Если не пользоваться иерархиями, то для каждого объекта пришлось бы явно определять все его свойства. А если воспользоваться наследованием, то достаточно определить лишь те свойства, которые делают объект особенным в его классе. Он может также наследовать общие свойства своего родителя. Следовательно, благодаря механизму наследования один объект становится отдельным экземпляром более общего класса.
3) Полиморфизм.
Полиморфизм — это свойство, позволяющее одному интерфейсу получать доступ к общему классу действий. Простым примером полиморфизма может служить руль автомашины, который выполняет одни и те же функции своеобразного интерфейса независимо от вида применяемого механизма управления автомашиной. Это означает, что руль действует одинаково независимо от вида рулевого управления: прямого действия, с усилением или реечной передачей. Следовательно, при вращении руля влево автомашина всегда поворачивает влево, какой бы вид управления в ней ни применялся. Главное преимущество единообразного интерфейса заключается в том, что, зная, как обращаться с рулем, вы сумеете водить автомашину любого типа.
В более общем смысле понятие полиморфизма нередко выражается следующим образом: "один интерфейс — множество методов". Это означает, что для группы взаимосвязанных действий можно разработать общий интерфейс. Полиморфизм помогает упростить программу, позволяя использовать один и тот же интерфейс для описания общего класса действий. Выбрать конкретное действие (т.е. метод) в каждом отдельном случае — это задача компилятора. Программисту не нужно делать это самому. Ему достаточно запомнить и правильно использовать общий интерфейс.
Пример наследования и полиморфизма:
// Класс Фигуры (какой фигуры - неизвестно. просто фигуры)
abstract class Figure
{
public string color; //цвет фигуры
abstract public function Draw(); // абстрактный метод «Нарисовать фигуру»
}
// Класс квадрата
class Square : Figure
{
public int a; //длина стороны квадрата
public function Draw()
{ // метод «Нарисовать квадрат»
Console.Write(“рисуем квадрат”);
}
}
// Класс окружности
class Circle : Figure
{
Public int r; // радиус окружности
public function Draw()
{ // метод «Нарисовать окружность»
Console.Write(“рисуем окружность”);
}
Классы являются программно определяемыми типами, которые позволяют определять (создавать) новые типы, специально приспособленные для решения конкретных задач. В рамках объявления класса описывается множество переменных различных типов (набор данных — членов класса), правила порождения объектов — представителей классов, их основные свойства и методы.
В программе класс объявляется с помощью специальной синтаксической конструкции, которая называется объявлением класса. Фактически, объявление классов является основным элементом любой C# программы. В программе нет ничего, кроме объявлений и конструкций, облегчающих процедуру объявления.
Класс представляет собой шаблон, по которому определяется форма объекта. В нем указываются данные и код, который будет оперировать этими данными. В С# используется спецификация класса для построения объектов, которые являются экземплярами класса. Следовательно, класс, по существу, представляет собой ряд схематических описаний способа построения объекта. При этом очень важно подчеркнуть, что класс является логической абстракцией. Физическое представление класса появится в оперативной памяти лишь после того, как будет создан объект этого класса.
При определении класса объявляются данные, которые он содержит, а также код, оперирующий этими данными. Если самые простые классы могут содержать только код или только данные, то большинство настоящих классов содержит и то и другое. Вообще говоря, данные содержатся в членах данных, определяемых классом, а код — в функциях-членах. Следует сразу же подчеркнуть, что в С# предусмотрено несколько разновидностей членов данных и функций-членов. Например, к членам данных, называемым также полями, относятся переменные экземпляра и статические переменные, а к функциям-членам — методы, конструкторы, деструкторы, индексаторы, события, операторы и свойства.
Класс создается с помощью ключевого слова class. Ниже приведена общая форма определения простого класса, содержащая только переменные экземпляра и методы.
class имя_класса {
// Объявление переменных экземпляра.
доступ тип переменная!;
доступ тип переменная2;
//...
доступ тип переменнаяN;
// Объявление методов.
доступ возращаемый_тип метод1 (параметры) {
// тело метода
}
доступ возращаемый_тип метод2 (параметры). {
// тело метода
}
//...
доступ возращаемый_тип методы (параметры) {
// тело метода
}
}
Перед каждым объявлением переменной и метода указывается спецификатор доступа, который определяет порядок доступа к данному члену класса. Члены класса могут быть как закрытыми (private) в пределах класса, так открытыми (public). Спецификатор доступа определяет тип разрешенного доступа. Указывать спецификатор доступа не обязательно, но если он отсутствует, то объявляемый член считается закрытым в пределах класса. Члены с закрытым доступом могут использоваться только другими членами их класса.
