C# является основным языком разработки программ на платформе .NET корпорации Microsoft. В нем удачно сочетаются испытанные средства программирования с самыми последними новшествами и предоставляется возможность для эффективного и очень практичного написания программ, предназначенных для вычислительной среды современных предприятий. Это, без сомнения, один из самых важных языков программирования XXI века.

Назначение этой главы — представить C# в его историческом контексте, упомянув и те движущие силы, которые способствовали его созданию, выработке его конструктивных особенностей и определили его влияние на другие языки программирования. Кроме того, в этой главе поясняется взаимосвязь C# со средой .NET Framework. Как станет ясно из дальнейшего материала, C# и .NET Framework совместно образуют весьма изящную среду программирования.

 

Генеалогическое дерево C#

Языки программирования не существуют в пустоте. Напротив, они тесно связаны друг с другом таким образом, что на каждый новый язык оказывают в той или иной форме влияние его предшественники. Этот процесс сродни перекрестному опылению, в ходе которого свойства одного языка приспосабливаются к другому языку, полезные нововведения внедряются в существующий контекст, а устаревшие конструкции удаляются. Таким путем развиваются языки программирования и совершенствуется искусство программирования. И в этом отношении C# не является исключением.

У языка программирования C# "богатое наследство". Он является прямым наследником двух самых удачных языков программирования: С и C++. Он также имеет тесные родственные связи с еще одним языком: Java. Ясное представление об этих взаимосвязях имеет решающее значение для понимания С#. Поэтому сначала определим, какое место занимает C# среди этих трех языков.

Язык С - начало современной эпохи программирования

Создание С знаменует собой начало современной эпохи программирования. Язык С был разработан Деннисом Ритчи (Dennis Ritchie) в 1970-е годы для программирования на мини-ЭВМ DEC PDP-11 под управлением операционной систему Unix. Несмотря на то что в ряде предшествовавших языков, в особенности Pascal, был достигнут значительный прогресс, именно С установил тот образец, которому до сих пор следуют в программировании.

Язык С появился в результате революции в структурном программировании в 1960-е годы. До появления структурного программирования писать большие программы было трудно, поскольку логика программы постепенно вырождалась в так называемый "макаронный" код — запутанный клубок безусловных переходов, вызовов и возвратов, которые трудно отследить. В структурированных языках программирования этот недостаток устранялся путем ввода строго определенных управляющих операторов, подпрограмм с локальными переменными и других усовершенствований. Благодаря применению методов структурного программирования сами программы стали более организованными, надежными и управляемыми.

И хотя в то время существовали и другие структурированные языки программирования, именно в С впервые удалось добиться удачного сочетания эффективности, изящества и выразительности. Благодаря своему краткому, но простому синтаксису в сочетании с принципом, ставившим во главу угла программиста, а не сам язык, С быстро завоевал многих сторонников. Сейчас уже нелегко представить себе, что С оказался своего рода "струей свежего воздуха", которого так не хватало программистам. В итоге С стал самым распространенным языком структурного программирования в 1980-е годы.

Но даже у такого достойного языка, как С, имелись свои ограничения. К числу самых труднопреодолимых его ограничений относится неспособность справиться с большими программами. Как только проект достигает определенного масштаба, язык С тут же ставит предел, затрудняющий понимание и сопровождение программ при их последующем разрастании. Конкретный предел зависит от самой программы, программиста и применяемых инструментальных средств, тем не менее, всегда существует "порог", за которым программа на С становится неуправляемой.

Появление ООП и C++

К концу 1970-х годов масштабы многих проектов приблизились к пределам, с которыми уже не могли справиться методики структурного программирования вообще и язык С в частности. Для решения этой проблемы было открыто новое направление в программировании — так называемое объектно-ориентированное программирование (ООП). Применяя метод ООП, программист мог работать с более "крупными" программами. Но главная трудность заключалась в том, что С, самый распространенный в то время язык, не поддерживал ООП. Стремление к созданию объектно-ориентированного варианта С в конечном итоге привело к появлению C++.

Язык C++ был разработан в 1979 году Бьярне Страуструпом (Bjarne Stroustrup), ра-бртавшим в компании Bell Laboratories, базировавшейся в Мюррей-Хилл, шт. Нью-Джерси. Первоначально новый язык назывался "С с классами", но в 1983 году он был переименован в C++. Язык С полностью входит в состав C++, а следовательно, С служит основанием, на котором зиждется C++. Большая часть дополнений, введенных Страуструпом, обеспечивала плавный переход к ООП. И вместо того чтобы изучать совершенно новый язык, программирующему на С требовалось лишь освоить ряд новых свойств, чтобы воспользоваться преимуществами методики ООП.

В течение 1980-х годов C++ все еще оставался в тени, интенсивно развиваясь, но к началу 1990-х годов, когда он уже был готов для широкого применения, его популярность в области программирования заметно возросла. К концу 1990-х годов он стал наиболее широко распространенным языком программирования и в настоящее время по-прежнему обладает неоспоримыми преимуществами языка разработки высокопроизводительных программ системного уровня.

Важно понимать, что разработка C++ не была попыткой создать совершенно новый язык программирования. Напротив, это была попытка усовершенствовать уже существовавший довольно удачный язык. Такой подход к разработке языков программирования, основанный на уже существующем языке и совершенствующий его далее, превратился в упрочившуюся тенденцию, которая продолжается до сих пор.

Появление Интернета и Java

Следующим важным шагом в развитии языков программирования стала разработка Java. Работа над языком Java, который первоначально назывался Oak (Дуб), началась в 1991 году в компании Sun Microsystems. Главной "движущей силой" в разработке Java был Джеймс Гослинг (James Gosling), но не малая роль в работе над этим языком принадлежит также Патрику Ноутону (Patrick Naughton), Крису Уорту (Chris Warth), Эду Фрэнку (Ed Frank) и Майку Шеридану (Mike Sheridan).

Java представляет собой структурированный, объектно-ориентированный язык с синтаксисом и конструктивными особенностями, унаследованными от C++. Нововведения в Java возникли не столько в результате прогресса в искусстве программирования, хотя некоторые успехи в данной области все же были, сколько вследствие перемен в вычислительной среде. До появления на широкой арене Интернета большинство программ писалось, компилировалось и предназначалось для конкретного процессора и операционной системы. Как известно, программисты всегда стремились повторно использовать свой код, но, несмотря на это, легкой переносимости программ из одной среды в другую уделялось меньше внимания, чем более насущным задачам. Тем не менее с появлением Интернета, когда в глобальную сеть связывались разнотипные процессоры и операционные системы, застаревшая проблема переносимости программ вновь возникла с неожиданной остротой. Для решения проблемы переносимости потребовался новый язык, и им стал Java.

Самым важным свойством (и причиной быстрого признания) Java является способность создавать межплатформенный, переносимый код, тем не менее, интересно отметить, что первоначальным толчком для разработки Java послужил не Интернет, а потребность в независящем от платформы языке, на котором можно было бы разрабатывать программы для встраиваемых контроллеров. В 1993 году стало очевидно, что вопросы межплатформенной переносимости, возникавшие при создании кода для встраиваемых контроллеров, стали актуальными и при попытке написать код для Интернета. Напомним, что Интернет — это глобальная распределенная вычислительная среда, в которой работают и мирно "сосуществуют" разнотипные компьютеры. И в итоге оказалось, что теми же самыми методами, которыми решалась проблема переносимости программ в мелких масштабах, можно решать аналогичную задачу в намного более крупных масштабах Интернета.

Переносимость программ на Java достигалась благодаря преобразованию исходного кода в промежуточный, называемый байт-кодом. Этот байт-код затем выполнялся виртуальной машиной Java (JVM) — основной частью исполняющей системы Java. Таким образом, программа на Java могла выполняться в любой среде, для которой была доступна JVM. А поскольку JVM реализуется относительно просто, то она сразу же стала доступной для большого числа сред.

Применением байт-кода Java коренным образом отличается от С и C++, где исходный код практически всегда компилируется в исполняемый машинный код, который, в свою очередь, привязан к конкретному процессору и операционной системе. Так, если требуется выполнить программу на С или C++ в другой системе, ее придется перекомпилировать в машинный код специально для данной вычислительной среды. Следовательно, для создания программы на С или C++, которая могла был выполняться в различных средах, потребовалось бы несколько разных исполняемых версий этой программы. Это оказалось бы не только непрактично, но и дорого. Изящным и рентабельным решением данной проблемы явилось применение в Java промежуточного кода. Именно это решение было в дальнейшем приспособлено для целей языка С#.

Как упоминалось ранее, Java происходит от С и C++. В основу этого языка положен синтаксис С, а его объектная модель получила свое развитие из C++. И хотя код Java не совместим с кодом С или C++ ни сверху вниз, ни снизу вверх, его синтаксис очень похож на эти языки, что позволяет большому числу программирующих на С или C++ без особого труда перейти на Java. Кроме того, Java построен по уже существующему образцу, что позволило разработчикам этого языка сосредоточить основное внимание на новых и передовых его свойствах. Как и Страуструпу при создании C++, Гослингу и его коллегам не пришлось изобретать велосипед, т.е. разрабатывать Java как совершенно новый язык. Более того, после создания Java языки С и C++ стали признанной основой, на которой можно разрабатывать новые языки программирования.

Создание C#

Несмотря на то что в Java успешно решаются многие вопросы переносимости программ в среде Интернета, его возможности все же ограничены. Ему, в частности, недостает межъязыковой возможности взаимодействия, называемой также многоязыковым программированием. Это возможность кода, написанного на одном языке, без труда взаимодействовать с кодом, написанным на другом языке. Межъязыковая возможность взаимодействия требуется для построения крупных, распределенных программных систем. Она желательна также для создания отдельных компонентов программ, поскольку наиболее ценным компонентом считается тот, который может быть использован в самых разных языках программирования и в самом большом числе операционных сред.

Другой возможностью, отсутствующей в Java, является полная интеграция с платформой Windows. Несмотря на то что программы на Java могут выполняться в среде Windows, при условии, что установлена виртуальная машина Java, среды Java и Windows не являются сильно связанными. А поскольку Windows является самой распространенной операционной системой во всем мире, то отсутствие прямой поддержки Windows является существенным недостатком Java.

Для удовлетворения этих и других потребностей программирования корпорация Microsoft разработала в конце 1990-х годов язык C# как часть общей стратегии .NET. Впервые он был выпущен в виде альфа-версии в середине 2000 года. Главным разработчиком C# был Андерс Хейльсберг — один из ведущих в мире специалистов по языкам программирования, который может похвалиться рядом заметных достижений в данной области. Достаточно сказать, что в 1980-е годы он был автором очень удачной и имевшей большое значение разработки — языка Turbo Pascal, изящная реализация которого послужила образцом для создания всех последующих компиляторов.

Язык C# непосредственно связан с С, C++ и Java. И это не случайно. Ведь это три самых широко распространенных и признанных во всем мире языка программирования. Кроме того, на момент создания C# практически все профессиональные программисты уже владели С, C++ или Java. Благодаря тому что C# построен на столь прочном и понятном основании, перейти на этот язык из С, C++ или Java не представляло особого труда. А поскольку и Хейльсбергу не нужно (да и нежелательно) было изобретать велосипед, то он мог сосредоточиться непосредственно на усовершенствованиях и нововведениях в С#.

На рис. 1.1 приведено генеалогическое дерево С#. Предком C# во втором поколении является С, от которого он унаследовал синтаксис, многие ключевые слова и операторы. Кроме того, C# построен на усовершенствованной объектной модели, определенной в C++. Если вы знаете С или C++, то будете чувствовать себя уютно и с языком С#.

Рис. 1.1. Генеалогическое дерево C#

Родственные связи C# и Java более сложные. Как пояснялось выше, Java также происходит от С и C++ и обладает общим с ними синтаксисом и объектной моделью. Как и Java, C# предназначен для получения переносимого кода, но C# не происходит непосредственно от Java. Напротив, C# и Java — это близкие, но не кровные родственники, имеющие общих предков, но во многом отличающиеся друг от друга. Впрочем, если вы знаете Java, то многие понятия C# окажутся вам знакомыми. С другой стороны, если вам в будущем придется изучать Java, то многие понятия, усвоенные в С#, могут быть легко распространены и на Java.

В C# имеется немало новых средств, которые будут подробно рассмотрены на страницах этой книги, но самое важное из них связано со встроенной поддержкой программных компонентов. В действительности C# может считаться компонентноориентированным языком программирования, поскольку в него внедрена встроенная поддержка написания программных компонентов. Например, в состав C# входят средства прямой поддержки таких составных частей программных компонентов, как свойства, методы и события. Но самой важной компонентно-ориентированной особенностью этого языка, вероятно, является возможность работы в безопасной среде многоязыкового программирования.

Развитие C#

С момента выпуска исходной версии 1.0 развитие C# происходило быстро. Вскоре после версии 1.0 корпорация Microsoft выпустила версию 1.1, в которую было внесено немало корректив, но мало значительных возможностей. Однако ситуация совершенно изменилась после выпуска версии C# 2.0.

Появление версии 2.0 стало поворотным моментом в истории развития С#, поскольку в нее было введено много новых средств, в том числе обобщения, частичные типы и анонимные методы, которые основательно расширили пределы возможностей и область применения этого языка, а также повысили его эффективность. После выпуска версии 2.0 "упрочилось" положение С#. Ее появление продемонстрировало также приверженность корпорации Microsoft к поддержке этого языка в долгосрочной перспективе.

Следующей значительной вехой в истории развития C# стал выпуск версии 3.0. В связи с внедрением многих новых свойств в версии C# 2.0 можно было ожидать некоторого замедления в развитии С#, поскольку программистам требовалось время для их освоения, но этого не произошло. С появлением версии 3.0 корпорация Microsoft внедрила ряд новшеств, совершенно изменивших общее представление о программировании. К числу этих новшеств относятся, среди прочего, лямбда-выражения, язык интегрированных запросов (LINQ), методы расширения и неявно типизированные переменные. Конечно, все эти новые возможности очень важны, поскольку они оказали заметное влияние на развитие данного языка, но среди них особенно выделяются две: язык интегрированных запросов (LINQ) и лямбда-выражения. Язык LINQ и лямбда-выражения вносят совершенно новый акцент в программирование на C# и еще глубже подчеркивают его ведущую роль в непрекращающейся эволюции языков программирования.

Текущей является версия C# 4.0, о которой и пойдет речь в этой книге. Эта версия прочно опирается на три предыдущие основные версии С#, дополняя их целым рядом новых средств. Вероятно, самыми важными среди них являются именованные и необязательные аргументы. В частности, именованные аргументы позволяют связывать аргумент с параметром по имени. А необязательные аргументы дают возможность указывать для параметра используемый по умолчанию аргумент. Еще одним важным новым средством является тип dynamic, применяемый для объявления объектов, которые проверяются на соответствие типов во время выполнения, а не компиляции. Кроме того, ковариантность и контравариантность параметров типа поддерживается благодаря новому применению ключевых слов in и out. Тем, кто пользуется моделью СОМ вообще и прикладными интерфейсами Office Automation API в частности, существенно упрощен доступ к этим средствам, хотя они и не рассматриваются в этой книге. В целом, новые средства, внедренные в версии C# 4.0, способствуют дальнейшей рационализации программирования и повышают практичность самого языка С#.

Еще два важных средства, внедренных в версии 4.0 и непосредственно связанных с программированием на С#, предоставляются не самим языком, а средой .NET Framework 4.0. Речь идет о поддержке параллельного программирования с помощью библиотеки распараллеливания задач (TPL) и параллельном варианте языка интегрированных запросов (PLINQ). Оба эти средства позволяют существенно усовершенствовать и упростить процесс создания программ, в которых применяется принцип параллелизма. И то и другое средство упрощает создание многопоточного кода, который масштабируется автоматически для использования нескольких процессоров, доступных на компьютере. В настоящее время широкое распространение получили компьютеры с многоядерными процессорами, и поэтому возможность распараллеливать выполнение кода среди всех доступных процессоров приобретает все большее значение практически для всех, кто программирует на С#. В силу этого особого обстоятельства средства TPL и PLINQ рассматриваются в данной книге.

 

Связь C# со средой .NET Framework

Несмотря на то что C# является самодостаточным языком программирования, у него имеется особая взаимосвязь со средой выполнения .NET Framework. Наличие такой взаимосвязи объясняется двумя причинами. Во-первых, C# первоначально предназначался для создания кода, который должен выполняться в среде .NET Framework. И во-вторых, используемые в C# библиотеки определены в среде .NET Framework. На практике это означает, что C# и .NET Framework тесно связаны друг с другом, хотя теоретически C# можно отделить от среды .NET Framework. В связи с этим очень важно иметь хотя бы самое общее представление о среде .NET Framework и ее значении для С#.

0 среде NET Framework

Назначение .NET Framework — служить средой для поддержки разработки и выполнения сильно распределенных компонентных приложений. Она обеспечивает совместное использование разных языков программирования, а также безопасность, переносимость программ и общую модель программирования для платформы Windows. Что же касается взаимосвязи с С#, то среда .NET Framework определяет два очень важных элемента. Первым из них является общеязыковая среда выполнения (Common Language Runtime — CLR). Это система, управляющая выполнением программ. Среди прочих преимуществ — CLR как составная часть среды .NET Framework поддерживает многоязыковое программирование, а также обеспечивает переносимость и безопасное выполнение программ.

Вторым элементом среды .NET Framework является библиотека классов. Эта библиотека предоставляет программе доступ к среде выполнения. Так, если требуется выполнить операцию ввода-вывода, например вывести что-нибудь на экран, то для этой цели используется библиотека классов .NET. Для тех, кто только начинает изучать программирование, понятие класса может оказаться незнакомым. Оно подробно разъясняется далее в этой книге, а пока достаточно сказать, что класс — это объектно-ориентированная конструкция, помогающая организовать программы. Если программа ограничивается средствами, определяемыми в библиотеке классов .NET, то такая программа может выполняться везде, где поддерживается среда выполнения .NET. А поскольку в C# библиотека классов .NET используется автоматически, то программы на C# заведомо оказываются переносимыми во все имеющиеся среды .NET Framework.

 

Принцип действия CLR

Среда CLR управляет выполнением кода .NET. Действует она по следующему принципу. Результатом компиляции программы на C# является не исполняемый код, а файл, содержащий особого рода псевдокод, называемый Microsoft Intermediate Language, MSIL (промежуточный язык Microsoft). Псевдокод MSIL определяет набор переносимых инструкций, не зависящих от конкретного процессора. По существу, MSIL определяет переносимый язык ассемблера. Следует, однако, иметь в виду, что, несмотря на кажущееся сходство псевдокода MSIL с байт-кодом Java, это все же разные понятия.

Назначение CLR — преобразовать промежуточный код в исполняемый код по ходу выполнения программы. Следовательно, всякая программа, скомпилированная в псевдокод MSIL, может быть выполнена в любой среде, где имеется реализация CLR. Именно таким образом отчасти достигается переносимость в среде .NET Framework.

Псевдокод MSIL преобразуется в исполняемый код с помощью ]1Т-компилятора. Сокращение JIT означает точно в срок и отражает оперативный характер данного компилятора. Процесс преобразования кода происходит следующим образом. При выполнении программы среда CLR активизирует JIT-компилятор, который преобразует псевдокод MSIL в собственный код системы по требованию для каждой части программы. Таким образом, программа на C# фактически выполняется как собственный код, несмотря на то, что первоначально она скомпилирована в псевдокод MSIL. Это означает, что такая программа выполняется так же быстро, как и в том случае, когда она исходно скомпилирована в собственный код, но в то же время она приобретает все преимущества переносимости псевдокода MSIL.

Помимо псевдокода MSIL, при компилировании программы на C# получаются также метаданные, которые служат для описания данных, используемых в программе, а также обеспечивают простое взаимодействие одного кода с другим. Метаданные содержатся в том же файле, что и псевдокод MSIL. 

 

Управляемый и неуправляемый код

Как правило, при написании программы на C# формируется так называемый управляемый код. Как пояснялось выше, такой код выполняется под управлением среды CLR, и поэтому на него накладываются определенные ограничения, хотя это и дает ряд преимуществ. Ограничения накладываются и удовлетворятся довольно просто: ком пи-лятор должен сформировать файл MSIL, предназначенный для выполнения в среде CLR, используя при этом библиотеку классов .NET, — и то и другое обеспечивается средствами С#. Ко многим преимуществам управляемого кода относятся, в частности, современные способы управления памятью, возможность программирования на разных языках, повышение безопасности, поддержка управления версиями и четкая организация взаимодействия программных компонентов.

В отличие от управляемого кода, неуправляемый код не выполняется в среде CLR. Следовательно, до появления среды .NET Framework во всех программах для Windows применялся неуправляемый код. Впрочем, управляемый и неуправляемый коды могут взаимодействовать друг с другом, а значит, формирование управляемого кода в C# совсем не означает, что на его возможность* взаимодействия с уже существующими программами накладываются какие-то ограничения.

