Текст книги "Полное руководство. С# 4.0"

Несмотря на то что оператор приведения () нельзя перегружать явным образом, имеется все же возможность создать упоминавшиеся ранее операторы преобразова ния, выполняющие ту же самую функцию.

Ограничение, связанное с тем, что некоторые операторы, например +=, нельзя перегружать, на самом деле не является таким уж непреодолимым. Вообще говоря, если оператор определен как перегружаемый и используется в составном операторе присваивания, то обычно вызывается метод этого перегружаемого оператора. Следо вательно, при обращении к оператору += в программе автоматически вызывается за ранее объявленный вариант метода operator+(). Например, в приведенном ниже фрагменте кода метод operator+() автоматически вызывается для класса ThreeD, а в итоге объект b будет содержать координаты 11, 12, 13. ThreeD а = new ThreeD(l, 2, 3); ThreeD b = new ThreeD(10, 10, 10); b += a; // сложить координаты точек а и b

И последнее замечание: несмотря на то, что оператор индексации массива [] нель зя перегружать с помощью операторного метода, имеется возможность создать индек саторы, о которых речь пойдет в следующей главе. Еще один пример перегрузки операторов

Во всех предыдущих примерах программ, представленных в этой главе, для демон страции перегрузки операторов использовался класс ThreeD, и этой цели он служил исправно. Но прежде чем завершить эту главу, было бы уместно рассмотреть еще один пример перегрузки операторов. Общие принципы перегрузки операторов остаются неизменными независимо от применяемого класса, тем не менее, в рассматриваемом ниже примере наглядно демонстрируются сильные стороны такой перегрузки, осо бенно если это касается расширяемости типов.

В данном примере разрабатывается 4-разрядный целочисленный тип данных и для него определяется ряд операций. Вам, вероятно, известно, что на ранней стадии развития вычислительной техники широко применялся тип данных для обозначения 4-разрядных двоичных величин, называвшихся полубайтами, поскольку они составля ли половину байта, содержали одну шестнадцатеричную цифру и были удобны для ввода кода полубайтами с пульта ЭВМ, что в те времена считалось привычным заня тием для программистов! В наше время этот тип данных применяется редко, но он по-прежнему является любопытным дополнением целочисленных типов данных в С#. По традиции полубайт обозначает целое значение без знака.

В приведенном ниже примере программы тип полубайтовых данных реализуется с помощью класса Nybble. В качестве базового для него используется тип int, но с огра ничением на хранение данных от 0 до 15. В классе Nybble определяются следующие операторы.

Сложение двух объектов типа Nybble.

Сложение значения типа int с объектом типа Nybble.

Сложение объекта типа Nybble со значением типа int.

Операции сравнения: больше (>) и меньше (<).

Операция инкремента.

Преобразование значения типа int в объект типа Nybble.

Преобразование объекта типа Nybble в значение типа int. * Перечисленных выше операций достаточно, чтобы показать, каким образом тип класса Nybble интегрируется в систему типов С#. Но для полноценной реализации этого типа данных придется определить все остальные доступные для него операции. Попробуйте сделать это сами в качестве упражнения.