Несмотря на отсутствие соответствующего правила в синтаксисе С#, правильно сконструированный класс должен определять одну и только одну логическую сущность. Например, класс, в котором хранятся Ф.И.О. и номера телефонов, обычно не содержит сведения о фондовом рынке, среднем уровне осадков, циклах солнечных пятен или другую информацию, не связанную с перечисляемыми фамилиями. Таким образом, в правильно сконструированном классе должна быть сгруппирована логически связанная информация. Если же в один и тот же класс помещается логически несвязанная информация, то структурированность кода быстро нарушается.
Ниже приведен пример класса Building (здание). В нем определены три переменные экземпляра: Floors (этажи), Area (площадь) и Occupants (жильцы). Как видите, в классе Building вообще отсутствуют методы. Это означает, что в настоящий момент этот класс состоит только из данных. class Building {
public int Floors; // количество этажей
public int Area; // общая площадь здания
public int Occupants; // количество жильцов
}
Переменные экземпляра, определенные в классе Building, демонстрируют общий порядок объявления переменных экземпляра. Ниже приведена общая форма для объявления переменных экземпляра:
доступ тип имя_переменной;
где доступ обозначает вид доступа; тип — конкретный тип переменной, а имя_переменной — имя, присваиваемое переменной. Следовательно, за исключением спецификатора доступа, переменная экземпляра объявляется таким же образом, как и локальная переменная. Все переменные объявлены в классе Building с предваряющим их модификатором доступа public. Как пояснялось выше, благодаря этому они становятся доступными за пределами класса Building.
Определение class обозначает создание нового типа данных. В данном случае новый тип данных называется Building. С помощью этого имени могут быть объявлены объекты типа Building. He следует, однако, забывать, что объявление class лишь описывает тип, но не создает конкретный объект. Следовательно, в приведенном выше фрагменте кода объекты типа Building не создаются. Для того чтобы создать конкретный объект типа Building, придется воспользоваться следующим оператором.
Building house = new Building(); // создать объект типа //Building
После выполнения этого оператора объект house станет экземпляром класса Building.
Всякий раз, когда получается экземпляр класса, создается также объект, содержащий собственную копию каждой переменной экземпляра, определенной в данном классе. Таким образом, каждый объект типа Building будет содержать свои копии переменных экземпляра Floors, Area и Occupants. Для доступа к этим переменным служит оператор доступа к члену класса, который принято называть оператором-точкой. Оператор-точка связывает имя объекта с именем члена класса. Ниже приведена общая форма оператора-точки.
объект.член
В этой форме объект указывается слева, а член — справа. Например, присваивание значения 2 переменной Floors объекта house осуществляется с помощью следующего оператора.
house.Floors = 2;
В целом, оператор-точка служит для доступа к переменным экземпляра и методам.
Строка
Building house = new Building();
выполняет три функции. Во-первых, объявляется переменная house, относящаяся к типу класса Building. Сама эта переменная не является объектом, а лишь переменной, которая может ссылаться на объект. Во-вторых, создается конкретная, физическая, копия объекта. Это делается с помощью оператора new. И наконец, переменной house присваивается ссылка на данный объект. Таким образом, после выполнения анализируемой строки объявленная переменная house ссылается на объект типа Building.
Оператор new динамически (т.е. во время выполнения) распределяет память для объекта и возвращает ссылку на него, которая затем сохраняется в переменной. Следовательно, в С# для объектов всех классов должна быть динамически распределена память.
Как и следовало ожидать, объявление переменной house можно отделить от создания объекта, на который она ссылается, следующим образом.
Building house; // объявить ссылку на объект
house = new Building(); // распределить память для //объекта типа Building
В первой строке объявляется переменная house в виде ссылки на объект типа Building. Следовательно, house — это переменная, которая может ссылаться на объект, хотя сама она не является объектом. А во второй строке создается новый объект типа Building, и ссылка на него присваивается переменной house. В итоге переменная house оказывается связанной с данным объектом.
То обстоятельство, что объекты классов доступны по ссылке, объясняет, почему классы называются ссылочными типами. Главное отличие типов значений от ссылочных типов заключается в том, что именно содержит переменная каждого из этих типов.
Так, переменная типа значения содержит конкретное значение. Например, во фрагменте кода
int x;
х = 10;
переменная х содержит значение 10, поскольку она относится к типу int, который является типом значения. Но в строке
Building house = new Building();
переменная house содержит не сам объект, а лишь ссылку на него.
До сих пор класс Building, рассматриваемый здесь в качестве примера, содержал только данные, но не методы. Хотя классы, содержащие только данные, вполне допустимы, у большинства классов должны быть также методы. Методы представляют собой подпрограммы, которые манипулируют данными, определенными в классе, а во многих случаях они предоставляют доступ к этим данным. Как правило, другие части программы взаимодействуют с классом посредством его методов.
Метод состоит из одного или нескольких операторов. В грамотно написанном коде С# каждый метод выполняет только одну функцию. У каждого метода имеется свое имя, по которому он вызывается. В общем, методу в качестве имени можно присвоить любой действительный идентификатор. Следует, однако, иметь в виду, что идентификатор Main() зарезервирован для метода, с которого начинается выполнение программы. Кроме того, в качестве имен методов нельзя использовать ключевые слова С#.