Общеязыковая спецификация

Несмотря на все преимущества, которые среда CLR дает управляемому коду, для максимального удобства его использования вместе с программами, написанными на других языках, он должен подчинятся общеязыковой спецификации (Common Language Specification — CLS), которая определяет ряд общих свойств для разных .NET-совместимых языков. Соответствие CLS особенно важно при создании программных компонентов, предназначенных для применения в других языках. В CLS в качестве подмножества входит общая система типов (Common Type System — CTS), в которой определяются правила, касающиеся типов данных. И разумеется, в C# поддерживается как CLS, так и CTS.

 

Наибольшие трудности в изучении языка программирования вызывает то обстоятельство, что ни один из его элементов не существует обособленно. Напротив, все элементы языка действуют совместно. Такая взаимосвязанность затрудняет рассмотрение одного аспекта C# безотносительно к другому. Поэтому для преодоления данного затруднения в этой главе дается краткий обзор нескольких средств языка С#, включая общую форму программы на С#, ряд основных управляющих и прочих операторов. Вместо того чтобы углубляться в детали, в этой главе основное внимание уделяется лишь самым общим принципам написания любой программы на С#. А большинство вопросов, затрагиваемых по ходу изложения материала этой главы, более подробно рассматриваются в остальных главах части I.

 

Объектно-ориентированное программирование

Основным понятием C# является объектно-ориентированное программирование (ООП). Методика ООП неотделима от С#, и поэтому все программы на C# являются объектно-ориентированными хотя бы в самой малой степени. В связи с этим очень важно и полезно усвоить основополагающие принципы ООП, прежде чем приступать к написанию самой простой программы на С#.

ООП представляет собой эффективный подход к программированию. Методики программирования претерпели существенные изменения с момента изобретения

компьютера, постепенно приспосабливаясь, главным образом, к повышению сложности программ. Когда, например, появились первые ЭВМ, программирование заключалось в ручном переключении на разные двоичные машинные команды с переднего пульта управления ЭВМ. Такой подход был вполне оправданным, поскольку программы состояли всего из нескольких сотен команд. Дальнейшее усложнение программ привело к разработке языка ассемблера, который давал программистам возможность работать с более сложными программами, используя символическое представление отдельных машинных команд. Постоянное усложнение программ вызвало потребность в разработке и внедрении в практику программирования таких языков высокого уровня, как, например, FORTRAN и COBOL, которые предоставляли программистам больше средств для того, чтобы как-то справиться с постоянно растущей сложностью программ. Но как только возможности этих первых языков программирования были полностью исчерпаны, появились разработки языков структурного программирования, в том числе и С.

На каждом этапе развития программирования появлялись методы и инструментальные средства для "обуздания" растущей сложности программ. И на каждом таком этапе новый подход вбирал в себя все самое лучшее из предыдущих, знаменуя собой прогресс в программировании. Это же можно сказать и об ООП. До ООП многие проекты достигали (а иногда и превышали) предел, за которым структурный подход к программированию оказывался уже неработоспособным. Поэтому для преодоления трудностей, связанных с усложнением программ, и возникла потребность в ООП.

ООП вобрало в себя все самые лучшие идеи структурного программирования, объединив их с рядом новых понятий. В итоге появился новый и лучший способ организации программ. В самом общем виде программа может быть организована одним из двух способов: вокруг кода (т.е. того, что фактически происходит) или же вокруг данных (т.е. того, что подвергается воздействию). Программы, созданные только методами структурного программирования, как правило, организованы вокруг кода. Такой подход можно рассматривать "как код, воздействующий на данные".

Совсем иначе работают объектно-ориентированные программы. Они организованы вокруг данных, исходя из главного принципа: "данные управляют доступом к коду". В объектно-ориентированном языке программирования определяются данные и код, которому разрешается воздействовать на эти данные. Следовательно, тип данных точно определяет операции, которые могут быть выполнены над данными.

Для поддержки принципов ООП все объектно-ориентированные языки программирования, в том числе и С#, должны обладать тремя общими свойствами: инкапсуляцией, полиморфизмом и наследованием. Рассмотрим каждое из этих свойств в отдельности.

Инкапсуляция

Инкапсуляция — это механизм программирования, объединяющий вместе код и данные, которыми он манипулирует, исключая как вмешательство извне, так и неправильное использование данных. В объектно-ориентированном языке данные и код могут быть объединены в совершенно автономный черный ящик. Внутри такого ящика находятся все необходимые данные и код. Когда код и данные связываются вместе подобным образом, создается объект. Иными словами, объект — это элемент, поддерживающий инкапсуляцию.

В объекте код, данные или же и то и другое могут быть закрытыми или же открытыми. Закрытые данные или код известны и доступны только остальной части объекта. Это означает, что закрытые данные или код недоступны части программы, находящейся за пределами объекта. Если же данные или код оказываются открытыми, то они доступны другим частям программы, хотя и определены внутри объекта. Как правило, открытые части объекта служат для организации управляемого интерфейса с закрытыми частями.

Основной единицей инкапсуляции в C# является класс, который определяет форму объекта. Он описывает данные, а также код, который будет ими оперировать. В C# описание класса служит для построения объектов, которые являются экземплярами класса. Следовательно, класс, по существу, представляет собой ряд схематических описаний способа построения объекта.

Код и данные, составляющие вместе класс, называют членами. Данные, определяемые классом, называют полями, или переменными экземпляра. А код, оперирующий данными, содержится в функциях-членах, самым типичным представителем которых является метод. В C# метод служит в качестве аналога подпрограммы. (К числу других функций-членов относятся свойства, события и конструкторы.) Таким образом, методы класса содержат код, воздействующий на поля, определяемые этим классом.

Полиморфизм

Полиморфизм, что по-гречески означает "множество форм", — 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.

Тот же самый принцип может быть применен и в программировании. Рассмотрим для примера стек, т.е. область памяти, функционирующую по принципу "последним пришел — первым обслужен". Допустим, что в программе требуются три разных типа стеков: один — для целых значений, другой — для значений с плавающей точкой, третий — для символьных значений. В данном примере алгоритм, реализующий все эти стеки, остается неизменным, несмотря на то, что в них сохраняются разнотипные данные. В языке, не являющемся объектно-ориентированным, для этой цели пришлось бы создать три разных набора стековых подпрограмм с разными именами. Но благодаря полиморфизму для реализации всех трех типов стеков в C# достаточно создать лишь один общий набор подпрограмм. Зная, как пользоваться одним стеком, вы сумеете воспользоваться и остальными.

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.

Наследование

Наследование представляет собой процесс, в ходе которого один объект приобретает свойства другого объекта. Это очень важный процесс, поскольку он обеспечивает принцип иерархической классификации. Если вдуматься, то большая часть знаний поддается систематизации благодаря иерархической классификации по нисходящей. Например, сорт яблок "Джонатан" входит в общую классификацию сортов яблок, которые, в свою очередь, относятся к классу фруктов, а те — к еще более крупному классу пищевых продуктов. Это означает, что класс пищевых продуктов обладает рядом свойств (съедобности, питательности и т.д.), которые по логике вещей распространяются и на его подкласс фруктов. Помимо этих свойств, класс фруктов обладает своими собственными свойствами (сочностью, сладостью и т.д.), которыми он отличается от других пищевых продуктов. У класса яблок имеются свои характерные особенности (растут на деревьях, не в тропиках и т.д.). Таким образом, сорт яблок "Джонатан" наследует свойства всех предшествующих классов, обладая в то же время свойствами, присущими только этому сорту яблок, например красной окраской кожицы с желтым бочком и характерным ароматом и вкусом.

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.

Первая простая программа

А теперь самое время перейти к примеру конкретной программы на С#. Для начала скомпилируем и выполним короткую программу.

/*

Это простая программа на С#.

Назовем ее Example.cs.

*/

using System;

class Example {

    // Любая программа на C# начинается с вызова метода Main().

  static void Main() {

    Console.WriteLine("Простая программа на С#.");

  }

}

Основной средой для разработки программ на C# служит Visual Studio корпорации Microsoft. Для компилирования примеров всех программ, приведенных для примера в этой книге, в том числе и тех, где используются новые средства C# 4.0, вам потребуется Visual Studio 2010 или же более поздняя версия, поддерживающая С#.

Создавать, компилировать и выполнять программы на С#, используя Visual Studio, можно двумя способами: пользуясь, во-первых, интегрированной средой разработки Visual Studio, а во-вторых, — компилятором командной строки csc.ехе. Далее описываются оба способа.

Применение компилятора командной строки csc.ехе

Для коммерческой разработки программ вам, скорее всего, придется пользоваться интегрированной средой Visual Studio, хотя для некоторых читателей более удобным может оказаться компилятор, работающий в режиме командной строки, особенно для компилирования и выполнения примеров программ, приведенных в этой книге. Объясняется это тем, что для работы над отдельной программой не нужно создавать целый проект. Для этого достаточно написать программу, а затем скомпилировать и выполнить ее, причем все это делается из командной строки. Таким образом, если вы умеете пользоваться окном Командная строка (Command Prompt) и его интерфейсом в Windows, то компилятор командной строки окажется для вас более простым и оперативным инструментальным средством, чем интегрированная среда разработки.

-----------------------------------------------

ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ

Если вы не знаете, как пользоваться окном Командная строка, то вам лучше работать в интегрированной среде разработки Visual Studio. Ведь пытаться усвоить одновременно команды интерфейса Командная строка и элементы языка C# не так-то просто, несмотря на то, что запомнить эти команды совсем нетрудно.

-----------------------------------------------

Для написания и выполнения программ на C# с помощью компилятора командной строки выполните следующую несложную процедуру.

1. Введите исходный текст программы, используя текстовый редактор.

2. Скомпилируйте программу с помощью компилятора csc.ехе.

3. Выполните программу.

Ввод исходного текста программы

Исходный текст примеров программ, приведенных в этой книге, доступен для загрузки по адресу . Но при желании вы можете сами ввести исходный текст этих программ вручную. Для этого воспользуйтесь избранным текстовым редактором, например Notepad. Но не забывайте, что вы должны создать файлы, содержащие простой, а не отформатированный текст, поскольку информация форматирования текста, сохраняемая в файле для обработки текста, может помешать нормальной работе компилятора С#. Введя исходный текст программы, присвойте ее файлу имя Example.cs.

Компилирование программы

Для компилирования программы на C# запустите на выполнение компилятор csc.ехе, указав имя исходного файла в командной строке.

C:\>csc Example.cs

Компилятор csc создаст файл Example.ехе, содержащий версию MSIL данной программы. Несмотря на то что псевдокод MSIL не является исполняемым кодом, он содержится в исполняемом файле с расширением .ехе. Среда CLR автоматически вызывает JIT-компилятор при попытке выполнить файл Example.ехе. Следует, однако, иметь в виду, что если попытаться выполнить файл Example.ехе (или любой другой исполняемый файл, содержащий псевдокод MSIL) на том компьютере, где среда .NET Framework не установлена, то программа не будет выполнена, поскольку на этом компьютере отсутствует среда CLR.

-----------------------------------------------

ПРИМЕЧАНИЕ

Прежде чем запускать на выполнение компилятор csc. ехе, откройте окно Командная строка, Настроенное на VisualStudio. Для этого проще всего выбрать команду Visual Studios => Инструменты Visual Studio => Командная строка Visual Studio (Visual Studio => Visual Studio Tools => Visual Studio Command Prompt) из меню Пуск => Все программы (Start => AII Programs) на панели задач Windows. Кроме того, вы можете открыть ненастроенное окно Командная строка, а затем выполнить командный файл vsvars32.bat, входящий в состав Visual Studio.

-----------------------------------------------

Выполнение программы

Для выполнения программы введите ее имя в командной строке следующим образом.

С:\>Ехаmplе

В результате выполнения программы на экране появится такая строка.

Простая программа на С#.

Применение интегрированной среды разработки Visual Studio

Visual Studio представляет собой интегрированную среду разработки программ, созданную корпорацией Microsoft. Такая среда дает возможность править, компилировать, выполнять и отлаживать программы на С#, не покидая эту грамотно организованную среду. Visual Studio предоставляет не только все необходимые средства для работы с программами, но и помогает правильно организовать их. Она оказывается наиболее эффективной для работы над крупными проектами, хотя может быть с тем же успехом использована и для разработки небольших программ, например, тех, которые приведены в качестве примера в этой книге.

Ниже приведена краткая процедура правки, компилирования и выполнения программы на C# в интегрированной среде разработки Visual Studio 2010. При этом предполагается, что интегрированная среда разработки входит в состав пакета Visual Studio 2010 Professional. В других версиях Visual Studio возможны незначительные отличия.

1. Создайте новый (пустой) проект С#, выбрав команду Файл => Создать=> Проект (File => New => Project). Затем выберите элемент Windows из списка Установленные шаблоны (Installed Templates) и далее — шаблон Пустой проект (Empty Project), как показано на рисунке.

-----------------------------------------------

ПРИМЕЧАНИЕ

Имя и местоположение вашего проекта может отличаться от того, что показано здесь.

-----------------------------------------------

Щелкните на кнопке ОК, чтобы создать проект.

2. После создания нового проекта среда Visual Studio будет выглядеть так, как показано на рисунке.

Если по какой-либо причине окно Обозреватель решений (Solution Explorer) будет отсутствовать, откройте его с помощью команды Вид => Обозреватель решений (View => Solution Explorer).

3. На данном этапе проект пуст, и вам нужно ввести в него файл с исходным текстом программы на С#. Для этого щелкните правой кнопкой мыши на имени проекта (в данном случае — Project 1) в окне Обозреватель решений, а затем выберите команду Добавить (Add) из контекстного меню. В итоге появится подменю, показанное на рисунке.

4. Выберите команду Создать элемент (New Item), чтобы открыть диалоговое окно Добавление нового элемента (Add New Item). Выберите сначала элемент Код (Code) из списка Установленные шаблоны, а затем шаблон Файл с текстом программы (Code File) и измените имя файла на Example.cs, как показано на рисунке.

5. Введите выбранный файл в проект, щелкнув на кнопке Добавить. После этого экран будет выглядеть так, как показано на рисунке.

6. Введите исходный текст программы в окне с меткой Example.cs, после чего сохраните этот текст в файле. (Исходный текст примеров программ, приведенных в этой книге, можно свободно загрузить по адресу , чтобы не вводить его каждый раз вручную.) По завершении ввода исходного текста программы экран будет выглядеть так, как показано на рисунке.

7.    Скомпилируйте программу, выбрав команду Построение => Построить решение (Build => Build Solution).

8.    Выполните программу, выбрав команду Отладка => Запуск без отладки (Debug => Start Without Debugging). В результате выполнения программы откроется окно, показанное на рисунке.

Как следует из приведенной выше процедуры, компилирование коротких программ в интегрированной среде разработки требует выполнения немалого числа шагов. Но для каждого примера программы из этой книги вам совсем не обязательно создавать новый проект. Вместо этого вы можете пользоваться одним и тем же проектом С#. С этой целью удалите текущий исходный файл и введите новый. Затем перекомпилируйте и выполните программу. Благодаря этому существенно упрощается весь процесс разработки коротких программ. Однако для разработки реальных приложений каждой программе потребуется отдельный проект.

-----------------------------------------------

ПРИМЕЧАНИЕ

Приведенных выше инструкций достаточно для компилирования и выполнения примеров программ, представленных в этой книге, но если вы собираетесь пользоваться Visual Studio как основной средой для разработки программ, вам придется более подробно ознакомиться с ее возможностями и средствами. Это весьма эффективная среда разработки программ, помогающая поддерживать крупные проекты на поддающемся управлению организационном уровне. Данная интегрированная среда разработки позволяет также правильно организовать файлы и связанные с проектом ресурсы. Поэтому целесообразно потратить время и приложить усилия, чтобы приобрести необходимые навыки работы в среде Visual Studio.

-----------------------------------------------

Построчный анализ первого примера программы

Несмотря на то что пример программы Example.cs довольно краток, в нем демонстрируется ряд ключевых средств, типичных для всех программ на С#. Проанализируем более подробно каждую строку этой программы, начиная с ее имени.

В отличие от ряда других языков программирования, и в особенности Java, где имя файла программы имеет большое значение, имя программы на C# может быть произвольным. Ранее вам было предложено присвоить программе из первого примера имя Example.cs, чтобы успешно скомпилировать и выполнить ее, но в C# файл с исходным текстом этой программы можно было бы назвать как угодно. Например, его можно было назвать Sample.cs, Test.cs или даже X.cs.

В файлах с исходным текстом программ на C# условно принято расширение .cs, и это условие вы должны соблюдать. Кроме того, многие программисты называют файлы с исходным текстом своих программ по имени основного класса, определенного в программе. Именно поэтому в рассматриваемом здесь примере было выбрано имя файла Example.cs. Но поскольку имена программ на C# могут быть произвольными, то они не указываются в большинстве примеров программ, приведенных в настоящей книге. Поэтому вы вольны сами выбирать для них имена.

Итак, анализируемая программа начинается с таких строк.

/*

Это простая программа на С#.

Назовем ее Example.cs.

*/

Эти строки образуют комментарий. Как и в большинстве других языков программирования, в C# допускается вводить комментарии в файл с исходным текстом программы. Содержимое комментария игнорируется компилятором. Но, с другой стороны, в комментарии дается краткое описание или пояснение работы программы для всех, кто читает ее исходный текст. В данном случае в комментарии дается описание программы и напоминание о том, что ее исходный файл называется Example.cs. Разумеется, в комментариях к реальным приложениям обычно поясняется работа отдельных частей программы или же функции конкретных средств.

В C# поддерживаются три стиля комментариев. Один из них приводится в самом начале программы и называется многострочным комментарием. Этот стиль комментария должен начинаться символами /* и оканчиваться символами */. Все, что находится между этими символами, игнорируется компилятором. Как следует из его названия, многострочный комментарий может состоять из нескольких строк.

Рассмотрим следующую строку программы.

using System;

Эта строка означает, что в программе используется пространство имен System. В C# пространство имен определяет область объявлений. Подробнее о пространстве имен речь пойдет далее в этой книге, а до тех пор поясним вкратце его назначение. Благодаря пространству имен одно множество имен отделяется от других. По существу, имена, объявляемые в одном пространстве имен, не вступают в конфликт с именами, объявляемыми в другом пространстве имен. В анализируемой программе используется пространство имен System, которое зарезервировано для элементов, связанных с библиотекой классов среды .NET Framework, применяемой в С#. Ключевое слово using просто констатирует тот факт, что в программе используются имена в заданном пространстве имен. (Попутно обратим внимание на весьма любопытную возможность создавать собственные пространства имен, что особенно полезно для работы над крупными проектами.)

Перейдем к следующей строке программы.

class Example {

В этой строке ключевое слово class служит для объявления вновь определяемого класса. Как упоминалось выше, класс является основной единицей инкапсуляции в С#, a Example — это имя класса. Определение класса начинается с открывающей фигурной скобки ({) и оканчивается закрывающей фигурной скобкой (}). Элементы, заключенные в эти фигурные скобки, являются членами класса. Не вдаваясь пока что в подробности, достаточно сказать, что в C# большая часть действий, выполняемых в программе, происходит именно в классе.

Следующая строка программы содержит однострочный комментарий.

// Любая программа на C# начинается с вызова метода Main().

Это второй стиль комментариев, поддерживаемых в С#. Однострочный комментарий начинается и оканчивается символами //. Несмотря на различие стилей комментариев, программисты нередко пользуются многострочными комментариями для более длинных примечаний и однострочными комментариями для коротких, построчных примечаний к программе. (Третий стиль комментариев, поддерживаемых в С#, применяется при создании документации и описывается в приложении А.)

Перейдем к анализу следующей строки программы.

static void Main() {

Эта строка начинается с метода Main(). Как упоминалось выше, в C# подпрограмма называется методом. И, как поясняется в предшествующем комментарии, именно с этой строки начинается выполнение программы. Выполнение всех приложений C# начинается с вызова метода Main(). Разбирать полностью значение каждого элемента данной строки пока что не имеет смысла, потому что для этого нужно знать ряд других средств С#. Но поскольку данная строка используется во многих примерах программ, приведенных в этой книге, то проанализируем ее вкратце.

Данная строка начинается с ключевого слова static. Метод, определяемый ключевым словом static, может вызываться до создания объекта его класса. Необходимость в этом объясняется тем, что метод Main() вызывается при запуске программы. Ключевое слово void указывает на то, что метод Main() не возвращает значение. В дальнейшем вы узнаете, что методы могут также возвращать значения. Пустые круглые скобки после имени метода Main означают, что этому методу не передается никакой информации. Теоретически методу Main() можно передать информацию, но в данном примере этого не делается. И последним элементом анализируемой строки является символ {, обозначающий начало тела метода Main(). Весь код, составляющий тело метода, находится между открывающими и закрывающими фигурными скобками.

Рассмотрим следующую строку программы. Обратите внимание на то, что она находится внутри метода Main().

Console.WriteLine("Простая программа на С#.");

В этой строке осуществляется вывод на экран текстовой строки "Простая программа на C#. Сам вывод выполняется встроенным методом WriteLine(). В данном примере метод WriteLine() выводит на экран строку, которая ему передается. Информация, передаваемая методу, называется аргументом. Помимо текстовых строк, метод WriteLine() позволяет выводить на экран другие виды информации. Анализируемая строка начинается с Console — имени предопределенного класса, поддерживающего ввод-вывод на консоль. Сочетание обозначений Console и WriteLine() указывает компилятору на то, что метод WriteLine() является членом класса Console. Применение в C# объекта для определения вывода на консоль служит еще одним свидетельством объектно-ориентированного характера этого языка программирования.

