Методы классы и конструкторы в языке с# Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

ппдготовна специалистов

npnrpaMML.1 пБучЕнит!

Керов Леонид Александрович

МЕТОДЫ, КЛАССЫ, ССЫЛКИ И КОНСТРУКТОРЫ

В ЯЗЫКЕ С#

Аннотация

Данная статья является пятой из серии статей, посвященных изложению «нулевого уровня» языка С#. Рассматриваются методы, классы, ссылки и конструкторы в языке С#.

Ключевые слова: методы, классы, ссылки, конструкторы, С#.

1. МЕТОДЫ

1.1. ПОНЯТИЕ МЕТОДА.

ПЕРЕДАЧА ПАРАМЕТРОВ ПО ЗНАЧЕНИЮ

Метод - это функция, которая определяется внутри класса для выполнения каких-либо действий над данными. Для демонстрации использования метода определим внутри класса P01 метод f, который вычисляет значение функции «факториал» (см. листинг 1, рис. 1).

В определении метода f использованы следующие обозначения:

• public - модификатор доступа, который означает, что к данной функции можно обращаться как внутри класса, так и из других классов;

• static - функция определяется как статическая, то есть обращаться к ней можно без создания объекта данного класса;

• int - тип результата функции;

• f - имя функции;

• (int x) - список параметров функции;

• {int m=1; for (;x>0 ;x—)m*=x; return (m) ;} - «тело» функции, то есть ее реализация;

• return m; - оператор формирования значения функции и прекращения ее работы.

© Л.А. Керов, 2009

Параметр n в рассматриваемую функцию передается по значению. Это означает, что внутри тела функции создается локальная переменная int x, которой можно пользоваться точно так же, как локальной переменной int m. Определение параметра, передаваемого методу по значению, похоже на определение переменной, то есть в заголовке функции после имени функции в круглых скобках указывается тип параметра и его имя. При завершении работы функции происходит выход из ее тела, поэтому результаты действий над параметром, переданным по значению, теряются.

1.2. ПЕРЕДАЧА ПАРАМЕТРОВ ПО ССЫЛКЕ

Под ссылкой (reference) понимают не само значение переменной, а адрес ячейки, содержащей значение переменной. Если параметр нужно передавать по ссылке, то в определении функции и в вызове функ-

Рис. 1. Пример вызова метода с параметром, переданным по значению

Листинг 1

using System;

class P01 {

static void Main(string[] args) {

Console.Write("n = ");

int n = int.Parse(Console.ReadLine());

Console.WriteLine("{0}! = {1}\nn = {2}", n, f(n), n);

}

public static int f(int x) //определение метода "f" {

int m = 1;

for (; x > 0; x—)

m *= x; return m;

}

}

ции первым указывается слово ге£ (см. листинг 2).

Параметр п в рассматриваемую функцию передается по ссылке. Это означает, что внутри тела функции используется пе-

Рис. 2. Пример вызова метода с параметром, переданным по ссылке

ременная int n, которая определена в теле функции Main. При завершении работы функции происходит выход из ее тела, при этом результаты действий над переданным по ссылке параметром сохраняются (см. рис. 2).

1.3. ВОЗВРАЩАЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Функция может возвращать только одно значение. Если требуется, чтобы в результате выполнения функции было получено несколько значений, то используются воз-

Листинг 2

using System;

public class P02 {

public static void Main() {

Console.Write("n = ");

int n = int.Parse(Console.ReadLine());

Console.WriteLine("{0}! = {1}\nn = {2}", n, f(ref n), n);

}

public static int f(ref int x) {

int m = 1;

for (; x > 0; x—)

m *= x; return m;

}

}

вращаемые параметры. В качестве примера приведем программу метода, который вычисляет произведение первых x целых чисел, а также вычисляет и возвращает через второй параметр сумму этих чисел (см. листинг 3, рис. 3).

Возвращаемые параметры похожи на параметры, передаваемые по ссылке, однако имеются следующие отличия:

- вместо ключевого слова ref используется ключевое слово out;

- возвращаемые параметры не могут передавать значения в метод;

- возвращаемые параметры не могут использоваться самим методом иначе, кроме как для возврата значения из метода.

