Текст книги "C# 4.0: полное руководство"
Автор книги: Герберт Шилдт
Жанр:
Программирование
сообщить о нарушении
Текущая страница: 26 (всего у книги 83 страниц)
В связи с изложенными выше в отношении наследования и иерархии классов может возникнуть следующий резонный вопрос: когда создается объект производного класса и какой конструктор выполняется первым – тот, что определен в производном классе, или же тот, что определен в базовом классе? Так, если имеется базовый класс А и производный класс В, то вызывается ли конструктор класса А раньше конструктора класса В? Ответ на этот вопрос состоит в том, что в иерархии классов конструкторы вызываются по порядку выведения классов: от базового к производному. Более того, этот порядок остается неизменным независимо от использования ключевого слова base. Так, если ключевое слово base не используется, то выполняется конструктор по умолчанию, т.е. конструктор без параметров. В приведенном ниже примере программы демонстрируется порядок вызова и выполнения конструкторов.
// Продемонстрировать порядок вызова конструкторов.
using System;
// Создать базовый класс,
class А {
public А() {
Console.WriteLine(«Конструирование класса А.»);
}
}
// Создать класс, производный от класса А.
class В : А {
public В() {
Console.WriteLine(«Конструирование класса В.»);
}
}
// Создать класс, производный от класса В.
class С : В {
public С() {
Console.WriteLine(«Конструирование класса С.»);
}
}
class OrderOfConstruction {
static void Main() {
С с = new С();
}
}
Вот к какому результату приводит выполнение этой программы.
Конструирование класса А.
Конструирование класса В.
Конструирование класса С.
Как видите, конструкторы вызываются по порядку выведения их классов.
Если хорошенько подумать, то в вызове конструкторов по порядку выведения их классов можно обнаружить определенный смысл. Ведь базовому классу ничего не известно ни об одном из производных от него классов, и поэтому любая инициализация, которая требуется его членам, осуществляется совершенно отдельно от инициализации членов производного класса, а возможно, это и необходимое условие. Следовательно, она должна выполняться первой.
Как вам должно быть уже известно, C# является строго типизированным языком программирования. Помимо стандартных преобразований и автоматического продвижения простых типов значений, в этом языке строго соблюдается принцип совместимости типов. Это означает, что переменная ссылки на объект класса одного типа, как правило, не может ссылаться на объект класса другого типа. В качестве примера рассмотрим следующую программу, в которой объявляются два класса одинаковой структуры.
// Эта программа не подлежит компиляции.
class X {
int а;
public X(int i) { a = i; }
}
class Y {
int a;
public Y(int i) { a = i; }
}
class IncompatibleRef {
static void Main() {
X x = new X (10);
X x2;
Y у = new Y (5);
x2 = x; // верно, поскольку оба объекта относятся к одному и тому же типу
х2 = у; // ошибка, поскольку это разнотипные объекты
}
}
Несмотря на то что классы X и Y в данном примере совершенно одинаковы по своей структуре, ссылку на объект типа Y нельзя присвоить переменной ссылки на объект типа X, поскольку типы у них разные. Поэтому следующая строка кода оказывается неверной и может привести к ошибке из-за несовместимости типов во время компиляции.
х2 = у; // неверно, поскольку это разнотипные объекты
Вообще говоря, переменная ссылки на объект может ссылаться только на объект своего типа.
Но из этого принципа строгого соблюдения типов в C# имеется одно важное исключение: переменной ссылки на объект базового класса может быть присвоена ссылка на объект любого производного от него класса. Такое присваивание считается вполне допустимым, поскольку экземпляр объекта производного типа инкапсулирует экземпляр объекта базового типа. Следовательно, по ссылке на объект базового класса можно обращаться к объекту производного класса. Ниже приведен соответствующий пример.
