[從C#到Swift] 13. Inheritance

從 C# 視角學習 Swift

Swift : Inheritance

繼承基礎與基礎類別 (Base Class)
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1. 核心觀念
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概念解說：繼承是物件導向程式設計的基石。在 Swift 中，類別 (Class) 可以繼承另一個類別的方法、屬性與其他特性。Swift 與 C# 最大的不同在於，Swift 的類別並沒有一個萬用的「根類別」（如 C# 的 System.Object）。如果你定義一個類別且沒有指定繼承對象，它自動就會成為一個「基礎類別 (Base Class)」。
關鍵語法：class ClassName, subclassing
官方提示：

Swift 的類別不會繼承自一個通用的基礎類別。如果你定義類別時未指定超類別 (Superclass)，該類別自動成為基底類別。

2. 範例解析
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文件原始碼：

class Vehicle {
    var currentSpeed = 0.0
    var description: String {
        return "traveling at \(currentSpeed) miles per hour"
    }
    func makeNoise() {
        // do nothing - an arbitrary vehicle doesn't necessarily make a noise
    }
}

let someVehicle = Vehicle()
print("Vehicle: \(someVehicle.description)")
// Vehicle: traveling at 0.0 miles per hour

邏輯解說：這段程式碼定義了一個名為 Vehicle 的基礎類別。它擁有一個儲存屬性 currentSpeed，一個唯讀的計算屬性 description，以及一個方法 makeNoise。這展示了 Swift 類別定義的基本結構。

3. C# 開發者視角
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概念對應：C# 的 Class 定義。

C# 對照程式碼：

public class Vehicle {
    // 為了讓子類別能覆寫，建議使用虛擬屬性而非欄位
    public virtual double CurrentSpeed { get; set; } = 0.0;
    
    // C# 的唯讀屬性寫法，需標記 virtual 才能被覆寫
    public virtual string Description => $"traveling at {CurrentSpeed} miles per hour";
    
    // C# 需要顯式標記 virtual 才能被覆寫 (若設計為可被繼承修改)
    public virtual void MakeNoise() {
        // do nothing
    }
}

關鍵差異分析：

語法面：Swift 的 class 定義非常簡潔，不需要像 C# 一樣預設加上 public（Swift 預設為 internal）。
行為面：這是重點！ 在 C# 中，若要讓方法能被覆寫，必須在父類別顯式加上 virtual 關鍵字。但在 Swift 中，類別的方法預設就可以被子類別覆寫（除非加上 final），開發者不需要在父類別寫 virtual。

子類別化 (Subclassing)
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1. 核心觀念
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概念解說：子類別化是基於現有類別建立新類別的行為。子類別會繼承父類別的所有特性，並且可以添加新的屬性或方法。
關鍵語法：class Subclass: Superclass

2. 範例解析
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文件原始碼：

class Bicycle: Vehicle {
    var hasBasket = false
}

let bicycle = Bicycle()
bicycle.hasBasket = true
bicycle.currentSpeed = 15.0
print("Bicycle: \(bicycle.description)")
// Bicycle: traveling at 15.0 miles per hour

class Tandem: Bicycle {
    var currentNumberOfPassengers = 0
}

let tandem = Tandem()
tandem.hasBasket = true
tandem.currentNumberOfPassengers = 2
tandem.currentSpeed = 22.0
print("Tandem: \(tandem.description)")
// Tandem: traveling at 22.0 miles per hour

邏輯解說： Bicycle 繼承自 Vehicle 並新增了 hasBasket 屬性。Tandem 又繼承自 Bicycle，形成了繼承鏈。子類別可以自由存取並修改繼承來的屬性（如 currentSpeed）。

3. C# 開發者視角
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概念對應：C# 的繼承語法完全一致。

C# 對照程式碼：

public class Bicycle : Vehicle {
    public bool HasBasket = false;
}
// 使用方式與 Swift 幾乎相同

關鍵差異分析：

語法面：兩者都使用冒號 : 來表示繼承，結構相同。
行為面：繼承鏈的邏輯與 C# 完全一致。

覆寫方法 (Overriding Methods)
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1. 核心觀念
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概念解說：子類別可以提供自己的實作來取代父類別的行為。Swift 強制要求使用 override 關鍵字，這能避免意外覆寫或名稱拼寫錯誤。
關鍵語法：override func

2. 範例解析
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文件原始碼：

class Train: Vehicle {
    override func makeNoise() {        
        print("Choo Choo")
    }
}

let train = Train()
train.makeNoise()
// Prints "Choo Choo"

邏輯解說： Train 類別覆寫了 Vehicle 的 makeNoise 方法。Swift 編譯器會檢查 Vehicle 中是否真的存在 makeNoise，若不存在或是簽章不符，編譯會報錯。