Обратите внимание на то, что оператор, содержащий вызов метода WriteLine(), оканчивается точкой с запятой, как, впрочем, и рассматривавшаяся ранее директива using System. Как правило, операторы в C# оканчиваются точкой с запятой. Исключением из этого правила служат блоки, которые начинаются символом { и оканчиваются символом }. Именно поэтому строки программы с этими символами не оканчиваются точкой с запятой. Блоки обеспечивают механизм группирования операторов и рассматриваются далее в этой главе.

Первый символ } в анализируемой программе завершает метод Main(), а второй — определение класса Example.

И наконец, в C# различаются прописные и строчные буквы. Несоблюдение этого правила может привести к серьезным осложнениям. Так, если вы неумышленно наберете main вместо Main или же writeline вместо WriteLine, анализируемая программа окажется ошибочной. Более того, компилятор C# не предоставит возможность выполнить классы, которые не содержат метод Main(), хотя и скомпилирует их. Поэтому если вы неверно наберете имя метода Main, то получите от компилятора сообщение об ошибке, уведомляющее о том, что в исполняемом файле Example.ехе не определена точка входа.

 

Обработка синтаксических ошибок

Если вы только начинаете изучать программирование, то вам следует научиться правильно истолковывать (и реагировать на) ошибки, которые могут появиться при попытке скомпилировать программу. Большинство ошибок компиляции возникает в результате опечаток при наборе исходного текста программы. Все программисты рано или поздно обнаруживают, что при наборе исходного текста программы очень легко сделать опечатку. Правда, если вы наберете что-нибудь неправильно, компилятор выдаст соответствующее сообщение о синтаксической ошибке при попытке скомпилировать вашу программу. В таком сообщении обычно указывается номер строки исходного текста программы, где была обнаружена ошибка, а также кратко описывается характер ошибки.

Несмотря на всю полезность сообщений о синтаксических ошибках, выдаваемых компилятором, они иногда вводят в заблуждение. Ведь компилятор C# пытается извлечь какой-то смысл из исходного текста, как бы он ни был набран. Именно по этой причине ошибка, о которой сообщает компилятор, не всегда отражает настоящую причину возникшего затруднения. Неумышленный пропуск открывающей фигурной скобки после метода Main() в рассмотренном выше примере программы приводит к появлению приведенной ниже последовательности сообщений об ошибках при компиляции данной программы компилятором командной строки сsc. (Аналогичные ошибки появляются при компиляции в интегрированной среде разработки Visual Studio.)

EX1.CS (12,21): ошибка CS1002: ; ожидалось

EX1.CS(13,22): ошибка CS1519: Недопустимая лексема '(' в

объявлении члена класса, структуры или интерфейса

EX1.CS(15,1): ошибка CS1022: Требуется определение типа

или пространства имен либо признак конца файла

Очевидно, что первое сообщение об ошибке нельзя считать верным, поскольку пропущена не точка с запятой, а фигурная скобка. Два других сообщения об ошибках вносят такую же путаницу.

Из всего изложенного выше следует, что если программа содержит синтаксическую ошибку, то сообщения компилятора не следует понимать буквально, поскольку они могут ввести в заблуждение. Для выявления истинной причины ошибки может потребоваться критический пересмотр сообщения об ошибке. Кроме того, полезно проанализировать несколько строк кода, предшествующих той строке, в которой обнаружена сообщаемая ошибка. Иногда об ошибке сообщается лишь через несколько строк после того места, где она действительно произошла.

 

Незначительное изменение программы

Несмотря на то что приведенная ниже строка указывается во всех примерах программ, рассматриваемых в этой книге, формально она не нужна.

using System;

Тем не менее она указывается ради удобства. Эта строка не нужна потому, что в C# можно всегда полностью определить имя с помощью пространства имен, к которому оно принадлежит. Например, строку

Console.WriteLine("Простая программа на С#.");

можно переписать следующим образом.

System.Console.WriteLine("Простая программа на С#.");

Таким образом, первый пример программы можно видоизменить так.

// В эту версию не включена строка "using System;".

class Example {

// Любая программа на C# начинается с вызова метода Main().

  static void Main() {

    // Здесь имя Console.WriteLine полностью определено.

    System.Console.WriteLine("Простая программа на С#.");

  }

}

Указывать пространство имен System всякий раз, когда используется член этого пространства, — довольно утомительное занятие, и поэтому большинство программистов на C# вводят директиву using System в начале своих программ, как это сделано в примерах всех программ, приведенных в данной книге. Следует, однако, иметь в виду, что любое имя можно всегда определить, явно указав его пространство имен, если в этом есть необходимость.

 

Вторая простая программа

В языке программирования, вероятно, нет более важной конструкции, чем переменная. Переменная — это именованная область памяти, для которой может быть установлено значение. Она называется переменной потому, что ее значение может быть изменено по ходу выполнения программы. Иными словами, содержимое переменной подлежит изменению и не является постоянным.

В приведенной ниже программе создаются две переменные — х и у.

// Эта программа демонстрирует применение переменных.

using System;

class Example2 {

  static void Main() {

    int x; // здесь объявляется переменная

    int y; // здесь объявляется еще одна переменная

    x = 100; // здесь переменной х присваивается значение 100

    Console.WriteLine("х содержит " + x);

    y = x / 2;

    Console.Write("у содержит x / 2: ");

    Console.WriteLine(y);

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

х содержит 100

у содержит х / 2: 50

В этой программе вводится ряд новых понятий. Прежде всего, в операторе

int х; // здесь объявляется переменная

объявляется переменная целочисленного типа с именем х. В C# все переменные должны объявляться до их применения. Кроме того, нужно обязательно указать тип значения, которое будет храниться в переменной. Это так называемый тип переменной. В данном примере в переменной х хранится целочисленное значение, т.е. целое число. Для объявления в C# переменной целочисленного типа перед ее именем указывается ключевое слово int. Таким образом, в приведенном выше операторе объявляется переменная х типа int.

В следующей строке объявляется вторая переменная с именем у.

int у; // здесь объявляется еще одна переменная

Как видите, эта переменная объявляется таким же образом, как и предыдущая, за исключением того, что ей присваивается другое имя.

В целом, для объявления переменной служит следующий оператор:

тип имя_переменной;

где тип — это конкретный тип объявляемой переменной, а имя_переменной — имя самой переменной. Помимо типа int, в C# поддерживается ряд других типов данных. В следующей строке программы переменной х присваивается значение 100.

х = 100; // здесь переменной х присваивается значение 100    ,

В C# оператор присваивания обозначается одиночным знаком равенства (=). Данный оператор выполняет копирование значения, расположенного справа от знака равенства, в переменную, находящуюся слева от него.

В следующей строке программы осуществляется вывод на экран текстовой строки 11 х содержит 11 и значения переменной х.

Console.WriteLine("х содержит " + х);

В этом операторе знак + обозначает, что значение переменной х выводится вслед за предшествующей ему текстовой строкой. Если обобщить этот частный случай, то с помощью знака операции + можно организовать сцепление какого угодно числа элементов в одном операторе с вызовом метода WriteLine().

В следующей строке программы переменной у присваивается значение переменной х, деленное на 2.

у = х / 2;

В этой строке значение переменной х делится на 2, а полученный результат сохраняется в переменной у. Таким образом, после выполнения данной строки в переменной у содержится значение 50. При этом значение переменной х не меняется. Как и в большинстве других языков программирования, в C# поддерживаются все арифметические операции, в том числе и перечисленные ниже.

+ Сложение

- Вычитание

* Умножение

/ Деление

Рассмотрим две оставшиеся строки программы.

Console.Write("у содержит х / 2: ");

Console.WriteLine(у);

В этих строках обнаруживаются еще две особенности. Во-первых, для вывода текстовой строки "у содержит х / 2 " на экран используется встроенный метод Write(). После этой текстовой строки новая строка не следует. Это означает, что последующий вывод будет осуществлен в той же самой строке. Метод Write() подобен методу WriteLine(), за исключением того, что после каждого его вызова вывод не начинается с новой строки. И во-вторых, обратите внимание на то, что в вызове метода WriteLine() указывается только переменная у. Оба метода, Write()  и WriteLine(), могут быть использованы для вывода значений любых встроенных в C# типов.

Прежде чем двигаться дальше, следует упомянуть еще об одной особенности объявления переменных. Две или более переменных можно указать в одном операторе объявления. Нужно лишь разделить их запятой. Например, переменные х и у могут быть объявлены следующим образом.

int х, у; // обе переменные объявляются в одном операторе

-----------------------------------------------

ПРИМЕЧАНИЕ

В C# внедрено средство, называемое неявно типизированной переменной. Неявно типизированными являются такие переменные, тип которых автоматически определяется компилятором. Подробнее неявно типизированные переменные рассматриваются в главе 3.

-----------------------------------------------

 

Другие типы данных

В предыдущем примере программы использовались переменные типа int. Но в переменных типа int могут храниться только целые числа. Их нельзя использовать в операциях с числами, имеющими дробную часть. Например, переменная типа int может содержать значение 18, но не значение 18,3. Правда, int — далеко не единственный тип данных, определяемых в С#. Для операций с числами, имеющими дробную часть, в C# предусмотрены два типа данных с плавающей точкой: float и double. Они обозначают числовые значения с одинарной и двойной точностью соответственно. Из этих двух типов чаще всего используется тип double.

Для объявления переменной типа double служит оператор

double result;

где result — это имя переменной типа double. А поскольку переменная result имеет тип данных с плавающей точкой, то в ней могут храниться такие числовые значения, как, например, 122,23, 0,034 или -19,0.

Для лучшего понимания.отличий между типами данных int и double рассмотрим такой пример программы.

/*

  Эта программа демонстрирует отличия между типами данных int и double.

*/

using System;

class Example3 {

  static void Main() {

    int ivar; // объявить целочисленную переменную

    double    dvar; // объявить    переменную    с    плавающей    точкой

    ivar =    100;  // присвоить    переменной    ivar    значение    100

    dvar = 100.0; // присвоить переменной dvar значение 100.0

    Console.WriteLine("Исходное значение ivar: " + ivar);

    Console.WriteLine("Исходное значение dvar: " + dvar);

    Console.WriteLine(); // вывести пустую строку

    // Разделить значения обеих переменных на 3. ivar =    ivar    / 3;

    dvar =    dvar / 3.0;

    Console.WriteLine("Значение ivar после деления: " + ivar);

    Console.WriteLine("Значение dvar после деления: " + dvar);

  }

}

Ниже приведен результат выполнения приведенной выше программы.

Исходное значение ivar: 100

Исходное значение dvar: 100

Значение ivar после деления: 33

Значение dvar после деления: 33.3333333333333

Как видите, при делении значения переменной ivar типа int на 3 остается лишь целая часть результата — 33, а дробная его часть теряется. В то же время при делении значения переменной dvar типа double на 3 дробная часть результата сохраняется.

Как демонстрирует данный пример программы, в числовых значениях с плавающей точкой следует использовать обозначение самой десятичной точки. Например, значение 100 в C# считается целым, а значение 100,0 — с плавающей точкой.

В данной программе обнаруживается еще одна особенность. Для вывода пустой строки достаточно вызвать метод WriteLine() без аргументов.

Типы данных с плавающей точкой зачастую используются в операциях с реальными числовыми величинами, где обычно требуется дробная часть числа. Так, приведенная ниже программа вычисляет площадь круга, используя значение 3,1416 числа "пи".

// Вычислить площадь круга.

using System;

class Circle {

  static void Main() { double radius; double area;

    radius = 10.0;

    area = radius * radius * 3.1416;

    Console.WriteLine("Площадь равна " + area);

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

Площадь равна 314.16

Очевидно, что вычисление площади круга не дало бы удовлетворительного результата, если бы при этом не использовались данные с плавающей точкой.

 

Два управляющих оператора

Выполнение программы внутри метода (т.е. в его теле) происходит последовательно от одного оператора к другому, т.е. по цепочке сверху вниз. Этот порядок выполнения программы можно изменить с помощью различных управляющих операторов, поддерживаемых в С#. Более подробно управляющие операторы будут рассмотрены в дальнейшем, а здесь они представлены вкратце, поскольку используются в последующих примерах программ.

Условный оператор

С помощью условного оператора if в C# можно организовать выборочное выполнение части программы. Оператор if действует в C# практически так же, как и оператор IF в любом другом языке программирования. В частности, с точки зрения синтаксиса он тождествен операторам i f в С, C++ и Java. Ниже приведена простейшая форма этого оператора.

if ( условие) оператор ;

Здесь условие представляет собой булево, т.е. логическое, выражение, принимающее одно из двух значений: "истина" или "ложь". Если условие истинно, то оператор выполняется. А если условие ложно, то выполнение программы происходит, минуя оператор. Ниже приведен пример применения условного оператора.

if (10 < 11) Console.WriteLine ( " 10 меньше 11 " );

В данном примере условное выражение принимает истинное значение, поскольку 10 меньше 11, и поэтому метод WriteLine() выполняется. А теперь рассмотрим другой пример.

if(10 < 9) Console.WriteLine ("не подлежит выводу");

В данном примере 10 не меньше 9. Следовательно, вызов метода WriteLine() не произойдет.

В C# определен полный набор операторов отношения, которые можно использовать в условных выражениях. Ниже перечислены все эти операторы и их обозначения.

Операция    Значение

<           Меньше

<=          Меньше или равно

>           Больше

>=          Больше или равно

==           Равно

!=          Не равно

Далее следует пример еще одной программы, демонстрирующей применение условного оператора if.

// Продемонстрировать применение условного оператора if.

using System;

class IfDemo {

  static void Main() {

    int a, b, c;

    a = 2;

    b = 3;

    if(a < b) Console.WriteLine("а меньше b");

    // He подлежит выводу.

    if(a == b) Console.WriteLine("этого никто не увидит");

    Console.WriteLine();

    c = a - b; //с содержит -1

    Console.WriteLine("с содержит -1 " );

    if(c >= 0) Console.WriteLine("значение с неотрицательно");

    if(c < 0) Console.WriteLine("значение с отрицательно");

    Console.WriteLine();

    c = b - a; // теперь с содержит 1

    Console.WriteLine("с содержит 1");

    if(c >= 0) Console.WriteLine("значение с неотрицательно");

    if(c < 0) Console.WriteLine ("значение с отрицательно ");

  }

}

Вот к какому результату приводит выполнение данной программы.

а меньше b

с содержит -1 значение с отрицательно

с содержит 1

значение с неотрицательно

Обратите внимание на еще одну особенность этой программы. В строке

int а, b, с;

три переменные, а,Ъ и с, объявляются списком, разделяемым запятыми. Как упоминалось выше, если требуется объявить две или более переменные одного и того же типа, это можно сделать в одном операторе, разделив их имена запятыми.

Оператор цикла

Для повторного выполнения последовательности операций в программе можно организовать цикл. Язык C# отличается большим разнообразием циклических конструкций. Здесь будет рассмотрен оператор цикла for. Как и у оператора if, у оператора for в C# имеются аналоги в С, C++ и Java. Ниже приведена простейшая форма этого оператора.

for ( инициализация ; условие; итерация) оператор ;

В самой общей форме в части инициализация данного оператора задается начальное значение переменной управления циклом. Часть условие представляет собой булево выражение, проверяющее значение переменной управления циклом. Если результат проверки истинен, то цикл продолжается. Если же он ложен, то цикл завершается. В части итерация определяется порядок изменения переменной управления циклом на каждом шаге цикла, когда он повторяется. Ниже приведен пример краткой программы, демонстрирующей применение оператора цикла for.

// Продемонстрировать применение оператора цикла- for.

using System;

class ForDemo {

  static void Main() { int count;

    for (count = 0; count < 5; count = count+1)

    Console.WriteLine("Это подсчет: " + count);

    Console.WriteLine("Готово!");

  }

}

Вот как выглядит результат выполнения данной программы.

Это подсчет: 0

Это подсчет: 1

Это подсчет: 2

Это подсчет: 3

Это подсчет: 4

Готово!

В данном примере count выполняет роль переменной управления циклом. В инициализирующей части оператора цикла for задается нулевое значение этой переменной. В начале каждого шага цикла, включая и первый, проверяется условие count < 5. Если эта проверка дает истинный результат, то выполняется оператор, содержащий метод WriteLine(). Далее выполняется итерационная часть оператора цикла for, где значение переменной count увеличивается на 1. Этот процесс повторяется до тех пор, пока значение переменной count не достигнет величины 5. В этот момент проверка упомянутого выше условия дает ложный результат, что приводит к завершению цикла. Выполнение программы продолжается с оператора, следующего после цикла.

Любопытно, что в программах, профессионально написанных на С#, вы вряд ли увидите итерационную часть оператора цикла в том виде, в каком она представлена в приведенном выше примере программы, т.е. вы редко встретите следующую строку.

count = count +1;

Дело в том, что в C# имеется специальный оператор инкремента, выполняющий приращение на 1 значение переменной, или так называемого операнда. Этот оператор обозначается двумя знаками + (++). Используя оператор инкремента, можно переписать приведенную выше строку следующим образом.

count++;

Таким образом, оператор цикла for из приведенного выше примера программы обычно записывается в следующем виде.

for (count = 0; count < 5; count++)

Опробуйте этот более краткий способ записи итерационной части цикла. Вы сами можете убедиться, что данный цикл выполняется так же, как и прежде.

В C# имеется также оператор декремента, обозначаемый двумя дефисами (--). Этот оператор уменьшает значение операнда на 1.

Использование кодовых блоков

Еще одним важным элементом C# является кодовый блок, который представляет собой группу операторов. Для его организации достаточно расположить операторы между открывающей и закрывающей фигурными скобками. Как только кодовый блок будет создан, он станет логическим элементом, который можно использовать в любом месте программы, где применяется одиночный оператор. В частности, кодовый блок может служить адресатом операторов if и for. Рассмотрим следующий оператор if.

if(w < h) {

  v = w * h;

  w = 0;

}

Если в данном примере кода значение переменной w меньше значения переменной h, то оба оператора выполняются в кодовом блоке. Они образуют внутри кодового блока единый логический элемент, причем один не может выполняться без другого. Таким образом, если требуется логически связать два (или более) оператора, то для этой цели следует создать кодовый блок. С помощью кодовых блоков можно более эффективно и ясно реализовать многие алгоритмы.    /

Ниже приведен пример программы, в которой кодовый блок служит для того, чтобы исключить деление на нуль.

// Продемонстрировать применение кодового блока.

using System;

class BlockDemo {

  static void Main() {

    int i, j, d;

    i = 5;

    j = 10;

    // Адресатом этого оператора if служит кодовый блок,

    if(i != 0) {

      Console.WriteLine ("i не равно нулю");

      d = j / i;

      Console.WriteLine("j / i равно " + d);

    }

  }

}

Вот к какому результату приводит выполнение данной программы.

i не равно нулю

j / i равно 2

В данном примере адресатом оператора if служит кодовый блок, а не единственный оператор. Если условие, управляющее оператором if, оказывается истинным, то выполняются три оператора в кодовом блоке. Попробуйте задать нулевое значение переменной i, чтобы посмотреть, что из этого получится.

Рассмотрим еще один пример, где кодовый блок служит для вычисления суммы и произведения чисел от 1 до 10.

// Вычислить сумму и произведение чисел от 1 до 10.

using System;

class ProdSum {

  static void Main() {

    int prod;

    int sum;

    int i;

    sum = 0;

    prod = 1;

    for (i=1; i <= 10; i++) {

      sum = sum + i;

      prod = prod * i;

    }

    Console.WriteLine("Сумма равна " + sum);

    Console.WriteLine("Произведение равно " + prod);

  }

}

Ниже приведен результат выполнения данной программы.

Сумма равна 55

Произведение равно 3628800

В данном примере внутри кодового блока организуется цикл для вычисления суммы и произведения. В отсутствие такого блока для достижения того же самого результата пришлось бы организовать два отдельных цикла.

И последнее: кодовые блоки не снижают эффективность программ во время их выполнения. Иными словами, наличие символов { и }, обозначающих кодовый блок, никоим образом не замедляет выполнение программы. В действительности применение кодовых блоков, как правило, приводит к повышению быстродействия и эффективности программ, поскольку они упрощают программирование определенных алгоритмов.

 

Точка с запятой и оформление исходного текста программы

В C# точка с запятой обозначает конец оператора. Это означает, что каждый оператор в отдельности должен оканчиваться точкой с запятой.

Как вы уже знаете, кодовый блок представляет собой набор логически связанных операторов, заключенных в фигурные скобки. Блок не оканчивается точкой с запятой, поскольку он состоит из группы операторов. Вместо этого окончание кодового блока обозначается закрывающей фигурной скобкой.