// По ссылке на объект базового класса можно обращаться
// к объекту производного класса.
using System;
class X {
public int a;
public X(int i) {
a = i;
}
}
class Y : X {
public int b;
public Y(int i, int j) : base(j) {
b = i;
}
}
class BaseRef {
static void Main() {
X x = new X(10);
X x2;
Y у = new Y(5, 6);
x2 = x; //верно, поскольку оба объекта
//относятся к одному и тому же типу
Console.WriteLine("х2.а: " + x2.a);
x2 = у; //тоже верно, поскольку класс Y
//является производным от класса X
Console.WriteLine("х2.а: " + x2.a);
// ссылкам на объекты класса X известно
//только о членах класса X
x2.a = 19; // верно
// х2.b = 27; // неверно, поскольку член b отсутствует у класса X
}
}
В данном примере класс Y является производным от класса X. Поэтому следующая операция присваивания:
х2 = у; // тоже верно, поскольку класс Y является производным от класса X
считается вполне допустимой. Ведь по ссылке на объект базового класса (в данном случае – это переменная х2 ссылки на объект класса X) можно обращаться к объекту производного класса, т.е. к объекту, на который ссылается переменная у.
Следует особо подчеркнуть, что доступ к конкретным членам класса определяется типом переменной ссылки на объект, а не типом объекта, на который она ссылается. Это означает, что если ссылка на объект производного класса присваивается переменной ссылки на объект базового класса, то доступ разрешается только к тем частям этого объекта, которые определяются базовым классом. Именно поэтому переменной х2 недоступен член b класса Y, когда она ссылается на объект этого класса. И в этом есть своя логика, поскольку базовому классу ничего не известно о тех членах, которые добавлены в производный от него класс. Именно поэтому последняя строка кода в приведенном выше примере была закомментирована.
Несмотря на кажущийся несколько отвлеченным характер приведенных выше рассуждений, им можно найти ряд важных применений на практике. Одно из них рассматривается ниже, а другое – далее в этой главе, когда речь пойдет о виртуальных методах.
Один из самых важных моментов для присваивания ссылок на объекты производного класса переменным базового класса наступает тогда, когда конструкторы вызываются в иерархии классов. Как вам должно быть уже известно, в классе нередко определяется конструктор, принимающий объект своего класса в качестве параметра. Благодаря этому в классе может быть сконструирована копия его объекта. Этой особенностью можно выгодно воспользоваться в классах, производных от такого класса. В качестве примера рассмотрим очередные варианты классов TwoDShape и Triangle. В оба класса добавлены конструкторы, принимающие объект в качестве параметра.
// Передать ссылку на объект производного класса
// переменной ссылки на объект базового класса.
using System;
class TwoDShape {
double pri_width;
double pri_height;
// Конструктор по умолчанию,
public TwoDShape() {
Width = Height = 0.0;
}
// Конструктор для класса TwoDShape.
public TwoDShape(double w, double h) {
Width = w;
Height = h;
}
// Сконструировать объект равной ширины и высоты,
public TwoDShape(double x) {
Width = Height = x;
}
// Сконструировать копию объекта TwoDShape.
public TwoDShape(TwoDShape ob) {
Width = ob.Width;
Height = ob.Height;
}
// Свойства ширины и высоты объекта,
public double Width {
get { return pri_width; }
set { pri_width = value < 0 ? -value : value; }
}
public double Height {
get { return pri_height; }
set { pri_height = value < 0 ? -value : value; }
}
public void ShowDim() {
Console.WriteLine("Ширина и высота равны " +
Width + " и " + Height);
}
}
// Класс для треугольников, производный от класса TwoDShape.
class Triangle : TwoDShape {
string Style;
// Конструктор, используемый по умолчанию,
public Triangle() {
Style = «null»;
}
// Конструктор для класса Triangle.
public Triangle(string s, double w, double h) : base(w, h) {
Style = s;
}
// Сконструировать равнобедренный треугольник,
public Triangle(double x) : base(x) {
Style = «равнобедренный»;
}
// Сконструировать копию объекта типа Triangle,
public Triangle(Triangle ob) : base(ob) {
Style = ob.Style;
}
// Возвратить площадь треугольника,
public double Area() {
return Width * Height / 2;
}
// Показать тип треугольника,
public void ShowStyle() {
Console.WriteLine("Треугольник " + Style);
}
}
class Shapes7 {
static void Main() {
Triangle t1 = new Triangle(«прямоугольный», 8.0, 12.0);
// Сделать копию объекта t1.