Ниже полностью приводится класс Nybble, а также класс NybbleDemo, демонстри рующий его применение. // Создать полубайтовый тип 4-разрядных данных под названием Nybble. using System; // тип4-разрядных данных. class Nybble { int val; // базовый тип для хранения данных public Nybble() { val = 0; } public Nybble(int i) { val = i; val = val & 0xF; // сохранить 4 младших разряда } // Перегрузить бинарный оператор + для сложения двух объектов типа Nybble. public static Nybble operator +(Nybble op1, Nybble op2) { Nybble result = new Nybble(); result.val = op1.val + op2.val; result.val = result.val & 0xF; // сохранить 4 младших разряда return result; } // Перегрузить бинарный оператор + для сложения // объекта типа Nybble и значения типа int. public static Nybble operator + (Nybble op1, int op2) { Nybble result = new Nybble(); result.val = op1.val + op2; result.val = result.val & 0xF; // сохранить 4 младших разряда return result; } // Перегрузить бинарный оператор + для сложения // значения типа int и объекта типа Nybble. public static Nybble operator +(int op1, Nybble op2) { Nybble result = new Nybble(); result.val = op1 + op2.val; result.val = result.val & 0xF; // сохранить 4 младших разряда return result; } // Перегрузить оператор ++. public static Nybble operator ++(Nybble op) { Nybble result = new Nybble(); result.val = op.val + 1; result.val = result.val & 0xF; // сохранить 4 младших разряда return result; } // Перегрузить оператор >. public static bool operator >(Nybble op1, Nybble op2) { if(op1.val > op2.val) return true; else return false; } // Перегрузить оператор <. public static bool operator <(Nybble op1, Nybble op2) { if(op1.val < op2.val) return true; else return false; } // Преобразовать тип Nybble в тип int. public static implicit operator int (Nybble op) { return op.val; } // Преобразовать тип int в тип Nybble. public static implicit operator Nybble (int op) { return new Nybble(op); } } class NybbleDemo { static void Main() { Nybble a = new Nybble(1); Nybble b = new Nybble(10); Nybble с = new Nybble(); int t; Console.WriteLine("a: " + (int) a); Console.WriteLine("b: " + (int) b); // Использовать тип Nybble в условном операторе if. if(а < b) Console.WriteLine("а меньше bn"); // Сложить два объекта типа Nybble. с = а + b; Console.WriteLine("с после операции с = а + b: " + (int) с); // Сложить значение типа int с объектом типа Nybble. а += 5; Console.WriteLine("а после операции а += 5: " + (int) а); Console.WriteLine(); // Использовать тип Nybble в выражении типа int. t = а * 2 + 3; Console.WriteLine("Результат вычисления выражения а * 2 + 3: " + t); Console.WriteLine(); // Продемонстрировать присваивание значения типа int и переполнение. а = 19; Console.WriteLine("Результат присваивания а = 19: " + (int) а); Console.WriteLine(); // Использовать тип Nybble для управления циклом. Console.WriteLine("Управление циклом for " + "с помощью объекта типа Nybble."); for(а = 0; а < 10; а++) Console.Write((int) а + " "); Console.WriteLine(); } }

При выполнении этой программы получается следующий результат. а: 1 b: 10 а меньше b с после операции с = а + b: 11 а после операции а += 5: 6 Результат вычисления выражения а * 2 + 3: 15 Результат присваивания а = 19: 3 Управление циклом for с помощью объекта типа Nybble. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Большая часть функций класса Nybble не требует особых пояснений. Тем не менее необходимо подчеркнуть ту особую роль, которую операторы преобразования игра ют в интегрировании класса типа Nybble в систему типов С#. В частности, объект типа Nybble можно свободно комбинировать с данными других типов в арифметических вы ражениях, поскольку определены преобразования объекта этого типа в тип int и обрат но. Рассмотрим для примера следующую строку кода из приведенной выше программы. t = а * 2 + 3;

В этом выражении переменная t и значения 2 и 3 относятся к типу int, но в ней присутствует также объект типа Nybble. Оба типа оказываются совместимыми благо даря неявному преобразованию типа Nybble в тип int. В данном случае остальная часть выражения относится к типу int, поэтому объект а преобразуется в тип int с помощью своего метода преобразования.

А благодаря преобразованию типа int в тип Nybble значение типа int может быть присвоено объекту типа Nybble. Например, в следующей строке из приведенной выше программы: а = 19;

сначала выполняется оператор преобразования типа int в тип Nybble. Затем созда ется новый объект типа Nybble, в котором сохраняются 4 младших разряда целого значения 19, а по существу, число 3, поскольку значение 19 превышает диапазон пред ставления чисел для типа Nybble. Далее этот объект присваивается переменной эк земпляра а. Без операторов преобразования подобные выражения были бы просто недопустимы.

Кроме того, преобразование типа Nybble в тип Nybble используется в цикле for. Без такого преобразования организовать столь простой цикл for было бы просто не возможно.