В C# конец строки не означает конец оператора — о его окончании свидетельствует только точка с запятой. Именно поэтому оператор можно поместить в любой части строки. Например, на языке C# строки кода

X = у;

у = у + 1;

Console.WriteLine(х + " " + у);

означают то же самое, что и строка кода

х = у; у = у + 1 ; Console.WriteLine(х + " " + у);

Более того, составные элементы оператора можно располагать в отдельных строках. Например, следующий фрагмент кода считается в C# вполне допустимым.

Console.WriteLine("Это длинная строка вывода" +

          х + у + z +

          "дополнительный вывод");

Такое разбиение длинных строк нередко применяется для того, чтобы сделать исходный текст программы более удобным для чтения. Оно помогает также исключить заворачивание слишком длинных строк.

Возможно, вы уже обратили внимание на то, что в предыдущих примерах программ некоторые операторы были набраны с отступом. В C# допускается свободная форма записи. Это означает, что взаимное расположение операторов в строке не имеет особого значения. Но с годами в программировании сложился общепринятый стиль оформления исходного текста программ с отступами, что существенно облегчает чтение этого текста. Именно этому стилю следуют примеры программ в данной книге, что рекомендуется делать и вам. В соответствии с этим стилем следует делать отступ (в виде нескольких пробелов) после каждой открывающей фигурной скобки и возвращаться назад после закрывающей фигурной скобки. А для некоторых операторов даже требуется дополнительный отступ, но об этом речь пойдет далее.

 

Ключевые слова C#

Основу любого языка программирования составляют его ключевые слова, поскольку они определяют средства, встроенные в этот язык. В C# определены два общих типа ключевых слов: зарезервированные и контекстные. Зарезервированные ключевые слова нельзя использовать в именах переменных, классов или методов. Их можно использовать только в качестве ключевых слов. Именно поэтому они и называются зарезервированными. Их иногда еще называют зарезервированными словами, или зарезервированными идентификаторами. В настоящее время в версии 4.0 языка C# определено 77 зарезервированных ключ^евых слов (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Ключевые слова, зарезервированные в языке C#

abstract

as

base

bool

break

byte

case

catch

char

checked

class

const

continue

decimal

default

delegate

do

double

else

enum

event

explicit

extern

false

finally

fixed

float

for

foreach

goto

if

implicit

in

int

interface

internal

is

lock

long

namespace

new

null

object

operator

out

override

params

private

protected

public

readonly

ref

return

sbyte

sealed

short

sizeof

stackalloc

static

string

struct

switch

this

throw

true

try

typeof

uint

ulong

unchecked

unsafe

ushort

using

virtual

volatile

void

while

Кроме того, в версии C# 4.0 определены 18 контекстных ключевых слов, которые приобретают особое значение в определенном контексте. В таком контексте они выполняют роль ключевых слов, а вне его они могут использоваться в именах других элементов программы, например в именах переменных. Следовательно, контекстные ключевые слова*формально не являются зарезервированными. Но, как правило, их следует считать зарезервированными, избегая их применения в любых других целях. Ведь применение контекстного ключевого слова в качестве имени какого-нибудь другого элемента программы может привести к путанице, и поэтому считается многими программистами плохой практикой. Контекстные ключевые слова приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Контекстные ключевые слова в C#

add

dynamic

from

get

global

group

into

join

let

orderby

partial

remove

select

set

value

var

where

yield

 

Идентификаторы

В C# идентификатор представляет собой имя, присваиваемое методу, переменной или любому другому определяемому пользователем элементу программы. Идентификаторы могут состоять из одного или нескольких символов. Имена переменных могут начинаться с любой буквы алфавита или знака подчеркивания. Далее может следовать буква, цифра или знак подчеркивания. С помощью знака подчеркивания можно повысить удобочитаемость имени переменной, как, например, line_count. Но идентификаторы, содержащие два знака подчеркивания подряд, например, max_value,

зарезервированы для применения в компиляторе. Прописные и строчные буквы в C# различаются. Так, например myvar и MyVar — это разные имена переменных. Ниже приведены некоторые примеры допустимых идентификаторов.

Test

X

У2

MaxLoad

up

top

my_var

sample23

Помните, что идентификатор не может начинаться с цифры. Например, 12х — недействительный идентификатор. Хорошая практика программирования требует выбирать идентификаторы, отражающие назначение или применение именуемых элементов.

Несмотря на то что зарезервированные ключевые слова нельзя использовать в качестве идентификаторов, в C# разрешается применять ключевое слово с предшествующим знаком @ в качестве допустимого идентификатора. Например, @for — действительный идентификатор. В этом случае в качестве идентификатора фактически служит ключевое слово for, а знак @ просто игнорируется. Ниже приведен пример программы, демонстрирующей применение идентификатора со знаком @.

// Продемонстрировать применение идентификатора со знаком

using System;

class IdTest {

static void Main() {

  int @if; // применение ключевого слова if

  //в качестве идентификатора

  for(@if = 0; @if < 10; @if++)

    Console.WriteLine ( "@if равно " + @if) ;

  }

}

Приведенный ниже результат выполнения этой программы подтверждает, что @if правильно интерпретируется в качестве идентификатора.

@if равно 0

@if равно 1

@if равно 2

@if равно 3

@if равно 4

@if равно 5

@if равно 6

@if равно 7

@if равно 8

@if равно 9

Откровенно говоря, применять ключевые слова со знаком @ в качестве идентификаторов не рекомендуется, кроме особых случаев. Помимо того, знак @ может предшествовать любому идентификатору, но такая практика программирования считается плохой.

 

Библиотека классов среды .NET Framework

В примерах программ, представленных в этой главе, применялись два встроенных метода: WriteLine() и Write(). Как упоминалось выше, эти методы являются членами класса Console, относящегося к пространству имен System, которое определяется в библиотеке классов для среды .NET Framework. Ранее в этой главе пояснялось, что среда C# опирается на библиотеку классов, предназначенную для среды .NET Framework, чтобы поддерживать операции ввода-вывода, обработку строк, работу в сети и графические пользовательские интерфейсы. Поэтому, вообще говоря, C# представляет собой определенное сочетание самого языка C# и стандартных классов .NET. Как будет показано далее, библиотека классов обеспечивает функциональные возможности, являющиеся неотъемлемой частью любой программы на С#. Для того чтобы научиться программировать на С#, нужно знать не только сам язык, но и уметь пользоваться стандартными классами. Различные элементы библиотеки классов для среды .NET Framework рассматриваются в части I этой книги, а в части II — сама библиотека по отдельным ее составляющим.

 

В этой главе рассматриваются три основополагающих элемента С#: типы данных, литералы и переменные.

В целом, типы данных, доступные в языке программирования, определяют те виды задач, для решения которых можно применять данный язык. Как и следовало ожидать, в C# предоставляется богатый набор встроенных типов данных, что делает этот язык пригодным для самого широкого применения. Любой из этих типов данных может служить для создания переменных и констант, которые в языке C# называются литералами.

 

О значении типов данных

Типы данных имеют особенное значение в С#, поскольку это строго типизированный язык. Это означает, что все операции подвергаются строгому контролю со стороны компилятора на соответствие типов, причем недопустимые операции не компилируются. Следовательно, строгий контроль типов позволяет исключить ошибки и повысить надежность программ. Для обеспечения контроля типов все переменные, выражения и значения должны принадлежать к определенному типу. Такого понятия, как "бестиповая" переменная, в данном языке программирования вообще не существует. Более того, тип значения определяет те операции, которые разрешается выполнять над ним. Операция, разрешенная для одного типа данных, может оказаться не-. допустимой для другого.

----------------------------------

ПРИМЕЧАНИЕ

В версии C# 4.0 внедрен новый тип данных, называемый dynamic и приводящий к отсрочке контроля типов до времени выполнения, вместо того чтобы производить подобный контроль во время компиляции. Поэтому тип dynamic является исключением из обычного правила контроля типов во время компиляции. Подробнее о типе dynamic речь пойдет в главе 17.

----------------------------------

 

Типы значений в C#

В C# имеются две общие категории встроенных типов данных: типы значений и ссылочные типы. Они отличаются по содержимому переменной. Если переменная относится к типу значения, то она содержит само значение, например 3,1416 или 212. А если переменная относится к ссылочному типу, то она содержит ссылку на значение. Наиболее распространенным примером использования ссылочного типа является класс, но о классах и ссылочных типах речь пойдет далее в этой книге. А здесь рассматриваются типы значений.

В основу языка C# положены 13 типов значений, перечисленных в табл. 3.1. Все они называются простыми типами, поскольку состоят из единственного значения. (Иными словами, они не состоят из двух или более значений.) Они составляют основу системы типов С#, предоставляя простейшие, низкоуровневые элементы данных, которыми можно оперировать в программе. Простые типы данных иногда еще называют примитивными.

Таблица. 3.1. Типы значений в C#

Тип        Значение

bool       Логический, предоставляет два значения: “истина” или “ложь”

byte       8-разрядный целочисленный без знака

char       Символьный

decimal     Десятичный (для финансовых расчетов)

double     С плавающей точкой двойной точности

float      С плавающей точкой одинарной точности

int        Целочисленный

long       Длинный целочисленный

sbyte      8-разрядный целочисленный со знаком

short      Короткий целочисленный

uint       Целочисленный без знака

ulong      Длинный целочисленный без знака

ushort     Короткий целочисленный без знака

В C# строго определены пределы и характер действия каждого типа значения. Исходя из требований к переносимости программ, C# не допускает в этом отношении никаких компромиссов. Например, тип int должен быть одинаковым во всех средах выполнения. Но в этом случае отпадает необходимость переписывать код для конкретной платформы. И хотя строгое определение размерности типов значений может стать причиной незначительного падения производительности в некоторых средах, эта мера необходима для достижения переносимости программ.

----------------------------------

ПРИМЕЧАНИЕ

Помимо простыхтипов, в C# определены еще три категории типов значений: перечисления, структуры и обнуляемые типы. Все они рассматриваются далее в этой книге.

----------------------------------

 

Целочисленные типы

В C# определены девять целочисленных типов: char, byte, sbyte, short, ushort, int, uint, long и ulong. Но тип char применяется, главным образом, для представления символов и поэтому рассматривается далее в этой главе. Остальные восемь целочисленных типов предназначены для числовых расчетов. Ниже представлены их диапазон представления чисел и разрядность в битах.

Тип    Разр.(бит) Диапазон представления чисел

byte   8          0 - 255

sbyte  8          -128 - +127

short  16          -32768 - +32767

ushort 16         0 - 65535

int    32         -2147483648 - +2147483647

uint   32         0 - 4294967295

long   64         -9223372036854775808 - +9223372036854775807

ulong  64         0 - 18446744073709551615

Как следует из приведенной выше таблицы, в C# определены оба варианта различных целочисленных типов: со знаком и без знака. Целочисленные типы со знаком отличаются от аналогичных типов без знака способом интерпретации старшего разряда целого числа. Так, если в программе указано целочисленное значение со знаком, то компилятор C# сгенерирует код, в котором старший разряд целого числа используется в качестве флага знака. Число считается положительным, если флаг знака равен 0, и отрицательным, если он равен 1. Отрицательные числа практически всегда представляются методом дополнения до двух, в соответствии с которым все двоичные разряды отрицательного числа сначала инвертируются, а затем к этому числу добавляется 1.

Целочисленные типы со знаком имеют большое значение для очень многих алгоритмов, но по абсолютной величине они наполовину меньше своих аналогов без знака. Вот как, например, выглядит число 32 767 типа short в двоичном представлении.

0111111111111111

Если установить старший разряд этого числа равным 1, чтобы получить значение со знаком, то оно будет интерпретировано как -1, принимая во внимание формат дополнения до двух. Но если объявить его как значение типа ushort, то после установки в 1 старшего разряда оно станет равным 65 535.

Вероятно, самым распространенным в программировании целочисленным типом является тип int. Переменные типа int нередко используются для управления циклами, индексирования массивов и математических расчетов общего назначения. Когда же требуется целочисленное значение с большим диапазоном представления чисел, чем у типа int, то для этой цели имеется целый ряд других целочисленных типов. Так, если значение нужно сохранить без знака, то для него можно выбрать тип uint, для больших значений со знаком — тип long, а для больших значений без знака — тип ulong. В качестве примера ниже приведена программа, вычисляющая расстояние от Земли до Солнца в дюймах. Для хранения столь большого значения в ней используется переменная типа long.

// Вычислить расстояние от Земли до Солнца в дюймах.

using System;

class Inches {

  static void Main() {

    long inches;

    long miles;

    miles = 93000000; // 93 000 000 миль до Солнца

    // 5 280 футов в миле, 12 дюймов в футе,

    inches = miles * 5280 * 12;

    Console.WriteLine("Расстояние до Солнца: " + inches + " дюймов.");

  }

}

Вот как выглядит результат выполнения этой программы.

Расстояние до Солнца: 5892480000000 дюймов.

Очевидно, что этот результат нельзя было бы сохранить в переменной типа int или uint.

Самыми мелкими целочисленными типами являются byte и sbyte. Тип byte представляет целые значения без знака в пределах от 0 до 255. Переменные типа byte особенно удобны для обработки исходных двоичных данных, например байтового потока, поступающего от некоторого устройства. А для представления мелких целых значений со знаком служит тип sbyte. Ниже приведен пример программы, в которой переменная типа byte используется для управления циклом, где суммируются числа от 1 до 100.

// Использовать тип byte.

using System;

class Use_byte {

  static void Main() {

    byte x;

    int sum;

    sum = 0;

    for(x = 1; x <= 100; x++) sum = sum + x;

    Console.WriteLine("Сумма чисел от 1 до 100 равна " + sum);

  }

}

Результат выполнения этой программы выглядит следующим образом.

Сумма чисел от 1 до 100 равна 5050

В приведенном выше примере программы цикл выполняется только от 1 до 100, что не превышает диапазон представления чисел для типа byte, и поэтому для управления этим циклом не требуется переменная более крупного типа.

Если же требуется целое значение, большее, чем значение типа byte или sbyte, но меньшее, чем значение типа int или uint, то для него можно выбрать тип short или ushort.

 

Типы для представления чисел с плавающей точкой

Типы с плавающей точкой позволяют представлять числа с дробной частью. В C# имеются две разновидности типов данных с плавающей точкой: float и double. Они представляют числовые значения с одинарной и двойной точностью соответственно. Так, разрядность типа float составляет 32 бита, что приближенно соответствует диапазону представления чисел от 5Е-45 до 3,4Е+38. А разрядность типа double составляет 64 бита, что приближенно соответствует диапазону представления чисел от 5Е-324 до

1,7Е+308.

В программировании на C# чаще применяется тип double, в частности, потому, что во многих математических функциях из библиотеки классов С#, которая одновременно является библиотекой классов для среды .NET Framework, используются числовые значения типа double. Например, метод Sqrt(), определенный в библиотеке классов System.Math, возвращает значение типа double, которое представляет собой квадратный корень из аргумента типа double, передаваемого данному методу. В приведенном ниже примере программы метод Sqrt() используется для вычисления радиуса окружности по площади круга.

// Определить радиус окружности по площади круга.

using System;

class FindRadius {

  static void Main() {

    Double r;

    Double area;

    area = 10.0;

    r = Math.Sqrt(area / 3.1416);

    Console.WriteLine("Радиус равен " + r);

  }

}

Результат выполнения этой программы выглядит следующим образом.

Радиус равен 1.78412203012729

В приведенном выше примере программы следует обратить внимание на вызов метода Sqrt(). Как упоминалось выше, метод Sqrt() относится к классу Math, поэтому в его вызове имя Math предшествует имени самого метода. Аналогичным образом имя класса Console предшествует имени метода WriteLine() в его вызове. При вызове некоторых, хотя и не всех, стандартных методов обычно указывается имя их класса, как показано в следующем примере.

В следующем примере программы демонстрируется применение нескольких тригонометрических функций, которые относятся к классу Math и входят в стандартную библиотеку классов С#. Они также оперируют данными типа double. В этом примере на экран выводятся значения синуса, косинуса и тангенса угла, измеряемого в пределах от 0,1 до 1,0 радиана.

// Продемонстрировать применение тригонометрических функций.

using System;

class Trigonometry {

  static void Main() {

    Double theta; // угол в радианах

    for(theta = 0.1; theta <= 1.0;

                     theta = theta +0.1) {

      Console.WriteLine("Синус угла " + theta +

                        " i равен " + Math.Sin(theta));

      Console.WriteLine("Косинус угла " + theta +

                        " равен " + Math.Cos(theta));

      Console.WriteLine("Тангенс угла " + theta +

                        " равен " + Math.Tan(theta));

      Console.WriteLine();

    }

  }

}

Ниже приведена лишь часть результата выполнения данной программы.

Синус угла 0.1 равен 0.0998334166468282

Косинус угла 0.1 равен 0.995004165278026

Тангенс угла 0.1 равен 0.100334672085451

Синус угла 0.2 равен 0.198669330795061

Косинус угла 0.2 равен 0.980066577841242

Тангенс угла 0.2 равен 0.202710035508673

Синус угла 0.3 равен 0.29552020666134

Косинус угла 0.3 равен 0.955336489125606

Тангенс угла 0.3 равен 0.309336249609623

Для вычисления синуса, косинуса и тангенса угла в приведенном выше примере были использованы стандартные методы Math.Sin(), Math.Cos() и Math.Tan(). Как и метод Math.Sqrt(), эти тригонометрические методы вызываются с аргументом типа double и возвращают результат того же типа. Вычисляемые углы должны быть указаны в радианах.

 

Десятичный тип данных

Вероятно, самым интересным среди всех числовых типов данных в C# является тип decimal, который предназначен для применения в финансовых расчетах. Этот тип имеет разрядность 128 бит для представления числовых значений в пределах от 1Е-28 до 7,9Е+28. Вам, вероятно, известно, что для обычных арифметических вычислений с плавающей точкой характерны ошибки округления десятичных значений. Эти ошибки исключаются при использовании типа decimal, который позволяет представить числа с точностью до 28 (а иногда и 29) десятичных разрядов. Благодаря тому что этот тип данных способен представлять десятичные значения без ошибок округления, он особенно удобен для расчетов, связанных с финансами.

Ниже приведен пример программы, в которой тип decimal используется в конкретном финансовом расчете. В этой программе цена со скидкой рассчитывается на основании исходной цены и скидки в процентах.

// Использовать тип decimal для расчета скидки.

using System;

class UseDecimal {

  static void Main() {

    decimal price;

    decimal discount;

    decimal discounted_price;

    // Рассчитать цену со скидкой,

    price = 19.95m;

    discount = 0.15m; // норма скидки составляет 15%

    discounted_price = price - ( price * discount);

    Console.WriteLine("Цена со скидкой: $" + discounted_price);

  }

}

Результат выполнения этой программы выглядит следующим образом.

Цена со скидкой: $16.9575

Обратите внимание на то, что значения констант типа decimal в приведенном выше примере программы указываются с суффиксом m. Дело в том, что без суффикса m эти значения интерпретировались бы как стандартные константы с плавающей точкой, которые несовместимы с типом данных decimal. Тем не менее переменной типа decimal можно присвоить целое значение без суффикса т, например 10. (Подробнее о числовых константах речь пойдет далее в этой главе.)

Рассмотрим еще один пример применения типа decimal. В этом примере рассчитывается будущая стоимость капиталовложений с фиксированной нормой прибыли в течение ряда лет.

/*

Применить тип decimal для расчета будущей стоимости капиталовложений.

*/

using System;

class FutVal {

  static void Main() {

    decimal amount;

    decimal rate_of_return;

    int years, i;

    amount = 1000.0M;

    rate_of_return = 0.07M;

    years = 10;

    Console.WriteLine("Первоначальные капиталовложения: $" + amount);

    Console.WriteLine("Норма прибыли: " + rate_of_return);

    Console.WriteLine("В течение " + years + " лет");

    for(i =0; i < years; i++)

        amount = amount + (amount * rate_of_return);

    Console.WriteLine("Будущая стоимость равна $" + amount);

  }

}

Вот как выглядит результат выполнения этой программы.

Первоначальные капиталовложения: $1000

Норма прибыли: 0.07

В течение 10 лет

Будущая стоимость равна $1967.151357289565322490000

Обратите внимание на то, что результат выполнения приведенной выше программы представлен с точностью до целого ряда десятичных разрядов, т.е. с явным избытком по сравнению с тем, что обычно требуется! Далее в этой главе будет показано, как подобный результат приводится к более "привлекательному" виду.

 

Символы

В C# символы представлены не 8-разрядным кодом, как во многих других языках программирования, например C++, а 16-разрядным кодом, который называется уникодом (Unicode). В уникоде набор символов представлен настолько широко, что он охватывает символы практически из всех естественных языков на свете. Если для многих естественных языков, в том числе английского, французского и немецкого, характерны относительно небольшие алфавиты, то в ряде других языков, например китайском, употребляются довольно обширные наборы символов, которые нельзя представить 8-разрядным кодом. Для преодоления этого ограничения в C# определен тип char, представляющий 16-разрядные значения без знака в пределах от 0 до 65 535. При этом стандартный набор символов в 8-разрядном коде ASCII является подмножеством уникода в пределах от 0 до 127. Следовательно, символы в коде ASCII по-прежнему остаются действительными в С#.

