声明；number = 10; 是定义（赋值）。
  • 方法示例：void MyMethod(); 是声明（只告诉编译器有这个方法）；而包含具体代码块 { ... } 的则是方法的定义。
概念 核心动作 发生时机 本质
声明 (Declaration) 告诉编译器“有这个东西” 编译时 占位，不分配内存
定义 (Definition) 真正“创造”这个东西 编译时 分配内存 / 生成代码
初始化 (Initialization) 给变量/对象赋予初始值 编译时/运行时 赋值，不一定分配内存
实例化 (Instantiation) 用类在内存中创建对象 运行时 在堆上分配内存，创建对象

初解： 类（class）：现实世界事物的模型

  • 类是对现实世界事物抽象的结果（建模）。

    • 事物包括“物质”（实体）与“运动”（逻辑）。
    • 建模是一个去伪存真，由表及里的过程。

    目标：学习类的三大成员，两大状态，类与对象的关系

类的三大成员，两大状态

静态状态（Static Members） 实例状态（Instance Members ）
字段:（Field）
常量:（Constant）
属性:（property）
索引器（Indexer）
方法:（Method）
事件:（Event）
运算符重载（Operator）
构造函数（Constructor）
终结器/析构函数（Finalizer）
嵌套类型（Nested Type） 
using System;
public class Person
{// ================= 1. 数据成员（状态/数据） =================// 字段（Field）：私有状态，通常用于内部存储private string _name; 
// 常量（Constant）：编译时确定的固定值
public const string Species = "Homo Sapiens"; // 属性（Property）：公有状态，通过 get/set 访问器控制数据的读写
public int Age { get; set; } // 索引器（Indexer）：允许对象像数组一样被索引
private string[] _nicknames = new string[3];
public string this[int index]
{get => _nicknames[index];set => _nicknames[index] = value;
}// ================= 2. 函数成员（行为/操作） =================
// 方法（Method）：定义对象可以执行的操作
public void Introduce()
{Console.WriteLine($"我是 {_name}，今年 {Age} 岁。");
}// 事件（Event）：用于向外部发送通知（观察者模式的基础）
public event Action OnBirthday; // 运算符重载（Operator）：自定义预定义运算符的行为
public static Person operator +(Person p1, Person p2)
{return new Person { _name = $"{p1._name} & {p2._name}" };
}// ================= 3. 生命周期与嵌套成员 =================
// 构造函数（Constructor）：实例化时调用，负责初始化对象状态
public Person(string name, int age)
{_name = name;Age = age;
}// 终结器/析构函数（Finalizer）：GC 回收对象前调用，用于清理非托管资源
~Person()
{Console.WriteLine($"{_name} 正在被垃圾回收器销毁...");
}// 嵌套类型（Nested Type）：定义在类内部的类，仅服务于外部类
public class Address
{public string City { get; set; }
}// ================= 4. 两大状态（静态 vs 实例） =================
// 静态成员（Static）：属于类本身，所有实例共享，存在静态存储区
public static int TotalPopulation { get; set; } = 0;
}

两大状态维度（静态 vs 实例）

上述所有成员，都可以根据其归属划分为两种截然不同的状态：

  • 实例状态（Instance Members）
    • 归属：属于具体的“对象（实例）”。
    • 内存特征：每次使用 new 实例化时，都会在堆（Heap）上分配独立的内存空间。每个对象的实例成员互不影响。
    • 访问方式：必须通过具体的对象引用来访问（如 person.Age）。
  • 静态状态（Static Members）
    • 归属：属于“类本身”，而非任何具体的对象。
    • 内存特征：在类加载时分配，存在于静态存储区，全局只有一份副本，被所有实例共享。
    • 访问方式：直接通过“类名.成员名”访问（如 Person.TotalPopulation），无需实例化。

类（Class）与对象（Object）的关系

  1. 对象也叫实例，是类经过”实例化”后得到的内存中的实体
    • Formally"instance” is synonymous with“object”-对象和实例是一回事
    • "飞机"与”一架飞机”有何区别?天上有(一架)飞机一一必需是实例飞，概念是不能飞的
    • 有些类是不能实例化的，比如”数学”(Mathclass)，我们不能说”一个数学”
  2. 依照类，我们可以创建对象，这就是“实例化”
    • 现实世界中常称“对象”，程序世界中常称“实例”
    • 二者并无太大区别，常常混用，初学者不必迷惑
  3. 使用new操作符创建类的实例
  4. 引用变量与实例的关系
    • 孩子与气球
    • 气球不一定有孩子牵着
    • 多个孩子可以使用各自的绳子牵着同一个气球，也可以都通过一根绳子牵着气球

理解：类定义了内存的分配法则（结构蓝图），对象是在堆中“按照”这个法则开辟独立的物理空间完成实例化，并将堆上的“内存地址”赋值给栈中的引用变量。

**1. 类定义了某种内存的分配法则 **

类（Class）在编译后，会生成一份“元数据（Metadata）”，存放在内存的方法区（Metaspace）中。这份元数据就像是一张极其精确的“建筑图纸”，它规定了：

  • 这个对象需要多少内存空间（比如一个 int 占 4 字节，一个 string 引用占 8 字节）。
  • 字段的排列顺序。
  • 包含哪些方法（方法代码只存一份，供所有对象共享）。

所以，类确实定义了内存的分配法则和结构。

2. 对象是在堆中按照类的内存分配法则 **
对象在堆中“遵循/按照”**这个法则，在堆（Heap）上实打实地划出一块连续的物理空间。

  • 图纸与房子的区别：就像盖房子，施工队（JVM/C# 运行时）是看着图纸（类元数据）去堆里圈地、盖房子（分配内存）。
  • 独立的数据副本：堆里分配出来的这块空间，只存放该对象独有的“实例数据（Instance Data）”。同类型的 100 个对象，会在堆上开辟 100 块独立的内存，但它们都“指向”同一份类元数据。

