Классы как типы

11.1. Объявление класса

Уже говорилось, что класс в языке C# играет две роли: это совокупность, или «контейнер» статических методов и статических полей, и это «трафарет», позволяющий порождать конкретные объекты. Класс как контейнер нами уже подробно изучен.

Класс как трафарет – это библиотечный или определяемый программистом-пользователем тип данных. В английском языке для определенного программистом класса, играющего эту роль, используется краткое обозначение UDT – user-defined type. Будем рассматривать именно такие классы.

Класс, как определяемый пользователем тип, позволяет создавать конкретные объекты, состав и состояние каждого из которых задают нестатические поля класса, а поведение – его нестатические методы.

Достаточно общее определение (декларация, иначе объявление) класса имеет следующий формат:

модификаторы_классаopt

class имя_класса спецификация_базы_классаopt тело_класса ;opt

Как мы уже говорили, индекс opt (от английского option – альтернатива, выбор) после элемента декларации указывает на необязательность предшествующего ему элемента. Даже точка с запятой после тела класса не является обязательной. Начнем изучение особенностей построения тех пользовательских классов, в определения которых входят только обязательные элементы и, возможно, модификаторы класса.

С учетом названных ограничений минимальный состав объявления класса таков:

модификаторы_классаopt class имя_класса тело_класса

В декларации класса class – служебное слово, называемое ключом класса. Имя_класса – идентификатор, выбранный автором класса в качестве его имени.

Модификаторы_класса это:

●●один из пяти уже неоднократно названных модификаторов доступа (public, protected, internal, private, protected internal);

●●модификаторы, применяемые при вложении и наследовании классов (new, abstract, sealed – одновременное применение модификаторов sealed и abstract недопустимо);

●●static – модификатор статического класса.

При использовании нескольких модификаторов они отделяются друг от друга пробелами.

Тело_класса – заключенная в фигурные скобки последовательность объявлений (деклараций) членов класса.

Объявление члена класса: ●●объявление константы; ●●объявление поля; ●●объявление метода; ●●объявление свойства; ●●объявление события; ●●объявление индексатора; ●●объявление операции; ●●объявление конструктора; ●●объявление финализатора;

●●объявление статического конструктора; ●●объявление типа.

Перечислив разновидности членов класса, будем вводить их в употребление по мере необходимости, и тогда же объяснять назначение и возможности каждого из них. Применяя в рассмотренных ранее программах библиотечные классы, мы использовали их методы, конструкторы, поля, константы и свойства. На первом этапе знакомства с особенностями определения пользовательских классов ограничимся именно такими членами.

11.2. Поля объектов

Поле – это член объявления класса, представляющий переменные, связанные с классом или его объектом. Поля классов, или статические поля, мы уже рассмотрели. Сосредоточимся на особенностях нестатических полей, т.е. полей

объектов. Как уже сказано, объявление поля вводит одну или несколько переменных одного типа. Его формат:

модификаторы_поляopt

тип_поля объявление_переменных;

Обратите внимание на то, что обязательными элементами объявления поля являются его тип и объявление переменных.

Тип_поля определяет тип вводимых этим полем переменных. Объявление_переменных – это либо одно объявление, либо список объявлений, разделенных запятыми. Каждое объявление

имеет один из двух следующих форматов:

идентификатор идентификатор = инициализатор_переменной

Всвою очередь инициализатор переменной может быть либо выражением, в том числе и выражением, содержащем обращение к конструктору объектов, либо инициализатором массива. Инициализация переменных нестатических полей выполняется при создании объекта класса. Если в объявлении переменной инициализатор отсутствует, то переменная инициализируется по умолчанию значением, соответствующим ее типу.

Вопределении поля могут присутствовать в допустимых сочетаниях несколько модификаторов, которые в этом случае отделяются друг от друга пробелами. Мы уже использовали поля

смодификатором static.

Кроме модификатора static, уже рассмотрены модификаторы, определяющие доступность членов класса вне объявления класса (public – открытый, protected – защищенный, private – закрытый, internal – внутренний). Статус закрытого доступа получают все члены по умолчанию, когда в объявлении модификатор доступа отсутствует.

Как и для статических полей, для полей объектов могут применяться модификаторы: readonly – только для чтения; volatile

– подвержен внешним воздействиям; new – применяется при наследовании (см. главу 13).

Некоторый опыт применения библиотечных классов у нас уже имеется, поэтому следующий пример мини-программы с двумя классами, которые определил программист, не вызовет затруднений.

Console.WriteLine("Имя: {0}, Год рождения: {1}", who.name, Person.year - who.age);

}

}

Результат выполнения программы:

Имя: Юджин, Год рождения: 1990

Класс Person включает одно статическое поле year (сегодняшний год) и два поля объектов age (возраст) и name (имя). В методе Main() класса Program создана ссылка с именем who типа Person и связанный с ней объект. Так как поля класса Person открытые, то ссылка who даёт возможность присваивать полям объекта значения и получать их.