Для того чтобы присвоить значение символьной переменной, достаточно заключить это значение (т.е. символ) в одинарные кавычки. Так, в приведенном ниже фрагменте кода переменной ch присваивается символ X.

char ch;

ch = 'X';

Значение типа char можно вывести на экран с помощью метода WriteLine(). Например, в следующей строке кода на экран выводится значение переменной ch.

Console'.WriteLine ("Значение ch равно: " + ch) ;

Несмотря на то что тип char определен в C# как целочисленный, его не следует путать со всеми остальными целочисленными типами. Дело в том, что в C# отсутствует автоматическое преобразование символьных значений в целочисленные и обратно. Например, следующий фрагмент кода содержит ошибку.

char ch;

ch = 88; // ошибка, не выйдет

Ошибочность приведенного выше фрагмента кода объясняется тем, что 88 — это целое значение, которое не преобразуется автоматически в символьное. При попытке скомпилировать данный фрагмент кода будет выдано соответствующее сообщение об ошибке. Для того чтобы операция присваивания целого значения символьной переменной оказалась допустимой, необходимо осуществить приведение типа, о котором речь пойдет далее в этой главе.

 

Логический тип данных

Тип bool представляет два логических значения: "истина" и "ложь". Эти логические значения обозначаются в C# зарезервированными словами true и false соответственно. Следовательно, переменная или выражение типа bool будет принимать одно из этих логических значений. Кроме того, в C# не определено взаимное преобразование логических и целых значений. Например, 1 не преобразуется в значение true, а 0 — в значение false.

В приведенном ниже примере программы демонстрируется применение типа bool.

// Продемонстрировать применение типа bool.

using System;

class BoolDemo {

  static void Main() {

    bool b;

    b = false;

    Console.WriteLine("b равно " + b);

    b = true;

    Console.WriteLine("b равно " + b);

    // Логическое значение может управлять оператором if.

    if(b) Console.WriteLine("Выполняется.");

    b = false;

    if(b) Console.WriteLine("He выполняется.");

    // Результатом выполнения оператора отношения

    // является логическое значение.

    Console.WriteLine("10 > 9 равно " + (10 > 9));

  }

}

Эта программа дает следующий результат.

b равно False

b равно True

Выполняется.

10 > 9 равно True

В приведенной выше программе обнаруживаются три интересные особенности. Во-первых, при выводе логического значения тийа bool с помощью метода WriteLine() на экране появляется значение 'True" или "False". Во-вторых, самого значения переменной типа bool достаточно для управления оператором if. Для этого не нужно, например, записывать оператор if следующим образом.

if(b == true) . . .

И в-третьих, результатом выполнения оператора отношения является логическое значение. Именно поэтому в результате вычисления выражения 10 > 9 на экран выводится значение "True." Кроме того, выражение 10 > 9 следует заключить в скобки, поскольку оператор + имеет более высокий приоритет, чем оператор >.

 

Некоторые возможности вывода

До сих пор при выводе с помощью метода WriteLine() данные отображались в формате, используемом по умолчанию. Но в среде .NET Framework определен достаточно развитый механизм форматирования, позволяющий во всех деталях управлять выводом данных. Форматированный ввод-вывод подробнее рассматривается далее в этой книге, а до тех пор полезно ознакомиться с некоторыми возможностями форматирования. Они позволяют указать, в каком именно виде следует выводить значения с помощью метода WriteLine(). Благодаря этому выводимый результат выглядит более привлекательно. Следует, однако, иметь в виду, что механизм форматирования поддерживает намного больше возможностей, а не только те, которые рассматриваются в этом разделе.

При выводе списков данных в предыдущих примерах программ каждый элемент списка приходилось отделять знаком +, как в следующей строке.

Console.WriteLine("Вы заказали " + 2 +

" предмета по цене $" + 3 + " каждый.");

Конечно, такой способ вывода числовой информации удобен, но он не позволяет управлять внешним видом выводимой информации. Например, при выводе значения с плавающей точкой нельзя определить количество отображаемых десятичных разрядов. Рассмотрим оператор

Console.WriteLine("Деление 10/3 дает: " + 10.0/3.0);

который выводит следующий результат.

Деление 10/3 дает: 3.33333333333333

В одних случаях такого вывода может оказаться достаточно, а в других — он просто недопустим. Например, в финансовых расчетах после десятичной точки принято указывать лишь два десятичных разряда.

Для управления форматированием числовых данных служит другая форма метода WriteLine(), позволяющая встраивать информацию форматирования, как показано ниже.

WriteLine ("форматирующая строка", argO, argl, ... , argN );

В этой форме аргументы метода WriteLine() разделяются запятой, а не знаком +. А форматирующая строка состоит из двух элементов: обычных печатаемых символов, предназначенных для вывода в исходном виде, а также спецификаторов формата. Последние указываются в следующей общей форме:

{argnum, width: fmt}

где argnum — номер выводимого аргумента, начиная с нуля; width — минимальная ширина поля; fmt — формат. Параметры width и fmt являются необязательными.

Если во время выполнения в форматирующей строке встречается спецификатор формата, то вместо него подставляется и отображается соответствующий аргумент, обозначаемый параметром argnum. Таким образом, местоположение спецификатора формата в форматирующей строке определяет место отображения соответствующих данных. Параметры width и fmt'указывать необязательно. Это означает, что в своей простейшей форме спецификатор формата обозначает конкретный отображаемый аргумент. Например, спецификатор { 0 } обозначает аргумент агдО, спецификатор {1} — аргумент argl и т.д.

Начнем с самого простого примера. При выполнение оператора

Console.WriteLine("В феврале {0} или {1} дней.", 28, 29);

получается следующий результат.

В феврале 28 или 29 дней

Как видите, значение 2 8 подставляется вместо спецификатора { 0 }, а значение 2 9 — вместо спецификатора {1}. Следовательно, спецификаторы формата обозначают место в строке, где отображаются соответствующие аргументы (в данном случае — значения 28 и 29). Кроме того, обратите внимание на то, что дополнительные значения разделяются запятой, а не знаком +.

Ниже приведен видоизмененный вариант предыдущего оператора, в котором указывается ширина полей.

Console.WriteLine("В феврале {0,10} или {1,5} дней.", 28, 29);

Выполнение этого оператора дает следующий результат.

В феврале    28 или    29 дней.

Как видите, неиспользуемые части полей заполнены пробелами. Напомним, что минимальная ширина поля определяется параметром width. Если требуется, она может быть превышена при выводе результата.

Разумеется, аргументы, связанные с командой форматирования, не обязательно должны быть константами. Ниже приведен пример программы, которая выводит таблицу результатов возведения чисел в квадрат и куб. В ней команды форматирования используются для вывода соответствующих значений.

// Применить команды форматирования.

using System;

class DisplayOptions {

  static void Main() {

    int i;

    Console.WriteLine ("Число\tКвадрат\tКуб") ;

    for(i = 1; i < 10; i++)

      Console.WriteLine("{0}\t{1}\t{2}", i, i*i, i*i*i);

  }

}

Результат выполнения этой программы выглядит следующим образом.

Число Квадрат Куб

1      1       1

2     4       8

3      9       27

4     16      64

5     25      125

6     36      216

7      49      343

8     64      512

9      81      729

В приведенных выше примерах сами выводимые значения не форматировались. Но ведь основное назначение спецификаторов формата — управлять внешним видом выводимых данных. Чаще всего форматированию подлежат следующие типы данных: с плавающей точкой и десятичный. Самый простой способ указать формат данных — описать шаблон, который будет использоваться в методе WriteLine(). Для этого указывается образец требуемого формата с помощью символов #, обозначающих разряды чисел. Кроме того, можно указать десятичную точку и запятые, разделяющие цифры. Ниже приведен пример более подходящего вывода результата деления 10 на 3.

Console.WriteLine("Деление 10/3 дает: {0:#.##}", 10.0/3.0);

Выполнение этого оператора приводит к следующему результату.

Деление 10/3 дает: 3.33

В данном примере шаблон #.## указывает методу WriteLine() отобразить два десятичных разряда в дробной части числа. Следует, однако, иметь в виду, что метод WriteLine() может отобразить столько цифр слева от десятичной точки, сколько потребуется для правильной интерпретации выводимого значения.

Рассмотрим еще один пример. Оператор

Console.WriteLine("{0:###,###.##}", 123456.56) ;

дает следующий результат.

123,456.56

Для вывода денежных сумм, например, рекомендуется использовать спецификатор формата С.

decimal balance; balance = 12323.09m;

Console.WriteLine("Текущий баланс равен {0:C}", balance);

Результат выполнения этого фрагмента кода выводится в формате денежных сумм, указываемых в долларах США.

Текущий баланс равен $12,323.09

Форматом С можно также воспользоваться, чтобы представить в более подходящем виде результат выполнения рассматривавшейся ранее программы расчета цены со скидкой.

// Использовать спецификатор формата С для вывода

// результата в местной валюте.

using System;

class UseDecimal {

  static void Main() {

    decimal price;

    decimal discount;

    decimal discounted_price;

    // рассчитать цену со скидкой,

    price = 19.95m;

    discount = 0.15m; // норма скидки составляет 15%

    discounted_price = price - ( price * discount);

    Console.WriteLine("Цена со скидкой: {0:C}", discounted_price);

  }

}

Вот как теперь выглядит результат выполнения этой программы.

Цена со скидкой: 16,96 грн.

 

Литералы

В C# литералами называются постоянные значения, представленные в удобной для восприятия форме. Например, число 100 является литералом. Сами литералы и их назначение настолько понятны, что они применялись во всех предыдущих примерах программ без всяких пояснений. Но теперь настало время дать им формальное объяснение.

В C# литералы могут быть любого простого типа. Представление каждого литерала зависит от конкретного типа. Как пояснялось ранее, символьные литералы заключаются в одинарные кавычки. Например, 'а' и '%' являются символьными литералами.

Целочисленные литералы указываются в виде чисел без дробной части. Например, 10 и -100 — это целочисленные литералы. Для обозначения литералов с плавающей точкой требуется указывать десятичную точку и дробную часть числа. Например, 11.123 — это литерал с плавающей точкой. Для вещественных чисел с плавающей точкой в C# допускается также использовать экспоненциальное представление.

У литералов должен быть также конкретный тип, поскольку C# является строго типизированным языком. В этой связи возникает естественный вопрос: к какому типу следует отнести числовой литерал, например 2,123987 или 0.23? К счастью, для ответа на этот вопрос в C# установлен ряд простых для соблюдения правил.

Во-первых, у целочисленных литералов должен быть самый мелкий целочисленный тип, которым они могут быть представлены, начиная с типа int. Таким образом, у целочисленных литералов может быть один из следующих типов: int, uint, long или ulong в зависимости от значения литерала. И во-вторых, литералы с плавающей точкой относятся к типу double.

Если вас не устраивает используемый по умолчанию тип литерала, вы можете явно указать другой его тип с помощью суффикса. Так, для указания типа long к литералу присоединяется суффикс l или L. Например, 12 — это литерал типа int, a 12L — литерал типа long. Для указания целочисленного типа без знака к литералу присоединяется суффикс u или U. Следовательно, 100 — это литерал типа int, a 100U — литерал типа uint. А для указания длинного целочисленного типа без знака к литералу присоединяется суффикс ul или UL. Например, 984375UL — это литерал типа ulong.

Кроме того, для указания типа float к литералу присоединяется суффикс F или f. Например, 10.19F — это литерал типа float. Можете даже указать тип double, присоединив к литералу суффикс d или D, хотя это излишне. Ведь, как упоминалось выше, по умолчанию литералы с плавающей точкой относятся к типу double.

И наконец, для указания типа decimal к литералу присоединяется суффикс m или М. Например, 9.95М — это десятичный литерал типа decimal.

Несмотря на то что целочисленные литералы образуют по умолчанию значения типа int, uint, long или ulong, их можно присваивать переменным типа byte, sbyte, short или ushort, при условии, что присваиваемое значение может быть представлено целевым типом.

Шестнадцатеричные литералы

Вам, вероятно, известно, что в программировании иногда оказывается проще пользоваться системой счисления по основанию 16, чем по основанию 10. Система счисления по основанию 16 называется шестнадцатеричной. В ней используются числа от 0 до 9, а также буквы от А до F, которыми обозначаются десятичные числа 10,11,12,13, 14 и 15. Например, десятичному числу 16 соответствует шестнадцатеричное число 10. Вследствие того что шестнадцатеричные числа применяются в программировании довольно часто, в C# разрешается указывать целочисленные литералы в шестнадцатеричном формате. Шестнадцатеричные литералы должны начинаться с символов Ох, т.е. нуля и последующей латинской буквы "икс". Ниже приведены некоторые примеры шестнадцатеричных литералов.

count = OxFF; // 255 в десятичной системе

incr = 0x1а;    //    26 в десятичной системе

Управляющие последовательности символов

Большинство печатаемых символов достаточно заключить в одинарные кавычки, но набор в текстовом редакторе некоторых символов, например возврата каретки, вызывает особые трудности. Кроме того, ряд других символов, в том числе одинарные и двойные кавычки, имеют специальное назначение в С#, поэтому их нельзя использовать непосредственно. По этим причинам в C# предусмотрены специальные управляющие последовательности символов, иногда еще называемые константами с обратной косой чертой (табл. 3.2). Такие последовательности применяются вместо тех символов, которых они представляют.

Таблица 3.2. Управляющие последовательности символов

Управляющая

последователь-

ность           Описание

\a   Звуковой сигнал (звонок)

\b   Возврат на одну позицию

\f   Перевод страницы (переход на новую страницу)

\n   Новая строка (перевод строки)

\r   Возврат каретки

\t   Горизонтальная табуляция

\v   Вертикальная табуляция

\0   Пустой символ

\'   Одинарная кавычка

\"   Двойная кавычка

\\   Обратная косая черта

Например, в следующей строке кода переменной ch присваивается символ табуляции.

ch = '\t';

А в приведенном ниже примере кода переменной ch присваивается символ одинарной кавычки.

ch = '\'';

Строковые литералы

В C# поддерживается еще один тип литералов — строковый. Строковый литерал представляет собой набор символов, заключенных в двойные кавычки. Например следующий фрагмент кода:

"это тест"

представляет собой текстовую строку. Образцы подобных строк не раз встречались в приведенных выше примерах программ.

Помимо обычных символов, строковый литерал может содержать одну или несколько управляющих последовательностей символов, о которых речь шла выше. Рассмотрим для примера программу, в которой используются управляющие последовательности \n и \t.

// Продемонстрировать применение управляющих

// последовательностей символов в строковых литералах.

using System;

class StrDemo {

  static void Main() {

    Console.WriteLine("Первая строка\nВторая строка\nТретья строка");

    Console.WriteLine("Один\tДва\tТри");

    Console.WriteLine("Четыре\tПять\tШесть" ) ;

    // Вставить кавычки.

    Console.WriteLine("\"3ачем?\", спросил он.");

  }

}

Результат выполнения этой программы приведен ниже.

Первая строка

Вторая строка

Третья строка

Один     Два     Три

Четыре Пять    Шесть

"Зачем?", спросил он.

В приведенном выше примере программы обратите внимание на то, что для перехода на новую строку используется управляющая последовательность \n. Для вывода нескольких строк совсем не обязательно вызывать метод WriteLine() несколько раз — достаточно вставить управляющую последовательность \n в тех местах удлиненной текстовой строки (или строкового литерала), где должен происходить переход на новую строку. Обратите также внимание на то, как в текстовой строке формируется знак кавычек.

Помимо описанной выше формы строкового литерала, можно также указать буквальный строковый литерал. Такой литерал начинается с символа @, после которого следует строка в кавычках. Содержимое строки в кавычках воспринимается без изменений и может быть расширено до двух и более строк. Это означает, что в буквальный строковый литерал можно включить символы новой строки, табуляции и прочие, не прибегая к управляющим последовательностям. Единственное исключение составляют двойные кавычки ("), для указания которых необходимо использовать две двойные кавычки подряд (" "). В приведенном ниже примере программы демонстрируется применение буквальных строковых литералов.

// Продемонстрировать применение буквальных строковых литералов,

using System;

class Verbatim {   

static void Main() {

    Console.WriteLine(@"Это буквальный

строковый литерал,

занимающий несколько строк.

") ;

    Console.WriteLine(@"А это вывод с табуляцией:

1    2    3    4

5    6    7    8

");

    Console.WriteLine(@"Отзыв программиста: ""Мне нравится С#.""");

  }

}

Результат выполнения этой программы приведен ниже.

Это буквальный

строковый литерал,

занимающий несколько строк.

А это вывод с-табуляцией:

1    2    3    4

5    6    7    8

Отзыв программиста: "Мне нравится С#."

Следует особо подчеркнуть, что буквальные строковые литералы выводятся в том же виде, в каком они введены в исходном тексте программы.

Преимущество буквальных строковых литералов заключается в том, что они позволяют указать в программе выводимый результат именно так, как он должен выглядеть на экране. Но если выводится несколько строк, то переход на новую строку может нарушить порядок набора исходного текста программы с отступами. Именно по этой причине в примерах программ, приведенных в этой книге, применение буквальных строковых литералов ограничено. Тем не менее они приносят немало замечательных выгод во многих случаях, когда требуется форматирование выводимых результатов.

И последнее замечание: не путайте строки с символами. Символьный литерал, например 'X', обозначает одиночную букву типа char. А строка, состоящая из одного символа, например "X", по-прежнему остается текстовой строкой.

 

Более подробное рассмотрение переменных

Переменные объявляются с помощью оператора следующей формы:

тип имя_переменной;

где тип — это тип данных, хранящихся в переменной; а имя_переменной — это ее имя. Объявить можно переменную любого действительного типа, в том числе и описанных выше типов значений. Важно подчеркнуть, что возможности переменной определяются ее типом. Например, переменную типа bool нельзя использовать для хранения числовых значений с плавающей точкой. Кроме того, тип переменной нельзя изменять в течение срока ее существования. В частности, переменную типа int нельзя преобразовать в переменную типа char.

Все переменные в C# должны быть объявлены до их применения. Это нужно для того, чтобы уведомить компилятор о типе данных, хранящихся в переменной, прежде чем он попытается правильно скомпилировать любой оператор, в котором используется переменная. Это позволяет также осуществлять строгий контроль типов в С#.

В C# определено несколько различных видов переменных. Так, в предыдущих примерах программ использовались переменные, называемые локальными, поскольку они объявляются внутри метода.

Инициализация переменной

Задать значение переменной можно, в частности, с помощью оператора присваивания, как было не раз продемонстрировано ранее. Кроме того, задать начальное значение переменной можно при ее объявлении. Для этого после имени переменной указывается знак равенства (=) и присваиваемое значение. Ниже приведена общая форма инициализации переменной:

тип имя_переменной = значение;

где значение — это конкретное значение, задаваемое при создании переменной. Оно должно соответствовать указанному типу переменной.

Ниже приведены некоторые примеры инициализации переменных.

int count = 10; //    задать начальное значение 10 переменной count.

char ch = 'X';  // инициализировать переменную ch буквенным значением X.

float f = 1.2F  //    переменная    f    инициализируется    числовым    значением 1,2.

Если две или более переменные одного и того же типа объявляются списком, разделяемым запятыми, то этим переменным можно задать, например, начальное значение.

int a, b=8, с=19, d; // инициализировать переменные b и с

В данном примере инициализируются только переменные b и с.

Динамическая инициализация

В приведенных выше примерах в качестве инициализаторов переменных использовались только константы, но в C# допускается также динамическая инициализация переменных с помощью любого выражения, действительного на момент объявления переменной. Ниже приведен пример краткой программы для вычисления гипотенузы прямоугольного треугольника по длине его противоположных сторон.

// Продемонстрировать динамическую инициализацию.

using System;

class Dynlnit {

  static void Main() {

    // Длина сторон прямоугольного треугольника.

    double s1 = 4.0;

    double s2 = 5.0;

    // Инициализировать переменную hypot динамически,

    double hypot = Math.Sqrt( (s1 * s1) + (s2 * s2) );

    Console.Write("Гипотенуза треугольника со сторонами "

             + s1 + " и " + s2 + " равна ");

    Console.WriteLine("{0:#.###}.", hypot);

  }

}

Результат выполнения этой программы выглядит следующим образом.

Гипотенуза треугольника со сторонами 4 и 5 равна 6.403

В данном примере объявляются три локальные переменные: s1, s2 и hypot. Две из них (s1 и s2) инициализируются константами, А третья (hypot) динамически инициализируется вычисляемой длиной гипотенузы. Для такой инициализации используется выражение, указываемое в вызываемом методе Math.Sqrt(). Как пояснялось выше, для динамической инициализации пригодно любое выражение, действительное на момент объявления переменной. А поскольку вызов метода Math.Sqrt() (или любого другого библиотечного метода) является действительным на данный момент, то его можно использовать для инициализации переменной hypot. Следует особо подчеркнуть, что в выражении для инициализации можно использовать любой элемент, действительный на момент самой инициализации переменной, в том числе вызовы методов, другие переменные или литералы.

Неявно типизированные переменные

Как пояснялось выше, все переменные в C# должны быть объявлены. Как правило, при объявлении переменной сначала указывается тип, например int или bool, а затем имя переменной. Но начиная с версии C# 3.0, компилятору предоставляется возможность самому определить тип локальной переменной, исходя из значения, которым она инициализируется. Такая переменная называется неявно типизированной.

