本文將介紹以下內(nèi)容：

• 什么是繼承？
• 繼承的實現(xiàn)本質(zhì)

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1. 引言

關(guān)于繼承，你是否駕熟就輕，關(guān)于繼承，你是否了如指掌。

本文不討論繼承的基本概念，我們回歸本質(zhì)，從編譯器運行的角度來揭示.NET繼承中的運行本源，來發(fā)現(xiàn)子類對象是如何實現(xiàn)了對父類成員與方法的繼承，以最為簡陋的示例來揭示繼承的實質(zhì)，闡述繼承機制是如何被執(zhí)行的，這對于更好的理解繼承，是必要且必然的。

2. 分析

下面首先以一個簡單的動物繼承體系為例，來進行說明：

????public?abstract?class?Animal

??? {

????????public?abstract?void?ShowType();

????????public?void?Eat()

??????? {

????????????Console.WriteLine("Animal always eat.");

??????? }

??? }

????public?class?Bird:?Animal

??? {

????????private?string?type =?"Bird";

????????public?override?void?ShowType()

??????? {

????????????Console.WriteLine("Type is {0}", type);

??????? }

????????private?string?color;

????????public?string?Color

??????? {

????????????get?{?return?color; }

????????????set?{ color =?value; }

??????? }

??? }

????public?class?Chicken?:?Bird

??? {

????????private?string?type =?"Chicken";

????????public?override?void?ShowType()

??????? {

????????????Console.WriteLine("Type is {0}", type);

??????? }

????????public?void?ShowColor()

??????? {

????????????Console.WriteLine("Color is {0}", Color);

??????? }

??? }

然后，在測試類中創(chuàng)建各個類對象，由于Animal為抽象類，我們只創(chuàng)建Bird對象和Chicken對象。

????public?class?TestInheritance

??? {

????????public?static?void?Main()

??????? {

????????????Bird?bird =?new?Bird();

????????????Chicken?chicken =?new?Chicken();

??????? }

??? }

下面我們從編譯角度對這一簡單的繼承示例進行深入分析，從而了解.NET內(nèi)部是如何實現(xiàn)我們強調(diào)的繼承機制。

（1）我們簡要的分析一下對象的創(chuàng)建過程：

????????????Bird?animal =?new?Bird();

Bird bird創(chuàng)建的是一個Bird類型的引用，而new Bird()完成的是創(chuàng)建Bird對象，分配內(nèi)存空間和初始化操作，然后將這個對象賦給bird引用，也就是建立bird引用與Bird對象的關(guān)聯(lián)。

（2）我們從繼承的角度來分析在編譯器編譯期是如何執(zhí)行對象的創(chuàng)建過程，因為繼承的本質(zhì)就體現(xiàn)于對象的創(chuàng)建過程。

在此我們以Chicken對象的創(chuàng)建為例，首先是字段，對象一經(jīng)創(chuàng)建，會首先找到其父類Bird，并為其字段分配存儲空間，而Bird也會繼續(xù)找到其父類Animal，為其分配存儲空間，依次類推直到遞歸結(jié)束，也就是完成System.Object內(nèi)存分配為止。我們可以在編譯器中單步執(zhí)行的方法來大致了解其分配的過程和順序，因此，對象的創(chuàng)建過程是按照順序完成了對整個父類及其本身字段的內(nèi)存創(chuàng)建，并且字段的存儲順序是由上到下排列，object類的字段排在最前面，其原因是如果父類和子類出現(xiàn)了同名字段，則在子類對象創(chuàng)建時，編譯器會自動認為這是兩個不同的字段而加以區(qū)別。

然后，是方法表的創(chuàng)建，必須明確的一點是方法表的創(chuàng)建是類第一次加載到CLR時完成的，在對象創(chuàng)建時只是將其附加成員TypeHandle指向方法列表在Loader Heap上的地址，將對象與其動態(tài)方法列表相關(guān)聯(lián)起來，因此方法表是先于對象而存在的。類似于字段的創(chuàng)建過程，方法表的創(chuàng)建也是父類在先子類在后，原因是顯而易見的，類Chicken生成方法列表時，首先將Bird的所有方法拷貝一份，然后和Chicken本身的方法列表做以對比，如果有覆寫的虛方法則以子類方法覆蓋同名的父類方法，同時添加子類的新方法，從而創(chuàng)建完成Chicken的方法列表。這種創(chuàng)建過程也是逐層遞歸到Object類，并且方法列表中也是按照順序排列的，父類在前子類在后，其原因和字段大同小異，留待讀者自己體味。

