Класс как совокупность статических членов
10.1. Статические члены класса
Мы уже отмечали, что класс в общем случае представляет собой «трафарет» для создания объектов (этого класса) и «оболочку», в которую заключены статические члены (например, поля и методы). Остановимся подробнее на второй из названных ролей класса – рассмотрим класс как совокупность статических членов. При этом обратим внимание читателя, что в программе кроме класса, включающего метод Main(), может присутствовать любое число других классов. В этой главе будем определять классы с помощью объявлений такого формата:
class имя_класса тело_класса
Здесь class служебное (ключевое) слово; имя_класса – идентификатор, выбранный программистом в качестве имени класса; тело_класса – заключенная в фигурные скобки последовательность объявлений (деклараций) статических членов класса. (Сразу же отметим, что статический характер членов класса – это совсем необязательная их особенность, а ограничение, которого мы будем придерживаться в этой главе.)
Имеется две разные возможности определить член класса как статический. С помощью модификатора static объявляются статические:
поле (field); метод (method);
свойство (property); событие (event); операция (operator); конструктор (constractor).
Кроме того, без модификатора static по умолчанию объявляются как статические члены класса:
константы; локализованные в классе типы (например, вложенные классы).
Класс как совокупность статических членов |
175 |
|
|
Для целей данной главы ограничимся статическими полями, статическими методами, статическими конструкторами и статическими константами. Статические методы, которые мы подробно рассмотрели в предыдущей главе, будем считать хорошо знакомыми.
При объявлении члена класса он может быть снабжен одним или несколькими модификаторами. В этой главе нам полезно познакомиться со следующими модификаторами: static, public, protected, internal, private, readonly, volatile. Модификатор static
мы уже назвали. Применялся в предыдущих программах и модификатор public. Его назначение – сделать член класса доступным из-вне объявления класса. Имеются и другие возможности влиять на доступность членов класса. Проще всего объяснить правила доступа к членам классов, рассмотрев вначале список модификаторов доступа:
public – |
доступен без ограничений всем методам всех |
(открытый) |
сборок; |
protected – |
доступен в классе и в любом классе, |
(защищещенный) |
производном от данного; |
internal – |
доступен везде в пределах сборки; |
(внутренний) |
|
protected internal – |
доступен в пределах сборки, в пределах класса |
(защищенный |
и в любом классе, производном от данного; |
внутренний) |
|
private – |
доступен только в классе и вложенных в него |
(закрытый) |
типах (классах). |
В объяснении модификаторов доступа нам впервые встречается термин «сборка» (assembly). В Стандарте C# [2] сборка определяется как совокупность из одного или нескольких файлов, которые создает компилятор как результат компиляции программы. В зависимости от того, какие средства и режимы компиляции выбраны, можно создать однофайловую или многофайловую сборку. Сборка позволяет рассматривать группу файлов как единую сущность. Сейчас достаточно, чтобы читатель знал о существовании такого понятия.
Каждый член класса может быть снабжен одним и только одним модификатором доступа. По умолчанию (при отсутствии модификатора) члену приписывается статус доступа private, т. е.
176 |
Г л а в а 1 0 |
|
|
член класса недоступен вне класса, где он объявлен.
Для обращения к статическому члену класса используется квалифицированное имя:
имя_класса.имя_члена
Так как мы уже использовали статические члены библиотечных классов, например, Math.PI и Console.WriteLine(), то нам уже знаком этот синтаксис.
Внутри класса, которому принадлежит статический член, разрешено использовать имя члена без указания имени класса.
Внимание! Никакие операторы, отличные от объявлений, в классе недопустимы!
10.2. Поля классов (статические поля)
Как формулирует стандарт языка C#, поле — это член класса, который представляет переменную, ассоциированную с объектом или классом. Поле – это объявление данных (константы, переменной, объекта), принадлежащих либо классу в целом, либо каждому из его объектов. Чтобы поле принадлежало не объекту, а классу и могло использоваться до определения объектов этого класса, его объявляют статическим, используя модификатор static. Если в объявлении поля этот модификатор отсутствует, то поле является полем объектов. В этом случае полю выделяется память, и оно становится доступным для использования только при и после создания объекта. Статическое поле размещается в памяти в момент загрузки кода класса. Статическое поле (поле класса) доступно для использования и до, и после создания объектов класса.
Объявление статистического поля имеет вид:
модификаторы opt static
тип_поля список_объявлений;
Индекс opt указывает на необязательность модификаторов, отличных от static. В качестве этих необязательных модификаторов поля могут использоваться уже перечисленные модификаторы доступа public, private, protected, internal. Кроме них в объявление поля могут входить модификаторы:
Класс как совокупность статических членов |
177 |
|
|
new – применяется при наследовании (см. главу 13); readonly – запрещает изменять значение поля. Поле получает
значение при его инициализации или за счет действий конструктора, и это значение сохраняется постоянно.
volatile – модификатор поля, указывающий, что его значение может измениться независимо от операторов программы. Примером может быть переменная, значение которой сохраняет момент начала выполнения программы. Два последовательных запуска программы приведут к разным значениям этого поля. Второй пример – поле, значение которого в процессе выполнения программы может изменить операционная система или параллельно выполняемый процесс.
