Текст книги "C# 4.0: полное руководство"
Автор книги: Герберт Шилдт
Жанр:
Программирование
сообщить о нарушении
Текущая страница: 20 (всего у книги 83 страниц)
В языке C# допускается определять назначение оператора по отношению к создаваемому классу. Этот процесс называется перегрузкой операторов. Благодаря перегрузке расширяется сфера применения оператора в классе. При этом действие оператора полностью контролируется и может меняться в зависимости от конкретного класса. Например, оператор + может использоваться для ввода объекта в связный список в одном классе, где определяется такой список, тогда как в другом классе его назначение может оказаться совершенно иным.
Когда оператор перегружается, ни одно из его первоначальных назначений не теряется. Он просто выполняет еще одну, новую операцию относительно конкретного объекта. Поэтому перегрузка оператора +, например, для обработки связного списка не меняет его назначение по отношению к целым числам, т.е. к их сложению.
Главное преимущество перегрузки операторов заключается в том, что она позволяет плавно интегрировать класс нового типа в среду программирования. Подобного рода расширяемость типов является важной составляющей эффективности такого объектно-ориентированного языка программирования, как С#. Как только для класса определяются операторы, появляется возможность оперировать объектами этого класса, используя обычный синтаксис выражений в С#. Перегрузка операторов является одной из самых сильных сторон языка С#.
Перегрузка операторов тесно связана с перегрузкой методов. Для перегрузки оператора служит ключевое слово operator, определяющее операторный метод, который, в свою очередь, определяет действие оператора относительно своего класса.
Существуют две формы операторных методов (operator): одна – для унарных операторов, другая – для бинарных. Ниже приведена общая форма для каждой разновидности этих методов.
// Общая форма перегрузки унарного оператора.
public static возвращаемый_тип operator ор{тип_параметра операнд)
{
// операции
}
// Общая форма перегрузки бинарного оператора.
public static возвращаемый_тип operator ор(тип_параметра1 операнд1,
тип_параметра1 операнд2)
{
// операции
}
Здесь вместо ор подставляется перегружаемый оператор, например + или /; а возвращаемый_тип обозначает конкретный тип значения, возвращаемого указанной операцией. Это значение может быть любого типа, но зачастую оно указывается такого же типа, как и у класса, для которого перегружается оператор. Такая корреляция упрощает применение перегружаемых операторов в выражениях. Для унарных операторов операнд обозначает передаваемый операнд, а для бинарных операторов то же самое обозначают операнд1 и операнд2. Обратите внимание на то, что операторные методы должны иметь оба типа, public и static.
Тип операнда унарных операторов должен быть таким же, как и у класса, для которого перегружается оператор. А в бинарных операторах хотя бы один из операндов должен быть такого же типа, как и у его класса. Следовательно, в C# не допускается перегрузка любых операторов для объектов, которые еще не были созданы. Например, назначение оператора + нельзя переопределить для элементов типа int или string.
И еще одно замечание: в параметрах оператора нельзя использовать модификатор ref или out.
Перегрузка бинарных операторов
Для того чтобы продемонстрировать принцип действия перегрузки операторов, начнем с простого примера, в котором перегружаются два оператора – + и -. В приведенной ниже программе создается класс ThreeD, содержащий координаты объекта в трехмерном пространстве. Перегружаемый оператор + складывает отдельные координаты одного объекта типа ThreeD с координатами другого. А перегружаемый оператор – вычитает координаты одного объекта из координат другого.
// Пример перегрузки бинарных операторов.
using System;
// Класс для хранения трехмерных координат,
class ThreeD {
int x, y, z; // трехмерные координаты
public ThreeD() {
x = y = z = 0;
}
public ThreeD(int i, int j, int k) {
x = i; y = j; z = k;
}
// Перегрузить бинарный оператор +.
public static ThreeD operator +(ThreeD op1, ThreeD op2)
{
ThreeD result = new ThreeD();
/* Сложить координаты двух точек и возвратить результат. */
result.x = op1.x + op2.x; // Эти операторы выполняют
result.y = op1.y + op2.y; // целочисленное сложение,
result.z = op1.z + op2.z; //сохраняя свое исходное назначение.
return result;
}
// Перегрузить бинарный оператор -.
