Текст книги "C# 4.0: полное руководство"
Автор книги: Герберт Шилдт
Жанр:
Программирование
сообщить о нарушении
Текущая страница: 54 (всего у книги 83 страниц)
*(ptr + i)
может быть заменена следующим синтаксисом индексирования массива.
ptr[i]
Что касается индексирования указателей, то необходимо иметь в виду следующее. Во-первых, при таком индексировании контроль границ массива не осуществляется. Поэтому указатель может обращаться к элементу вне границ массива. И во-вторых, для указателя не предусмотрено свойство Length, определяющее длину массива. Поэтому, если используется указатель, длина массива заранее неизвестна.
Указатели и строки
Символьные строки реализованы в C# в виде объектов. Тем не менее отдельные символы в строке могут быть доступны по указателю. Для этого указателю типа char* присваивается адрес начала символьной строки в следующем операторе с модификатором fixed.
fixed(char* р = str) { // ...
После выполнения оператора с модификатором fixed переменная р будет указывать на начало массива символов, составляющих строку. Этот массив оканчивается символом конца строки, т.е. нулевым символом. Поэтому данное обстоятельство можно использовать для проверки конца массива. В C/C++ строки реализуются в виде массивов, оканчивающихся символом конца строки, а следовательно, получив указатель типа char* на строку, ею можно манипулировать таким же образом, как и в C/C++.
Ниже приведена программа, демонстрирующая доступ к символьной строке по указателю типа char*.
// Использовать модификатор fixed для получения
// указателя на начало строки.
using System;
class FixedString {
unsafe static void Main() {
string str = «это тест»;
// Получить указатель р на начало строки str.
fixed(char* p = str) {
// Вывести содержимое строки str по указателю р.
for(int i=0; p[i] != 0; i++)
Console.Write(p[i]);
Console.WriteLine();
}
}
}
Эта программа дает следующий результат.
это тест
Многоуровневая непрямая адресация
Один указатель может указывать на другой, а тот, свою очередь, – на целевое значение. Это так называемая многоуровневая непрямая адресация, или применение указателей на указатели. Такое применение указателей может показаться, на первый взгляд, запутанным. Для прояснения принципа многоуровневой непрямой адресации обратимся за помощью к рис. 20.1. Как видите, значением обычного указателя является адрес переменной, содержащей требуемое значение. Если же применяется указатель на указатель, то первый из них содержит адрес второго, указывающего на переменную, содержащую требуемое значение.
Многоуровневая непрямая адресация может быть продолжена до любого предела, но потребность более чем в двух уровнях адресации по указателям возникает крайне редко. На самом деле чрезмерная непрямая адресация очень трудно прослеживается и чревата ошибками.
Переменная, являющаяся указателем на указатель, должна быть объявлена как таковая. Для этого достаточно указать дополнительный знак * после имени типа переменной. Например, в следующем объявлении компилятор уведомляется о том, что переменная q является указателем на указатель и относится к типу int.
int** q;
Следует, однако, иметь в виду, что переменная q является указателем не на целое значение, а на указатель типа int.
Для доступа к целевому значению, косвенно адресуемому по указателю на указатель, следует дважды применить оператор *, как в приведенном ниже примере.
using System;
class Multiplelndirect {
unsafe static void Main() {
int x; // содержит значение типа int
int* p; // содержит указатель типа int
int** q; // содержит указатель на указатель типа int
x = 10;
p = &x; // поместить адрес переменной х в переменной р
q = &p; // поместить адрес переменной р в переменной q
Console.WriteLine(**q); // вывести значение переменной х
}
}
Результатом выполнения этой программы будет выведенное на экран значение 10 переменной х. В данной программе переменная р объявляется как указатель на значение типа int, а переменная q – как указатель на указатель типа int.
И последнее замечание: не путайте многоуровневую непрямую адресацию со структурами данных высокого уровня, в том числе связными списками, так как это совершенно разные понятия.
Массивы указателей
Указатели могут быть организованы в массивы, как и любой другой тип данных. Ниже приведен пример объявления массива указателей типа int длиной в три элемента.
int * [] ptrs = new int * [3];
Для того чтобы присвоить адрес переменной var типа int третьему элементу массива указателей, достаточно написать следующую строку кода.
ptrs[2] = &var;
А для того чтобы обнаружить значение переменной var, достаточно написать приведенную ниже строку кода.
*ptrs[2]
Оператор sizeof
Во время работы с небезопасным кодом иногда полезно знать размер в байтах одного из встроенных в C# типов значений. Для получения этой информации служит оператор sizeof. Ниже приведена его общая форма:
sizeof(тип)
где тип обозначает тот тип, размер которого требуется получить. Вообще говоря, оператор sizeof предназначен главным образом для особых случаев и, в частности, для работы со смешанным кодом: управляемым и неуправляемым.
