六、类型和成员基础（Type and Member Basics)

CLR #类型 #成员

1. 类型的基本成员

在 C# 中，一个类型（class 或 struct）可以定义以下成员：

1. 常量（Constant） - 只读，编译期确定
2. 字段（Field） - 存储数据，可以是 static 或 instance
3. 构造函数（Constructor） - 初始化实例或类型
4. 方法（Method） - 操作逻辑，支持 静态/实例/虚拟
5. 运算符重载（Operator Overload） - 定义 +, - 等运算符
6. 转换运算符（Conversion Operator） - 隐式/显式转换
7. 属性（Property） - 访问字段的封装方式
8. 事件（Event） - 观察者模式，通知机制
9. 嵌套类型（Nested Type） - 在类内部定义类

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2. 可见性（Type Visibility）

类型的可见性（Visibility） 决定了它可以在哪些地方被访问：

public class PublicType {}        // 任何地方可访问
internal class InternalType {}    // 仅当前程序集可访问
class DefaultType {}              // 默认 internal

• public：可被所有程序集访问
• internal：仅当前程序集内可访问（默认）
• private（嵌套类型可用）：仅定义的类内部可访问

✅ 最佳实践

• 默认使用 internal，避免过度暴露
• 只有真正需要跨程序集访问时才使用 public

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3. 成员访问修饰符

C# 提供以下 成员访问控制：

修饰符	说明	适用范围
private	仅本类内部可访问	最严格，推荐
protected	仅派生类可访问	继承关系
internal	仅同一程序集可访问	组件内共享
protected internal	继承 + 同一程序集	常用于库
public	任何地方都可访问	最开放，谨慎使用

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4. 静态类（Static Class）

特点

• 不能被实例化
• 只能包含 static 成员
• 不能继承，也不能被继承
• 自动标记 sealed

public static class MathHelper {
    public static double Square(double x) => x * x;
}
Console.WriteLine(MathHelper.Square(5)); // 输出 25

✅ 应用场景

• 工具类（如 Math，Console）
• 只包含静态方法的 Helper 类

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5. Partial 类（分部类）

作用

1. 多人协作开发：不同文件定义同一个类
2. 代码生成工具（如 WinForms 设计器）
3. 逻辑分离（如 DataLayer 和 BusinessLayer）

// File1.cs
public partial class User {
    public string Name { get; set; }
}

// File2.cs
public partial class User {
    public int Age { get; set; }
}

✅ 注意

• partial 仅影响代码组织，CLR 仍然视为同一个类
• 必须在同一程序集、同一命名空间内

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6. 组件化 & 版本控制

现代软件开发 依赖组件化（Component-Based Programming）：

• 组件 = 程序集（Assembly）

• .NET 版本号格式

  ：

  major.minor.build.revision
  

  • 1.2.3.4
  • major（大版本） - 重大变更
  • minor（小版本） - 兼容更新
  • build（构建号） - 修复
  • revision（修订号） - 细微调整

程序集版本控制

[assembly: AssemblyVersion("1.2.3.4")]

• 组件更新时必须保证向后兼容
• sealed 避免错误继承
• override 避免破坏继承层次

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7. 多态（Polymorphism）和虚方法

C# 提供 5 个关键字影响版本控制

关键字	作用	适用场景
abstract	强制子类实现	抽象基类
virtual	允许子类重写	需扩展的 API
override	重写基类方法	继承
sealed	禁止继承	确保安全
new	隐藏基类方法	需特别处理

✅ 虚方法调用

public class Base {
    public virtual void Show() => Console.WriteLine("Base");
}

public class Derived : Base {
    public override void Show() => Console.WriteLine("Derived");
}

Base obj = new Derived();
obj.Show(); // 输出 "Derived"

• 虚方法调用动态绑定
• 避免 new 隐藏，优先使用 override

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8. IL 层面方法调用

CLR 提供 两种调用方式：

指令	适用范围	特点
call	静态/非虚方法	直接调用
callvirt	虚方法	确保多态（包括 null 检查）

示例

Object o = new Object();
o.GetHashCode();  // `callvirt` (因为 GetHashCode 是虚方法)
IL_000b: ldloc.0
IL_000c: callvirt instance int32 System.Object::GetHashCode()

✅ 优化建议

• 非虚方法使用 call 提高性能
• 仅在需要多态时使用 virtual

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💡 面试题

1️⃣ internal vs private vs protected internal 的区别？

✅ 解析：

• private（私有）：仅当前类可访问，最严格
• internal（程序集内部）：仅同一程序集内可访问
• protected（受保护）：仅派生类可访问
• protected internal（程序集内部受保护）：同程序集内 & 继承类可访问