1.4. ПЕРЕГРУЗКА МЕТОДОВ

Методы можно перегружать, то есть в одном классе можно определить несколько методов, которые имеют одно и то же имя, но при этом различаются типом или числом параметров. В качестве примера приведем три определения метода h, в первом из которых метод имеет пустой список параметров, во втором - один параметр, в третьем -два параметра (см. листинг 4, рис. 4).

2. КЛАССЫ

2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛАССА.

КЛЮЧЕВОЕ СЛОВО «THIS»

Определение класса вводит в программу новый тип, имя которого совпадает с

I ОЛ C:\WINDOWS\system32\cmd.ene во X]

п =5 Л.

5 ! = 120 —:

п =0 =

surmia = 15 3

1 Lt

Листинг 3

using System;

public class P03 {

public static void Main() {

Console.Write("n = ");

int n = int.Parse(Console.ReadLine());

int p;

Console.WriteLine("{0}! = {1}\nn = {2}\nsumma = {3}", n, f(ref n, out p), n, p);

public static int f(ref int x, out int g) {

int m = 1, s = 0;

for (; x > 0; x—) {

m *= x; s += x;

}

g = s; return m;

Рис. 3. Пример вызова метода рис. 4. Примеры вызовов

с возвращаемым параметром перегруженного метода

Листинг 4

using System;

public class P04 {

public static void Main() {

h();

h("John"); h("John", "Mary");

public static void h()

Console.WriteLine("Hello, world!");

public static void h(string name)

Console.WriteLine("Hello, {0}!", name);

public static void h(string namel, string name2)

Console.WriteLine("Hello, {0} and {1}!", namel, name2);

}

именем класса. Тип, который определен посредством класса, можно использовать для объявления переменных, которые называются экземплярами данного типа (или объектами данного класса). В качестве примера рассмотрим программу, в которой определяется тип Point, соответствующий точке на экране монитора (см. листинг 5, рис. 5, 6).

Рис. 5. Тип Point соответствует точке на экране монитора

1 "À" C:\WINDUWS\system32\rmcl.eKt: 1-РШ

рбъект создан: х=100 у=50 Ьбъект создать нельзя: тючка (-100,50) вне зкрана m

M 1 \A;à

Рис. 6. Примеры попыток создания объектов класса Point

В классе можно определять данные, которые называются полями класса (например x, у), и функции, которые называются методами класса (например setPoint ()). Поля и функции класса называются его членами (members) и имеют модификаторы доступа; в частности:

• private - если указан этот модификатор доступа, то к члену класса разрешается обращаться только внутри класса (этот модификатор доступа используется по умолчанию);

• public - если указан этот модификатор доступа, то к члену класса разрешается обращаться как внутри класса, так и извне класса.

Ограничение доступа к членам класса - это один из принципов объектно-ориентированного программирования, который называется инкапсуляцией. Для обращения к члену объекта класса нужно указать:

Листинг 5 using System;

class Point //определение типа "Point" {

private int x; private int y;

public void setPoint(int a, int b) {

if (a >= 0 & a < 800 & b >= 0 & b < 600) {

this.x = a; this.y = b; Console.WriteLine("06%eKT создан: " + "x={0}\t y={1}", x, y);

}

else

Console.WriteLine("06%eKT создать нельзя: " + "точка ({0},{1}) вне экрана", a, b);

}

}

class P05 {

public static void Main() {

Point p = new Point(); p.setPoint(100, 50); p.setPoint(-100, 50);

}

}

имя объекта, точку, имя члена класса; например

p.setPoint(100,50) ;

Внутри определения класса можно использовать ключевое слово this. Оно обозначает ссылку на тот объект того класса, к члену которого указано обращение (например this. x).

2.2. СТАТИЧЕСКИЕ ПОЛЯ

И СТАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КЛАССА

Если поле класса должно использоваться совместно всеми объектами этого класса, то оно объявляется с модификатором static. Метод для работы со статическим полем также должен быть объявлен с модификатором static (см. листинг 6, рис. 7).

Память для статического поля выделяется в отдельной области, предназначенной для класса. Внутри класса к статическому полю обращаются просто по имени (перед ним нельзя указывать ключевое слово this).

