物件導向程式設計 (C#)

發行項
06/08/2023

C# 是物件導向程式設計語言。物件導向程式設計的四個基本原則如下：

抽象概念：將實體的相關屬性和互動模組化為類別，以定義系統的抽象表示。
封裝：隱藏物件的內部狀態和功能，只允許透過一組公用函式進行存取。
繼承：能夠根據現有的抽象概念建立新的抽象概念。
多型：能夠跨多個抽象概念以不同方式實作繼承的屬性或方法。

在上一個教學課程 (類別簡介) 中，您已了解「抽象概念」和「封裝」。 BankAccount 類別提供銀行帳戶概念的抽象概念。您可以修改其實作，而不會影響任何使用 BankAccount 類別的程式碼。 BankAccount 和 Transaction 類別都提供在程式碼中描述這些概念所需的元件封裝。

在本教學課程中，您將擴充該應用程式，以使用「繼承」和「多型」來新增功能。您也會將功能新增至 BankAccount 類別，以利用您在上一個教學課程中學到的「抽象概念」和「封裝」技術。

建立不同的帳戶類型

建置此程式之後，您會收到將功能新增至其中的要求。這在只有一個銀行帳戶類型的情況下會很容易進行。但經過一段時間，需求會變更，並要求相關的帳戶類型：

存款帳戶，會在每個月的月底累算利息。
貸款帳戶，可以有負餘額，但有餘額時，每個月會有利息費用。
預付禮品卡帳戶，一開始會有一筆存款，而且只能全額支付。可在每個月的月初加值一次。

所有這些不同的帳戶都類似於先前教學課程中所定義的 BankAccount 類別。您可以複製該程式碼、重新命名類別，並進行修改。該技術在短期內會有效，但一段時間後需要執行更多工作。任何變更都要複製到所有受影響的類別。

相反地，您可以建立新的銀行帳戶類型，從上一個教學課程中建立的 BankAccount 類別繼承方法和資料。這些新類別可以使用每個類型所需的特定行為來擴充 BankAccount 類別：

public class InterestEarningAccount : BankAccount
{
}

public class LineOfCreditAccount : BankAccount
{
}

public class GiftCardAccount : BankAccount
{
}

上述每個類別都會從其共用「基底類別」(BankAccount 類別)「繼承」共用行為。您可以在每個「衍生類別」中撰寫其他新功能的實作。這些衍生類別已有 BankAccount 類別中定義的所有行為。

建議您在不同的來源檔案中建立每個新類別。在 Visual Studio 中，您可以在專案上按一下滑鼠右鍵，然後選取 [新增類別] 在新檔案中新增類別。在 Visual Studio Code 中選取 [檔案]，然後選取 [新增] 以建立新的來源檔案。在任一工具中，將檔案命名為符合類別：InterestEarningAccount.cs、LineOfCreditAccount.cs 和 GiftCardAccount.cs。

當您建立如上述範例所示的類別時，您會發現不會編譯任何衍生類別。建構函式會負責初始化物件。衍生類別建構函式必須初始化衍生類別，並提供如何初始化衍生類別中所包含基底類別物件的指示。通常會在沒有任何額外程式碼的情況下進行適當的初始化。 BankAccount 類別會宣告一個具有下列特徵標記的公用建構函式：

public BankAccount(string name, decimal initialBalance)

當您自行定義建構函式時，編譯器不會產生預設建構函式。這表示每個衍生類別都必須明確呼叫此建構函式。您會宣告建構函式來將引數傳遞至基底類別建構函式。下列程式碼顯示 InterestEarningAccount 的建構函式：

public InterestEarningAccount(string name, decimal initialBalance) : base(name, initialBalance)
{
}

這個新建構函式的參數符合基底類別建構函式的參數類型和名稱。您可以使用 : base() 語法來表示對基底類別建構函式的呼叫。某些類別會定義多個建構函式，此語法可讓您選擇呼叫哪個基底類別建構函式。更新建構函式之後，您可以為每個衍生類別開發程式碼。新類別的需求如下所述：