public static ThreeD operator -(ThreeD op1, ThreeD op2)
{
ThreeD result = new ThreeD();
/* Обратите внимание на порядок следования операндов: op1 – левый операнд, а ор2 – правый операнд. */
result.x = op1.x – op2.x; // Эти операторы
result.y = op1.y – op2.y; // выполняют целочисленное
result.z = op1.z – op2.z; // вычитание
return result;
}
// Вывести координаты X, Y, Z.
public void Show()
{
Console.WriteLine(x + ", " + y + ", " + z) ;
}
}
class ThreeDDemo {
static void Main() {
ThreeD a = new ThreeD(1, 2, 3) ;
ThreeD b = new ThreeD(10, 10, 10);
ThreeD c;
Console.Write("Координаты точки a: ");
a.Show();
Console.WriteLine();
Console.Write("Координаты точки b: ");
b.Show();
Console.WriteLine() ;
c = a + b; // сложить координаты точек а и b
Console.Write("Результат сложения а + b: ");
c.Show();
Console.WriteLine() ;
c=a+b+c; // сложить координаты точек а, b и с
Console.Write("Результат сложения а + b + с: ");
c.Show();
Console.WriteLine() ;
c = c – a; // вычесть координаты точки а
Console.Write("Результат вычитания с – а: ") ;
c.Show();
Console.WriteLine() ;
c = c – b; // вычесть координаты точки b
Console.Write("Результат вычитания с – b: ");
c.Show();
Console.WriteLine() ;
}
}
При выполнении этой программы получается следующий результат.
Координаты точки а: 1, 2, 3
Координаты точки b: 10, 10, 10
Результат сложения а + b: 11, 12, 13
Результат сложения а+b+с: 22, 24, 26
Результат вычитания с – а: 21, 22, 23
Результат вычитания с – b: 11, 12, 13
Внимательно проанализируем приведенную выше программу, начиная с перегружаемого оператора +. Когда оператор + оперирует двумя объектами типа ThreeD, то величины их соответствующих координат складываются, как показано в объявлении операторного метода operator+(). Следует, однако, иметь в виду, что этот оператор не видоизменяет значения своих операндов, а лишь возвращает новый объект типа ThreeD, содержащий результат операции сложения координат. Для того чтобы стало понятнее, почему операция + не меняет содержимое объектов, выступающих в роли ее операндов, обратимся к примеру обычной операции арифметического сложения: 10 + 12. Результат этой операции равен 22, но она не меняет ни число 10, ни число 12. Несмотря на то что ни одно из правил не препятствует перегруженному оператору изменить значение одного из своих операндов, все же лучше, чтобы действия этого оператора соответствовали его обычному назначению.
Обратите внимание на то, что метод operator+() возвращает объект типа ThreeD. Этот метод мог бы возвратить значение любого допустимого в C# типа, но благодаря тому что он возвращает объект типа ThreeD, оператор + можно использовать в таких составных выражениях, как a+b+с. В данном случае выражение а+b дает результат типа ThreeD, который можно затем сложить с объектом с того же типа. Если бы выражение а+b давало результат другого типа, то вычислить составное выражение a+b+с было бы просто невозможно.
Следует также подчеркнуть, что когда отдельные координаты точек складываются в операторе operators+(), то в результате такого сложения получаются целые значения, поскольку отдельные координаты х, у и z представлены целыми величинами. Но сама перегрузка оператора + для объектов типа ThreeD не оказывает никакого влияния на операцию сложения целых значений, т.е. она не меняет первоначальное назначение этого оператора.
А теперь проанализируем операторный метод operator-(). Оператор – действует так же, как и оператор +, но для него важен порядок следования операндов. Напомним, что сложение носит коммутативный характер (от перестановки слагаемых сумма не меняется), чего нельзя сказать о вычитании: А – В не то же самое, что и В – А! Для всех двоичных операторов первым параметром операторного метода является левый операнд, а вторым параметром – правый операнд. Поэтому, реализуя перегружаемые варианты некоммутативных операторов, следует помнить, какой именно операнд должен быть указан слева и какой – справа.
Перегрузка унарных операторов
Унарные операторы перегружаются таким же образом, как и бинарные. Главное отличие заключается, конечно, в том, что у них имеется лишь один операнд. В качестве примера ниже приведен метод, перегружающий оператор унарного минуса для класса ThreeD.
