C Sharp 接口

C#接口

介绍

在C#中，接口（Interface）是一种引用类型，它定义了一组相关的功能（方法、属性、事件或索引器）的契约，但不提供具体实现。接口允许开发者实现多态行为，并促进代码的解耦和可扩展性。类或结构体可以通过实现接口来承诺提供接口中定义的所有成员。

接口的主要特点包括：

• 不能直接实例化
• 不包含字段（C# 8.0之前）
• 成员默认是公共的且抽象的
• 支持多重继承（一个类可以实现多个接口）

基本语法

接口使用interface关键字定义：

public interface IExampleInterface
{
    void DoSomething();
    int Calculate(int a, int b);
    string Name { get; set; }
}

实现接口的类必须提供所有成员的具体实现：

public class ExampleClass : IExampleInterface
{
    public string Name { get; set; }

    public void DoSomething()
    {
        Console.WriteLine("Doing something...");
    }

    public int Calculate(int a, int b)
    {
        return a + b;
    }
}

接口特性详解

显式接口实现

当类实现多个含有相同成员名的接口时，可以使用显式实现来消除歧义：

interface IFirst
{
    void Method();
}

interface ISecond
{
    void Method();
}

class Implementation : IFirst, ISecond
{
    void IFirst.Method() => Console.WriteLine("IFirst implementation");
    void ISecond.Method() => Console.WriteLine("ISecond implementation");
}

调用方式：

var obj = new Implementation();
((IFirst)obj).Method();  // 输出: IFirst implementation
((ISecond)obj).Method(); // 输出: ISecond implementation

默认接口方法（C# 8.0+）

C# 8.0引入了接口方法的默认实现：

public interface ILogger
{
    void Log(string message);
    
    // 默认实现
    void LogError(string error) => Log($"ERROR: {error}");
}

接口继承

接口可以继承其他接口：

public interface IReadable
{
    string Read();
}

public interface IWritable : IReadable
{
    void Write(string content);
}

类实现IWritable时必须同时实现IReadable的成员。

实际应用案例

插件系统

接口常用于实现插件架构：

public interface IPlugin
{
    string Name { get; }
    void Execute();
}

public class CalculatorPlugin : IPlugin
{
    public string Name => "Calculator Plugin";
    
    public void Execute()
    {
        Console.WriteLine("Calculator plugin is running...");
        // 具体计算逻辑
    }
}

依赖注入

现代框架如ASP.NET Core广泛使用接口进行依赖注入：

public interface IEmailService
{
    void SendEmail(string to, string subject, string body);
}

public class SmtpEmailService : IEmailService
{
    public void SendEmail(string to, string subject, string body)
    {
        // 使用SMTP发送邮件
    }
}

// 在控制器中使用
public class UserController
{
    private readonly IEmailService _emailService;
    
    public UserController(IEmailService emailService)
    {
        _emailService = emailService;
    }
}

接口 vs 抽象类

classDiagram class 接口 { <<interface>> 只能包含抽象成员(默认) 支持多重继承 不能包含字段(C#8.0前) 不能有构造函数 } class 抽象类 { 可以包含具体实现 单继承 可以包含字段 可以有构造函数 }

主要区别：

• 抽象类可以包含实现，接口不能（C# 8.0前）
• 类只能继承一个抽象类，但可以实现多个接口
• 抽象类可以包含字段，接口不能（C# 8.0前）
• 抽象类可以有构造函数，接口不能

最佳实践

1. 使用接口定义角色而不是类型 2. 遵循接口隔离原则（ISP） - 保持接口小巧专注 3. 使用I前缀命名接口（如IEnumerable） 4. 考虑使用接口进行单元测试的模拟 5. 在需要跨组件边界通信时优先使用接口

高级主题

协变和逆变接口

C#支持泛型接口中的变体：

// 协变(out)
interface IEnumerable<out T> { /*...*/ }

// 逆变(in)
interface IComparer<in T> { /*...*/ }

数学表示：

• 协变：若$A\le B$，则$I<A>\le I<B>$
• 逆变：若$A\le B$，则$I<B>\le I<A>$

接口重新实现

派生类可以重新实现接口：

interface IBase { void Method(); }

class Base : IBase { public void Method() => Console.WriteLine("Base"); }

class Derived : Base, IBase { public new void Method() => Console.WriteLine("Derived"); }

总结

C#接口是面向对象设计中的强大工具，它：

• 促进松耦合设计
• 实现多态行为
• 支持多重继承
• 提高代码可测试性
• 是现代框架（如.NET Core）的基础

通过合理使用接口，可以创建更灵活、可维护和可扩展的应用程序架构。