存款帳戶：
- 月末餘額存款會增加 2%。
貸款帳戶：
- 可以有負餘額，但絕對值不能大於信用額度。
- 每個月會產生利息費用 (如果月末餘額不是 0)。
- 每筆超過信用額度的提款都會產生費用。
禮品卡帳戶：
- 每個月的最後一天可加值指定金額一次。

如您所見，上述所有三種帳戶類型在每個月的月底都會執行動作。不過，每種帳戶類型都會執行不同的工作。您可以使用「多型」來實作此程式碼。在 BankAccount 類別中建立單一 virtual 方法：

public virtual void PerformMonthEndTransactions() { }

上述程式碼示範如何使用 virtual 關鍵字，在基底類別中宣告衍生類別可為其提供不同實作的方法。 virtual 方法是任何衍生類別都可選擇重新實作的方法。衍生類別會使用 override 關鍵字來定義新的實作。您通常會將此實作稱為「覆寫基底類別實作」。 virtual 關鍵字會指定衍生類別可覆寫行為。您也可以宣告衍生類別必須覆寫行為的 abstract 方法。基底類別不會提供 abstract 方法的實作。接下來，您必須定義為已建立的其中兩個新類別定義實作。從 InterestEarningAccount 開始：

public override void PerformMonthEndTransactions()
{
    if (Balance > 500m)
    {
        decimal interest = Balance * 0.02m;
        MakeDeposit(interest, DateTime.Now, "apply monthly interest");
    }
}

將下列程式碼新增至 LineOfCreditAccount。此程式碼會變換餘額正負號，以計算從帳戶提取的正利息費用：

public override void PerformMonthEndTransactions()
{
    if (Balance < 0)
    {
        // Negate the balance to get a positive interest charge:
        decimal interest = -Balance * 0.07m;
        MakeWithdrawal(interest, DateTime.Now, "Charge monthly interest");
    }
}

GiftCardAccount 類別需要兩項變更，才能實作其月底功能。首先，修改建構函式以包含每個月要新增的選擇性金額：

private readonly decimal _monthlyDeposit = 0m;

public GiftCardAccount(string name, decimal initialBalance, decimal monthlyDeposit = 0) : base(name, initialBalance)
    => _monthlyDeposit = monthlyDeposit;

此建構函式會提供 monthlyDeposit 值的預設值，因此呼叫端可以省略 0 (表示沒有每月存款)。接下來，覆寫 PerformMonthEndTransactions 方法以新增每月存款 (如果已在建構函式中設定為非零值)：

public override void PerformMonthEndTransactions()
{
    if (_monthlyDeposit != 0)
    {
        MakeDeposit(_monthlyDeposit, DateTime.Now, "Add monthly deposit");
    }
}

此覆寫會套用在建構函式中設定的每月存款。將下列程式碼新增至 Main 方法，以測試對 GiftCardAccount 和 InterestEarningAccount 所做的這些變更：

var giftCard = new GiftCardAccount("gift card", 100, 50);
giftCard.MakeWithdrawal(20, DateTime.Now, "get expensive coffee");
giftCard.MakeWithdrawal(50, DateTime.Now, "buy groceries");
giftCard.PerformMonthEndTransactions();
// can make additional deposits:
giftCard.MakeDeposit(27.50m, DateTime.Now, "add some additional spending money");
Console.WriteLine(giftCard.GetAccountHistory());

var savings = new InterestEarningAccount("savings account", 10000);
savings.MakeDeposit(750, DateTime.Now, "save some money");
savings.MakeDeposit(1250, DateTime.Now, "Add more savings");
savings.MakeWithdrawal(250, DateTime.Now, "Needed to pay monthly bills");
savings.PerformMonthEndTransactions();
Console.WriteLine(savings.GetAccountHistory());