ПРИМЕЧАНИЕ В качестве упражнения попробуйте создать вариант полубайтового типа Nybble, предотвращающий переполнение, если присваиваемое значение оказывается за пределами допустимого диапазона чисел. Для этой цели лучше всего сгенерировать исключение. (Подробнее об исключениях – в главе 13.)

ГЛАВА 10. Индексаторы и свойства

В этой главе рассматриваются две особые и тесно свя занные друг с другом разновидности членов класса: индексаторы и свойства. Каждый из них по-своему расширяет возможности класса, способствуя более полной его интеграции в систему типов С# и повышая его гибкость. В частности, индексаторы предоставляют механизм для ин дексирования объектов подобно массивам, а свойства – ра циональный способ управления доступом к данным экзем пляра класса. Эти члены класса тесно связаны друг с дру гом, поскольку оба опираются на еще одно доступное в C# средство: аксессор. Индексаторы

Как вам должно быть уже известно, индексирование массива осуществляется с помощью оператора []. Для создаваемых классов можно определить оператор [], но с этой целью вместо операторного метода создается индексатор, который позволяет индексировать объект, по добно массиву. Индексаторы применяются, главным об разом, в качестве средства, поддерживающего создание специализированных массивов, на которые накладывается одно или несколько ограничений. Тем не менее индексато ры могут служить практически любым целям, для которых выгодным оказывается такой же синтаксис, как и у масси вов. Индексаторы могут быть одно– или многомерными. Рассмотрим сначала одномерные индексаторы. Создание одномерных индексаторов

Ниже приведена общая форма одномерного индексатора: тип_элемента this[int индекс] { // Аксессор для получения данных. get { // Возврат значения, которое определяет индекс. } // Аксессор для установки данных. set { // Установка значения, которое определяет индекс. } }

где типэлемента обозначает конкретный тип элемента индексатора. Следовательно, у каждого элемента, доступного с помощью индексатора, должен быть определенный типэлемента. Этот тип соответствует типу элемента массива. Параметр индекс по лучает конкретный индекс элемента, к которому осуществляется доступ. Формально этот параметр совсем не обязательно должен иметь тип int, но поскольку индексато ры, как правило, применяются для индексирования массивов, то чаще всего использу ется целочисленный тип данного параметра.

В теле индексатора определены два аксессора (т.е. средства доступа к данным): get и set. Аксессор подобен методу, за исключением того, что в нем не объявляется тип возвращаемого значения или параметры. Аксессоры вызываются автоматически при использовании индексатора, и оба получают индекс в качестве параметра. Так, если индексатор указывается в левой части оператора присваивания, то вызывается аксессор set и устанавливается элемент, на который указывает параметр индекс. В противном случае вызывается аксессор get и возвращается значение, соответствующее параметру индекс. Кроме того, аксессор set получает неявный параметр value, содержащий значение, присваиваемое по указанному индексу.