Неявно типизированная переменная объявляется с помощью ключевого слова var и должна быть непременно инициализирована. Для определения типа этой переменной компилятору служит тип ее инициализатора, т.е. значения, которым она инициализируется. Рассмотрим такой пример.

var е = 2.7183;

В данном примере переменная е инициализируется литералом с плавающей точкой, который по умолчанию имеет тип double, и поэтому она относится к типу double. Если бы переменная е была объявлена следующим образом:

var е = 2.7183F;

то она была бы отнесена к типу float.

В приведенном ниже примере программы демонстрируется применение неявно типизированных переменных. Он представляет собой вариант программы из предыдущего раздела, измененной таким образом, чтобы все переменные были типизированы неявно.

// Продемонстрировать применение неявно типизированных переменных,

using System;

class ImplicitlyTypedVar {

  static void Main() {

    //Эти переменные типизированы неявно. Они отнесены

    // к типу double, поскольку инициализирующие их

    // выражения сами относятся к типу double,

    var s1 = 4.0;

    var s2 = 5.0;

    //Итак, переменная hypot типизирована неявно и

    // относится к типу double, поскольку результат,

    // возвращаемый методом Sqrt(), имеет тип double,

    var hypot = Math.Sqrt((s1 * s1) + (s2 * s2));

    Console.Write("Гипотенуза треугольника со сторонами "

             + s1 + " by " + s2 + " равна ");

    Console.WriteLine("{0:#.###}.", hypot);

    // Следующий оператор не может быть скомпилирован,

    // поскольку переменная s1 имеет тип double и

    // ей нельзя присвоить десятичное значение.

    // s1 = 12.2М; // Ошибка!

  }

}

Результат выполнения этой программы оказывается таким же, как и прежде. Важно подчеркнуть, что неявно типизированная переменная по-прежнему остается строго типизированной. Обратите внимание на следующую закомментированную строку из приведенной выше программы.

// s1 = 12.2М; // Ошибка!

Эта операция присваивания недействительна, поскольку переменная s1 относится к типу double. Следовательно, ей нельзя присвоить десятичное значение. Единственное отличие неявно типизированной переменной от обычной, явно типизированной переменной, — в способе определения ее типа. Как только этот тип будет определен, он закрепляется за переменной до конца ее существования. Это, в частности, означает, что тип переменной s1 не может быть изменен по ходу выполнения программы.

Неявно типизированные переменные внедрены в C# не для того, чтобы заменить собой обычные объявления переменных. Напротив, неявно типизированные переменные предназначены для особых случаев, и самый примечательный из них имеет отношение к языку интегрированных запросов (LINQ), подробно рассматриваемому в главе 19. Таким образом, большинство объявлений переменных должно и впредь оставаться явно типизированными, поскольку они облегчают чтение и понимание исходного текста программы.

И последнее замечание: одновременно можно объявить только одну неявно типизированную переменную. Поэтому объявление

var s1 =4.0, s2=5.0; // Ошибка!

является неверным и не может быть скомпилировано. Ведь в нем предпринимается попытка объявить обе переменные, s1 и s2, одновременно.

 

Область действия и время существования переменных

Все переменные, использовавшиеся в предыдущих примерах программ, объявлялись в самом начале метода Main(). Но в C# локальную переменную разрешается объявлять в любом кодовом блоке. Как пояснялось в главе 2, кодовый блок начинается открывающей фигурной скобкой и оканчивается закрывающей фигурной скобкой. Этот блок и определяет область действия. Следовательно, всякий раз, когда начинается блок, образуется новая область действия. Прежде всего область действия определяет видимость имен отдельных элементов, в том числе и переменных, в других частях программы без дополнительного уточнения. Она определяет также время существования локальных переменных.

В C# к числу наиболее важных относятся области действия, определяемые классом и методом. Рассмотрение области действия класса (и объявляемых в ней переменных) придется отложить до того момента, когда в этой книге будут описываться классы. А до тех пор будут рассматриваться только те области действия, которые определяются методом или же в самом методе.

Область действия, определяемая методом, начинается открывающей фигурной скобкой и оканчивается закрывающей фигурной скобкой. Но если у этого метода имеются параметры, то и они входят в область действия, определяемую данным методом.

Как правило, локальные переменные объявляются в области действия, невидимой для кода, находящегося вне этой области. Поэтому, объявляя переменную в определенной области действия, вы тем самым защищаете ее от доступа или видоизменения вне данной области. Разумеется, правила области действия служат основанием для инкапсуляции.

Области действия могут быть вложенными. Например, всякий раз, когда создается кодовый блок, одновременно образуется и новая, вложенная область действия. В этом случае внешняя область действия охватывает внутреннюю область. Это означает, что локальные переменные, объявленные во внешней области действия, будут видимы для кода во внутренней области действия. Но обратное не справедливо: локальные переменные, объявленные во внутренней области действия, не будут видимы вне этой области.

Для того чтобы стала более понятной сущность вложенных областей действия, рассмотрим следующий пример программы.

// Продемонстрировать область действия кодового блока,

using System;

class ScopeDemo {

  static void Main() {

    int x; // Эта переменная доступна для всего кода внутри метода Main().

    x = 10;

    if (x == 10)    {  // начать новую область действия

      int у = 20; // Эта переменная доступна только в данном кодовом блоке.

      // Здесь доступны обе переменные, х и у.

      Console.WriteLine("х и у: " + x + " " + у);

      x = у * 2;

    }

    // у = 100; // Ошибка! Переменна у здесь недоступна.

    //А переменная х здесь по-прежнему доступна.

    Console.WriteLine("х равно " + x) ;

  }

}

Как поясняется в комментариях к приведенной выше программе, переменная х объявляется в начале области действия метода Main(), и поэтому она доступна для всего последующего кода в пределах этого метода. В блоке условного оператора if объявляется переменная у. А поскольку этот кодовый блок определяет свою собственную область действия, то переменная у видима только для кода в пределах данного блока. Именно поэтому строка line у = 100 ;, находящаяся за пределами этого блока, закомментирована. Если удалить находящиеся перед ней символы комментария (//), то во время компиляции программы произойдет ошибка, поскольку переменная у невидима за пределами своего кодового блока. В то же время переменная х может использоваться в блоке условного оператора i f, поскольку коду из этого блока, находящемуся во вложенной области действия, доступны переменные, объявленные в охватывающей его внешней области действия.

Переменные могут быть объявлены в любом месте кодового блока, но они становятся действительными только после своего объявления. Так, если объявить переменную в начале метода, то она будет доступна для всего остального кода в пределах этого метода. А если объявить переменную в конце блока, то она окажется, по существу, бесполезной, поскольку не будет доступной ни одному коду.

Если в объявление переменной включается инициализатор, то такая переменная инициализируется повторно при каждом входе в тот блок, в котором она объявлена. Рассмотрим следующий пример программы.

// Продемонстрировать время существования переменной.

using System;

class VarlnitDemo {

  static void Main() {

    int x;

    for(x = 0; x < 3; x++)    {

      int у = -1; // Переменная у инициализируется при каждом входе в блок.

      Console.WriteLine("у равно: " + у); // Здесь всегда выводится -1

      у = 100;

      Console.WriteLine("у теперь равно: " + у);

    }

  }

}

Ниже приведен результат выполнения этой программы.

У равно: -1

У теперь равно: 100

У равно: -1

У теперь равно: 100

У равно: -1

У теперь равно: 100

Как видите, переменная у повторно инициализируется одним и тем же значением -1 при каждом входе во внутренний цикл for. И несмотря на то, что после этого цикла ей присваивается значение 100, оно теряется при повторной ее инициализации.

В языке C# имеется еще одна особенность соблюдения правил области действия: несмотря на то, что блоки могут быть вложены, ни у одной из переменных из внутренней области действия не должно быть такое же имя, как и у переменной из внешней области действия. В приведенном ниже примере программы предпринимается попытка объявить две разные переменные с одним и тем же именем, и поэтому программа не может быть скомпилирована.

/*

В этой программе предпринимается попытка объявить во внутренней области действия переменную с таким же самым именем, как и у переменной, определенной во внешней области действия.

*** Эта программа не может быть скомпилирована. ***

*/

using System;

class NestVar {

  static void Main() {

    int count;

    for(count = 0; count < 10; count = count+1) {

      Console.WriteLine("Это подсчет: " + count);

      int count; // Недопустимо!!!

      for(count = 0; count < 2; count++)

      Console.WriteLine("В этой программе есть ошибка!");

    }

  }

}

Если у вас имеется некоторый опыт программирования на С или C++, то вам должно быть известно, что на присваивание имен переменным, объявляемым во внутренней области действия, в этих языках не существует никаких ограничений. Следовательно, в С и C++ объявление переменной count в кодовом блоке, входящем во внешний цикл for, как в приведенном выше примере, считается вполне допустимым. Но в С и C++ такое объявление одновременно означает сокрытие внешней переменной. Разработчики C# посчитали, что такого рода сокрытие имен может легко привести к программным ошибкам, и поэтому решили запретить его.

 

Преобразование и приведение типов

В программировании нередко значения переменных одного типа присваиваются переменным другого типа. Например, в приведенном ниже фрагменте кода целое значение типа int присваивается переменной с плавающей точкой типа float.

int i; float f;

i = 10;

f = i; // присвоить целое значение переменной типа float

Если в одной операции присваивания смешиваются совместимые типы данных, то значение в правой части оператора присваивания автоматически преобразуется в тип, указанный в левой его части. Поэтому в приведенном выше фрагменте кода значение переменной i сначала преобразуется в тип float, а затем присваивается переменной f. Но вследствие строгого контроля типов далеко не все типы данных в C# оказываются полностью совместимыми, а следовательно, не все преобразования типов разрешены в неявном виде. Например, типы bool и int несовместимы. Правда, преобразование несовместимых типов все-таки может быть осуществлено путем приведения. Приведение типов, по существу, означает явное их преобразование. В этом разделе рассматривается как автоматическое преобразование, так и приведение типов.

Автоматическое преобразование типов

Когда данные одного типа присваиваются переменной другого типа, неявное преобразование типов происходит автоматически при следующих условиях:

•    оба типа совместимы;

•    диапазон представления чисел целевого типа шире, чем у исходного типа.

Если оба эти условия удовлетворяются, то происходит расширяющее преобразование. Например, тип int достаточно крупный, чтобы вмещать в себя все действительные значения типа byte, а кроме того, оба типа, int и byte, являются совместимыми целочисленными типами, и поэтому для них вполне возможно неявное преобразование.

Числовые типы, как целочисленные, так и с плавающей точкой, вполне совместимы друг с другом для выполнения расширяющих преобразований. Так, приведенная ниже программа составлена совершенно правильно, поскольку преобразование типа long в тип double является расширяющим и выполняется автоматически.

// Продемонстрировать неявное преобразование типа long в тип double.

using System;

class LtoD {

  static void Main() { long L; double D;

    L = 100123285L;

    D = L;

    Console.WriteLine("L и D: " + L + " " + D);

  }

}

Если тип long может быть преобразован в тип double неявно, то обратное преобразование типа double в тип long неявным образом невозможно, поскольку оно не является расширяющим. Следовательно, приведенный ниже вариант предыдущей программы составлен неправильно.

// *** Эта программа не может быть скомпилирована. ***

using System;

/

class LtoD {

  static void Main() { long L; double D;

    D = 100123285.0;

    L = D; // Недопустимо!!!

    Console.WriteLine("L и D: " + L + " " + D);

  }

}

Помимо упомянутых выше ограничений, не допускается неявное взаимное преобразование типов decimal и float или double, а также числовых типов и char или bool. Кроме того, типы char и bool несовместимы друг с другом.

Приведение несовместимых типов

Несмотря на всю полезность неявных преобразований типов, они неспособны удовлетворить все потребности в программировании, поскольку допускают лишь расширяющие преобразования совместимых типов. А во всех остальных случаях приходится обращаться к приведению типов. Приведение — это команда компилятору преобразовать результат вычисления выражения в указанный тип. А для этого требуется явное преобразование типов. Ниже приведена общая форма приведения типов.

(целевой_тип) выражение

Здесь целевой_тип обозначает тот тип, в который желательно преобразовать указанное выражение. Рассмотрим для примера следующее объявление переменных.

double х, у;

Если результат вычисления выражения х/у должен быть типа int, то следует записать следующее.

(int) (х / у)

Несмотря на то что переменные х и у относятся к типу double, результат вычисления выражения х/у преобразуется в тип int благодаря приведению. В данном примере выражение х/у следует непременно указывать в скобках, иначе приведение к типу int будет распространяться только на переменную х, а не на результат ее деления на переменную у. Приведение типов в данном случае требуется потому, что неявное преобразование типа double в тип int невозможно.

Если приведение типов приводит к сужающему преобразованию, то часть информации может быть потеряна. Например, в результате приведения типа long к типу int часть информации потеряется, если значение типа long окажется больше диапазона представления чисел для типа int, поскольку старшие разряды этого числового значения отбрасываются. Когда же значение с плавающей точкой приводится к целочисленному, то в результате усечения теряется дробная часть этого числового значения. Так, если присвоить значение 1,23 целочисленной переменной, то в результате в ней останется лишь целая часть исходного числа (1), а дробная его часть (0,23) будет потеряна.

В следующем примере программы демонстрируется ряд преобразований типов, требующих приведения. В этом примере показан также ряд ситуаций, в которых приведение типов становится причиной потери данных.

// Продемонстрировать приведение типов.

using System;

class CastDemo {

  static void Main() {

    double x, y;

    byte b;

    int i;

    char ch;

    uint u;

    short s;

    long l;

    x = 10.0;

    y = 3.0;

    // Приведение типа double к типу int, дробная часть числа теряется,

    i = (int)(x / y) ;

    Console.WriteLine("Целочисленный результат деления х / у: " + i) ;

    Console.WriteLine();

    // Приведение типа int к типу byte без потери данных,

    i = 255;

    b = (byte)i;

    Console.WriteLine("b после присваивания 255: " + b + " -- без потери данных.");

    // Приведение типа int к типу byte с потерей данных,

    i = 257;

    b = (byte)i;

    Console.WriteLine("b после присваивания 257: " + b + " — с потерей данных.");

    Console.WriteLine();

    // Приведение типа uint к типу short без потери данных,

    u = 32000;

    s = (short) u;

    Console.WriteLine("s после присваивания 32000: " + s + " — без потери данных.");

    // Приведение типа uint к типу short с потерей данных,

    u = 64000;

    s = (short)u;

    Console.WriteLine("s после присваивания 64000: " + s + " — с потерей данных. ") ;

    Console.WriteLine();

    // Приведение типа long к типу uint без потери данных.

    l = 64000;

    u = (uint)l;

    Console.WriteLine("и после присваивания 64000: " + u + " -- без потери данных.");

    // Приведение типа long к типу uint с потерей данных.

    l = -12;

    u = (uint)1;

    Console.WriteLine("и после присваивания -12: " + u + " — с потерей данных.");

    Console.WriteLine();

    // Приведение типа int к типу char,

    b = 88; // код ASCII символа X

    ch = (char) b;

    Console.WriteLine("ch после присваивания 88: " + ch);

  }

}

Вот какой результат дает выполнение этой программы.

Целочисленный результат деления х / у: 3

b после присваивания 255: 255 -- без потери данных.

b после присваивания 257: 1 — с потерей данных.i

s после    присваивания    32000:    32000    --    без потери данных,

s после    присваивания    64000:    -1536    --    с потерей данных.

u после-присваивания    64000:    64000    —    без потери данных,

u после    присваивания    -12: 4294967284    -- с потерей данных.

ch после присваивания 88: X

Рассмотрим каждую операцию присваивания в представленном выше примере программы по отдельности. Вследствие приведения результата деления х/у к типу int отбрасывается дробная часть числа, а следовательно, теряется часть информации.

Когда переменной b присваивается значение 255, то информация не теряется, поскольку это значение входит в диапазон представления чисел для типа byte. Но когда переменной b присваивается значение 257, то часть информации теряется, поскольку это значение превышает диапазон представления чисел для типа byte. Приведение типов требуется в обоих случаях, поскольку неявное преобразование типа int в тип byte невозможно.

Когда переменной s типа short присваивается значение 32 000 переменной и типа uint, потери данных не происходит, поскольку это значение входит в диапазон представления чисел для типа short. Но в следующей операции присваивания переменная и имеет значение 64 000, которое оказывается вне диапазона представления чисел для типа short, и поэтому данные теряются. Приведение типов требуется в обоих случаях, поскольку неявное преобразование типа uint в тип short невозможно.

Далее переменной и присваивается значение 64 000 переменной 1 типа long. В этом случае данные не теряются, поскольку значение 64 000 оказывается вне диапазона представления чисел для типа uint. Но когда переменной и присваивается значение -12, данные теряются, поскольку отрицательные числа также оказываются вне диапазона представления чисел для типа uint. Приведение типов требуется в обоих случаях, так как неявное преобразование типа long в тип uint невозможно.

И наконец, когда переменной char присваивается значение типа byte, информация не теряется, но приведение типов все же требуется.

 

Преобразование типов в выражениях

Помимо операций присваивания, преобразование типов происходит и в самих выражениях. В выражении можно свободно смешивать два или более типа данных, при условии их совместимости друг с другом. Например, в одном выражении допускается применение типов short и long, поскольку оба типа являются числовыми. Когда в выражении смешиваются разные типы данных, они преобразуются в один и тот же тип по порядку следования операций.

Преобразования типов выполняются по принятым в C# правилам продвижения типов. Ниже приведен алгоритм, определяемый этими правилами для операций с двумя операндами.

ЕСЛИ один операнд имеет тип decimal, ТО и второй операнд продвигается к типу decimal (но если второй операнд имеет тип float или double, результат будет ошибочным).

ЕСЛИ один операнд имеет тип double, ТО и второй операнд продвигается к типу double.

ЕСЛИ один операнд имеет тип float, ТО и второй операнд продвигается к типу float.

ЕСЛИ один операнд имеет тип ulong, ТО и второй операнд продвигается к типу ulong (но если второй операнд имеет тип sbyte, short, int или long, результат будет ошибочным).

ЕСЛИ один операнд имеет тип long, ТО и второй операнд продвигается к типу long.

ЕСЛИ один операнд имеет тип uint, а второй — тип sbyte, short или int, ТО оба операнда продвигаются к типу long.

ЕСЛИ один операнд имеет тип uint, ТО и второй операнд продвигается к типу uint. ИНАЧЕ оба операнда продвигаются к типу int.

Относительно правил продвижения типов необходимо сделать ряд важных замечаний. Во-первых, не все типы могут смешиваться в выражении. В частности, неявное преобразование типа float или double в тип decimal невозможно, как, впрочем, и смешение типа ulong с любым целочисленным типом со знаком. Для смешения этих типов требуется явное их приведение.

Во-вторых, особого внимания требует последнее из приведенных выше правил. Оно гласит: если ни одно из предыдущих правил не применяется, то все операнды продвигаются к типу int. Следовательно, все значения типа char, sbyte, byte, ushort и short продвигаются к типу int в целях вычисления выражения. Такое продвижение типов называется целочисленным. Это также означает, что результат выполнения всех арифметических операций будет иметь тип не ниже int.

Следует иметь в виду, что правила продвижения типов применяются только к значениям, которыми оперируют при вычислении выражения. Так, если значение переменной типа byte продвигается к типу int внутри выражения, то вне выражения эта переменная по-прежнему относится к типу byte. Продвижение типов затрагивает только вычисление выражения.

Но продвижение типов может иногда привести к неожиданным результатам. Если, например, в арифметической операции используются два значения типа byte, то происходит следующее. Сначала операнды типа byte продвигаются к типу int. А затем выполняется операция, дающая результат типа int. Следовательно, результат выполнения операции, в которой участвуют два значения типа byte, будет иметь тип int. Но ведь это не тот результат, который можно было бы с очевидностью предположить. Рассмотрим следующий пример программы.

// Пример неожиданного результата продвижения типов!

using System;

class PromDemo {

  static void Main() {

    byte b;

    b = 10;

    b = (byte)(b * b); // Необходимо приведение типов!!

    Console.WriteLine("b: "+ b);

  }

}

Как ни странно, но когда результат вычисления выражения b*b присваивается обратно переменной b, то возникает потребность в приведении к типу byte! Объясняется это тем, что в выражении b*b значение переменной b продвигается к типу int и поэтому не может быть присвоено переменной типа byte без приведения типов. Имейте это обстоятельство в виду, если получите неожиданное сообщение об ошибке несовместимости типов в выражениях, которые, на первый взгляд, кажутся совершенно правильными.

Аналогичная ситуация возникает при выполнении операций с символьными операндами. Например, в следующем фрагменте кода требуется обратное приведение к типу char, поскольку операнды ch1 и ch2 в выражении продвигаются к типу int.

char ch1 = 'a', ch2 = 'b';

ch1 = (char) (ch1 + ch2);

Без приведения типов результат сложения операндов ch1 и ch2 будет иметь тип int, и поэтому его нельзя присвоить переменной типа char.