// Перегрузить оператор унарного минуса,
public static ThreeD operator -(ThreeD op)
{
ThreeD result = new ThreeD();
result.x = -op.x;
result.у = -op.у;
result.z = -op.z;
return result;
}
В данном примере создается новый объект, в полях которого сохраняются отрицательные значения операнда перегружаемого унарного оператора, после чего этот объект возвращается операторным методом. Обратите внимание на то, что сам операнд не меняется. Это означает, что и в данном случае обычное назначение оператора унарного минуса сохраняется. Например, результатом выражения
а = -b
является отрицательное значение операнда b, но сам операнд b не меняется.
В C# перегрузка операторов ++ и – осуществляется довольно просто. Для этого достаточно возвратить инкрементированное или декрементированное значение, но не изменять вызывающий объект. А все остальное возьмет на себя компилятор С#, различая префиксные и постфиксные формы этих операторов. В качестве примера ниже приведен операторный метод operator++() для класса ThreeD.
// Перегрузить унарный оператор ++.
public static ThreeD operator ++(ThreeD op)
{
ThreeD result = new ThreeD();
//возвратить результат инкрементирования
result.x = x + 1;
result.y = y + 1;
result.z = z + 1;
return result;
}
Ниже приведен расширенный вариант предыдущего примера программы, в котором демонстрируется перегрузка унарных операторов – и ++.
// Пример перегрузки бинарных и унарных операторов,
using System;
// Класс для хранения трехмерных координат,
class ThreeD {
int x, y, z; // трехмерные координаты
public ThreeD() { x = y = z = 0; }
public ThreeD(int i, int j, int k) {
x = i;
y = j;
z = k;
}
// Перегрузить бинарный оператор +.
public static ThreeD operator +(ThreeD op1, ThreeD op2) {
ThreeD result = new ThreeD();
/* Сложить координаты двух точек и возвратить результат. */
result.x = op1.x + op2.x;
result.y = op1.y + op2.y;
result.z = op1.z + op2.z;
return result;
}
// Перегрузить бинарный оператор -.
public static ThreeD operator -(ThreeD op1, ThreeD op2) {
ThreeD result = new ThreeD();
/* Обратить внимание на порядок следования операндов: op1 – левый операнд, ор2 – правый операнд. */
result.x = op1.x – op2.x;
result.y = op1.y – op2.y;
result.z = op1.z – op2.z;
return result;
}
// Перегрузить унарный оператор -.
public static ThreeD operator -(ThreeD op) {
ThreeD result = new ThreeD();
result.x = -op.x;
result.y = -op.y;
result.z = -op.z;
return result;
}
// Перегрузить унарный оператор ++.
public static ThreeD operator ++(ThreeD op) {
ThreeD result = new ThreeD();
// Возвратить результат инкрементирования,
result.x = op.x + 1;
result.y = op.y + 1;
result.z = op.z + 1;
return result;
}
// Вывести координаты X, Y, Z.
public void Show() {
Console.WriteLine(x + ", " + y + ", " + z);
}
}
class ThreeDDemo {
static void Main() {
ThreeD a = new ThreeD(1, 2, 3);
ThreeD b = new ThreeD(10, 10, 10);
ThreeD c = new ThreeD();
Console.Write("Координаты точки a: ");
a.Show();
Console.WriteLine();
Console.Write("Координаты точки b: ");
b.Show();
Console.WriteLine();
c = a + b; // сложить координаты точек а и b
Console.Write("Результат сложения a + b: ");
c.Show();
Console.WriteLine();
c = a + b + c; // сложить координаты точек a, b и с
Console.Write("Результат сложения a + b + с: ");
c.Show();
Console.WriteLine();
c = c – a; // вычесть координаты точки а
Console.Write("Результат вычитания с – а: ");
c.Show();
Console.WriteLine();
c = c – b; // вычесть координаты точки b
Console.Write("Результат вычитания с – b: ");
c.Show();
Console.WriteLine();
c = -a; // присвоить точке с отрицательные координаты точки
Console.Write("Результат присваивания -а: ");
c.Show();
Console.WriteLine();
c = a++; // присвоить точке с координаты точки а,
// а затем инкрементировать их
Console.WriteLine(«Если с = а++»);
Console.Write("то координаты точки с равны ");
c.Show();
Console.Write("а координаты точки а равны ");
a.Show();
// Установить исходные координаты (1,2,3) точки а
a = new ThreeD(1, 2, 3);
Console.Write("nУстановка исходных координат точки а: ");
a.Show();
c = ++a; // инкрементировать координаты точки а,
// а затем присвоить их точке с
Console.WriteLine(«nЕсли с = ++а»);
Console.Write("то координаты точки с равны "); c.Show();
Console.Write("а координаты точки а равны "); a.Show();
}
}
Вот к какому результату приводит выполнение данной программы.