Рис. 7. Примеры использования статического поля и статического метода класса

При вызове статического метода перед ним указывают (через точку) имя класса, а при вызове нестатического метода - имя объекта. Статический метод не может обращаться к нестатическим методам или полям своего класса.

3. ССЫЛКИ И ОБЪЕКТЫ

3.1. ОБЪЯВЛЕНИЕ ССЫЛОК И СОЗДАНИЕ ОБЪЕКТОВ

Все переменные в C# можно разделить на два вида:

- переменные-значения - это переменные простых типов (int, char и т. п.),

структуры и перечисления; значениями таких переменных являются непосредственно данные, которые хранятся в стеке;

- переменные-ссылки - их значениями являются адреса ячеек памяти, где хранятся собственно данные; адреса ячеек хранятся в стеке, а сами данные хранятся в куче.

Переменная, тип которой определен с помощью класса, - это переменная-ссылка: объявление переменной-ссылки выделяет память в стеке только под ссылку; для выделения памяти в куче для объекта осуществляет оператор new. Переменной-ссылке (например p2) можно присвоить другую переменную-ссылку (например p1; см. листинг 7, рис. 8).

Объект, созданный перед этим для p2 с помощью оператора new, объявляется «мусором» и будет автоматически уничтожен программой сборки мусора (garbage collection).

3.2. КЛАСС SYSTEM. OBJECT

Независимо от того, определяете ли вы в программе собственный класс или используете библиотечный, все они явно или неявно порождаются от класса System.Object. Как и встроенные классы, он имеет псевдоним: object. Класс System.Object содержит в себе определение нескольких методов, которые, по принципу наследования, можно использовать во всех классах; в частности:

• public virtual string ToString() -возвращает представление объекта в виде строки (по умолчанию возвращает имя класса);

• public static Equals(object obj) -в качестве параметра принимает ссылку на другой объект и, если значения ссылок совпадают, возвращает true; в противном случае - false;

• public Type GetType () - возвращает объект типа Type, который содержит информацию о типе объекта, а также обо всех его элементах.

Листинг 6

using System;

class StaticPoint {

private static int x; //статическое поле private int y;

public static void setX(int a) //статический метод {

if (a >= 0 & a < 800) { x = a; }

}

public void setY(int b) {

if (b >= 0 & b < 600) this.y = b;

}

public void writePoint()

{ Console.WriteLine("(" + x + "," + this.y + ")"); }

}

class P06 {

public static void Main() {

StaticPoint.setX(100); StaticPoint sp1 = new StaticPoint(); sp1.setY(50); sp1.writePoint(); StaticPoint sp2 = new StaticPoint(); sp2.setY(70); sp2.writePoint(); sp2.setY(-30); sp2.writePoint();

}

}

Листинг 7

using System;

class P07 {

class Point {

public int x; public int y;

}

public static void Main() {

Point p1; //определение ссылки

pi = new Point(); //создание объекта Console.WriteLine(" x={0}\n y={1}", pi.x, pi.y); Point p2 = new Point();//определение ссылки и создание объекта p2 = pi; p2.x = 3; p2.y = 4;

Console.WriteLine(" x={0}\n y={1}", pi.x, pi.y);

}

}

Рис. 8. Примеры объявления и использования ссылочных переменных

Приведем пример программы, в которой используются указанные выше методы (см. листинг 8, рис. 9).

3.3. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ К БАЗОВОМУ КЛАССУ

Язык C# разрешает ссылке на объект базового класса присвоить ссылку на объект производного класса. Так как все классы явно или неявно порождаются от класса System. Object, то ссылке на тип object можно присвоить ссылку на любой объект.

Допускается и обратное присваивание, но для этого нужно явно преобразовать ссылку на объект типа object к типу объекта, указанного в левой части оператора присваивания. Проверка выполнимости такого преобразования происходит на этапе выполнения; в случае невозможности выполнить преобразование генерируется ис-

ключение InvalidCastException (см. листинг 9, рис. 10).

3.4. ОПЕРАТОР is

Вместо перехвата исключения InvalidCastException можно использовать оператор is для проверки типа. Этот оператор обычно используют, когда необходимо привести объект к одному из ти-

[сл C:\WINDOW5\bystem32\cmil l-lnl Kl

Pen nt A.