3. C# 開發者視角
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概念對應：C# 的 override 關鍵字。

C# 對照程式碼：

public class Train : Vehicle {
    // 必須確認父類別有標示 virtual 
    public override void MakeNoise() {
        Console.WriteLine("Choo Choo");
    }
}

關鍵差異分析：

行為面：
- C#：Opt-in 模式。父類別必須說「我可以被覆寫 (virtual)」，子類別才能 override。
- Swift：Opt-out 模式。父類別方法預設就是可覆寫的，除非父類別標示為 final。
- 安全性：Swift 的 override 是強制性的。如果你不小心寫了一個跟父類別同名的方法但沒加 override，Swift 會報錯；反之，如果你加了 override 但父類別沒這個方法，也會報錯。這點比 C# 的 new 關鍵字隱藏行為更為嚴謹且直覺。

存取父類別成員 (Accessing Superclass Members)
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1. 核心觀念
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概念解說：當你在子類別中覆寫方法、屬性或下標 (Subscript) 時，經常需要使用父類別既有的實作作為基礎。例如，你可能想在現有的行為之上進行改良，或是將修改後的值存回繼承來的變數中。這時，你需要透過 super 前綴來存取父類別的版本。
關鍵語法：super
使用規則：
- 方法 (Methods)：在覆寫的方法實作中，使用 super.someMethod() 來呼叫父類別的版本。
- 屬性 (Properties)：在覆寫的 Getter 或 Setter 實作中，使用 super.someProperty 來存取父類別的屬性值。
- 下標 (Subscripts)：在覆寫的下標實作中，使用 super[someIndex] 來存取父類別的下標邏輯。

2. 範例解析
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語法示意：

class Base {
    func doSomething() { print("Base working") }
}

class Sub: Base {
    override func doSomething() {
        super.doSomething() // 1. 先執行父類別原本的工作
        print("Sub working") // 2. 再執行子類別額外的工作
    }
}

邏輯解說： super 通常用於 “擴充” 而非 “完全取代” 父類別行為。

3. C# 開發者視角
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概念對應：C# 的 base 關鍵字。

C# 對照程式碼：

public class Base {
    public virtual void DoSomething() { /*...*/ }
}

public class Sub : Base {
    public override void DoSomething() {
        base.DoSomething(); // C# 使用 base 來呼叫父類別
        // ...
    }
}

關鍵差異分析：

關鍵字：Swift 使用 super，C# 使用 base

覆寫屬性 (Overriding Properties)
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1. 核心觀念
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概念解說：Swift 允許你覆寫繼承來的屬性（無論是儲存屬性還是計算屬性），以提供自定義的 Getter/Setter，或是添加屬性觀察器。
關鍵語法：override var, getter, setter
官方提示：

如果你在覆寫屬性時提供了 Setter，那你也必須提供 Getter。如果你不想修改 Getter 的邏輯，可以直接回傳 super.someProperty。

2. 範例解析
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文件原始碼：

class Car: Vehicle {
    var gear = 1
    override var description: String {
        return super.description + " in gear \(gear)"
    }
}

let car = Car()
car.currentSpeed = 25.0
car.gear = 3
print("Car: \(car.description)")
// Car: traveling at 25.0 miles per hour in gear 3

邏輯解說： Car 覆寫了 Vehicle 的 description 屬性。透過 super.description 取得父類別的文字，再串接上檔位資訊。

3. C# 開發者視角
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概念對應：C# 的屬性覆寫。

C# 對照程式碼：

public class Car : Vehicle {
    public int Gear = 1;
    // 需確認父類別 Description 標示為 virtual
    public override string Description {
        get { return base.Description + $" in gear {Gear}"; }
    }
}

關鍵差異分析：

語法面：Swift 不區分「屬性是欄位 (Field) 還是屬性 (Property)」，在覆寫時統一視為屬性。
行為面：
- 擴展性：Swift 允許將繼承來的「唯讀」屬性覆寫為「讀寫」屬性（提供 Getter 和 Setter）。但不能將「讀寫」屬性覆寫為「唯讀」。
- 實作細節：在 C# 中，通常無法直接 override 一個簡單的 Field (變數)，必須是 Property。但在 Swift 中，父類別的 var currentSpeed = 0.0 (Stored Property) 可以被子類別視為計算屬性來覆寫或添加觀察器，這提供了極大的靈活性。

覆寫屬性觀察器 (Overriding Property Observers)
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1. 核心觀念
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概念解說：這是 Swift 獨有且強大的功能。你可以在子類別中，為繼承來的屬性添加 willSet 或 didSet 觀察器，以便在屬性值改變時收到通知。
關鍵語法：didSet, willSet
官方提示：

你不能為繼承來的「常數儲存屬性 (let)」或「唯讀計算屬性」添加觀察器，因為它們的值無法被設定。另外，如果你已經覆寫了 Setter，就不能再添加觀察器（應該直接在 Setter 裡寫邏輯）。