Оператор stackalloc
Для распределения памяти, выделенной под стек, служит оператор stackalloc. Им можно пользоваться лишь при инициализации локальных переменных. Ниже приведена общая форма этого оператора:
тип *р = stackalloc тип [размер]
где р обозначает указатель, получающий адрес области памяти, достаточной для хранения объектов, имеющих указанный тип, в количестве, которое обозначает размер. Если же в стеке недостаточно места для распределения памяти, то генерируется исключение System.StackOverflowException. И наконец, оператор stackalloc можно использовать только в небезопасном коде.
Как правило, память для объектов выделяется из кучи – динамически распределяемой свободной области памяти. А выделение памяти из стека является исключением. Ведь переменные, располагаемые в стеке, не удаляются средствами "сборки мусора", а существуют только в течение времени выполнения метода, в котором они объявляются. После возврата из метода выделенная память освобождается. Преимущество применения оператора stackalloc заключается, в частности, в том, что в этом случае не нужно беспокоиться об очистке памяти средствами «сборки мусора».
Ниже приведен пример применения оператора stackalloc.
// Продемонстрировать применение оператора stackalloc.
using System;
class UseStackAlloc {
unsafe static void Main() {
int* ptrs = stackalloc int[3];
ptrs[0] = 1;
ptrs[1] = 2;
ptrs[2] = 3;
for(int i=0; i < 3; i++)
Console.WriteLine(ptrs[i]);
}
}
Вот к какому результату приводит выполнение кода из данного примера.
1
2
3
Создание буферов фиксированного размера
Ключевое слово fixed находит еще одно применение при создании одномерных массивов фиксированного размера. В документации на C# такие массивы называются буферами фиксированного размера. Такие буферы всегда являются членами структуры. Они предназначены для создания структуры, в которой содержатся элементы массива, образующие буфер. Когда элемент массива включается в состав структуры, в ней, как правило, хранится лишь ссылка на этот массив. Используя буфер фиксированного размера, в структуре можно разместить весь массив. В итоге получается структура, пригодная в тех случаях, когда важен ее размер, как, например, в многоязыковом программировании, при согласовании данных, созданных вне программы на С#, или же когда требуется неуправляемая структура, содержащая массив. Но буферы фиксированного размера можно использовать только в небезопасном коде.
Для создания буфера фиксированного размера служит следующая общая форма:
fixed тип имя_буфера[размер];
где тип обозначает тип данных массива; имя_буфера – конкретное имя буфера фиксированного размера; размер – количество элементов, образующих буфер. Буферы фиксированного размера могут указываться только в структуре.
Для того чтобы стала очевиднее польза от буферов фиксированного размера, рассмотрим ситуацию, в которой программе ведения счетов, написанной на C++, требуется передать информацию о банковском счете. Допустим также, что учетная запись каждого счета организована так, как показано ниже.
Name – Строка длиной 80 байтов, состоящая из 8-разрядных символов в коде ASCII
Balance – Числовое значение типа double длиной 8 байтов
ID – Числовое значение типа long длиной 8 байтов
В программе на C++ каждая структура содержит массив Name, тогда как в программе на C# в такой структуре хранится лишь ссылка на массив. Поэтому для правильного представления данных из этой структуры в C# требуется буфер фиксированного размера, как показано ниже.
// Использовать буфер фиксированного-размера.
unsafe struct FixedBankRecord {
public fixed byte Name[80]; // создать буфер фиксированного размера
public double Balance;
public long ID;
}
Когда буфер фиксированного размера используется вместо массива Name, каждый экземпляр структуры FixedBankRecord будет содержать все 80 байтов массива Name. Именно таким образом структура и организована в программе на C++. Следовательно, общий размер структуры FixedBankRecord окажется равным 96, т.е. сумме ее членов. Ниже приведена программа, демонстрирующая этот факт.
// Продемонстрировать применение буфера фиксированного размера,
using System;
// Создать буфер фиксированного размера,
unsafe struct FixedBankRecord {
public fixed byte Name[80];
public double Balance;
public long ID;
}
class FixedSizeBuffer {
// Пометить метод Main() как небезопасный,
unsafe static void Main() {
Console.WriteLine("Размер структуры FixedBankRecord: "
+ sizeof(FixedBankRecord));
}
}
Эта программа дает следующий результат.
Размер структуры FixedBankRecord: 96
Размер структуры FixedBankRecord оказывается в точности равным сумме ее членов, но так бывает далеко не всегда со структурами, содержащими буферы фиксированного размера. Ради повышения эффективности кода общая длина структуры может быть увеличена для выравнивания по четной границе, например по границе слова. Поэтому общая длина структуры может оказаться на несколько байтов больше, чем сумма ее членов, даже если в ней содержатся буферы фиксированного размера. Как правило, аналогичное выравнивание длины структуры происходит и в C++. Следует, однако, иметь в виду возможные отличия в этом отношении.