🔹 代码示例：

class BaseClass {
    private int privateValue = 1;
    internal int internalValue = 2;
    protected int protectedValue = 3;
    protected internal int protectedInternalValue = 4;
}

class DerivedClass : BaseClass {
    void Test() {
        Console.WriteLine(protectedValue); // ✅ 可访问
        Console.WriteLine(protectedInternalValue); // ✅ 继承类可访问
    }
}

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2️⃣ sealed 关键字的作用？什么时候使用？

✅ 解析：

• sealed 限制类的继承，防止错误扩展。
• 提高 JIT 优化性能，因为 JIT 不需要检查是否有子类覆盖。

🔹 示例：

sealed class FinalClass {
    public void Show() => Console.WriteLine("Can't inherit me!");
}

// ❌ 下面的代码会报错：
// class SubClass : FinalClass { } // Error: 不能继承密封类

✅ 适用场景

• 工具类（如 Math）
• 安全性考虑（防止滥用继承）
• 性能优化（JIT 编译器可内联优化）

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3️⃣ call vs callvirt 指令的区别？为什么 callvirt 甚至用于非虚方法？

✅ 解析：

• call（直接调用）：用于 静态方法 & 非虚方法，性能更高
• callvirt（虚方法调用）：用于 虚方法，并额外进行 null 检查

🔹 示例

class Test {
    public void NonVirtualMethod() { }
    public virtual void VirtualMethod() { }
}

Test obj = new Test();
obj.NonVirtualMethod(); // `call`
obj.VirtualMethod(); // `callvirt`

🔹 IL 代码

call instance void Test::NonVirtualMethod()  // 直接调用
callvirt instance void Test::VirtualMethod() // 进行虚方法查找

🚨 C# 默认对非虚方法也使用 callvirt（空引用检查）

Test obj = null;
obj.NonVirtualMethod(); // 运行时报错（NullReferenceException）

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4️⃣ virtual 和 override 的工作原理？

✅ 解析：

• virtual：定义可被子类重写的方法
• override：子类重写基类方法
• 虚方法表（VTable）：CLR 维护的方法指针表，支持动态调用

🔹 示例

class Base {
    public virtual void Show() => Console.WriteLine("Base");
}

class Derived : Base {
    public override void Show() => Console.WriteLine("Derived");
}

Base obj = new Derived();
obj.Show(); // "Derived"（多态调用）

🔹 VTable 机制

graph TD A["Base::Show()"] -->|重写| B["Derived::Show()"] C["Base obj = new Derived()"] -->|动态绑定| B

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5️⃣ 为什么要使用 abstract ？和 interface 有什么区别？

✅ 解析：

特性	abstract 类	interface
成员	可有 字段 + 方法实现	只能有 方法定义
构造函数	支持	❌ 不支持
多重继承	不支持（单继承）	支持（多接口）
使用场景	代码复用	行为定义

🔹 示例

abstract class Animal {
    public abstract void Speak(); // 仅定义，子类必须实现
}

class Dog : Animal {
    public override void Speak() => Console.WriteLine("Woof!");
}
interface IAnimal {
    void Speak(); // 只定义，不提供实现
}
class Cat : IAnimal {
    public void Speak() => Console.WriteLine("Meow!");
}

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6️⃣ static class 和 singleton 有什么区别？

✅ 解析

特性	static class	singleton
实例化	❌ 不允许	✅ 只允许一个实例
存储方式	完全静态	通常用 private static
继承	❌ 不允许	✅ 可以继承接口
适用场景	工具类（如 Math）	全局唯一实例（如 Logger）

🔹 示例

public static class Utils {
    public static void Log(string message) => Console.WriteLine(message);
}
public sealed class Singleton {
    private static readonly Singleton _instance = new Singleton();
    public static Singleton Instance => _instance;
    private Singleton() {} // 私有构造函数
}

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🔹 面试题总结

知识点	核心考点
访问控制	private / internal / protected / public
静态类	不能实例化，只能包含 static 成员
组件化 & 版本控制	sealed 防止继承，override 保护 API
虚方法调用	call（直接调用） vs callvirt（多态 + null 检查）
抽象 vs 接口	abstract 可有字段 & 代码实现，interface 仅定义行为

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🔹 总结

概念	核心要点
类型成员	常量、字段、方法、属性、事件、嵌套类型
可见性	public / internal / private
静态类	只能包含 static 成员
Partial 类	允许多人开发，代码拆分
版本控制	sealed 避免错误继承，override 避免破坏继承层次
IL 指令	call （静态调用） vs callvirt （多态调用）