確認結果。現在，為 LineOfCreditAccount 新增一組類似的測試程式碼：

var lineOfCredit = new LineOfCreditAccount("line of credit", 0);
// How much is too much to borrow?
lineOfCredit.MakeWithdrawal(1000m, DateTime.Now, "Take out monthly advance");
lineOfCredit.MakeDeposit(50m, DateTime.Now, "Pay back small amount");
lineOfCredit.MakeWithdrawal(5000m, DateTime.Now, "Emergency funds for repairs");
lineOfCredit.MakeDeposit(150m, DateTime.Now, "Partial restoration on repairs");
lineOfCredit.PerformMonthEndTransactions();
Console.WriteLine(lineOfCredit.GetAccountHistory());

當您新增上述程式碼並執行程式時，您會看到類似下列錯誤：

Unhandled exception. System.ArgumentOutOfRangeException: Amount of deposit must be positive (Parameter 'amount')
   at OOProgramming.BankAccount.MakeDeposit(Decimal amount, DateTime date, String note) in BankAccount.cs:line 42
   at OOProgramming.BankAccount..ctor(String name, Decimal initialBalance) in BankAccount.cs:line 31
   at OOProgramming.LineOfCreditAccount..ctor(String name, Decimal initialBalance) in LineOfCreditAccount.cs:line 9
   at OOProgramming.Program.Main(String[] args) in Program.cs:line 29

注意

實際輸出包含專案資料夾的完整路徑。為了簡潔起見，已省略資料夾名稱。此外，視您的程式碼格式而定，行號可能稍有不同。

此程式碼會失敗，因為 BankAccount 假設初始餘額必須大於 0。另一個納入 BankAccount 類別的假設是餘額不可為負數。相反地，任何造成帳戶透支的提款會遭到拒絕。這兩個假設都需要變更。貸款帳戶會從 0 開始，而且通常會有負餘額。此外，如果客戶借太多錢，則會產生費用。已接受交易，只是會花費更多。第一個規則可以透過將選擇性引數新增至 BankAccount 建構函式以指定最低餘額來實作。預設值為 0。第二個規則需要一個可讓衍生類別修改預設演算法的機制。在某種意義上，基底類別會「詢問」衍生類型在超支時應該發生什麼情況。預設行為是擲回例外狀況來拒絕交易。

讓我們先新增包含選擇性 minimumBalance 參數的第二個建構函式。這個新的建構函式會執行現有建構函式執行的所有動作。此外，還會設定最低餘額屬性。您可以複製現有建構函式的主體，但這表示未來需要變更兩個位置。相反地，您可以使用「建構函式鏈結」，讓一個建構函式呼叫另一個建構函式。下列程式碼顯示兩個建構函式和新的額外欄位：

private readonly decimal _minimumBalance;

public BankAccount(string name, decimal initialBalance) : this(name, initialBalance, 0) { }

public BankAccount(string name, decimal initialBalance, decimal minimumBalance)
{
    Number = s_accountNumberSeed.ToString();
    s_accountNumberSeed++;

    Owner = name;
    _minimumBalance = minimumBalance;
    if (initialBalance > 0)
        MakeDeposit(initialBalance, DateTime.Now, "Initial balance");
}

上述程式碼顯示兩項新技術。首先，minimumBalance 欄位會標記為 readonly。這表示此值在建構物件之後將無法變更。建立 BankAccount 之後，minimumBalance 將無法變更。其次，接受兩個參數的建構函式會使用 : this(name, initialBalance, 0) { } 作為其實作。 : this() 運算式會呼叫另一個建構函式，也就是具有三個參數的建構函式。這項技術可讓您透過單一實作來初始化物件，不過用戶端程式碼可以選擇多項建構函式的其中一項。

只有在初始餘額大於 0 時，此實作才會呼叫 MakeDeposit。這會保留存款必須是正數的規則，但可讓貸款帳戶以 0 餘額開戶。

現在 BankAccount 類別具有最低餘額的唯讀欄位，最後一項變更是將硬式編碼 0 變更為 MakeWithdrawal 方法中的 minimumBalance：

if (Balance - amount < _minimumBalance)

擴充 BankAccount 類別之後，您可以修改 LineOfCreditAccount 建構函式來呼叫新的基底建構函式，如下列程式碼所示：

public LineOfCreditAccount(string name, decimal initialBalance, decimal creditLimit) : base(name, initialBalance, -creditLimit)
{
}