И наконец, обратите внимание на то, как в данной программе создается буфер фиксированного размера вместо массива Name.
public fixed byte Name[80]; // создать буфер фиксированного размера
Как видите, размер массива указывается после его имени. Такое обозначение обычно принято в C++ и отличается в объявлениях массивов в С#. В данном операторе распределяется по 80 байтов памяти в пределах каждого объекта типа FixedBankRecord.
Начиная с версии 2.0, в C# внедрено средство, обеспечивающее изящное решение типичной и не очень приятной задачи распознавания и обработки полей, не содержащих значения, т.е. неинициализированных полей. Это средство называется обнуляемым типом. Для того чтобы стала более понятной суть данной задачи, рассмотрим пример простой базы данных заказчиков, в которой хранится запись с именем, адресом, идентификационным номером заказчика, номером счета-фактуры и текущим остатком на счету. В подобной ситуации может быть вполне создан элемент данных заказчика, в котором одно или несколько полей не инициализированы. Например, заказчик может просто запросить каталог продукции, и в этом случае номер счета-фактуры не потребуется, а значит, его поле окажется неиспользованным.
Раньше для обработки неиспользуемых полей приходилось применять заполняющие значения или дополнительные поля, которые просто указывали, используется поле или нет. Безусловно, заполняющие значения пригодны лишь в том случае, если они подставляются вместо значения, которое в противном случае окажется недействительным, но так бывает далеко не всегда. А дополнительные поля, указывающие, используется поле или нет, пригодны во всех случаях, но их ввод и обработка вручную доставляют немало хлопот. Оба эти затруднения позволяет преодолеть обнуляемый тип.
Обнуляемый тип – это особый вариант типа значения, представленный структурой. Помимо значений, определяемых базовым типом, обнуляемый тип позволяет хранить пустые значения (null). Следовательно, обнуляемый тип имеет такой же диапазон представления чисел и характеристики, как и его базовый тип. Он предоставляет дополнительную возможность обозначить значение, указывающее на то, что переменная данного типа не инициализирована. Обнуляемые типы являются объектами типа System.Nullable, где Т – тип значения, которое не должно быть обнуляемым.
–
ПРИМЕЧАНИЕ
Обнуляемые эквиваленты могут быть только у типов значений.
–
Обнуляемый тип может быть указан двумя способами. Во-первых, объекты типа Nullable, определенного в пространстве имен System, могут быть объявлены явным образом. Так, в приведенном ниже примере создаются обнуляемые переменные типа int и bool.
System.Nullable
System.Nullable
И во-вторых, обнуляемый тип объявляется более кратким и поэтому чаще используемым способом с указанием знака ? после имени базового типа. В приведенном ниже примере демонстрируется более распространенный способ объявления обнуляемых переменных типа int и bool.
int? count;
bool? done;
Когда в коде применяются обнуляемые типы, создаваемый обнуляемый объект обычно выглядит следующим образом.
int? count = null;
В данной строке кода переменная count явно инициализируется пустым значением (null). Это вполне соответствует принятому правилу: прежде чем использовать переменную, ей нужно присвоить значение. В данном случае присваиваемое значение означает, что переменная не определена.
Значение может быть присвоено обнуляемой переменной обычным образом, поскольку преобразование базового типа в обнуляемый определено заранее. Например, в следующей строке кода переменной count присваивается значение 100.
count = 100;
Определить, имеет переменная обнуляемого типа пустое или конкретное значение, можно двумя способами. Во-первых, можно проверить переменную на пустое значение. Так, если переменная count объявлена так, как показано выше, то в следующей строке определяется, имеет ли эта переменная конкретное значение.
if (count != null) // переменная имеет значение
Если переменная count не является пустой, то она содержит конкретное значение. И во-вторых, можно воспользоваться доступным только для чтения свойством HasValue типа Nullable, чтобы определить, содержит ли переменная обнуляемого типа конкретное значение. Это свойство показано ниже.
bool HasValue
Свойство HasValue возвращает логическое значение true, если экземпляр объекта, для которого оно вызывается, содержит конкретное значение, а иначе оно возвращает логическое значение false. Ниже приведен пример, в котором конкретное значение обнуляемого объекта count определяется вторым способом с помощью свойства HasValue.
if(count.HasValue) // переменная имеет значение
Если обнуляемый объект содержит конкретное значение, то получить это значение можно с помощью доступного только для чтения свойства Value типа Nullable.