Triangle t2 = new Triangle (t1) ;
Console.WriteLine("Сведения об объекте t1: ");
t1.ShowStyle();
t1.ShowDim();
Console.WriteLine ("Площадь равна " + t1.Area());
Console.WriteLine();
Console.WriteLine("Сведения об объекте t2: ");
t2.ShowStyle();
t2.ShowDim();
Console.WriteLine("Площадь равна " + t2.Area());
}
}
В представленном выше примере объект t2 конструируется из объекта t1 поэтому подобен ему. Ниже приведен результат'выполнения кода из данного примера.
Сведения об объекте t1:
Треугольник прямоугольный
Ширина и высота равны 8 и 12
Площадь равна 48
Сведения об объекте t2:
Треугольник прямоугольный
Ширина и высота равны 8 и 12
Площадь равна 48
Обратите особое внимание на следующий конструктор класса Triangle:
public Triangle(Triangle ob) : base(ob) {
Style = ob.Style;
}
Он принимает объект типа Triangle в качестве своего параметра и передает его (с помощью ключевого слова base) следующему конструктору класса TwoDShape.
public TwoDShape(TwoDShape ob) {
Width = ob.Width;
Height = ob.Height;
}
Самое любопытное, что конструктор TwoDShape() предполагает получить объект класса TwoDShape, тогда как конструктор Triangle() передает ему объект класса Triangle. Как пояснялось выше, такое вполне допустимо, поскольку по ссылке на объект базового класса можно обращаться к объекту производного класса. Следовательно, конструктору TwoDShape() можно на совершенно законных основаниях передать ссылку на объект класса, производного от класса TwoDShape. А поскольку конструктор TwoDShape() инициализирует только те части объекта производного класса, которые являются членами класса TwoDShape, то для него не имеет никакого значения, содержит ли этот объект другие члены, добавленные в производном классе.
Виртуальным называется такой метод, который объявляется как virtual в базовом классе. Виртуальный метод отличается тем, что он может быть переопределен в одном или нескольких производных классах. Следовательно, у каждого производного класса может быть свой вариант виртуального метода. Кроме того, виртуальные методы интересны тем, что именно происходит при их вызове по ссылке на базовый класс. В этом случае средствами языка C# определяется именно тот вариант виртуального метода, который следует вызывать, исходя из типа объекта, к которому происходит обращение по ссылке, причем это делается во время выполнения. Поэтому при ссылке на разные типы объектов выполняются разные варианты виртуального метода. Иными словами, вариант выполняемого виртуального метода выбирается по типу объекта, а не по типу ссылки на этот объект. Так, если базовый класс содержит виртуальный метод и от него получены производные классы, то при обращении к разным типам объектов по ссылке на базовый класс выполняются разные варианты этого виртуального метода.
Метод объявляется как виртуальный в базовом классе с помощью ключевого слова virtual, указываемого перед его именем. Когда же виртуальный метод переопределяется в производном классе, то для этого используется модификатор override. А сам процесс повторного определения виртуального метода в производном классе называется переопределением метода. При переопределении имя, возвращаемый тип и сигнатура переопределяющего метода должны быть точно такими же, как и у того виртуального метода, который переопределяется. Кроме того, виртуальный метод не может быть объявлен как static или abstract (подробнее данный вопрос рассматривается далее в этой главе).
Переопределение метода служит основанием для воплощения одного из самых эффективных в C# принципов: динамической диспетчеризации методов, которая представляет собой механизм разрешения вызова во время выполнения, а не компиляции. Значение динамической диспетчеризации методов состоит в том, что именно благодаря ей в C# реализуется динамический полиморфизм.
