Проблемы создания объектных образов и восстановления значений

Операции создания объектных образов и восстановления из них значений очень удобны с точки зрении программиста, но такой упрощенный подход при обмене элементами стека и динамической памяти имеет свои специфические проблемы производительности и не гарантирует типовой безопасности. Чтобы понять проблемы производительности, рассмотрим следующие шаги, которые приходится выполнять при создании объектного образа и восстановлении значения обычного целого числа.

1. Новый объект нужно разместить в управляемой динамической памяти.

2. Значение размещенных в стеке данных нужно записать в соответствующее место в памяти.

3. При восстановлении значений, сохраненного в объекте, размещенном в динамической памяти, это значение нужно снова вернуть в стек.

4. Неиспользуемый объект в управляемой динамической памяти (в конце концов) должен быть уничтожен сборщиком мусора.

В нашей ситуации метод Main() с точки зрения производительности не имеет никаких проблем, но соответствующие проблемы появятся, когда ArrayList будет содержать тысячи целых значений, если вашей программе придется регулярно их обрабатывать.

Теперь рассмотрим проблему отсутствия: типовой безопасности в отношении операции восстановления значений из объектного образа. Вы знаете, что для восстановления значения в рамках синтаксиса C# используется оператор преобразования. Но каким будет это преобразование – успешным или неудачным, – выяснится только в среде выполнения, При попытке восстановить значение в неправильный тип данных вы получите InvalidCastException.

static void Main(string[] args) {

 …

 // Ой! Исключение времени выполнения!

 Console.WriteLine("Значение вашего int: {0}", (short)myInts[0]);

 Console.ReadLine();

}

В идеальной ситуации компилятор C# должен решать проблемы некорректных операций восстановления из объектного образа во время компиляции, а не в среде выполнения. В связи с этим, вдействительно идеальной ситуации, можно было бы сохранить типы, характеризуемые значениями, в контейнере, который не требовал бы преобразования в объект. В .NET 2.0 обобщения дают решение именно этих проблем. Однако перед тем как углубиться в детали использования обобщений, давайте посмотрим, как программисты пытались бороться с этими проблемами в .NET 1.x. с помощью строго типизованных коллекций.

Типовая безопасность и строго типизованные коллекции

В мире .NET, существовавшем до появления версии 2.0, программисты попытались решить проблемы типовой безопасности с помощью построения пользовательских строго типизованных коллекций. Для примера предположим, что вы хотите создать пользовательскую коллекцию, которая сможет содержать только объекты типа Person (персона).

public class Person {

 // Определены открытыми для простоты.

 public int currAge;

 public string fName, lName;

 public Person(){}

 public Person(string firstName, string lastName, int age) {

  currAge = age;

  fName = firstName;

  lName = lastName;

 }

 public override string ToString() {

  return string.Format("Возраст {0}, {1} равен (2}", lName, fName, currAge);

 }

}

Чтобы построить коллекцию персон, можно определить член-переменную

System.Collections.ArrayList в рамках класса PeopleCollection и настроить все члены на работу со строго типизованными объектами Person, а не с общими объектами System.Object.

public class PeopleCollection: IEnumerable {

 private ArrayList arPeople = new ArrayList();

 public PeopleCollection(){}

 // Преобразование для вызывающей стороны.

 public Person GetPerson(int pos) { return (Person)arPeople[pos]; }

 // Вставка только типов Person.

 public void AddPerson(Person p) { arPeople.Add(p); }

 public void ClearPeople() { arPeople.Clear(); }

 public int Count { get { return arPeople.Count; } }

 // Поддержка foreach нумератора.

 IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() { return arPeople.GetEnumerator(); }

}

С такими определениями типов вы будете уверены в типовой безопасности, поскольку теперь компилятор C# сможет распознать любую попытку вставки неподходящего типа,

static void Main (string[] args) {

 Console.WriteLine("***** Custom Person Collection *****\n");

 PeopleCollection myPeople = new PeopleCollection();

 myPeople.AddPerson(new Person("Homer", "Simpson", 40));

 myPeople.AddPerson(new Person("Marge", "Simpson", 38));

 myPeople.AddPerson(new Person("Lisa", "Simpson", 9));

 myPeople.AddPerson(new Person("Bart", "Simpson", 7));

 myPeople.AddPerson(new Person("Maggie", ''Simpson", 2));

 // Это приведет к ошибке компиляции!

 myPeople.AddPerson(new Car());

 foreach (Person p in myPeople) Console.WriteLine(p);

 Console.ReadLine();

}

Хотя пользовательские коллекции и гарантируют типовую безопасность, при использовании этого подхода приходится создавать новые (и почти идентичные) пользовательские коллекции для каждого из соответствующих типов. Поэтому если вам понадобится пользовательская коллекция, которая должна работать только с классами, являющимися производными базового класса Car (автомобиль), вам придется построить очень похожий тип.

public class CarCollection: IEnumerable {

 private ArrayList arCars = new ArrayList();

 public CarCollection(){}

 // Преобразование для вызывающей стороны.

 public Car GetCar(int pos) { return (Car) arCars[pos]; }

 // Вставка только типов Car.

 public void AddCar(Car C) { arCars.Add(c); }

 public void ClearCars() { arCars.Clear(); }

 public int Count { get { return arCars.Count; } }

 // Поддержка foreach нумератора.

 IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() { return arCars.GetEnumerator(); }

}

Вы, наверное, знаете из своего собственного опыта, что процесс создания множества строго типизованных коллекций для учета различных типов является не только трудоемким, но просто кошмарным для последующего обслуживания. Обобщенные коллекции позволяют отложить указание спецификации содержащегося типа до времени создания. Пока что не слишком беспокойтесь о синтаксических деталях. Рассмотрите следующий программный код, в котором используется обобщенный класс с именем System.Collections.Generic.List‹› для создания двух контейнерных объектов, обеспечивающих типовую безопасность.

static void Main(string [] args) {

 // Использование обобщенного типа List только для Person.

 List‹Person› morePeople = new List‹Person›();

 morePeople.Add(new Person());

 // Использование обобщенного типа List только для Car.

 List‹Car› moreCars = new List‹Car›();

 // Ошибка компиляции!

 moreCars.Add(new Person());

}