Координаты точки а: 1, 2, 3
Координаты точки b: 10, 10, 10
Результат сложения а + b: 11, 12, 13
Результат сложения а + b + с: 22, 24, 26
Результат вычитания с – а: 21, 22, 23
Результат вычитания с – b: 11, 12, 13
Результат присваивания -а: -1, -2, -3
Если с = а++
то координаты точки с равны 1, 2, 3
а координаты точки а равны 2, 3, 4
Установка исходных координат точки а: 1, 2, 3
Если с = ++а
то координаты точки с равны 2, 3, 4
а координаты точки а равны 2, 3, 4
Для любого заданного класса и оператора имеется также возможность перегрузить сам операторный метод. Это, в частности, требуется для того, чтобы разрешить операции с типом класса и другими типами данных, в том числе и встроенными. Вновь обратимся к классу ThreeD. На примере этого класса ранее было показано, как оператор + перегружается для сложения координат одного объекта типа ThreeD с координатами другого. Но это далеко не единственный способ определения операции сложения для класса ThreeD. Так, было бы не менее полезно прибавить целое значение к каждой координате объекта типа ThreeD. Подобная операция пригодилась бы для переноса осей координат. Но для ее выполнения придется перегрузить оператор + еще раз, как показано ниже.
// Перегрузить бинарный оператор + для сложения объекта
// типа ThreeD и целого значения типа int.
public static ThreeD operator +(ThreeD op1, int op2)
{
ThreeD result = new ThreeD();
result.x = op1.x + op2;
result.у = op1.y + op2;
result.z = op1.z + op2;
return result;
}
Как видите, второй параметр операторного метода имеет тип int. Следовательно, в этом методе разрешается сложение целого значения с каждым полем объекта типа ThreeD. Такая операция вполне допустима, потому что, как пояснялось выше, при перегрузке бинарного оператора один из его операндов должен быть того же типа, что и класс, для которого этот оператор перегружается. Но у второго операнда этого оператора может быть любой другой тип.
Ниже приведен вариант класса ThreeD с двумя перегружаемыми методами оператора +.
// Перегрузить бинарный оператор + дважды:
// один раз – для сложения объектов класса ThreeD,
// а другой раз – для сложения объекта типа ThreeD и целого значения типа int.
using System;
// Класс для хранения трехмерных координат,
class ThreeD {
int x, y, z; // трехмерные координаты
public ThreeD() { x = y = z = 0; }
public ThreeD(int i, int j, int k) {
x = i;
y = j;
z = k;
}
// Перегрузить бинарный оператор +.
public static ThreeD operator +(ThreeD op1, ThreeD op2) {
ThreeD result = new ThreeD();
/* Сложить координаты двух точек и возвратить результат. */
result.x = op1.x + op2.x;
result.y = op1.y + op2.y;
result.z = op1.z + op2.z;
return result;
}
// Перегрузить бинарный оператор + для сложения
// объекта типа ThreeD и целого значения типа int.
public static ThreeD operator +(ThreeD op1, int op2) {
ThreeD result = new ThreeD();
result.x = op1.x + op2;
result.y = op1.y + op2;
result.z = op1.z + op2;
return result;
}
// Вывести координаты X, Y, Z.
public void Show() {
Console.WriteLine(x + ", " + y + ", " + z);
}
}
class ThreeDDemo {
static void Main() {
ThreeD a = new ThreeD(1, 2, 3);
ThreeD b = new ThreeD(10, 10, 10);
ThreeD c = new ThreeD();
Console.Write("Координаты точки a: ");
a.Show();
Console.WriteLine();
Console.Write("Координаты точки b: ");
b.Show();
Console.WriteLine();
c = a + b; // сложить объекты класса ThreeD
Console.Write("Результат сложения a + b: ");
c.Show();
Console.WriteLine();
Console.Write("Результат сложения b + 10: ");
c.Show();
}
}
При выполнении этого кода получается следующий результат.
