C#核心学习（七）面向对象--封装（6）C#中的拓展方法与运算符重载: 让代码更“聪明”的魔法

目录

一、什么是拓展方法？

二、拓展方法有啥用？怎么写拓展方法？

1. ​核心用途

2. ​编写步骤

实现步骤

关键点说明

关键规则

3. ​注意事项

三、什么是运算符重载？

四、运算符重载有啥用？怎么写？

1. ​核心用途

2. ​编写步骤

3. ​可重载的运算符

4. ​注意事项

五、总结

​对比表：拓展方法 vs 运算符重载

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前言：当代码学会“七十二变”​

        有没有想过，让 string 类型突然学会统计单词数？或者让你的自定义类像 int 一样支持加减乘除？

        C#的拓展方法就像“魔法外挂”，能让任何类型瞬间解锁新技能，而运算符重载则是“对象变身术”，让你的类摇身一变成为数学高手！

本文将揭秘这两个神器的使用秘籍，让你告别冗长代码，拥抱优雅语法——从此，你的代码不仅能“说话”，还能“算卦”！

一、什么是拓展方法？

        拓展方法（Extension Methods）​是C#中一种特殊的语法，允许为现有类型（包括密封类或系统类型）添加新方法，而无需修改原始代码或创建子类。

概念
为现有的 非静态变量 添加 新方法
作用
1.提高程序拓展性
2.不需要在对象中重新写方法
3.不需要继承来添加方法
4.为别人封装的类型写额外的方法
特点
1.一定是写在静态类中
2.一定是个静态函数
3.第一个参数为拓展目标
4.第一个参数用this修饰

• ​核心特点：
  • 定义在静态类中，方法为静态方法。
  • 第一个参数用 this 关键字修饰，表示要扩展的类型。
  • ​扩展方法的本质是一个静态方法，但在调用时，编译器会自动将实例对象（即调用者）​作为第一个参数传递进去。这种语法糖让扩展方法看起来像是实例方法，但实际上背后是静态方法的调用逻辑。

基本语法：访问修饰符 static 返回值 函数名(this 拓展类名 参数名，参数类型 参数名，)

• ​示例：为 string 类型添加一个统计单词数的方法。

public static class StringExtensions {
    public static int WordCount(this string str) {
        return str.Split(new[] {' ', '.', '?'}, StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries).Length;
    }
}

// 使用
string text = "Hello, how are you?";
Console.WriteLine(text.WordCount()); // 输出 4

二、拓展方法有啥用？怎么写拓展方法？

1. ​核心用途

• ​扩展现有类型功能：尤其适用于无法修改源码的类（如系统类型或第三方库）。
• ​链式调用：让代码更流畅（如LINQ基于拓展方法实现）。

var numbers = new List { 1, 2, 3 };
var sum = numbers.Where(n => n > 1).Sum(); // LINQ的Where和Sum均为拓展方法

2. ​编写步骤

1. ​创建静态类：类名建议以 Extensions 结尾（如 StringExtensions）。
2. ​定义静态方法：第一个参数用 this 修饰，表示目标类型。

基本语法：访问修饰符 static 返回值 函数名(this 拓展类名 参数名，参数类型 参数名，)

public static class MathExtensions {
    public static double Square(this int num) => num * num;
}
// 使用
int num = 5;
Console.WriteLine(num.Square()); // 25

        除了为系统内部的类型进行拓展方法，我们自己还可以为自己写的静态类进行拓展方法：      假设有一个 Product 类，表示商品信息：

实现步骤

1. ​定义静态类：创建名为 ProductExtensions 的静态类。
2. ​编写扩展方法：添加一个静态方法，第一个参数用 this Product product 修饰。
3. ​实现逻辑：在方法内部访问 Product 的公开属性。

public class Product {
    public string Name { get; set; }
    public decimal Price { get; set; }
    public int Stock { get; set; }
}

        我们希望为 Product 添加一个扩展方法，用于生成商品描述的格式化字符串，而无需修改 Product 类的原始代码。就可以如下书写：

public static class ProductExtensions {
    // 扩展方法：生成商品描述
    public static string GetDescription(this Product product) {
        return $"{product.Name} - 价格：¥{product.Price}，库存：{product.Stock}件";
    }

    // 扩展方法：检查库存是否充足
    public static bool IsInStock(this Product product, int requiredQuantity) {
        return product.Stock >= requiredQuantity;
    }
}

测试:

// 创建商品实例
var product = new Product {
    Name = "无线蓝牙耳机",
    Price = 299.99m,
    Stock = 50
};

// 调用扩展方法
string description = product.GetDescription();
bool isAvailable = product.IsInStock(30);