False -

System. Stri ng ToStringQ Boolean Equal s(System. Object) Int32 GetHashCodeO System.Type GetTypeQ

<1 1 M Â

Рис. 9. Примеры использования методов класса System.Object

Листинг 8

using System;

using System.Reflection;

class Point {

public int x; public int y;

}

class P08 {

public static void Main() {

Point pi = new Point();

Console.WriteLine(p1.ToString());

Console.WriteLine();

Point p2 = new Point();

Console.WriteLine(p1.Equals(p2));

Console.WriteLine();

Type t = pi.GetType(); MethodInfo[] m = t.GetMethods(); foreach (MethodInfo mi in m)

Console.WriteLine(mi); Console.WriteLine();

}

}

Листинг 9

using System;

class Point {

public int x; public int y;

}

class P09 {

public static void Main() {

Point pi = new Point();

object obi = pi; //преобразование к базовому классу

Console.WriteLine("{0}\n",ob1.ToString());

object ob2 = new object();

try {

Point p2 = (Point)obi; //преобразование к классу "Point" Console.WriteLine("{0}\n",p2.ToString()); Point p3 = (Point)ob2; //Строка 19:некорректное преобр-е Console.WriteLine("{0}\n",p3.ToString());

}

catch (InvalidCastException e) {

Console.WriteLine("{0}\n",e);

}

}

}

I — C:\WINDfJWS\system32\cmtl.eKe 1-|п| х]

Poi nt Poi nt System. Inval i dCastException : He удалось привести тип объекта "System.Object" к т ипу "Point". в РОЭ.Mai nQ в C:\eLearning\Win-l3ased_Client_Development\Examples\Project_05\ Pro]ect_05\CodeF"ii е9. es : строка 19

Рис. lG. Примеры попыток преобразования ссылок

пов, но заранее неизвестно к какому типу (см. листинг 10, рис. 11).

3.5. ОПЕРАТОР as

Рассмотренный выше оператор is только проверял возможность такого преобразования. Оператор as делает попытку выполнить преобразование типа. Если этого сделать нельзя, то результатом его выполнения будет пустая ссылка null (см. ли-ситнг 11, рис. 12).

3.6. УПАКОВКА И РАСПАКОВКА

В .NET Framework все простые типы данных определены с помощью структур.

1 ел C:\WIINDGWS\system32\cmd.eKe L.Jnl x]

Pon nt Invalid Cast2 A. "W

<1 1 M Л

Рис. ll. Примеры использования оператора is

Листинг 10

using System;

class Point {

public int x; public int y;

}

class P10 {

public static void Main() {

Point pi = new Point();

object obi = pi;

object ob2 = new object();

if (obi is Point) //использование оператора "is" {

pi = (Point)obi;

Console.WriteLine("{0}\n", pi.ToString());

}

else

Console.WriteLine("{0}\n", "Invalid Casti");

if (ob2 is Point) //использование оператора "is" {

Point p2 = (Point)ob2;

Console.WriteLine("{0}\n", p2.ToString());

}

else

Console.WriteLine("{0}\n", "Invalid Cast2");

}

}

Листинг 11

using System;

class Point {

public int x; public int y;

}

class Pii {

public static void Main() {

object ob = new object();

Point p = ob as Point; //использование оператора «as»

if (p != null) {

Console.WriteLine("{0}\n", p.ToString());

}

else

Console.WriteLine("{0}\n", "Invalid Cast");

}

}

Рис. 12. Примеры использования оператора as

Все структуры неявно получаются из класса System.ValueType, который является наследником базового System. Ob ject (см. рис. 13).

Рис. 13. Иерархия наследования типов в .NET Framework

В .NET имеются две категории типов (типы значений и типы ссылок), поэтому может понадобиться представление переменной одной категории в виде переменной другой категории. Если ссылке на объект типа object присвоить переменную встроенного типа, то программа автоматически создаст в куче ячейку (box), куда поместит значение простой переменной, а ссылке на объект типа object присвоит адрес этой ячейки; например:

object obi = 5;

Эта процедура называется упаковкой (boxing). При обратном преобразовании выполняется распаковка (unboxing): значение из бокса копируется в переменную; например

int x = (int)obi;

Заметим, что распаковку нужно выполнять в соответствующий тип данных. Если это нарушается, генерируется исключение InvalidCastExeption (см. листинг 12, рис. 14).