2. 範例解析
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文件原始碼：

class AutomaticCar: Car {
    override var currentSpeed: Double {
        didSet {
            gear = Int(currentSpeed / 10.0) + 1
        }
    }
}

let automatic = AutomaticCar()
automatic.currentSpeed = 35.0
print("AutomaticCar: \(automatic.description)")
// AutomaticCar: traveling at 35.0 miles per hour in gear 4

邏輯解說： AutomaticCar 繼承自 Car。當 currentSpeed 被修改時，didSet 會自動觸發並計算適合的檔位 (gear)。這完全不需要去修改父類別的程式碼。

3. C# 開發者視角
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概念對應：C# 無直接對應語法，通常透過覆寫 Setter 實作。

C# 對照程式碼：

public class AutomaticCar : Car {
    // C# 必須覆寫整個屬性來達到類似效果
    public override double CurrentSpeed {
        get { return base.CurrentSpeed; }
        set {
            base.CurrentSpeed = value;
            // 這裡模擬 didSet 的行為
            Gear = (int)(value / 10.0) + 1;
        }
    }
}

關鍵差異分析：

語法面：Swift 的 didSet 語法非常乾淨，分離了「儲存邏輯」與「觀察邏輯」。
行為面：在 C# 中，為了達成副作用 (Side Effect)，你必須重寫整個 Setter 並記得呼叫 base.Property = value。Swift 讓開發者只需專注於「變更後要做什麼」，降低了出錯（例如忘記賦值）的風險。

防止覆寫 (Preventing Overrides)
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1. 核心觀念
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概念解說：如果你希望某個類別、方法或屬性不被繼承或覆寫，可以使用 final 關鍵字。
關鍵語法：final class, final var, final func

2. 範例解析
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final class ImmutableVehicle {
    final func makeNoise() {
        print("No override allowed")
    }
}

邏輯解說：加上 final 後，任何試圖覆寫該成員或繼承該類別的行為，都會導致編譯錯誤。這有助於封裝設計，有時也能帶來編譯器的效能優化（因為不需要動態派發）。

3. C# 開發者視角
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概念對應：C# 的 sealed 關鍵字。

C# 對照程式碼：

// 1. 防止類別被繼承 (對應 final class)
public sealed class FinalVehicle { }

// 2. 防止方法被覆寫 (對應 final func)
public class Train : Vehicle {
    // 在 C# 中，你自己新定義的方法預設就是不可覆寫的 (非 virtual)。
    // 但若是繼承自父類別的 virtual 方法，需使用 sealed override 來禁止後續子類別再覆寫它。
    public sealed override void MakeNoise() {
        Console.WriteLine("Choo Choo");
    }
}

關鍵差異分析：

語法面：Swift 使用 final，C# 使用 sealed。
行為面：意義完全相同。
- final class = sealed class (不能有子類別)。
- final func = sealed override (在方法已是 override 的情況下) 或是非 virtual 方法 (在 C# 中預設即是)。

繼承基礎與基礎類別 (Base Class) #

1. 核心觀念 #

2. 範例解析 #

3. C# 開發者視角 #

子類別化 (Subclassing) #

1. 核心觀念 #

2. 範例解析 #

3. C# 開發者視角 #

覆寫方法 (Overriding Methods) #

1. 核心觀念 #

2. 範例解析 #

3. C# 開發者視角 #

存取父類別成員 (Accessing Superclass Members) #

1. 核心觀念 #

2. 範例解析 #

3. C# 開發者視角 #

覆寫屬性 (Overriding Properties) #

1. 核心觀念 #

2. 範例解析 #

3. C# 開發者視角 #

覆寫屬性觀察器 (Overriding Property Observers) #

1. 核心觀念 #

2. 範例解析 #

3. C# 開發者視角 #

防止覆寫 (Preventing Overrides) #

1. 核心觀念 #

2. 範例解析 #

3. C# 開發者視角 #

繼承基礎與基礎類別 (Base Class)
#

1. 核心觀念
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2. 範例解析
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3. C# 開發者視角
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子類別化 (Subclassing)
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1. 核心觀念
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2. 範例解析
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3. C# 開發者視角
#

覆寫方法 (Overriding Methods)
#

1. 核心觀念
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2. 範例解析
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3. C# 開發者視角
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存取父類別成員 (Accessing Superclass Members)
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1. 核心觀念
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2. 範例解析
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3. C# 開發者視角
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覆寫屬性 (Overriding Properties)
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1. 核心觀念
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2. 範例解析
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3. C# 開發者視角
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覆寫屬性觀察器 (Overriding Property Observers)
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1. 核心觀念
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2. 範例解析
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3. C# 開發者視角
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防止覆寫 (Preventing Overrides)
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1. 核心觀念
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2. 範例解析
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3. C# 開發者視角
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