Важной особенностью (значение которой в дальнейшем будет показано, например, при создании связных списков, см. §11.5) является возможность объявить в классе поле, имеющее тип ссылки на объекты того же класса. Класс с таким полем приведён в следующей программе:

// 11_02.cs – ссылка с типом класса как поле объекта using System;

class A

{

public int a = 2; public int b = 3;

public A memb; // Ссылка на объект класса А

}

class Program

{

static void Main()

{

A one = new A(); one.a = 12;

one.b = one.a / one.b; Console.WriteLine("one.a={0}", one.a); Console.WriteLine("one.b={0}", one.b); A two = new A();

two.memb = one; Console.WriteLine("two.memb.a={0}", two.memb.a); Console.WriteLine("two.memb.b={0}", two.memb.b);

}

}

Результат выполнения программы:

one.a=12

one.b=4

two.memb.a=12

two.memb.b=4

В классе А декларировано и по умолчанию инициализировано значением null поле memb – ссылка типа A. В методе Main() определены две ссылки на объекты класса А и ассоциированные с ними объекты. Полям one.a и one.b явно присвоены значения. Полю two.memb присвоено значение ссылки one и тем самым поле two.memb “настроено” на объект, адресуемый ссылкой one. Квалифицированные имена two.memb.a и two.memb.b позволяют получить полный доступ к полям one.a и one.b. Это подтверждают результаты выполнения программы.

Ссылка на объект класса может быть объявлена как статическое поле этого же класса. Следующая программа иллюстрирует эту возможность.

// 11_03.cs – ссылка с типом класса как статическое

поле

using System; class A

{

public int a = 2; public int b = 3;

static public A smemb; // Ссылка на объект класса А

}

class Program

{

static void Main()

{

A two = new A(); A.smemb = two;

Console.WriteLine("A.smemb.a={0}", A.smemb.a); Console.WriteLine("A.smemb.b={0}", A.smemb.b);

}

}

Результат выполнения программы:

A.smemb.a=2

A.smemb.b=3

Программа очень похожа на предыдущую – отличие заключается в том, что поле smemb статическое, поэтому для обращений используются квалифицированные имена с префиксом "А.".

11.3. Объявления методов объектов

Определение метода включает две части:

заголовок_метода тело_метода

Достаточно общий формат заголовка метода:

модификаторы_методаopt тип_возвращаемого_значения имя_метода (спецификация_параметровopt)

В качестве модификаторов метода используются: static – вводит член класса (а не объекта);

public, protected, internal, private – модификаторы доступа; virtual – виртуальный метод, который может быть переопре-

делен при наследовании;

new – метод переопределяет одноименный метод базового класса; sealed – метод защищен от переопределения;

override –метод переопределяет виртуальный метод базового класса;

abstract – виртуальный метод без реализации;

extern – метод, который реализован вне класса и, зачастую, на языке, отличном от C#.

Большинство из модификаторов методов нам понадобятся позднее, но уже рассмотренными модификаторами доступа мы будем активно пользоваться уже сейчас.

Вопределении одного метода могут присутствовать несколько модификаторов, которые в этом случае отделяются друг от друга пробелами. Мы уже использовали методы с модификатором static. Эта глава посвящена методам объектов, в объявлениях которых модификатор static отсутствует. В отличие от методов классов их называют нестатическими методами.

Вдекларацию метода модификаторы могут входить только в допустимых сочетаниях. Правила, определяющие, какие модификаторы могут, а какие не могут совместно использоваться в декларации одного метода, Стандарт C# формулирует таким образом.

●●В декларацию может входить только один модификатор доступа.

●●Ни один модификатор не может появиться в декларации более одного раза.

●●Декларация может включать только один из модификаторов static, virtual, sealed, override.

●●Декларация может включать только один из модификаторов new и override.

●●Декларация, содержащая модификатор abstract, не может включать ни одного из следующих модификаторов: static, virtual, sealed, extern.

●●Если декларация включает модификатор private, то она не может включать ни один из модификаторов virtual, override, abstract.

●●Если декларация содержит модификатор sealed, то она также включает модификатор override.

●●Если декларация представляет собой явную реализацию члена интерфейса (интерфейсам посвящена глава 14), то декларация не должна включать никаких модификаторов, кроме, возможно, модификатора extern.

Вкачестве типа возвращаемого значения метода указывается либо конкретный тип (значения либо ссылки) или void – отсутствие какого либо значения.

Вкачестве имен методов используют идентификаторы.

Спецификация параметров может отсутствовать, но если она есть, то содержит спецификации всех параметров метода. Спецификации параметров мы уже рассмотрели. Отметим, что при отсутствии параметров их спецификации нет, но круглые скобки обязательны.