Зачастую список объявлений поля содержит только одно объявление. Каждое объявление в списке имеет следующий вид:
идентификатор инициализатор_поля opt
Индекс opt указывает на необязательность инициализатора поля. Если в объявлении поля отсутствует инициализатор, то инициализация выполняется по умолчанию значением соответствующего типа. В соответствии с общей концепцией типов языка C# поля могут иметь типы ссылок и типы значений. Возможны
следующие формы инициализаторов полей:
=выражение
=инициализатор_массива
=new тип (аргументы_конструктора)
В выражение инициализатора, в инициализатор массива и в выражения, используемые в качестве аргументов конструктора, могут входить константы–литералы, а также другие статические члены этого класса.
Нестатические члены невозможно использовать в инициализирующем выражении статического поля.
Пример инициализации и использования статических полей:
// 10_01.cs – статические поля класса using System;
class T {
int x; // Поле объектов класса
static int y = 3; // y = x + 5; - ошибка: х – поле объекта public static int z = 5 - y; // Эквивалент: z = 5 - T.y;
178 |
Г л а в а 1 0 |
|
|
}
class Program
{
static void Main()
{
// Console.WriteLine("T.y = " + T.y); // Error! T.y is private! int z = T.z; // z и T.z - разные переменные! Console.WriteLine("T.z = " + ++T.z); // Изменяется T.z Console.WriteLine("z = {0}", z);
}
}
Результат выполнения программы:
T.z = 3 z = 2
Следует отметить одну особенность инициализации статических полей. Вначале они все получают умалчиваемые значения (для арифметических типов – нулевые). Затем последовательно (сверху вниз) выполняются инициализаторы. Тем самым, если в инициализирующее выражение входит в качестве операнда статическое поле, которое еще не инициализировано явно, то для него берется умалчиваемое (например, нулевое) значение. В качестве примера рассмотрим программу:
// 10_02.cs – статические поля класса – порядок
инициализации using System; class T
{
public static int x = y; static int y = 3;
public static int z = y;
}
class Program
{
static void Main()
{
Console.WriteLine("T.x = " + T.x);
Console.WriteLine("T.z = " + T.z);
Класс как совокупность статических членов |
179 |
|
|
Результат выполнения программы:
T.x = 0
T.z = 3
Обратите внимание, что поле y по умолчанию закрытое (имеет статус доступа private), и обращение к нему невозможно вне класса T.
Открытые статические члены разных классов одной программы могут использоваться в одном выражении. В следующей программе объявлены три класса со статическими полями, обращения к которым используются в инициализирующих выражениях разных классов.
// 10_03.cs – статические поля разных классов using System;
class c1
{
public static double orbit = 2 * c2.pi * c3.radius;
}
class c2
{
public static double pi = double.Parse(c3.str);
}
class c3
{
public static string str = "3,14159"; public static double radius = 10;
}
class Program
{
static void Main()
{
Console.WriteLine("c1.orbit = {0}", c1.orbit); c3.radius = 20;
Console.WriteLine("c3.radius = {0}", c3.radius); Console.WriteLine("c1.orbit = {0}", c1.orbit);
}
}
Результат выполнения программы:
} |
c1.orbit = 62,8318 |
} |
c3.radius = 20 |
|
c1.orbit = 62,8318 |
180 |
Г л а в а 1 0 |
|
|
Инициализация статических полей выполняется только однажды. Поэтому значение поля c1.orbit не изменилось после изменения c3.radius в методе Main().
10.3. Статические константы
Константы могут быть локализованы в теле метода, а могут принадлежать классу. В последнем случае они по умолчанию без модификатора static являются статическими, т.е. недоступны через ссылку на объекты класса.
Объявление статической константы имеет вид:
модификаторыopt const тип_константы
список_объявлений_констант
Необязательные модификаторы для констант – это при отсутствии наследования модификаторы доступа (public, private, protected, internal).
Объявление из списка_объявлений_констант имеет вид:
идентификатор=инициализирующее_выражение.
Идентификатор служит именем статической константы. В инициализирующее выражение имеют право входить только константы–литералы и статические константы. (Порядок их размещения в объявлении класса безразличен.) Каждая константа должна быть обязательно явно инициализирована. Умалчиваемые значения для статических констант не предусмотрены.
Пример с классом статических констант:
// 10_04.cs – статические константы класса using System;
class Constants
{
public const double скорость_света = 299793; // км/сек public const double радиус_электрона = 2.82e-13; // см
}
class Program
{
static void Main()
{
Console.WriteLine("радиус_электрона = {0}",
Класс как совокупность статических членов |
181 |
|
|
Constants.радиус_электрона);
}
}
Результат выполнения программы:
радиус_электрона = 2,82E-13
В отличие от статических полей константы инициализируются однажды и не принимают до явной инициализации промежуточных умалчиваемых значений. Поэтому последовательность размещения объявлений статических констант не важна. Для иллюстрации этой особенности приведем следующую программу:
// 10_05.cs – статические константы разных классов using System;
class One
{
public const double circle = 2 * pi * Two.radius; public const double pi = 3.14159;
}
class Two
{
public const double radius = 20;
}
class Program
{
static void Main()
{
Console.WriteLine("One.circle = {0}", One.circle);
}
}
Результат выполнения программы:
One.circle = 125,6636
Следует обратить внимание на отличия статических констант от статических полей с модификатором readonly (только чтение). Статические константы получают значения при компиляции, а статические поля (даже снабженные модификатором readonly) инициализируются в процессе выполнения программы. Инициализация статических полей выполняется в порядке их размещения в тексте объявления класса, и до инициализации поле имеет умал-