4. КОНСТРУКТОРЫ 4.1 НАЗНАЧЕНИЕ КОНСТРУКТОРА

Конструктор (constructor) - это определенная в классе функция, которая предназначена для инициализации полей класса и которая имеет следующие отличительные признаки:

- имеет имя, совпадающее с именем класса;

- не содержит типа возвращаемого значения.

Конструктор класса вызывается при создании объекта этого класса сразу же после выделения в куче памяти для объекта (см. листинг 13, рис. 15).

4.2. КОНСТРУКТОР ПО УМОЛЧАНИЮ

Если в классе не определен конструктор, то используется конструктор «по умолчанию», который не имеет параметров и инициализирует поля класса следующим образом (см. листинг 14, рис. 16).

- числовые элементы инициализируются нулями;

- булевские элементы инициализируются false;

- ссылочные элементы инициализируются пустой ссылкой null.

Если в классе определен хотя бы один конструктор, то конструктором «по умолчанию» пользоваться нельзя (см. листинг 15, рис. 17).

\ F C:\WII4DtlW5\sysLem32V cmd.exe ЕИ 3

Создан объект (100,50) Точка вне экрана. Создан объект: (0,0) ' W |

<1 1 м Л

Рис. 14. Примеры выполнения упаковки Рис- 15 Примеры выз°в°в

и распаковки тажтруит^ класса

Листинг 12

using System;

class P12 {

public static void Main() {

int x = 5;

object obi = x; //выполнение упаковки object ob2 = new object();

if (ob1 is int) {

x = (int)obi; //выполнение распаковки Console.WriteLine("{0}\n", x.ToString());

}

else

Console.WriteLine("{0}\n", "Invalid Casti");

if (ob2 is int) {

int y = (int)ob2; //выполнение распаковки Console.WriteLine("{0}\n", y.ToString());

}

else

Console.WriteLine("{0}\n", "Invalid Cast2");

}

}

Листинг 13

using System;

class Point {

private int x; private int y;

public Point(int a, int b) //конструктор класса Point {

if (a >= 0 & a < 800 & b >= 0 & b < 600) {

this.x = a; this.y = b; Console.WriteLine(

"^Создан объект ({0},{1})", this.x, this.y);

}

else {

this.x = 0; this.y = 0;

Console.WriteLine("\nTo4Ka вне экрана. " +

"Создан объект: ({0},{1})", this.x, this.y);

}

}

}

class P13 {

static void Main(string[] args) {

Point pi = new Point(100, 50); //Вызов конструктора Point p2 = new Point(-100, 50); //Вызов конструктора

}

}

Рис. 16. Пример вызова конструктора по умолчанию

Если при этом необходим конструктор без параметров, то его нужно определить. Заметим, что определенный в классе конструктор без параметров не обязательно должен инициализировать поля объекта нулями (см. листинг 16, рис. 18).

Листинг 14

using System; class Point { private int x; private int y;

public int getX() { return x; } public int getY() { return y; }

}

class P14

{ public static void Main()

{ Point pi = new Point(); //вызов конструктора по умолчанию Console.WriteLine("\nCoздaн объект ({0},{1})\n", p1.getX(), p1.getY());

}

}

Листинг 15

using System;

class Point {

private int x; private int y;

public Point(int a, int b) {

if (a >= 0 & a < 800 & b >= 0 & b < 600) {

this.x = a; this.y = b; Console.WriteLine(

"\nCo3flaH объект ({0},{1})", this.x, this.y);

}

else {

this.x = 0; this.y = 0;

Console.WriteLine("\nTo4Ka вне экрана. " +

"Создан объект: ({0},{1})", this.x, this.y);

}

}

}

class P15 {

public static void Main() {

Point pi = new Point(100, 50); Point p2 = new Point();

}

}

Г 11ИСОК UU1MÛOK шщ

ф 1 ошибка J-. Предупреждений: 0 Ц)Сообщений: 0 |

Описание Файл Строка Столбец Проект

О 1 "Point" не содержит конструктор, который принимает аргументы "0" CodeFilel5.cs 27 20 Project_05

Рис. 17. Некорректная попытка вызова конструктора по умолчанию

4.3. СПИСОК ИНИЦИАЛИЗАЦИИ

C# позволяет из одного конструктора вызывать другой конструктор этого же класса с использованием ключевого слова this. Такой вызов называется списком инициализации (см. листинг 17, рис. 19).