Т Value
Свойство Value возвращает экземпляр обнуляемого объекта, для которого оно вызывается. Если же попытаться получить с помощью этого свойства значение пустой переменной, то в итоге будет сгенерировано исключение System.InvalidOperationException. Кроме того, значение экземпляра обнуляемого объекта можно получить путем приведения к его базовому типу.
В следующей программе демонстрируется основной механизм обращения с обнуляемым типом.
// Продемонстрировать применение обнуляемого типа.
using System;
class NullableDemo {
static void Main() {
int? count = null;
if (count.HasValue)
Console.WriteLine("Переменная count имеет следующее значение: "
+ count.Value);
else
Console.WriteLine(«У переменной count отсутствует значение»);
count = 100;
if(count.HasValue)
Console.WriteLine("Переменная count имеет следующее значение: "
+ count. Value) ;
else
Console.WriteLine(«У переменной count отсутствует значение»);
}
}
Вот к какому результату приводит выполнение этой программы.
У переменной count отсутствует значение
Переменная count имеет следующее значение: 100
Обнуляемый объект может использоваться в тех выражениях, которые являются действительными для его базового типа. Более того, обнуляемые объекты могут сочетаться с необнуляемыми объектами в одном выражении. И это вполне допустимо благодаря предопределенному преобразованию базового типа в обнуляемый. Когда обнуляемые и необнуляемые типы сочетаются в одной операции, ее результатом становится значение обнуляемого типа.
В приведенной ниже программе демонстрируется применение обнуляемых типов в выражениях.
// Использовать обнуляемые объекты в выражениях.
using System;
class NullableDemo {
static void Main() {
int? count = null;
int? result = null;
int incr = 10; // переменная incr не является обнуляемой
// переменная result содержит пустое значение,
// переменная оказывается count пустой,
result = count + incr;
if(result.HasValue)
Console.WriteLine("Переменная result имеет следующее значение: "
+ result.Value);
else
Console.WriteLine(«У переменной result отсутствует значение»);
// Теперь переменная count получает свое значение, и поэтому
// переменная result будет содержать конкретное значение.
count = 100;
result = count + incr;
if(result.HasValue)
Console.WriteLine("Переменная result имеет следующее значение: "
+ result.Value);
else
Console.WriteLine(«У переменной result отсутствует значение»);
}
}
При выполнении этой программы получается следующий результат.
У переменной result отсутствует значение
Переменная result имеет следующее значение: 110
Попытка преобразовать обнуляемый объект в его базовый тип путем приведения типов обычно приводит к генерированию исключения System.InvalidOperationException, если обнуляемый объект содержит пустое значение. Это может произойти, например, в том случае, если значение обнуляемого объекта присваивается переменной его базового типа с помощью приведения типов. Появления данного исключения можно избежать, если воспользоваться оператором ??, называемым нулеобъединяющим оператором. Этот оператор позволяет указать значение, которое будет использоваться по умолчанию, если обнуляемый объект содержит пустое значение. Он также исключает потребность в приведении типов.
Ниже приведена общая форма оператора ??.
обнуляемый_объект ?? значение_по_умолчанию
Если обнуляемый_объект содержит конкретное значение, то результатом операции ?? будет именно это значение. В противном случае результатом операции ?? окажется значение_по_умолчанию.
Например, в приведенном ниже фрагменте кода переменная balance содержит пустое значение. Вследствие этого переменной currentBalance присваивается значение 0.0, используемое по умолчанию, и тем самым устраняется причина для генерирования исключения.
double? balance = null; double currentBalance;
currentBalance = balance ?? 0.0;
В следующем фрагменте кода переменной balance присваивается значение 123.75.
double? balance = 123.75; double currentBalance;
currentBalance = balance ?? 0.0;
Теперь переменная currentBalance содержит значение 123.75 переменной balance.
И еще одно замечание: выражение в правой части оператора ?? вычисляется только в том случае, если выражение в левой его части не содержит значение. Этот факт демонстрируется в приведенной ниже программе.
// Применение оператора ??
using System;
class NullableDemo2 {
// Возвратить нулевой остаток,
static double GetZeroBal() {
Console. WriteLine («В методе GetZeroBalO.»);
return 0.0;
}
static void Main() {
double? balance = 123.75;
double currentBalance;
// Здесь метод GetZeroBal() не вызывается, поскольку
// переменная balance содержит конкретное значение.
currentBalance = balance ?? GetZeroBal();
Console.WriteLine(currentBalance);
}
}
В этой программе метод GetZeroBal() не вызывается, поскольку переменная balance содержит конкретное значение. Как пояснялось выше, если выражение в левой части оператора ?? содержит конкретное значение, то выражение в правой его части не вычисляется.
