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C# 類別與物件核心概念：修飾符、this、System.Object 契約與單根繼承

編輯：關於C#

前言：類別是藍圖，物件是實體

C# 採單根繼承體系，所有類別隱含繼承 System.Object。本文深入探討類別宣告修飾符、實例與靜態成員存取規則、this 關鍵字三大用法、System.Object 七大虛擬/靜態方法契約（Equals/GetHashCode/ToString/GetType/Finalize/MemberwiseClone/ReferenceEquals）、值相等 vs 參考相等、ICloneable 深淺拷貝。

一、類別宣告修飾符

修飾符	語意	備註
`public`	任意存取	非巢狀類別預設可見性
`internal`	同組件存取	非巢狀類別預設（無修飾符時）
`protected`	本類別+衍生類別	僅限巢狀類別
`protected internal`	同組件+衍生類別	僅限巢狀類別
`private`	僅本類別	僅限巢狀類別
`abstract`	不可實例化，可含抽象成員	不可與 `sealed` 共存
`sealed`	禁止繼承	不可與 `abstract` 共存
`static`	僅含靜態成員，不可實例化/繼承	C# 2.0+，隱含 `sealed`
`partial`	跨檔案定義	編譯時合併

二、物件實例化與 `this` 關鍵字

2.1 實例 vs 靜態成員存取規則

實例成員：只能透過實例存取（obj.Method()）。
靜態成員：只能透過類型名稱存取（Type.Method()），不可透過實例（編譯錯誤 CS0176）。

2.2 `this` 三大核心用法

消除名稱遮蓋（建構函式/設值器）：this.name = name;
傳遞當前實例：OtherService.Register(this);
索引器宣告：public int this[int i] { get => arr[i]; set => arr[i] = value; }

注意：靜態方法/屬性/建構函式中不可使用 this。

三、System.Object：所有類別的共同祖先

3.1 七大核心成員


public class Object {
    // 靜態方法
    public static bool Equals(object objA, object objB);
    public static bool ReferenceEquals(object objA, object objB);
    // 實例方法
    public virtual bool Equals(object obj);
    public virtual int GetHashCode();
    public Type GetType();
    public virtual string ToString();
    protected virtual void Finalize();      // 見解構函式篇
    protected object MemberwiseClone();     // 淺層拷貝
}

3.2 相等性比較：值相等 vs 參考相等

類型	`==` 預設	`Equals` 預設	建議覆寫
實值型別（struct/enum）	無（需自行多載）	值相等（`ValueType` 覆寫）	覆寫 `Equals` + 多載 `==`/`!=` + `GetHashCode`
參考型別（class）	參考相等	參考相等	覆寫 `Equals` 表達值相等 + `GetHashCode`；不建議多載 `==`
string	值相等（運算子多載）	值相等	已正確實作

3.3 `Equals`/`GetHashCode` 覆寫鐵律

若覆寫 Equals，**必須**覆寫 GetHashCode（相等物件哈希碼必相等）。
GetHashCode 必須穩定（物件生命週期內不變），建議基於不可變欄位計算。
實作範本：


public override bool Equals(object obj) => obj is Person other && Id == other.Id;
public override int GetHashCode() => Id.GetHashCode(); // Id 為不可變識別碼
public static bool operator ==(Person a, Person b) => Equals(a, b);
public static bool operator !=(Person a, Person b) => !Equals(a, b);

3.4 `ReferenceEquals`：純參考相等檢查

靜態方法，不可覆寫。
實值型別經裝箱後永遠回傳 false（每次裝箱產生新物件）。
用於需確認「是否為同一個物件實例」的低層邏輯。

3.5 `GetType` vs `typeof`

obj.GetType()：執行期取得實際型別（多型）。
typeof(T)：編譯期取得型別標記（泛型/靜態）。

3.6 `ToString`：人類可讀表示

預設回傳完整型別名稱。
強烈建議覆寫提供領域意義字串（除錯、日誌、序列化）。

3.7 `MemberwiseClone`：淺層拷貝

建立新物件，逐位複製欄位：實值型別複製值，參考型別複製參考（共享同一物件）。
不可覆寫（非虛擬）。
深層拷貝需自行實作 ICloneable.Clone() 或序列化往返。

四、實作範例：正確實作值相等的實值型別


public readonly struct Point : IEquatable
{
    public int X { get; }
    public int Y { get; }
    public Point(int x, int y) => (X, Y) = (x, y);

    public bool Equals(Point other) => X == other.X && Y == other.Y;
    public override bool Equals(object obj) => obj is Point p && Equals(p);
    public override int GetHashCode() => HashCode.Combine(X, Y); // C# 7.3+ HashCode 結構體
    public static bool operator ==(Point a, Point b) => a.Equals(b);
    public static bool operator !=(Point a, Point b) => !a.Equals(b);
}

五、現代 C#：`record` 自動實作值相等


// C# 9+ record 自動產生：EqualityContract、Equals、GetHashCode、==/!=、ToString、with-expression
public record Person(string Name, int Age);
var p1 = new Person("Tom", 20);
var p2 = p1 with { Age = 21 }; // 非變更複製
Console.WriteLine(p1 == p2); // False（值相等比較所有屬性）

結語

類別定義型別契約，物件承載執行期狀態。精通修飾符封裝邊界、善用 this 消除歧義、正確實作 Object 相等性契約（Equals/GetHashCode/ToString）、理解淺/深拷貝差異，並善用 record/readonly struct 現代語法簡化不可變資料模型，即能建構出語意清晰、行為正確、效能優異的 C# 型別系統。