Продвижение типов происходит и при выполнении унарных операций, например с унарным минусом. Операнды унарных операций более мелкого типа, чем int (byte, sbyte, short и ushort), т.е. с более узким диапазоном представления чисел, продвигаются к типу int. То же самое происходит и с операндом типа char. Кроме того, если выполняется унарная операция отрицания значения типа uint, то результат продвигается к типу long.

Приведение типов в выражениях

Приведение типов можно применять и к отдельным частям крупного выражения. Это позволяет точнее управлять преобразованиями типов при вычислении выражения. Рассмотрим следующий пример программы, в которой выводятся квадратные корни чисел от 1 до 10 и отдельно целые и дробные части каждого числового результата. Для этого в данной программе применяется приведение типов, благодаря которому результат, возвращаемый методом Math.Sqrt(), преобразуется в тип int.

// Пример приведения типов в выражениях.

using System;

class CastExpr {

  static void Main() {

    double n;

    for ( n = 1.0; n <= 10; n++) {

      Console.WriteLine("Квадратный корень из {0} равен {1}",

                           n, Math.Sqrt(n));

      Console.WriteLine("Целая часть числа: {0} ",

                           (int)Math.Sqrt(n));

      Console.WriteLine("Дробная часть числа: {0} ",

                  Math.Sqrt(n) - (int)Math.Sqrt(n));

      Console.WriteLine();

    }

  }

}

Вот как выглядит результат выполнения этой программы.

Квадратный корень из 1 равен 1

Целая часть числа: 1

Дробная часть числа: 0

Квадратный корень из 2 равен 1.4142135623731

Целая часть числа: 1

Дробная часть числа: 0.414213562373095

Квадратный корень из 3

равен 1.73205080756888

Целая часть числа: 1

Дробная часть числа: 0.732050807568877

Квадратный корень из 4 равен 2

Целая часть числа: 2

Дробная часть числа: 0

Квадратный корень из 5 равен 2.23606797749979

Целая часть числа: 2

Дробная часть числа: 0.23606797749979

Квадратный корень из 6 равен 2.44948974278318

Целая чaсть числа: 2

Дробная часть числа: 0.449489742783178

Квадратный корень из 7 равен 2.64575131106459

Целая часть числа: 2

Дробная часть числа: 0.645751311064591

Квадратный корень из 8 равен 2.82842712474619

Целая часть числа: 2

Дробная часть числа: 0.82842712474619

Квадратный корень из 9 равен 3

Целая часть числа: 3

Дробная часть числа: 0

Квадратный корень из 10 равен 3.16227766016838

Целая часть числа: 3

Дробная часть числа: 0.16227766016838

Как видите, приведение результата, возвращаемого методом Math.Sqrt(), к типу int позволяет получить целую часть числа. Так, в выражении

Math.Sqrt(n) - (int) Math.Sqrt(n)

приведение к типу int дает целую часть числа, которая затем вычитается из всего числа, а в итоге получается дробная его часть. Следовательно, результат вычисления данного выражения имеет тип double. Но к типу int приводится только значение, возвращаемое вторым методом Math.Sqrt().

 

В языке C# предусмотрен обширный ряд операторов, предоставляющих программирующему возможность полного контроля над построением и вычислением выражений. Большинство операторов в C# относится к следующим категориям: арифметические, поразрядные, логические и операторы отношения. Все перечисленные категории операторов рассматриваются в этой главе. Кроме того, в C# предусмотрен ряд других операторов для_ особых случаев, включая индексирование массивов, доступ к членам класса и обработку лямбда-выражений. Эти специальные операторы рассматриваются далее в книге вместе с теми средствами, в которых они применяются.

 

Арифметические операторы

Арифметические операторы, представленные в языке С#, приведены ниже.

Оператор   Действие

+          Сложение

-          Вычитание, унарный минус

*          Умножение

/          Деление

%          Деление по модулю

—          Декремент

++         Инкремент

Операторы +,    *    и / действуют так, как предполагает их обозначение. Их можно применять к любому встроенному числовому типу данных.

Действие арифметических операторов не требует особых пояснений, за исключением следующих особых случаев. Прежде всего, не следует забывать, что когда оператор / применяется к целому числу, то любой остаток от деления отбрасывается; например, результат целочисленного деления 10/3 будет равен 3. Остаток от этого деления можно получить с помощью оператора деления по модулю (%), который иначе называется оператором вычисления остатка. Он дает остаток от целочисленного деления. Например, 10 % 3 равно 1. В C# оператор % можно применять как к целочисленным типам данных, так и к типам с плавающей точкой. Поэтому 10.0 % 3.0 также равно 1. В этом отношении C# отличается от языков С и C++, где операции деления по модулю разрешаются только для целочисленных типов данных. В приведенном ниже примере программы демонстрируется применение оператора деления по модулю.

// Продемонстрировать применение оператора %.

using System;

class ModDemo {

  static void Main() {

    int iresult, irem;

    double dresult, drem;

    iresult = 10 / 3;

    irem = 10 % 3;

    dresult = 10.0 / 3.0;

    drem = 10.0 % 3.0;

    Console.WriteLine("Результат и остаток от деления 10/3: "

           + iresult + " " + irem);

    Console.WriteLine("Результат и остаток от деления 10.0 / 3.0: "

           + dresult + " " + drem);

  }

}

Результат выполнения этой программы приведен ниже.

Результат и остаток от деления 10/3: 3 1

Результат и остаток от деления 10.0 / 3.0: 3.33333333333333 1

Как видите, обе операции, % целочисленного типа и с плавающей точкой, дают один и тот же остаток, равный 1.

Операторы инкремента и декремента

Операторы инкремента (++) и декремента (—) были представлены в главе 2. Как станет ясно в дальнейшем, они обладают рядом особых и довольно интересных свойств. Но сначала выясним основное назначение этих операторов.

Оператор инкремента увеличивает свой операнд на 1, а оператор декремента уменьшает операнд на 1. Следовательно, оператор

х+ + ;

равнозначен оператору х = х + 1; а оператор

х--;

равносилен оператору

х = х - 1;

Следует, однако, иметь в виду, что в инкрементной или декрементной форме значение переменной х вычисляется только один, а не два раза. В некоторых случаях это позволяет повысить эффективность выполнения программы.

Оба оператора инкремента и декремента можно указывать до операнда (в префиксной форме) или же после операнда (в постфиксной форме). Например, оператор

х = х + 1;

может быть записан в следующем виде:

++х; // префиксная форма

или же в таком виде:

х++; // постфиксная форма

В приведенном выше примере форма инкремента (префиксная или постфиксная) особого значения не имеет. Но если оператор инкремента или декремента используется в длинном выражении, то отличие в форме его записи уже имеет значение. Когда оператор инкремента или декремента предшествует своему операнду, то результатом операции становится значение операнда после инкремента или декремента. А когда оператор инкремента или декремента следует после своего операнда, то результатом операции становится значение операнда до инкремента или декремента. Рассмотрим следующий фрагмент кода.

х = 10;

у = ++х;

В данном случае значение переменной у будет установлено равным 11, поскольку значение переменной х сначала увеличивается на 1, а затем присваивается переменной у. Но во фрагменте кода

х = 10;

у = х++;

значение переменной у будет установлено равным 10, так как в этом случае значение переменной х сначала присваивается переменной у, а затем увеличивается на 1. В обоих случаях значение переменной х оказывается равным 11. Отличие состоит лишь том, когда именно это значение станет равным 11: до или после его присваивания переменной у.

Возможность управлять моментом инкремента или декремента дает немало преимуществ при программировании. Обратимся к следующему примеру программы, в которой формируется последовательный ряд чисел.

// Продемонстрировать отличие между префиксной

// и постфиксной формами оператора инкремента (++).

using System;

class PrePostDemo {

  static void Main() {

    int x, y;

    int i;

    x = 1;

    y = 0;

    Console.WriteLine("Ряд чисел, полученных " +

              "с помощью оператора у = у + х++;");

    for(i = 0; i < 10; i++)    {

      y = y + x++;    // постфиксная форма оператора ++

      Console.WriteLine(y + " ");

    }

    Console.WriteLine();

    x = 1;

    y = 0;

    Console.WriteLine("Ряд чисел, полученных    " +

              "с помощью оператора у = у + ++х;");

    for(i = 0; i < 10; i++)    {

      y = y + ++x;    // префиксная форма оператора ++

      Console.WriteLine(y + " ");

    }

    Console.WriteLine();

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

Ряд чисел, полученных с помощью оператора у = у + х++

1

3

б

10

15

14

21

28

36

45

55

Ряд чисел, полученных с помощью оператора у = у + ++х;

2

5

9

14

20

27

35

44

54

65

Как подтверждает приведенный выше результат, в операторе

у = у + х++;

первоначальное значение переменной х складывается с самим собрй, а полученный результат присваивается переменной у. После этого значение переменной х увеличивается на 1. Но в операторе

у = у + ++;

значение переменной х сначала увеличивается на 1, затем складывается с первоначальным значением этой же переменной, а полученный результат присваивается переменной у. Как следует из приведенного выше результата, простая замена префиксной формы записи оператора ++х постфиксной формой х++ приводит к существенному изменению последовательного ряда получаемых чисел.

И еще одно замечание по поводу приведенного выше примера: не пугайтесь выражений, подобных следующему:

у + ++х;

Такое расположение рядом двух операторов может показаться не совсем привычным, но компилятор воспримет их в правильной последовательности. Нужно лишь запомнить, что в данном выражении значение переменной у складывается с увеличенным на 1 значением переменной х.

 

Операторы отношения и логические операторы

В обозначениях оператор отношения и логический оператор термин отношения означает взаимосвязь, которая может существовать между двумя значениями, а термин логический — взаимосвязь между логическими значениями "истина7' и "ложь". И поскольку операторы отношения дают истинные или ложные результаты, то они нередко применяются вместе с логическими операторами. Именно по этой причине они и рассматриваются совместно в данном разделе.

Ниже перечислены операторы отношения.

Оператор    Значение

==          Равно

!=          Не равно

>           Больше

<           Меньше

>=          Больше или равно

<=          Меньше или равно

К числу логических относятся операторы, приведенные ниже.

Оператор    Значение

&           И

|           ИЛИ

^           Исключающее ИЛИ

&&          Укороченное И

||          Укороченное ИЛИ

!           НЕ

Результатом выполнения оператора отношения или логического оператора является логическое значение типа bool.

В целом, объекты можно сравнивать на равенство или неравенство, используя операторы отношения == и ! =. А операторы сравнения <, >, <= или >= могут применяться только к тем типам данных, которые поддерживают отношение порядка. Следовательно, операторы отношения можно применять ко всем числовым типам данных. Но значения типа bool могут сравниваться только на равенство или неравенство, поскольку истинные (true) и ложные (false) значения не упорядочиваются. Например, сравнение true > false в C# не имеет смысла.

Операнды логических операторов должны относиться к типу bool, а результат выполнения логической операции также относится к типу bool. Логические операторы &, |, л и ! поддерживают основные логические операции И, ИЛИ, исключающее ИЛИ и НЕ в соответствии с приведенной ниже таблицей истинности.

p     q     p & q  p | q  p  ^ q  !p

false false false  false  false  true

true  false false  true   true    false

false true  false  true   true   true

true   true  true   true   false  false

Как следует из приведенной выше таблицы, результатом выполнения логической операции исключающее ИЛИ будет истинное значение (true), если один и только один ее операнд имеет значение true.

Ниже приведен пример программы, демонстрирующий применение нескольких операторов отношения и логических операторов.

// Продемонстрировать применение операторов

// отношения и логических операторов.

using System;

class RelLogOps {

  static void Main() {

    int i, j;

    bool b1, b2;

    i = 10;

    j = 11 ;

    if(i < j) Console.WriteLine("i < j");

    if(i <= j) Console.WriteLine("i <= j");

    if (i != j) Console.WriteLine("i != j");

    if(i == j) Console.WriteLine("Нельзя выполнить");

    if(i >= j) Console.WriteLine("Нельзя выполнить");

    if(i > j) Console.WriteLine("Нельзя выполнить");

    b1 = true ;

    b2 = false;

    if(b1 & b2) Console.WriteLine("Нельзя выполнить");

    if(!(b1 & b2)) Console.WriteLine("!(b1 & b2) — true");

    if(b1 | b2) Console.WriteLine("bl I b2 - true");

    if(b1  ^ b2) Console.WriteLine("bl  ^ b2 — true");

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

i < j

i <= j

i != j

!(b1 & b2) — true 

b1 | b2 — true

b1  A b2 - true

Логические операторы в C# выполняют наиболее распространенные логические операции. Тем не менее существует ряд операций, выполняемых по правилам формальной логики. Эти логические операции могут быть построены с помощью логических операторов, поддерживаемых в С#. Следовательно, в С# предусмотрен такой набор логических операторов, которого достаточно для построения практически любой логической операции, в том числе импликации. Импликация — это двоичная операция, результатом которой является ложное значение только в том случае, если левый ее операнд имеет истинное значение, а правый — ложное. (Операция импликации отражает следующий принцип: истина не может подразумевать ложь.) Ниже приведена таблица истинности для операции импликации.

p       q       Результат импликации p и q

true    true    true

true     false    false

false   false    true

false   true    true

Операция импликации может быть построена на основе комбинации логических операторов ! и |, как в приведенной ниже строке кода.

! р I q

В следующем примере программы демонстрируется подобная реализация операции импликации.

// Построение операции импликации в С#.

using System;

class Implication {

  static void Main() {

    bool p=false, q=false;

    int i, j;

    for(i = 0 ; i <  2 ; i++) {

      for(j = 0; j < 2; j++) {

        if(i==0)  p  = true;

        if(i==1) p = false;

        if(j==0) q = true;

        if(j==1) q = false;

          Console.WriteLine("p равно " + p + ", q равно " + q);

        if ( !p | q)

          Console.WriteLine("Результат импликации " + p +

                " и " + q + " равен " + true);

        Console.WriteLine();

      }

    }

  }

}

Результат выполнения этой программы выглядит так.

p равно True, q равно True

Результат импликации True и True равен True

p равно True, q равно False

p равно False, q равно True

Результат импликации False и True равен True

p равно False, q равно False

Результат импликации False и False равен True

Укороченные логические операторы

В C# предусмотрены также специальные, укороченные, варианты логических операторов И и ИЛИ, предназначенные для получения более эффективного кода. Поясним это на следующих примерах логических операций. Если первый операнд логической операции И имеет ложное значение (false), то ее результат будет иметь ложное значение независимо от значения второго операнда. Если же первый операнд логической операции ИЛИ имеет истинное значение (true), то ее результат будет иметь истинное значение независимо от значения второго операнда. Благодаря тому что значение второго операнда в этих операциях вычислять не нужно, экономится время и повышается эффективность кода.

Укороченная логическая операция И выполняется с помощью оператора &&, а укороченная логическая операция ИЛИ — с помощью оператора | |. Этим укороченным логическим операторам соответствуют обычные логические операторы & и |. Единственное отличие укороченного логического оператора от обычного заключается в том, что второй его операнд вычисляется только по мере необходимости. -

В приведенном ниже примере программы демонстрируется применение укороченного логического оператора И. В этой программе с помощью операции деления по модулю определяется следующее: делится ли значение переменной d на значение переменной п нацело. Если остаток от деления n/d равен нулю, то п делится на d нацело.

Но поскольку данная операция подразумевает деление, то для проверки условия деления на нуль служит укороченный логический оператор И.

// Продемонстрировать применение укороченных логических операторов.

using System;

class SCops {

  static void Main() {

    int n, d;

    n = 10;

    d = 2;

    if(d != 0 && (n % d) == 0)

      Console.WriteLine(n + " делится нацело на " + d);

    d = 0; // задать нулевое значение переменной d

    // d равно нулю, поэтому второй операнд не вычисляется

    if(d != 0 && (n % d) == 0)

      Console.WriteLine(n + " делится нацело на " + d);

    // Если теперь попытаться сделать то же самое без укороченного

    // логического оператора, то возникнет ошибка из-за деления на нуль,

    if(d != 0 & (n % d) == 0)

      Console.WriteLine(n + " делится нацело на " + d);

  }

}

Для исключения ошибки из-за деления на нуль в операторе if сначала проверяется условие: равно ли нулю значение переменной d. Если оно равно нулю, то на этом выполнение укороченного логического оператора И завершается, а последующая операция деления по модулю не выполняется. Так, при первой проверке значение переменной d оказывается равным 2, поэтому выполняется операция деления по модулю. А при второй проверке это значение оказывается равным нулю, следовательно, операция деления по модулю пропускается, чтобы исключить деление на нуль. И наконец, выполняется обычный логический оператор И, когда вычисляются оба операнда. Если при этом происходит деление на нуль, то возникает ошибка при выполнении.

Укороченные логические операторы иногда оказываются более эффективными, чем их обычные аналоги. Так зачем же нужны обычные логические операторы И и ИЛИ? Дело в том, что в некоторых случаях требуется вычислять оба операнда логической операции И либо ИЛИ из-за возникающих побочных эффектов. Рассмотрим следующий пример программы.

// Продемонстрировать значение побочных эффектов.

using System;

class SideEffects {

  static void Main() {

    int i;

    bool someCondition = false;

    i = 0;

    //  Значение переменной i инкрементируется,

    //  несмотря на то, что оператор if не выполняется,

    if(someCondition & (++i < 100))

      Console.WriteLine("Не выводится");

    Console.WriteLine("Оператор if выполняется: " + i); // выводится 1

    // В данном случае значение переменной i не инкрементируется,

    // поскольку инкремент в укороченном логическом операторе опускается,

    if(someCondition && ( ++i < 100))

      Console.WriteLine("Не выводится");

    Console.WriteLine("Оператор if выполняется: " + i); // по-прежнему 1 !!

  }

}

Прежде всего обратим внимание на то, что переменная someCondition типа bool инициализируется значением false. Далее проанализируем каждый оператор if. Как следует из комментариев к данной программе, в первом операторе if переменная i инкрементируется, несмотря на то что значение переменной someCondition равно false. Когда применяется логический оператор &, как это имеет место в первом операторе if, выражение в правой части этого оператора вычисляется независимо от значения выражения в его левой части. А во втором операторе if применяется укороченный логический оператор. В этом случае значение переменной i не инкрементируется, поскольку левый операнд (переменная someCondition) имеет значение false, следовательно, выражение в правой части данного оператора пропускается. Из этого следует вывод: если в коде предполагается вычисление правого операнда логической операции И либо ИЛИ, то необходимо пользоваться неукороченными формами логических операций, доступных в С#.

И последнее замечание: укороченный оператор И называется также условным логическим оператором И, а укороченный оператор ИЛИ — условным логическим оператором ИЛИ.

 

Оператор присваивания

Оператор присваивания обозначается одиночным знаком равенства (=). В C# оператор присваивания действует таким же образом, как и в других языках программирования. Ниже приведена его общая форма.

имя_переменной = выражение

Здесь имя_переменной должно быть совместимо с типом выражения.

У оператора присваивания имеется одна интересная особенность, о которой вам будет полезно знать: он позволяет создавать цепочку операций присваивания. Рассмотрим, например, следующий фрагмент кода.

int х, у, z;

х = у = z = 100; // присвоить значение 100 переменным х, у и z

В приведенном выше фрагменте кода одно и то же значение 100 задается для переменных х, у и z с помощью единственного оператора присваивания. Это значение присваивается сначала переменной z, затем переменной у и, наконец, переменной х. Такой способ присваивания "по цепочке" удобен для задания общего значения целой группе переменных.

Составные операторы присваивания

В C# предусмотрены специальные составные операторы присваивания, упрощающие программирование некоторых операций присваивания. Обратимся сначала к простому примеру. Приведенный ниже оператор присваивания

X = X + 10;

можно переписать, используя следующий составной оператор присваивания.

X += 10;

Пара операторов += указывает компилятору на то, что переменной х должно быть присвоено ее первоначальное значение, увеличенное на 10.

Рассмотрим еще один пример. Оператор

х = х - 100;

и оператор

X -= 100;

выполняют одни и те же действия. Оба оператора присваивают переменной х ее первоначальное значение, уменьшенное на 100.

Для многих двоичных операций, т.е. операций, требующих наличия двух операндов, существуют отдельные составные операторы присваивания. Общая форма всех этих операторов имеет следующий вид:

имя_переменной ор = выражение

где ор — арифметический или логический оператор, применяемый вместе с оператором присваивания.

Ниже перечислены составные операторы присваивания для арифметических и логических операций.

+=

-=

*=

/=

%=

&=

|=

^=

Составные операторы присваивания записываются более кратко, чем их несоставные эквиваленты. Поэтому их иногда еще называют укороченными операторами присваивания.

У составных операторов присваивания имеются два главных преимущества. Во-первых, они более компактны, чем их "несокращенные" эквиваленты. И во-вторых, они дают более эффективный исполняемый код, поскольку левый операнд этих операторов вычисляется только один раз. Именно по этим причинам составные операторы присваивания чаще всего применяются в программах, профессионально написанных на С#.

 

Поразрядные операторы

В C# предусмотрен ряд поразрядных операторов, расширяющих круг задач, для решения которых можно применять С#. Поразрядные операторы воздействуют на отдельные двоичные разряды (биты) своих операндов. Они определены только для целочисленных операндов, поэтому их нельзя применять к данным типа bool, float или double.