Console.WriteLine(description); 
// 输出：无线蓝牙耳机 - 价格：¥299.99，库存：50件
Console.WriteLine(isAvailable ? "库存充足" : "库存不足"); 
// 输出：库存充足

关键点说明

1. ​静态类与静态方法：

   • 所有扩展方法必须定义在 static class 中。
   • 方法本身必须是 static 的，且第一个参数用 this 关键字标记目标类型。

2. ​访问权限：

   • 扩展方法只能访问目标类型的 ​**public 成员**​（如 Product 的 Name、Price）。
   • 无法访问 private 或 protected 成员。

3. ​命名空间依赖：

   • 若扩展方法定义在命名空间 MyExtensions 中，使用时需通过 using MyExtensions; 引入。 

关键规则

1. ​隐式传递实例：

   • 调用扩展方法时，实例对象（如 product）会自动成为静态方法的第一个参数。
   • 你无需（也不能）手动传递该参数。

2. ​附加参数：

   • 扩展方法定义中除第一个参数（this参数）外的其他参数，需在调用时显式传入。
   • 例如 IsInStock(30) 中的 30 对应方法定义中的 requiredQuantity。

补充示例：为系统自带类int拓展的方法：

public static class IntExtensions {
    // 判断数字是否为偶数
    public static bool IsEven(this int number) {
        return number % 2 == 0;
    }

    // 计算数字的平方
    public static int Square(this int number) {
        return number * number;
    }
}

// 使用
int num = 5;
Console.WriteLine(num.IsEven()); // 输出 False
Console.WriteLine(num.Square()); // 输出 25

3. ​注意事项

• 拓展方法优先级低于类的实例方法。        
• 无法访问类型的私有成员。
• 需通过命名空间引入拓展方法所在的类。

三、什么是运算符重载？

        运算符重载（Operator Overloading）​允许为自定义类型重新定义运算符的行为​（如 +, ==, > 等）。

概念
让自定义的类和结构体
能够运用运算符 

使用关键字
operator

特点
1.一定是一个公共的静态方法
2.返回值写在operator前
3.逻辑处理自定义

作用
让自定义类和结构体对象可以进行运算
注意
1.条件运算符需要成对出现
2.一个符号可以多次重载
3.不能使用ref out 

• ​核心规则：
  • 使用 operator 关键字定义。
  • 必须是 public static 方法。
• ​示例：为自定义的 Vector 类重载 + 运算符。
• 语法：public static 返回类型 operator 运算符（参数列表）

public class Vector {
    public int X { get; }
    public int Y { get; }
    
    public Vector(int x, int y) { X = x; Y = y; }
    
    public static Vector operator +(Vector a, Vector b) {
        return new Vector(a.X + b.X, a.Y + b.Y);
    }
}

// 使用
Vector v1 = new Vector(1, 2);
Vector v2 = new Vector(3, 4);
Vector sum = v1 + v2; // sum.X=4, sum.Y=6

四、运算符重载有啥用？怎么写？

1. ​核心用途

• ​自然语义：让自定义类型支持直观的运算符操作（如复数相加、矩阵乘法）。
• ​提高可读性：用 a + b 替代 a.Add(b)。

2. ​编写步骤

1. ​定义运算符方法：指定运算符和操作数类型。
2. ​实现运算逻辑：返回计算结果

语法：public static 返回类型 operator 运算符（参数列表）

如下是一个用来计算温度的  “  + ”：

public class Temperature {
    public double Celsius { get; }
    public Temperature(double celsius) { Celsius = celsius; }
    
    public static Temperature operator +(Temperature t1, Temperature t2) {
        return new Temperature(t1.Celsius + t2.Celsius);
    }
}

3. ​可重载的运算符

​运算符类型	​示例
算术运算符	+, -, *, /, %
比较运算符	==, !=, >, <, >=, <=
转换运算符	implicit 或 explicit

4. ​注意事项

• 必须成对重载（如重载 == 必须同时重载 !=）。
• 不能重载赋值运算符（如 =、+=）。
• 避免过度使用导致逻辑混乱（如让 + 执行减法操作）。

五、总结

​对比表：拓展方法 vs 运算符重载

​特性	​拓展方法	​运算符重载
​核心目的	扩展现有类型的功能	自定义类型支持运算符操作
​语法要求	静态类 + this 参数	public static operator
​适用场景	工具方法、链式调用、LINQ	数学运算、集合操作、语义化操作
​限制	无法访问私有成员	需成对重载、不能重载所有运算符

一句话记忆：

• 拓展方法：“别人家的孩子，我来教他新技能。”
• 运算符重载：“我的对象，加减乘除我说了算！”

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掌握这两个特性，让你的C#代码像自然语言一样直观！