請注意，LineOfCreditAccount 建構函式會變更 creditLimit 參數的正負號，使其符合 minimumBalance 參數的意義。

不同的超支規則

最後一項新增功能可讓 LineOfCreditAccount 在超過信用額度時收取費用，而不是拒絕交易。

一項技術是定義虛擬函式，您可以在其中實作必要的行為。 BankAccount 類別會將 MakeWithdrawal 方法重構為兩個方法。新方法會在提款導致餘額低於下限時執行指定的動作。現有的 MakeWithdrawal 方法具有下列程式碼：

public void MakeWithdrawal(decimal amount, DateTime date, string note)
{
    if (amount <= 0)
    {
        throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(amount), "Amount of withdrawal must be positive");
    }
    if (Balance - amount < _minimumBalance)
    {
        throw new InvalidOperationException("Not sufficient funds for this withdrawal");
    }
    var withdrawal = new Transaction(-amount, date, note);
    _allTransactions.Add(withdrawal);
}

以下列程式碼取代：

public void MakeWithdrawal(decimal amount, DateTime date, string note)
{
    if (amount <= 0)
    {
        throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(amount), "Amount of withdrawal must be positive");
    }
    Transaction? overdraftTransaction = CheckWithdrawalLimit(Balance - amount < _minimumBalance);
    Transaction? withdrawal = new(-amount, date, note);
    _allTransactions.Add(withdrawal);
    if (overdraftTransaction != null)
        _allTransactions.Add(overdraftTransaction);
}

protected virtual Transaction? CheckWithdrawalLimit(bool isOverdrawn)
{
    if (isOverdrawn)
    {
        throw new InvalidOperationException("Not sufficient funds for this withdrawal");
    }
    else
    {
        return default;
    }
}

新增的方法是 protected，這表示只能從衍生類別呼叫方法。該宣告可防止其他用戶端呼叫方法。這也是 virtual，因此衍生類別可以變更行為。傳回型別是 Transaction?。 ? 註解表示方法可能會傳回 null。在 LineOfCreditAccount 中新增下列實作，以在超過提款限制時收取費用：

protected override Transaction? CheckWithdrawalLimit(bool isOverdrawn) =>
    isOverdrawn
    ? new Transaction(-20, DateTime.Now, "Apply overdraft fee")
    : default;

此覆寫會在帳戶超支時傳回費用交易。如果提款未超過限制，此方法會傳回 null 交易。這表示沒有費用。將下列程式碼新增至 Program 類別中的 Main 方法，以測試這些變更：

var lineOfCredit = new LineOfCreditAccount("line of credit", 0, 2000);
// How much is too much to borrow?
lineOfCredit.MakeWithdrawal(1000m, DateTime.Now, "Take out monthly advance");
lineOfCredit.MakeDeposit(50m, DateTime.Now, "Pay back small amount");
lineOfCredit.MakeWithdrawal(5000m, DateTime.Now, "Emergency funds for repairs");
lineOfCredit.MakeDeposit(150m, DateTime.Now, "Partial restoration on repairs");
lineOfCredit.PerformMonthEndTransactions();
Console.WriteLine(lineOfCredit.GetAccountHistory());

執行程式，並檢查結果。

摘要

如果遇到問題，您可以在我們的 GitHub 存放庫 (英文) 中查看此教學課程的原始程式碼。

本教學課程示範物件導向程式設計中使用的許多技術：

當您為每個不同的帳戶類型定義類別時，會使用「抽象概念」。這些類別會描述該帳戶類型的行為。
當您在每個類別中將許多詳細資料保留為 private 時，會使用「封裝」。
當您利用 BankAccount 類別中已建立的實作來儲存程式碼時，會使用「繼承」。
當您建立衍生類別可覆寫以建立該帳戶類型特定行為的 virtual 方法時，會使用「多型」。

物件導向程式設計 (C#)

建立不同的帳戶類型

不同的超支規則

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