Координаты точки а: 1, 2, 3
Координаты точки b: 10, 10, 10
Результат сложения а+b: 11, 12, 13
Результат сложения b + 10: 20, 20, 20
Как подтверждает приведенный выше результат, когда оператор + применяется к двум объектам класса ThreeD, то складываются их координаты. А когда он применяется к объекту типа ThreeD и целому значению, то координаты этого объекта увеличиваются на заданное целое значение.
Продемонстрированная выше перегрузка оператора +, безусловно, расширяет полезные функции класса ThreeD, тем не менее, она делает это не до конца. И вот почему. Метод operator+(ThreeD, int) позволяет выполнять операции, подобные следующей.
оb1 = оb2 + 10;
Но, к сожалению, он не позволяет выполнять операции, аналогичные следующей.
оb1 = 10 + оb2;
Дело в том, что второй целочисленный аргумент данного метода обозначает правый операнд бинарного оператора +, но в приведенной выше строке кода целочисленный аргумент указывается слева. Для того чтобы разрешить выполнение такой операции сложения, придется перегрузить оператор + еще раз. В этом случае первый параметр операторного метода должен иметь тип int, а второй параметр – тип ThreeD. Таким образом, в одном варианте метода operator+() выполняется сложение объекта типа ThreeD и целого значения, а во втором – сложение целого значения и объекта типа ThreeD. Благодаря такой перегрузке оператора + (или любого другого бинарного оператора) допускается появление встроенного типа данных как с левой, так и с правой стороны данного оператора. Ниже приведен еще один вариант класса ThreeD, в котором бинарный оператор + перегружается описанным выше образом.
// Перегрузить бинарный оператор + трижды:
// один -раз – для сложения объектов класса ThreeD,
// второй раз – для сложения объекта типа ThreeD и целого значения типа int,
// а третий раз – для сложения целого значения типа int и объекта типа ThreeD.
using System;
// Класс для хранения трехмерных координат,
class ThreeD {
int x, y, z; // трехмерные координаты
public ThreeD() { x = y = z = 0; }
public ThreeD(int i, int j, int k) { x = i; y = j; z = k; }
// Перегрузить бинарный оператор + для сложения объектов класса ThreeD.
public static ThreeD operator +(ThreeD op1, ThreeD op2) {
ThreeD result = new ThreeD();
/* Сложить координаты двух точек и возвратить результат. */
result.x = op1.x + op2.x;
result.y = op1.y + op2.y;
result.z = op1.z + op2.z;
return result;
}
// Перегрузить бинарный оператор + для сложения
// объекта типа ThreeD и целого значения типа int.
public static ThreeD operator +(ThreeD op1, int op2) {
ThreeD result = new ThreeD();
result.x = op1.x + op2;
result.y = op1.y + op2;
result.z = op1.z + op2;
return result;
}
// Перегрузить бинарный оператор + для сложения
// целого значения типа int и объекта типа ThreeD.
public static ThreeD operator +(int op1, ThreeD op2) {
ThreeD result = new ThreeD();
result.x = op2.x + op1;
result.y = op2.y + op1;
result.z = op2.z + op1;
return result;
}
// Вывести координаты X, Y, Z.
public void Show() {
Console.WriteLine(x + ", " + y + ", " + z);
}
}
class ThreeDDemo {
static void Main() {
ThreeD a = new ThreeD(1, 2, 3);
ThreeD b = new ThreeD(10, 10, 10);
ThreeD c = new ThreeD();
Console.Write("Координаты точки a: ");
a.Show();
Console.WriteLine();
Console.Write("Координаты точки b: ");
b.Show();
Console.WriteLine();
c = a + b; // сложить объекты класса ThreeD
Console.Write("Результат сложения a + b: ");
c.Show();
Console.WriteLine();
c = b + 10; // сложить объект типа ThreeD и целое значение типа int
Console.Write("Результат сложения b + 10: ");
c.Show();
Console.WriteLine();
c = 15 + b; // сложить целое значение типа int и объект типа ThreeD
Console.Write("Результат сложения 15 + b: ");
c.Show();
}
}
Выполнение этого кода дает следующий результат.
Координаты точки а: 1, 2, 3
Координаты точки b: 10, 10, 10
Результат сложения а + b: 11, 12, 13
Результат сложения b + 10: 20, 20, 20
Результат сложения 15 + b: 25, 25, 25