4.4. ПОЛЯ-КОНСТАНТЫ И ПОЛЯ ТОЛЬКО ДЛЯ ЧТЕНИЯ

Поле может быть объявлено с ключевым словом const. Значение такого поля не может быть изменено во время работы

программы. Значение поля-константы должно быть известно на этапе компиляции, поэтому для инициализации такого поля

I с-.. C:\WINDOWS\system32\cmd.ene Lisi х]

Роздан объект (100,50) Создан объект (5,10) Л. т

<1 1 м

Рис. 18. Вызов конструктора с параметрами и конструктора без параметров

Листинг 16

using System;

class Point {

private int x; private int y;

public Point() {

this.x = 5; this.y = 10; Console.WriteLine(

"\nCoздaн объект ({0},{1})\n", this.x, this.y);

}

public Point(int x, int y) {

this.x = x; this.y = y; Console.WriteLine(

"^Создан объект ({0},{1})\n", this.x, this.y);

}

}

class Pi6 {

public static void Main() {

Point pi = new Point(100, 50); Point p2 = new Point();

}

}

можно использовать только константные выражения. Если нужно сослаться на константу, определенную внешним типом, нужно добавить префикс имени типа (например, Point.x), так как поля-константы являются неявно статическими.

Поле может быть объявлено с ключевым словом readonly. Значение такого поля также не может быть изменено во время работы программы. Однако оно инициализируется на этапе выполнения программы посредством конструктора (см. листинг 18, рис. 20).

Листинг 17

using System; class Point { private int x; private int y;

public Point() : this(5, 10) //список инициализации { }

public Point(int x, int y) { this.x = x; this.y = y; Console.WriteLine(

"^Создан объект ({0},{1})", this.x, this.y);

}

}

class P17

{ public static void Main()

{ Point pi = new Point(100, 50); Point p2 = new Point();

}

I с V C:\WINDOWS\system32\cmd.ene 1-|п| Х]

Создам объект (100,50) Создан объект (5,10) J*L

Ы 1

I C:\WINDOWS\system32\cmd.ene Ж]

Создан объект (5,50) const int х = 5 ж ▼

<1 1 ы

Рис. 19. Конструктор без параметров использует список инициализации

В отличие от данных-констант, поля только для чтения не причисляются автоматически к группе статических. Если требуется использовать значение поля только для чтения на уровне класса, то следует указать ключевое слово static. Заметим,

Рис. 20. Создание объекта с полем-константой и с полем только для чтения

что статические члены могут воздействовать только на статические члены. Если, например, в статическом методе будет сделана попытка использовать нестатические члены, то компилятор выдаст сообщение об ошибке.

Листинг 18

using System; class Point

{ public const int x = 5; //поле-константа

private readonly int y; //поле только для чтения public Point(int y) { this.y = y;

Console.WriteLine(

"^Создан объект ({0},{1})", Point.x, this.y);

}

}

class P18 {

public static void Main() { Point pi = new Point(50);

Console.WriteLine("const int x = {0}", Point.x);

}

}

Литература

1. Керов Л.А. Методы объектно-ориентированного программирования на C# 2005: Учебное пособие. СПб: Издательство «ЮТАС», 2007. 164 с.

2. Нэш Т. C# 2008: ускоренный курс для профессионалов: Пер. с англ. М.: ООО «И.Д. Виль-ямс», 2008. 576 с.

3. Павловская Т.А. C#. Программирование на языке высокого уровня. Учебник для вузов. СПб: Питер, 2007. 432 с.

Abstract

The article is fifth of a series of articles, devoted to «a zero level» of language C#. Methods, classes, references, and constructors in C# are considered.

Керов Леонид Александрович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент, заведующий кафедрой бизнес-информатики СПб филиала ГУ-ВШЭ при Правительстве РФ,

kerov@hse.spb.ru

© Наши авторы, 2009. Our authors, 2009.