Преимущество индексатора заключается, в частности, в том, что он позволяет пол ностью управлять доступом к массиву, избегая нежелательного доступа. В качестве примера рассмотрим программу, в которой создается класс FailSoftArray, реали зующий массив для выявления ошибок нарушения границ массива, а следовательно, для предотвращения исключительных ситуаций, возникающих во время выполнения в связи с индексированием массива за его границами. Для этого массив инкапсулиру ется в качестве закрытого члена класса, а доступ к нему осуществляется только с помо щью индексатора. При таком подходе исключается любая попытка получить доступ к массиву за его границами, причем эта попытка пресекается без катастрофических последствий для программы. А поскольку в классе FailSoftArray используется ин дексатор, то к массиву можно обращаться с помощью обычной формы записи. // Использовать индексатор для создания отказоустойчивого массива. using System; class FailSoftArray { int[] a; // ссылка на базовый массив public int Length; // открытая переменная длины массива public bool ErrFlag; // обозначает результат последней операции // Построить массив заданного размера. public FailSoftArray(int size) { a = new int[size]; Length = size; } // Это индексатор для класса FailSoftArray. public int this[int index] { // Это аксессор get. get { if(ok(index)) { ErrFlag = false; return a[index]; } else { ErrFlag = true; return 0; } } // Это аксессор set. set { if(ok(index)) { a[index] = value; ErrFlag = false; } else ErrFlag = true; } } // Возвратить логическое значение true, если // индекс находится в установленных границах. private bool ok(int index) { if(index >= 0 & index < Length) return true; return false; } } // Продемонстрировать применение отказоустойчивого массива. class FSDemo { static void Main() { FailSoftArray fs = new FailSoftArray(5); int x; // Выявить скрытые сбои. Console.WriteLine("Скрытый сбой."); for(int i=0; i < (fs.Length * 2); i++) fs[i] = i*10; for(int i=0; i < (fs.Length * 2); i++) { x = fs[i]; if(x != -1) Console.Write(x + " "); } Console.WriteLine(); // А теперь показать сбои. Console.WriteLine("nСбой с уведомлением об ошибках."); for (int i=0; i < (fs.Length * 2); i++) { fs[i] = i * 10; if(fs.ErrFlag) Console.WriteLine("fs[" + i + "] вне границ"); } for(int i=0; i < (fs.Length * 2); i++) { x = fs[i]; if(!fs.ErrFlag) Console.Write(x + " "); else Console.WriteLine("fs[" + i + "] вне границ"); } } }

Вот к какому результату приводит выполнение этой программы. Скрытый сбой. 0 10 20 30 40 0 0 0 0 0 Сбой с уведомлением об ошибках. fs[5] вне границ fs[6] вне границ fs[7] вне границ fs[8] вне границ fs[9] вне границ 0 10 20 30 40 fs[5] вне границ fs[6] вне границ fs[7] вне границ fs[8] вне границ fs[9] вне границ

Индексатор препятствует нарушению границ массива. Внимательно проанализи руем каждую часть кода индексатора. Он начинается со следующей строки. public int this[int index] {

В этой строке кода объявляется индексатор, оперирующий элементами типа int. Ему передается индекс в качестве параметра index. Кроме того, индексатор объявля ется открытым (public), что дает возможность использовать этот индексатор в коде за пределами его класса.

Рассмотрим следующий код аксессора get. get { if(ok(index)) { ErrFlag = false; return a[index]; } else { ErrFlag = true; return 0; } }

Аксессор get предотвращает ошибки нарушения границ массива, проверяя в пер вую очередь, находится ли индекс в установленных границах. Эта проверка границ вы полняется в методе ok(), который возвращает логическое значение true, если индекс правильный, а иначе – логическое значение false. Так, если указанный индекс на ходится б установленных границах, то по этому индексу возвращается соответствую щий элемент. А если индекс оказывается вне установленных границ, то никаких опе раций не выполняется, но в то же время не возникает никаких ошибок переполнения. В данном варианте класса FailSoftArray переменная ErrFlag содержит результат каждой операции. Ее содержимое может быть проверено после каждой операции на предмет удачного или неудачного выполнения последней. (В главе 13 будет представ лен более совершенный способ обработки ошибок с помощью имеющейся в C# под системы обработки исключительных ситуаций, а до тех пор можно вполне обойтись установкой и проверкой признака ошибки.)

А теперь рассмотрим следующий код аксессора set, предотвращающего ошибки нарушения границ массива. set { if(ok(index)) { a[index] = value; ErrFlag = false; } else ErrFlag = true; }

Если параметр index метода ok() находится в установленных пределах, то соот ветствующему элементу массива присваивается значение, передаваемое из параметра value. В противном случае устанавливается логическое значение true переменной ErrFlag. Напомним, что value в любом аксессорном методе является неявным пара метром, содержащим присваиваемое значение. Его не нужно (да и нельзя) объявлять отдельно.