Ниже приведена общая форма определения метода:
доступ возращаемый_тип имя(список_параметров) {
// тело метода
}
где доступ — это модификатор доступа, определяющий те части программы, из которых может вызываться метод. Как пояснялось выше, указывать модификатор доступа необязательно. Но если он отсутствует, то метод оказывается закрытым (private) в пределах того класса, в котором он объявляется. Затем возращаемый_тип обозначает тип данных, возвращаемых методом. Этот тип должен быть действительным, в том числе и типом создаваемого класса. Если метод не возвращает значение, то в качестве возвращаемого для него следует указать тип void. Далее имя обозначает конкретное имя, присваиваемое методу. В качестве имени метода может служить любой допустимый идентификатор, не приводящий к конфликтам в текущей области объявлений. И наконец, список_параметров — это последовательность пар, состоящих из типа и идентификатора и разделенных запятыми. Параметры представляют собой переменные, получающие значение аргументов, передаваемых методу при его вызове. Если у метода отсутствуют параметры, то список параметров оказывается пустым.
Для того чтобы добавить метод в класс Building, достаточно указать его в области объявлений в данном классе. В качестве примера ниже приведен переработанный вариант класса Building, содержащий метод AreaPerPerson(), который выводит площадь, рассчитанную на одного человека в конкретном здании.
// Добавить метод в класс Building.
using System;
class Building {
public int Floors; // количество этажей
public int Area; // общая площадь здания
public int Occupants; // количество жильцов
// Вывести площадь на одного человека,
public void AreaPerPerson() {
Console.WriteLine(" " + Area / Occupants +
" приходится на одного человека");
}
}
Для обращения к методу AreaPerPerson() в теле программы нужно создать экземпляр класса Building и вызвать данный метод через оператор-точку.
Методы с возвратом типа void нередко применяются в программировании, тем не менее, большинство методов возвращает конкретное значение. В действительности способность возвращать значение является одним из самых полезных свойств метода.
Для возврата значения из метода в вызывающую часть программы служит следующая форма оператора return:
return значение;
где значение — это конкретное возвращаемое значение.
При вызове метода ему можно передать одно или несколько значений. Значение, передаваемое методу, называется аргументом. А переменная, получающая аргумент, называется формальным параметром, или просто параметром. Параметры объявляются в скобках после имени метода. Синтаксис объявления параметров такой же, как и у переменных. А областью действия параметров является тело метода. За исключением особых случаев передачи аргументов методу, параметры действуют так же, как и любые другие переменные.
Если в методе используется несколько параметров, то для каждого из них указывается свой тип, отличающийся от других. Например, приведенный ниже код является вполне допустимым.
int MyMeth(int a, double b, float с) {
// ...
Хотя определение метода в С# выглядит довольно понятно, существует несколько ключевых слов, с помощью которых можно управлять способом передачи аргументов интересующему методу. Все эти ключевые слова описаны в табл. 1.
Таблица 1
Модификаторы параметров в С#
Модификатор параметра |
Описание |
(отсутствует) |
Если параметр не сопровождается модификатором, предполагается, что он должен передаваться по значению, т.е. вызываемый метод должен получать копию исходных данных (для ссылочных типов, которые будут рассмотрены позднее, по значению передается ссылка) |
out |
Выходные параметры должны присваиваться вызываемым методом (и, следовательно, передаваться по ссылке). Если параметрам out в вызываемом методе значения не присвоены, компилятор сообщит об ошибке |
ref |
Это значение первоначально присваивается вызывающим кодом и при желании может повторно присваиваться в вызываемом методе (поскольку данные также передаются по ссылке). Если параметрам ref в вызываемом методе значения не присвоены, компилятор никакой ошибки генерировать не будет |
params |
Этот модификатор позволяет передавать в виде одного логического параметра переменное количество аргументов. В каждом методе может присутствовать только один модификатор params и он должен обязательно указываться последним в списке параметров. В реальности необходимость в использовании модификатора params возникает не особо часто, однако он применяется во многих методах внутри библиотек базовых классов |
Конструктор (constructor) — это специальный метод класса, который вызывается неявно при создании объекта с использованием ключевого слова new. Однако в отличие от "нормального" метода, конструктор никогда не имеет возвращаемого значения (даже void) и всегда именуется идентично имени класса, который он конструирует. Ниже приведена общая форма конструктора.
доступ имя_класса(список_параметров) {
// тело конструктора
}
Как правило, конструктор используется для задания первоначальных значений переменных экземпляра, определенных в классе, или же для выполнения любых других установочных процедур, которые требуются для создания полностью сформированного объекта. Кроме того, доступ обычно представляет собой модификатор доступа типа public, поскольку конструкторы зачастую вызываются в классе. А список_параметров может быть как пустым, так и состоящим из одного или более указываемых параметров.