結(jié)合我們的分析過程，現(xiàn)在將對象創(chuàng)建的過程以簡單的圖例來揭示其在內(nèi)存中的分配情形，如下：

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從我們的分析，和上面的對象創(chuàng)建過程可見，對繼承的本質(zhì)我們有了更明確的認識，對于以下的問題就有了清晰明白的答案：

• 繼承是可傳遞的，子類是對父類的擴展，必須繼承父類方法，同時可以添加新方法。
• 子類可以調(diào)用父類方法和字段，而父類不能調(diào)用子類方法和字段。
• 虛方法如何實現(xiàn)覆寫操作，使得父類指針可以指向子類對象成員。
• new關(guān)鍵字在虛方法繼承中的阻斷作用。

你是否已經(jīng)找到了理解繼承、理解動態(tài)編譯的不二法門。

3. 思考

通過上面的講述與分析，我們基本上對.NET在編譯期的實現(xiàn)原理有了大致的了解，但是還有以下的問題，一定會引起一定的疑惑，那就是：

????????????Bird?bird2 =?new?Chicken();

這種情況下，bird2.ShowType應(yīng)該返回什么值呢？而bird2.type有該是什么值呢？有兩個原則，是.NET專門用于解決這一問題的：

• 關(guān)注對象原則：調(diào)用子類還是父類的方法，取決于創(chuàng)建的對象是子類對象還是父類對象，而不是它的引用類型。例如Bird bird2 = new Chicken()時，我們關(guān)注的是其創(chuàng)建對象為Chicken類型，因此子類將繼承父類的字段和方法，或者覆寫父類的虛方法，而不用關(guān)注bird2的引用類型是否為Bird。引用類型不同的區(qū)別決定了不同的對象在方法表中不同的訪問權(quán)限。

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注意

根據(jù)關(guān)注對象原則，那么下面的兩種情況又該如何區(qū)別呢？

????????????Bird?bird2 =?new?Chicken();

????????????Chicken?chicken =?new?Chicken();

根據(jù)我們上文的分析，bird2對象和chicken對象在內(nèi)存布局上是一樣的，差別就在于其引用指針的類型不同：bird2為Bird類型指針，而chicken為Chicken類型指針。以方法調(diào)用為例，不同的類型指針在虛擬方法表中有不同的附加信息作為標(biāo)志來區(qū)別其訪問的地址區(qū)域，稱為offset。不同類型的指針只能在其特定地址區(qū)域內(nèi)進行執(zhí)行，子類覆蓋父類時會保證其訪問地址區(qū)域的一致性，從而解決了不同的類型訪問具有不同的訪問權(quán)限問題。

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• 執(zhí)行就近原則：對于同名字段或者方法，編譯器是按照其順序查找來引用的，也就是首先訪問離它創(chuàng)建最近的字段或者方法，例如上例中的bird2，是Bird類型，因此會首先訪問Bird_type（注意編譯器是不會重新命名的，在此是為區(qū)分起見），如果type類型設(shè)為public，則在此將返回“Bird”值。這也就是為什么在對象創(chuàng)建時必須將字段按順序排列，而父類要先于子類編譯的原因了。

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思考

1. 上面我們分析到bird2.type的值是“Bird”，那么bird2.ShowType()會顯示什么值呢？答案是“Type is Chicken”，根據(jù)本文上面的分析，想想到底為什么？

2. 關(guān)于new關(guān)鍵字在虛方法動態(tài)調(diào)用中的阻斷作用，也有了更明確的理論基礎(chǔ)。在子類方法中，如果標(biāo)記new關(guān)鍵字，則意味著隱藏基類實現(xiàn)，其實就是創(chuàng)建了與父類同名的另一個方法，在編譯中這兩個方法處于動態(tài)方法表的不同地址位置，父類方法排在前面，子類方法排在后面。

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4. 結(jié)論

在.NET中，如果創(chuàng)建一個類，則該類總是在繼承。這緣于.NET的面向?qū)ο筇匦?#xff0c;所有的類型都最終繼承自共同的根System.Object類。可見，繼承是.NET運行機制的基礎(chǔ)技術(shù)之一，一切皆為對象，一切皆于繼承。本文從基礎(chǔ)出發(fā)，深入本質(zhì)探索本源，分析疑難比較鑒別。對于什么是繼承這個話題，希望每個人能從中尋求自己的答案，理解繼承、關(guān)注封裝、玩轉(zhuǎn)多態(tài)是理解面向?qū)ο蟮钠瘘c，希望本文是這一旅程的起點。
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[祝福]
僅以此篇獻給我的老師們：湯文海老師，陳樺老師。?

參考文獻

（USA）Don Box, Essential .NET

（中國）蟲蟲，從編譯的角度看對象

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的[你必须知道的.NET]第十五回：继承本质论的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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