Наличие обоих аксессоров, get и set, в индексаторе не является обязательным. Так, можно создать индексатор только для чтения, реализовав в нем один лишь аксес сор get, или же индексатор только для записи с единственным аксессором set. Перегрузка индексаторов

Индексатор может быть перегружен. В этом случае для выполнения выбирается тот вариант индексатора, в котором точнее соблюдается соответствие его параметра и аргумента, указываемого в качестве индекса. Ниже приведен пример программы, в ко торой индексатор массива класса FailSoftArray перегружается для индексов типа double. При этом индексатор типа double округляет свой индекс до ближайшего целого значения. // Перегрузить индексатор массива класса FailSoftArray. using System; class FailSoftArray { int[] a; // ссылка на базовый массив public int Length; // открытая переменная длины массива public bool ErrFlag; // обозначает результат последней операции // Построить массив заданного размера. public FailSoftArray(int size) { a = new int[size]; Length = size; } // Это индексатор типа int для массива FailSoftArray. public int this[int index] { // Это аксессор get. get { if(ok(index)) { ErrFlag = false; return a[index]; } else { ErrFlag = true; return 0; } } // Это аксессор set. set { if(ok(index)) { a[index] = value; ErrFlag = false; } else ErrFlag = true; } } /* Это еще один индексатор для массива FailSoftArray. Он округляет свой аргумент до ближайшего целого индекса. */ public int this[double idx] { // Это аксессор get. get { int index; // Округлить до ближайшего целого. if( (idx – (int) idx) < 0.5) index = (int) idx; else index = (int) idx + 1; if(ok(index)) { ErrFlag = false; return a[index]; } else { ErrFlag = true; return 0; } } // Это аксессор set. set { int index; // Округлить до ближайшего целого. if( (idx – (int) idx) < 0.5) index = (int) idx; else index = (int) idx + 1; if(ok(index)) { a[index] = value; ErrFlag = false; } else ErrFlag = true; } } // Возвратить логическое значение true, если // индекс находится в установленных границах. private bool ok(int index) { if (index >= 0 & index < Length) return true; return false; } } // Продемонстрировать применение отказоустойчивого массива. class FSDemo { static void Main() { FailSoftArray fs = new FailSoftArray(5); // Поместить ряд значений в массив fs. for(int i=0; i < fs.Length; i++) fs[i] = i; // А теперь воспользоваться индексами // типа int и double для обращения к массиву. Console.WriteLine("fs[1] : " + fs[1]); Console.WriteLine("fs[2] : " + fs[2]); Console.WriteLine("fs[1.1]: " + fs[l.l]); Console.WriteLine("fs[1.6]: " + fs[1.6]); } }

При выполнении этой программы получается следующий результат. fs[1]: 1 fs[2]: 2 fs[1.1]: 1 fs[1.6]: 2

Как показывает приведенный выше результат, индексы типа double округляются до ближайшего целого значения. В частности, индекс 1.1 округляется до 1, а индекс 1.6 – до 2.

Представленный выше пример программы наглядно демонстрирует правомоч ность перегрузки индексаторов, но на практике она применяется нечасто. Как прави ло, индексаторы перегружаются для того, чтобы использовать объект определенного класса в качестве индекса, вычисляемого каким-то особым образом. Индексаторы без базового массива

Следует особо подчеркнуть, что индексатор совсем не обязательно должен опери ровать массивом. Его основное назначение – предоставить пользователю функцио нальные возможности, аналогичные массиву. В качестве примера в приведенной ниже программе демонстрируется индексатор, выполняющий роль массива только для чте ния, содержащего степени числа 2 от 0 до 15. Обратите внимание на то, что в этой программе отсутствует конкретный массив. Вместо этого индексатор просто вычисляет подходящее значение для заданного индекса. // Индексаторы совсем не обязательно должны оперировать отдельными массивами. using System; class PwrOfTwo { /* Доступ к логическому массиву, содержащему степени числа 2 от 0 до 15. */ public int this[int index] { // Вычислить и возвратить степень числа 2. get { if((index >= 0) && (index < 16)) return pwr(index); else return -1; } // Аксессор set отсутствует. } int pwr(int p) { int result = 1; for(int i=0; i < p; i++) result *= 2; return result; } } class UsePwrOfTwo { static void Main() { PwrOfTwo pwr = new PwrOfTwo(); Console.Write("Первые 8 степеней числа 2: "); for(int i=0; i < 8; i++) Console.Write(pwr[i] + " "); Console.WriteLine(); Console.Write("А это некоторые ошибки: "); Console.Write(pwr[-1] + " " + pwr[17]); Console.WriteLine(); } }