Ниже приведен пример, демонстрирующий виртуальные методы и их переопределение.
// Продемонстрировать виртуальный метод.
using System;
class Base {
// Создать виртуальный метод в базовом классе,
public virtual void Who() {
Console.WriteLine(«Метод Who() в классе Base»);
}
}
class Derived1 : Base {
// Переопределить метод Who() в производном классе,
public override void Who() {
Console.WriteLine(«Метод Who() в классе Derivedl»);
}
}
class Derived2 : Base {
// Вновь переопределить метод Who() в
//еще одном производном классе,
public override void Who() {
Console.WriteLine(«Метод Who() в классе Derived2»);
}
}
class OverrideDemo {
static void Main() {
Base baseOb = new Base();
Derived1 dObl = new Derived1();
Derived2 dOb2 = new Derived2();
Base baseRef; // ссылка на базовый класс
baseRef = baseOb;
baseRef.Who() ;
baseRef = dObl;
baseRef.Who();
baseRef = dOb2;
baseRef.Who();
}
}
Вот к какому результату приводит выполнение этого кода.
Метод Who() в классе Base.
Метод Who() в классе Derived1
Метод Who() в классе Derived2
В коде из приведенного выше примера создаются базовый класс Base и два производных от него класса – Derived1 и Derived2. В классе Base объявляется виртуальный метод Who(), который переопределяется в обоих производных классах. Затем в методе Main() объявляются объекты типа Base, Derivedl и Derived2. Кроме того, объявляется переменная baseRef ссылочного типа Base. Далее ссылка на каждый тип объекта присваивается переменной baseRef и затем используется для вызова метода Who(). Как следует из результата выполнения приведенного выше кода, вариант выполняемого метода Who() определяется по типу объекта, к которому происходит обращение по ссылке во время вызова этого метода, а не по типу класса переменной baseRef.
Но переопределять виртуальный метод совсем не обязательно. Ведь если в производном классе не предоставляется собственный вариант виртуального метода, то используется его вариант из базового класса, как в приведенном ниже примере.
/* Если виртуальный метод не переопределяется, то используется его вариант из базового класса. */
using System;
class Base {
// Создать виртуальный метод в базовом классе.
public virtual void Who() {
Console.WriteLine(«Метод Who() в классе Base»);
}
}
class Derivedl : Base {
// Переопределить метод Who() в производном классе.
public override void Who() {
Console.WriteLine(«Метод Who() в классе Derivedl»);
}
}
class Derived2 : Base {
// В этом классе метод Who() не переопределяется.
}
class NoOverrideDemo {
static void Main() {
Base baseOb = new Base();
Derivedl dObl = new Derivedl();
Derived2 d0b2 = new Derived2();
Base baseRef; // ссылка на базовый класс
baseRef = baseOb;
baseRef.Who();
baseRef = dObl;
baseRef.Who() ;
baseRef = d0b2;
baseRef.Who(); // вызывается метод Who() из класса Base
}
}
Выполнение этого кода приводит к следующему результату.
Метод Who() в классе Base.
Метод Who() в классе Derivedl
Метод Who() в классе Base
В данном примере метод Who() не переопределяется в классе Derived2. Поэтому для объекта класса Derived2 вызывается метод Who() из класса Base.
Если при наличии многоуровневой иерархии виртуальный метод не переопределяется в производном классе, то выполняется ближайший его вариант, обнаруживаемый вверх по иерархии, как в приведенном ниже примере.
/* В многоуровневой иерархии классов выполняется тот переопределенный вариант виртуального метода, который обнаруживается первым при продвижении вверх по иерархии. */
using System;
class Base {
// Создать виртуальный метод в базовом классе,
public virtual void Who() {
Console.WriteLine(«Метод Who() в классе Base»);
}
}
class Derived1 : Base {
// Переопределить метод Who() в производном классе.
public override void Who() {
Console.WriteLine(«Метод Who() в классе Derived1»);
}
}
class Derived2 : Derived1 {
// В этом классе метод Who() не переопределяется.