Тело метода – это блок – последовательность операторов, заключенная в фигурные скобки, либо пустой оператор, обозначаемый только отдельным символом точка с запятой. Пустой оператор в качестве тела используется только для методов с модификаторами abstract и extern.

Сразу же отметим, что в выражениях и операторах тела нестатического метода могут использоваться непосредственные обращения (без квалификации имен) к переменным полей и методам того же класса, которому принадлежит метод.

11.4. Пример класса и его объектов

Приведем пример объявления класса и особенностей работы

сего объектами, рассмотрев следующую задачу.

Втехнике широко распространены разнообразные цифровые счетчики, построенные по «кольцевой» схеме. В каждом из них задано предельное значение, по достижению которого счетчик «сбрасывается» в начальное состояние. Так обычно устроены счетчики километража (пробега) в автомобилях, счетчики потребления воды, электроэнергии и т.п. Определить класс Counter, объект которого моделирует работу кольцевого счетчика. В классе декларировать статическое поле maxCount для представления предельного значения, допустимого для показаний счетчиков – объектов класса. Текущее показание конкретного счетчика будет представлять целочисленное поле объекта (нестатическое поле класса) с именем count. В классе определить: метод increment() для увеличения на 1 текущего показания счетчика, метод getCount() для считывания текущего показания и метод display() для вывода информации о состоянии и возможностях счетчика.

Один из возможных вариантов определения такого класса (программа 11_04.cs):

// 11_04.cs – класс "кольцевой счетчик"

using System;

class Counter // Класс "кольцевой счетчик"

{// Закрытые поля:

static int maxCount = 100000; // Предельное значение int count; // Текущее показание

//Метод – приращение показания: public void increment() {

count += 1;

if (count >= maxCount) count = 0;

}

//Метод для получения текущего показания: public int getCount() { return count; }

//Метод для вывода сведений о счетчике (об объекте): public void display() {

Console.WriteLine("Reading: {0,-8} maxCount: {1,-8}", count, maxCount);

}

}

Вобъявлении полей static int maxCount и int count; модификаторы доступа не использованы, и по умолчанию переменные maxCount и count закрыты для доступа извне (имеют статус доступа private). Статическое поле maxCount инициализируется значением 100000 при компиляции. При создании каждого объекта класса инициализируется поле count конкретного объекта. Если инициализатор переменной поля отсутствует, то, как мы знаем, выполняется ее инициализация умолчиваемым значением. В нашем примере переменная count при создании объекта инициализируется целочисленным значением 0.

Вклассе явно определены два нестатических открытых (имеющих статус доступа public) метода. Метод с заголовком

public void increment()

при каждом обращении к нему увеличивает на 1 значение показания (поля count), представляемого объектом класса Counter. У метода пустой список параметров и метод ничего не возвращает в точку вызова. Обратите внимание на то, что в теле метода изменяется закрытый член класса (поле count), т. е. метод непосредственно обращается к переменной закрытого поля, и это не требует уточнения его имени.

Метод с заголовком

public void display()

осуществляет вывод сведений о текущем показании счетчика, представляемого объектом класса Counter и предельном значении maxCount, которое уже не может представлять объект класса. Метод открытый, ничего не возвращает в точку вызова и имеет пустой список параметров. В теле метода выполняются обращения к закрытым полям count и maxCount, значения которых выводятся на консоль.

Чтобы привести пример создания и использования объектов класса Counter, напомним следующее. Класс является типом ссылок, т. е. переменная с типом пользовательского класса представляет собой всего-навсего ссылку на объект класса. При создании переменной класса ей соответствующий объект может еще не существовать или эта переменная еще не связана ни с каким объектом. Для создания объекта класса используется выражение с операцией new, где в качестве операнда – обращание к конструктору объектов класса.

Возникает вопрос: « Как же быть, если в нашем классе Counter нет явного определения конструктора?» – В языке C# принято, что при отсутствии конструктора в декларации класса в этот класс компилятор автоматически встраивает открытый конструктор умолчания, т. е. конструктор, при обращении к которому не требуется задавать аргументы. В следующей программе определяются ссылки с1 и с2 типа Counter и создаются связанные с ними объекты. К объектам посредством ссылок применяются нестатические методы класса Counter.

static void Main() {

Counter c1 = new Counter(); // Конструктор умолчания Counter c2 = new Counter();

c1.display();

Console.WriteLine("c1.ToString(): " + c1.ToString()); Console.WriteLine("c1.GetType(): " + c1.GetType()); for(int i = 0; i < 150000; i++) {

c1.increment();

if (i % 10 == 0) c2.increment();

}

Console.WriteLine("c1.getCount() = " + c1.getCount()); c2.display();

}