Вот к какому результату приводит выполнение этой программы. Первые 8 степеней числа 2: 1 2 4 8 16 32 64 128 А это некоторые ошибки: -1 -1

Обратите внимание на то, что в индексатор класса PwrOfTwo включен только аксес сор get, но в нем отсутствует аксессор set. Как пояснялось выше, такой индексатор служит только для чтения. Следовательно, объект класса PwrOfTwo может указываться только в правой части оператора присваивания, но не в левой его части. Например, попытка ввести следующую строку кода в приведенную выше программу не приведет к желаемому результату. pwr[0] = 11; // не подлежит компиляции

Такой оператор присваивания станет причиной появления ошибки во время ком пиляции, поскольку для индексатора не определен аксессор set.

На применение индексаторов накладываются два существенных ограничения. Во-первых, значение, выдаваемое индексатором, нельзя передавать методу в качестве параметра ref или out, поскольку в индексаторе не определено место в памяти для его хранения. И во-вторых, индексатор должен быть членом своего класса и поэтому не может быть объявлен как static. Многомерные индексаторы

Индексаторы можно создавать и для многомерных массивов. В качестве примера ниже приведен двумерный отказоустойчивый массив. Обратите особое внимание на объявление индексатора в этом примере. // Двумерный отказоустойчивый массив. using System; class FailSoftArray2D { int[,] a; // ссылка на базовый двумерный массив int rows, cols; // размеры массива public int Length; // открытая переменная длины массива public bool ErrFlag; // обозначает результат последней операции // Построить массив заданных размеров. public FailSoftArray2D(int r, int с) { rows = r; cols = с; а = new int[rows, cols]; Length = rows * cols; } // Это индексатор для класса FailSoftArray2D. public int this[int index1, int index2] { // Это аксессор get. get { if(ok(index1, index2)) { ErrFlag = false; return a[index1, index2]; } else { ErrFlag = true; return 0; } } // Это аксессор set. set { if(ok(index1, index2)) { a[index1, index2] = value; ErrFlag = false; } else ErrFlag = true; } } // Возвратить логическое значение true, если // индексы находятся в установленных пределах. private bool ok(int index1, int index2) { if (index1 >= 0 & index1 < rows & index2 >= 0 & index2 < cols) return true; return false; } } // Продемонстрировать применение двумерного индексатора. class TwoDIndexerDemo { static void Main() { FailSoftArray2D fs = new FailSoftArray2D(3, 5); int x; // Выявить скрытые сбои. Console.WriteLine("Скрытый сбой."); for (int i=0; i < 6; i++) fs[i, i] = i*10; for(int i=0; i < 6; i++) { x = fs[i,i]; if(x != -1) Console.Write(x + " "); } Console.WriteLine(); // А теперь показать сбои. Console.WriteLine("nСбой с уведомлением об ошибках."); for(int i=0; i < 6; i++) { fs[i,i] = i*10; if(fs.ErrFlag) Console.WriteLine("fs[" + i + ", " + i + "] вне границ"); } for(int i=0; i < 6; i++) { x = fs[i,i]; if(!fs.ErrFlag) Console.Write(x + " "); else Console.WriteLine("fs[" + i + ", " + i + "] вне границ"); } } }

Вот к какому результату приводит выполнение этого кода: Скрытый сбой. 0 10 20 0 0 0 Сбой с уведомлением об ошибках. fs[3, 3] вне границ fs[4, 4] вне границ fs[5, 5] вне границ 0 10 20 fs[3, 3] вне границ fs[4, 4] вне границ fs[5, 5] вне границ Свойства