}
class Derived3 : Derived2 {
//И в этом классе метод Who() не переопределяется.
}
class No0verrideDemo2 {
static void Main() {
Derived3 dOb = new Derived3();
Base baseRef; // ссылка на базовый класс
baseRef = dOb;
baseRef.Who(); // вызов метода Who() из класса Derivedl
}
}
Вот к какому результату приводит выполнение этого кода.
Метод Who() в классе Derived1
В данном примере класс Derived3 наследует класс Derived2, который наследует класс Derived1, а тот, в свою очередь, – класс Base. Как показывает приведенный выше результат, выполняется метод Who(), переопределяемый в классе Derived1, поскольку это первый вариант виртуального метода, обнаруживаемый при продвижении вверх по иерархии от классов Derived3 и Derived2, где метод Who() не переопределяется, к классу Derived1.
И еще одно замечание: свойства также подлежат модификации ключевым словом virtual и переопределению ключевым словом override. Это же относится и к индексаторам.
Что дает переопределение методов
Благодаря переопределению методов в C# поддерживается динамический полиморфизм. В объектно-ориентированном программировании полиморфизм играет очень важную роль, потому что он позволяет определить в общем классе методы, которые становятся общими для всех производных от него классов, а в производных классах – определить конкретную реализацию некоторых или же всех этих методов. Переопределение методов – это еще один способ воплотить в C# главный принцип полиморфизма: один интерфейс – множество методов.
Удачное применение полиморфизма отчасти зависит от правильного понимания той особенности, что базовые и производные классы образуют иерархию, которая продвигается от меньшей к большей специализации. При надлежащем применении базовый класс предоставляет все необходимые элементы, которые могут использоваться в производном классе непосредственно. А с помощью виртуальных методов в базовом классе определяются те методы, которые могут быть самостоятельно реализованы в производном классе. Таким образом, сочетая наследование с виртуальными методами, можно определить в базовом классе общую форму методов, которые будут использоваться во всех его производных классах.
Применение виртуальных методов
Для того чтобы стали понятнее преимущества виртуальных методов, применим их в классе TwoDShape. В предыдущих примерах в каждом классе, производном от класса TwoDShape, определялся метод Area(). Но, по-видимому, метод Area() лучше было бы сделать виртуальным в классе TwoDShape и тем самым предоставить возможность переопределить его в каждом производном классе с учетом особенностей расчета площади той двумерной формы, которую инкапсулирует этот класс. Именно это и сделано в приведенном ниже примере программы. Ради удобства демонстрации классов в этой программе введено также свойство name в классе TwoDShape.
// Применить виртуальные методы и полиморфизм-.
using System;
class TwoDShape {
double pri_width;
double pri_height;
// Конструктор по умолчанию,
public TwoDShape() {
Width = Height = 0.0;
name = «null»;
}
// Параметризированный конструктор.
public TwoDShape(double w, double h, string n) {
Width = w;
Height = h;
name = n;
}
// Сконструировать объект равной ширины и высоты,
public TwoDShape(double x, string n) {
Width = Height = x;
name = n;
}
// Сконструировать копию объекта TwoDShape.
public TwoDShape(TwoDShape ob) {
Width = ob.Width;
Height = ob.Height;
name = ob.name;
}
// Свойства ширины и высоты объекта,
public double Width {
get { return pri_width; }
set { pri_width = value < 0 ? -value : value; }
}
public double Height {
get { return pri_height; }
set { pri_height = value < 0 ? -value : value; }
}
public string name { get; set; }
public void ShowDim() {
Console.WriteLine("Ширина и высота равны " +
Width + " и " + Height);
}
public virtual double Area() {
Console.WriteLine(«Метод Area() должен быть переопределен»);
return 0.0;
}
}
// Класс для треугольников, производный от класса TwoDShape.