**3. 并将对应的内存地址“赋值”到声明的栈中 **

  • 当你写下 MyClass obj; 时，编译器已经在栈上为 obj 分配了空间（比如 8 字节的指针大小），这属于定义/声明。
  • 当执行 obj = new MyClass(); 时，堆上的房子盖好了，返回了一个堆内存地址（比如 0x1A2B）。此时，把这个地址写入栈上 obj 变量的过程，在底层本质上是一个赋值（Assignment）动作。
  • 虽然在宏观语法上我们常说“用 new 来初始化一个对象”，但在严谨的底层逻辑中，这是将堆地址赋给栈变量的过程。

[!IMPORTANT]

  1. 类加载时：编译器把类的结构蓝图（元数据）放进方法区，不占堆内存。
  2. 遇到 new 时（实例化）：运行时系统查阅方法区的蓝图，在堆（Heap）上精确地切出一块内存，把对象的字段数据放进去，并在对象头（Object Header）里留下一个指针，指回方法区的蓝图。
  3. 遇到 = 时（赋值）：把这块堆内存的起始地址（门牌号），放进栈（Stack）上声明好的引用变量里。
using System.Windows.Forms;namespace ClassAnd
{internal class Program{static void Main(string[] args){Form myForm1;//孩子与气球Form myForm2;Form myForm3;Form myForm4; //孩子不牵气球myForm1 = new Form();//孩子与气球myForm2 = new Form();//$1myForm3 = new Form();new Form();//没有孩子牵气球myForm2 = myForm1; //多个孩子可以使用各自的绳子牵着同一个气球 $1myForm1.Text = "Think and ";myForm2.Text = "Live";myForm1.ShowDialog(); // LivemyForm2.ShowDialog(); // Livebool result1 =  myForm1   == myForm2; //在$1中将myForm2中存储的原始内存地址改成myForm1存储的地址。myForm2在$1时创建的内存空间被回收bool result2 =  myForm1   == myForm3;Console.WriteLine(result1); //TrueConsole.WriteLine(result2); //False//Console.WriteLine(myForm4);//CS0165:使用了未赋值的局部变量”myForm4”Console.WriteLine("=======================");(new Form()).Text  = "匿名对象";//没有真正的实例化,不能正确显示(new Form()).ShowDialog();}}
}

类的成员

1. 数据成员（状态/数据）

数据成员用于存储对象或类的状态信息，是类的“静态骨架”。

  • 字段（Fields）
    • 定义：在类内部直接声明的变量，是原始的数据存储单元。
    • 最佳实践：通常声明为 private（私有），用于内部存储，防止外部随意篡改。例如：private string _name;。
  • 常量（Constants）
    • 定义：在编译时确定且不可更改的固定值。
    • 特点：属于类的静态特征，所有实例共享。例如：public const string Species = "Homo Sapiens";。
  • 属性（Properties）
    • 定义：字段的扩展，提供对数据的受控访问（包含 get 和 set 访问器）。
    • 核心价值：充当“守门人”，可以在赋值或读取时加入验证逻辑（如防止年龄为负数），完美体现了面向对象的封装特性。例如：public int Age { get; set; }。
  • 索引器（Indexers）
    • 定义：允许对象像数组一样通过下标（如 []）来访问内部集合数据。
    • 用途：为自定义集合类提供便捷的访问语法。例如：public string this[int index] { get; set; }。
2. 函数成员（行为/操作）

函数成员定义了类可以执行的动作、响应机制以及自定义规则。

  • 方法（Methods）
    • 定义：包含具体执行逻辑的代码块，用于定义对象的行为。
    • 特点：可接收参数并返回值，是类对外暴露的核心功能。例如：public void Introduce() { ... }。
  • 事件（Events）
    • 定义：基于委托的通知机制，用于在特定条件满足时向外部发送信号。
    • 用途：实现“观察者模式”，解耦对象间的交互（例如按钮点击、状态改变通知）。例如：public event Action OnBirthday;。
  • 运算符重载（Operators）
    • 定义：为自定义类型赋予预定义运算符（如 +, -, ==）的新含义。
    • 特点：必须声明为 public static 方法，使自定义对象能像基本数据类型一样参与运算。例如：public static Person operator +(Person p1, Person p2)。
3. 生命周期与嵌套成员

这类成员负责管理对象的诞生、消亡以及内部结构的组织。

  • 构造函数（Constructors）
    • 定义：与类同名、无返回类型的特殊方法，在对象被 new 创建时自动调用。
    • 职责：负责初始化对象的初始状态（给字段和属性赋初值）。例如：public Person(string name, int age) { ... }。
  • 终结器/析构函数（Finalizers）
    • 定义：以 ~ 开头的方法，在对象即将被垃圾回收器（GC）销毁前由运行时自动调用。
    • 职责：用于清理非托管资源（如文件句柄、数据库连接）。在现代 C# 开发中极少手动编写，通常由 GC 自动管理。例如：~Person() { ... }。
  • 嵌套类型（Nested Types）
    • 定义：声明在另一个类内部的类、结构体或枚举。
    • 用途：用于封装仅服务于外部类的辅助逻辑，隐藏内部实现细节，避免污染全局命名空间。例如：public class Address { ... }。

[!TIP]

模型类或对象重在属性，如EntityFramework
工具类或对象重在方法，如Math，Console
通知类或对象重在事件，如各种Timer

http://www.zskr.cn/news/1519450.html

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