class Triangle : TwoDShape {
string Style;
// Конструктор, используемый по умолчанию,
public Triangle() {
Style = «null»;
}
// Конструктор для класса Triangle,
public Triangle(string s, double w, double h)
: base (w, h, «треугольник») {
Style = s;
}
//Сконструировать равнобедренный треугольник,
public Triangle(double x) : base(x, «треугольник») {
Style = «равнобедренный»;
}
// Сконструировать копию объекта типа Triangle,
public Triangle(Triangle ob) : base(ob) {
Style = ob.Style;
}
// Переопределить метод Area() для класса Triangle,
public override double Area() {
return Width * Height / 2;
}
// Показать тип треугольника,
public void ShowStyle() {
Console.WriteLine("Треугольник " + Style);
}
}
// Класс для прямоугольников, производный от класса TwoDShape.
class Rectangle : TwoDShape {
// Конструктор для класса Rectangle,
public Rectangle(double w, double h)
: base (w, h, «прямоугольник») { }
// Сконструировать квадрат,
public Rectangle(double x) : base(x, «прямоугольник») { }
// Сконструировать копию объекта типа Rectangle,
public Rectangle(Rectangle ob) : base(ob) { }
// Возвратить логическое значение true, если
// прямоугольник окажется квадратом,
public bool IsSquare() {
if(Width == Height) return true;
return false;
}
// Переопределить метод Area() для класса Rectangle,
public override double Area() {
return Width * Height;
}
}
class DynShapes {
static void Main() {
TwoDShape[] shapes = new TwoDShape[5] ;
shapes[0] = new Triangle(«прямоугольный», 8.0, 12.0);
shapes[1] = new Rectangle(10);
shapes[2] = new Rectangle(10, 4);
shapes[3] = new Triangle(7.0);
shapes[4] = new TwoDShape(10, 20, «общая форма»);
for (int i=0; i < shapes.Length; i++) {
Console.WriteLine("Объект – " + shapes[i].name);
Console.WriteLine("Площадь равна " + shapes[i].Area());
Console.WriteLine();
}
}
}
При выполнении этой программы получается следующий результат.
Объект – треугольник
Площадь равна 48
Объект – прямоугольник
Площадь равна 100
Объект – прямоугольник
Площадь равна 40
Объект – треугольник
Площадь равна 24.5
Объект – общая форма
Метод Area() должен быть переопределен
Площадь равна 0
Рассмотрим данный пример программы более подробно. Прежде всего, метод Area() объявляется как virtual в классе TwoDShape и переопределяется в классах Triangle и Rectangle по объяснявшимся ранее причинам. В классе TwoDShape метод Area() реализован в виде заполнителя, который сообщает о том, что пользователь данного метода должен переопределить его в производном классе. Каждое переопределение метода Area() предоставляет конкретную его реализацию, соответствующую типу объекта, инкапсулируемого в производном классе. Так, если реализовать класс для эллипсов, то метод Area() должен вычислять площадь эллипса.
У программы из рассматриваемого здесь примера имеется еще одна примечательная особенность. Обратите внимание на то, что в методе Main() двумерные формы объявляются в виде массива объектов типа TwoDShape, но элементам этого массива присваиваются ссылки на объекты классов Triangle, Rectangle и TwoDShape. И это вполне допустимо, поскольку по ссылке на базовый класс можно обращаться к объекту прризводного класса. Далее в программе происходит циклическое обращения к элементам данного массива для вывода сведений о каждом объекте. Несмотря на всю свою простоту, данный пример наглядно демонстрирует преимущества наследования и переопределения методов. Тип объекта, хранящийся в переменной ссылки на базовый класс, определяется во время выполнения и соответственно обусловливает дальнейшие действия. Так, если объект является производным от класса TwoDShape, то для получения его площади вызывается метод Area(). Но интерфейс для выполнения этой операции остается тем же самым независимо от типа используемой двумерной формы.