Эти операторы называются поразрядными, поскольку они служат для проверки, установки или сдвига двоичных разрядов, составляющих целое значение. Среди прочего поразрядные операторы применяются для решения самых разных задач программирования на уровне системы, включая, например, анализ информации состояния устройства. Все доступные в C# поразрядные операторы приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Поразрядные операторы

Оператор  Значение

&          Поразрядное И

|         Поразрядное ИЛИ

^         Поразрядное исключающее ИЛИ

>>        Сдвиг вправо

<<        Сдвиг влево

~         Дополнение до 1 (унарный оператор НЕ)

Поразрядные операторы И, ИЛИ, исключающее ИЛИ и НЕ

Поразрядные операторы И, ИЛИ, исключающее ИЛИ и НЕ обозначаются следующим образом: &, |, ^ и ~. Они выполняют те же функции, что и их логические аналоги, рассмотренные выше. Но в отличие от логических операторов, поразрядные операторы действуют на уровне отдельных двоичных разрядов. Ниже приведены результаты поразрядных операций с двоичными единицами и нулями.

р   q   р & q  p | q  p ^ q   ~р

0   0     0      0      0      1

1   0     0      1      1      0

0   1     0      1      1      1

1   1     1      1      0      0

С точки зрения наиболее распространенного применения поразрядную операцию И можно рассматривать как способ подавления отдельных двоичных разрядов. Это означает, что если какой-нибудь бит в любом из операндов равен 0, то соответствующий бит результата будет сброшен в 0. Например:

 1101 0011

 1010 1010

&_________

 1000 0010

В приведенном ниже примере программы демонстрируется применение поразрядного оператора & для преобразования нечетных чисел в четные. Для этой цели достаточно сбросить младший разряд числа. Например, число 9 имеет следующий двоичный вид: 0000 1001. Если сбросить младший разряд этого числа, то оно станет числом 8, а в двоичной форме — 0000 1000.

// Применить поразрядный оператор И, чтобы сделать число четным.

using System;

class MakeEven {

  static void Main() {

    ushort num; ushort i;

    for(i =1; i <= 10; i++) {

      num = i;

      Console.WriteLine("num: " + num);

      num = (ushort) (num & 0xFFFE);

      Console.WriteLine("num после сброса младшего разряда: "

                  + num + "\n");

    }

  }

}

Результат выполнения этой программы приведен ниже.

num: 1

num после сброса младшего разряда: 0

num: 2

num после сброса младшего разряда: 2

num: 3

num после сброса младшего разряда: 2

num: 4

num после сброса младшего разряда: 4

num: 5

num после сброса младшего разряда: 4

num: 6

num после сброса младшего разряда: 6

num: 7

num после сброса младшего разряда: 6

num: 8

num после сброса младшего разряда: 8

num: 9

num после сброса младшего разряда: 8

num: 10

num после сброса младшего разряда: 10

Шестнадцатеричное значение 0xFFFE, используемое в поразрядном операторе И, имеет следующую двоичную форму: 1111 1111 1111 1110. Таким образом, поразрядная операция И оставляет без изменения все двоичные разряды в числовом значении переменной num, кроме младшего разряда, который сбрасывается в нуль. В итоге четные числа не претерпевают никаких изменений, а нечетные уменьшаются на 1 и становятся четными.

Поразрядным оператором И удобно также пользоваться для определения установленного или сброшенного состояния отдельного двоичного разряда. В следующем примере программы определяется, является ли число нечетным.

// Применить поразрядный оператор И, чтобы определить,

// является ли число нечетным.

using System;

class IsOdd {

  static void Main() {

    ushort num;

    num = 10;

    if((num & 1) == 1)

      Console.WriteLine("He выводится.") ;

    num = 11;

    if((num & 1) == 1)

      Console.WriteLine(num + " — нечетное число.");

  }

}

Вот как выглядит результат выполнения этой программы.

11 — нечетное число.

В обоих операторах if из приведенной выше программы выполняется поразрядная операция И над числовыми значениями переменной num и 1. Если младший двоичный разряд числового значения переменной num установлен, т.е. содержит двоичную 1, то результат поразрядной операции num & 1 оказывается равным 1. В противном случае он равен нулю. Поэтому оператор i f может быть выполнен успешно лишь в том случае, если проверяемое число оказывается нечетным.

Возможностью проверять состояние отдельных двоичных разрядов с помощью поразрядного оператора & можно воспользоваться для написания программы, в которой отдельные двоичные разряды проверяемого значения типа byte приводятся в двоичной форме. Ниже показан один из способов написания такой программы.

// Показать биты, составляющие байт.

using System;

class ShowBits {

  static void Main() {

    int t;

    byte val;

    val = 123;

    for(t=128; t > 0; t = t/2) {

      if((val & t) != 0)  Console.Write("1 ");

      if((val & t) == 0) Console.Write("0 ");

    }

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

0 1 1 1 1 0 1 1

В цикле for из приведенной выше программы каждый бит значения переменной val проверяется с помощью поразрядного оператора И, чтобы выяснить, установлен ли этот бит или сброшен. Если он установлен, то выводится цифра 1, а если сброшен, то выводится цифра 0.

Поразрядный оператор ИЛИ может быть использован для установки отдельных двоичных разрядов. Если в 1 установлен какой-нибудь бит в любом из операндов этого оператора, то в 1 будет установлен и соответствующий бит в другом операнде. Например:

 1101 0011

 1010 1010

|_________

 1111 1011

Используя поразрядный оператор ИЛИ, можно без особого труда превратить упоминавшийся выше пример программы, преобразующей нечетные числа в четные, в приведенный ниже обратный пример, где четные числа преобразуются в нечетные.

// Применить поразрядный оператор ИЛИ, чтобы сделать число нечетным.

using System;

class MakeOdd {

  static void Main() {

    ushort num;

    ushort i;

    for(i = 1; i <= 10; i++)    {

      num = i;

      Console.WriteLine("num: " + num);

      num = (ushort) (num | 1);

      Console.WriteLine("num после установки младшего разряда: " 

                 + num + "\n");

    }

  }

}

Результат выполнения этой программы выглядит следующим образом.

num: 1

num после установки младшего разряда: 1

num: 2

num после установки младшего разряда: 3

num: 3

num после установки младшего разряда: 3

num: 4

num после установки младшего разряда: 5

num: 5

num после установки младшего разряда: 5

num: 6

num после установки младшего разряда: 7

num: 7

num после установки младшего разряда: 7

num: 8

num после установки младшего разряда: 9

num: 9

num после установки младшего разряда: 9

num: 10

num после установки младшего разряда: 11

В приведенной выше программе выполняется поразрядная операция ИЛИ над каждым числовым значением переменной num и 1, поскольку 1 дает двоичное значение, в котором установлен младший разряд. В результате поразрядной операции ИЛИ над 1 и любым другим значением младший разряд последнего устанавливается, тогда как все остальные разряды остаются без изменения. Таким образом, результирующее числовое значение получается нечетным, если исходное значение было четным.

Поразрядный оператор исключающее ИЛИ устанавливает двоичный разряд операнда в том и только в том случае, если двоичные разряды сравниваемых операндов оказываются разными, как в приведенном ниже примере.

 0111 1111

 1011 1001

^_________

 1100 0110

У поразрядного оператора исключающее ИЛИ имеется одно интересное свойство, которое оказывается полезным в самых разных ситуациях. Так, если выполнить сначала поразрядную операцию исключающее ИЛИ одного значения X с другим значением Y, а затем такую же операцию над результатом предыдущей операции и значением Y, то вновь получится первоначальное значение X. Это означает, что в приведенном ниже фрагменте кода

R1 = X ^ Y;

R2 = R1 ^ Y;

значение переменной R2 оказывается в итоге таким же, как и значение переменной X. Следовательно, в результате двух последовательно выполняемых поразрядных операций исключающее ИЛИ, в которых используется одно и то же значение, получается первоначальное значение. Этим свойством данной операции можно воспользоваться для написания простой программы шифрования, в которой некоторое целое значение служит в качестве ключа для кодирования и декодирования сообщения с помощью операции исключающее ИЛИ над символами этого сообщения. В первый раз операция исключающее ИЛИ выполняется для кодирования открытого текста в зашифрованный, а второй раз — для декодирования зашифрованного текста в открытый. Разумеется, такое шифрование не представляет никакой практической ценности, поскольку оно может быть легко разгадано. Тем не менее оно служит интересным примером для демонстрации результатов применения поразрядных операторов исключающее ИЛИ, как в приведенной ниже программе.

// Продемонстрировать применение поразрядного оператора исключающее ИЛИ.

using System;

class Encode {

  static void Main() {

    char ch1 = 'H';

    char ch2 = 'i' ;

    char ch3 = '!';

    int key = 88;

    Console.WriteLine("Исходное сообщение: " + ch1 + ch2 + ch3) ;

    // Зашифровать сообщение,

    ch1 = (char) (ch1 ^ key);

    ch2 = (char) (ch2 ^ key);

    ch3 = (char) (ch3 ^ key);

    Console.WriteLine("Зашифрованное сообщение: " + ch1 + ch2 + ch3);

    // Расшифровать сообщение.

    ch1 = (char) (ch1 ^ key);   

    ch2 = (char) (ch2 ^ key);

    ch3 = (char) (ch3 ^ key);

    Console.WriteLine("Расшифрованное сообщение: " + ch1 + ch2 + ch3);

  }

}

Ниже приведен результат выполнения этой программы.

Исходное сообщение: Hi!

Зашифрованное сообщение: Qly

Расшифрованное сообщение: Hi!

Как видите, в результате выполнения двух последовательностей поразрядных операций исключающее ИЛИ получается расшифрованное сообщение. (Еще раз напомним, что такое шифрование не имеет никакой практической ценности, поскольку оно, в сущности, ненадежно.)

Поразрядный унарный оператор НЕ (или оператор дополнения до 1) изменяет на обратное состояние всех двоичных разрядов операнда. Так, если некоторое целое значение А имеет комбинацию двоичных разрядов 1001 0110, то в результате поразрядной операции ~А получается значение с комбинацией двоичных разрядов 0110 1001.

В следующем примере программы демонстрируется применение поразрядного оператора НЕ с выводом некоторого числа и его дополнения до 1 в двоичном коде.

// Продемонстрировать применение поразрядного унарного оператора НЕ.

using System;

class NotDemo {

  static void Main() {

  sbyte b = -34;

    for(int t=128; t > 0; t = t/2) {

      if((b & t) != 0)  Console.Write("1 ");

      if((b & t) == 0) Console.Write("0 ");

    }

Console.WriteLine();

    // обратить все биты b = (sbyte) ~b;

    b = (sbyte) ~b;

    for(int t=128; t > 0; t = t/2) {

      if((b & t) != 0)  Console.Write("1 ");

      if((b & t) == 0) Console.Write("0 ");

    }

  }

}

Результат выполнения этой программы приведен ниже.

1 1 0 1 1 1 1 0

0 0 1 0 0 0 0 1

Операторы сдвига

В C# имеется возможность сдвигать двоичные разряды, составляющие целое значение, влево или вправо на заданную величину. Для этой цели в C# определены два приведенных ниже оператора сдвига двоичных разрядов.

<<  Сдвиг влево

>>  Сдвиг вправо

Ниже приведена общая форма для этих операторов:

значение « число_битов

значение » число_битов

где число_битов — это число двоичных разрядов, на которое сдвигается указанное значение.

При сдвиге влево все двоичные разряды в указываемом значении сдвигаются на одну позицию влево, а младший разряд сбрасывается в нуль. При сдвиге вправо все двоичные разряды в указываемом значении сдвигаются на одну позицию вправо. Если вправо сдвигается целое значение без знака, то старший разряд сбрасывается в нуль. А если вправо сдвигается целое значение со знаком, то разряд знака сохраняется. Напомним, что для представления отрицательных чисел старший разряд целого числа устанавливается в 1. Так, если сдвигаемое значение является отрицательным, то при каждом сдвиге вправо старший разряд числа устанавливается в 1. А если сдвигаемое значение является положительным, то при каждом сдвиге вправо старший разряд числа сбрасывается в нуль.

При сдвиге влево и вправо крайние двоичные разряды теряются. Восстановить потерянные при сдвиге двоичные разряды нельзя, поскольку сдвиг в данном случае не является циклическим.

Ниже приведен пример программы, наглядно демонстрирующий действие сдвига влево и вправо. В данном примере сначала задается первоначальное целое значение, равное 1. Это означает, что младший разряд этого значения установлен. Затем это целое значение сдвигается восемь раз подряд влево. После каждого сдвига выводятся восемь младших двоичных разрядов данного значения. Далее процесс повторяется, но на этот раз 1 устанавливается на позиции восьмого разряда, а по существу, задается целое значение 128, которое затем сдвигается восемь раз подряд вправо.

// Продемонстрировать применение операторов сдвига.

using System;

class ShiftDemo {

  static void Main() {

    int val = 1;

    for(int i = 0; i < 8; i++) {

      for(int t=128; t > 0; t = t/2) {

        if((val & t) != 0) Console.Write("1 ");

        if((val & t) == 0) Console.Write("0 ");

      }

      Console.WriteLine();

      val = val << 1; // сдвиг влево

    }

    Console.WriteLine() ;

    val = 128;

    for(int i = 0; i < 8; i++) {

      for(int t=128; t > 0; t = t/2) {

        if((val & t) != 0) Console.Write("1 ");

        if((val & t) == 0) Console.Write("0 ");

      }

      Console.WriteLine();

      val = val >>1; // сдвиг вправо

    }

  }

}

Результат выполнения этой программы выглядит следующим образом.

0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 1 0 0 0

0 0 0 1 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0 0 0

0 1 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 0

0 1 0 0 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0 0 0

0 0 0 1 0 0 0 0

0 0 0 0 1 0 0 0

0 0 0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 0 0 1

Двоичные разряды соответствуют форме представления чисел в степени 2, и поэтому операторы сдвига могут быть использованы для умножения или деления целых значений на 2. Так, при сдвиге вправо целое значение удваивается, а при сдвиге влево — уменьшается наполовину. Разумеется, все это справедливо лишь в том случае, если крайние разряды не теряются при сдвиге в ту или иную сторону. Ниже приведен соответствующий пример.

// Применить операторы сдвига для умножения и деления на 2.

using System;

class MultDiv {

  static void Main() {

    int n;

    n = 10;

    Console.WriteLine("Значение переменной n: " + n) ;

    // Умножить на 2.

    n = n << 1;

    Console.WriteLine("Значение переменной n: после " +

                "операции n = n * 2: " + n) ;

    // Умножить на 4.

    n = n << 2;

    Console.WriteLine("Значение переменной n: после " +

                "операции n = n * 4: " + n) ;

    // Разделить на 2.

    n = n >> 1;

    Console.WriteLine("Значение переменной n: после " +

                "операции n = n / 2: " + n) ;

    // Разделить на 4.

    n = n >> 2;

    Console.WriteLine("Значение переменной n: после " +

                "операции n = n / 4: " + n) ;

    Console.WriteLine();

    // Установить переменную n в исходное состояние,

    n = 10;

    Console.WriteLine("Значение переменной n: " + n);

    // Умножить на 2 тридцать раз.

    n = n << 30; // данные теряются

    Console.WriteLine("Значение переменной n после " +

                "сдвига на 30 позиций влево: " + n);

  }

}

Ниже приведен результат выполнения этой программы.

Значение переменной n: 10

Значение переменной n: после  операции n = n * 2: 20 

Значение переменной n: после  операции n = n * 4: 80 

Значение переменной n: после  операции n = n / 2: 40 

Значение переменной n: после  операции n = n / 4: 10 

Значение переменной n: 10

Значение переменной n после сдвига на 30 позиций влево: -2147483648

Обратите внимание на последнюю строку приведенного выше результата. Когда целое значение 10 сдвигается влево тридцать раз подряд, информация теряется, поскольку двоичные разряды сдвигаются за пределы представления чисел для типа int. В данном случае получается совершенно ''непригодное" значение, которое оказывается к тому же отрицательным, поскольку в результате сдвига в старшем разряде, используемом в качестве знакового, оказывается 1, а следовательно, данное числовое значение должно интерпретироваться как отрицательное. Этот пример наглядно показывает, что применять операторы сдвига для умножения или деления на 2 следует очень аккуратно. (Подробнее о типах данных со знаком и без знака см. в главе 3.)

Поразрядные составные операторы присваивания

Все двоичные поразрядные операторы могут быть использованы в составных операциях присваивания. Например, в двух приведенных ниже операторах переменной х присваивается результат выполнения операции исключающее ИЛИ над первоначальным значением переменной х и числовым значением 127.

х = х  ^ 127;

х ^ = 127;

 

Оператор ?

Оператор ? относится к числу самых примечательных в С#. Он представляет собой условный оператор и часто используется вместо определенных видов конструкций if-then-else. Оператор ? иногда еще называют тернарным, поскольку для него требуются три операнда. Ниже приведена общая форма этого оператора.

Выражение1 ? Выражение2 : Выражение3 ;

Здесь Выражение1 должно относиться к типу bool, а Выражение2 и Выражение3 — к одному и тому же типу. Обратите внимание на применение двоеточия и его местоположение в операторе ?.

Значение выражения ? определяется следующим образом. Сначала вычисляется Выражение1 . Если оно истинно, то вычисляется Выражение2 , а полученный результат определяет значение всего выражения ? в целом. Если же Выражение1 оказывается ложным, то вычисляется Выражение3 , и его значение становится общим для всего выражения ?. Рассмотрим следующий пример, в котором переменной absval присваивается значение переменной val.

absval = val < 0 ? -val : val; // получить абсолютное значение переменной val

В данном примере переменной absval присваивается значение переменной val, если оно больше или равно нулю. Если же значение переменной val отрицательно, то переменной absval присваивается результат отрицания этого значения, что в итоге дает положительное значение.

Ниже приведен еще один пример применения оператора ?. В данной программе одно число делится на другое, но при этом исключается деление на нуль.

// Исключить деление на нуль, используя оператор?.

using System;

class NoZeroDiv {

  static void Main() {

    int result;

    for(int i = -5; i < 6; i++) {

      result = i != 0 ? 100 / i : 0;

      if (i != 0)

        Console.WriteLine("100 / " + i + " равно " + result);

    }

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

100 / -5 равно -20

100 / -4 равно -25

100 / -3 равно -33

100 / -2 равно -50

100 / -1 равно -100

100 / 1 равно 100

100 / 2 равно 50

100 / 3 равно 33

100 / 4 равно 25

100 / 5 равно 20

Обратите особое внимание на следующую строку из приведенной выше программы.

result = i != 0 ? 100 / i : 0;

В этой строке переменной result присваивается результат деления числа 100 на значение переменной i. Но это деление осуществляется лишь в том случае, если значение переменной i не равно нулю. Когда же оно равно нулю, переменной result присваивается значение, обнуляющее результат.

Присваивать переменной результат выполнения оператора ? совсем не обязательно. Например, значение, которое дает оператор ?, можно использовать в качестве аргумента при вызове метода. А если все выражения в операторе ? относятся к типу bool, то такой оператор может заменить собой условное выражение в цикле или операторе if. В приведенном ниже примере программы выводятся результаты деления числа 100 только на четные, ненулевые значения.

// Разделить только на четные, ненулевые значения.

using System;

class NoZeroDiv2 {

  static void Main() {

    for(int i = -5; i < 6; i++)

      if(i != 0 ? (i % 2 == 0) : false)

        Console.WriteLine("100 / " + i + " равно " + 100 / i);

  }

}

Обратите внимание на оператор if в приведенной выше программе. Если значение переменной i равно нулю, то оператор if дает ложный результат. А если значение переменной i не равно нулю, то оператор if дает истинный результат, когда значение переменной i оказывается четным, и ложный результат, если оно нечетное. Благодаря этому допускается деление только на четные и ненулевые значения. Несмотря на то что данный пример служит лишь для целей демонстрации, подобные конструкции иногда оказываются весьма полезными.

 

Использование пробелов и круглых скобок

В выражении на C# допускается наличие символов табуляции и пробелов, благодаря которым оно становится более удобным для чтения. Например, оба приведенных ниже выражения, по существу, одинаковы, но второе читается легче.

х=10/у*(127+х) ;

х = 10 / у * (127 + х) ;

Скобки могут служить для группирования подвыражений, по существу, повышая порядок предшествования заключенных в них операций, как в алгебре. Применение лишних или дополнительных скобок не приводит к ошибкам и не замедляет вычисление выражения. Поэтому скобки рекомендуется использовать, чтобы сделать более ясным и понятным порядок вычисления как для самого автора программы, так и для тех, кто будет разбираться в ней впоследствии. Например, какое из двух приведенных ниже выражение легче читается?

х = у/3-34*temp+127;

х = (у/3) - (34*temp) + 127;

 

Предшествование операторов

В табл. 4.2 приведен порядок предшествования всех операторов в С#: от самого высокого до самого низкого. В таблицу включен ряд операторов, рассматриваемых далее в этой книге.

Таблица 4.2. Предшествование операторов в C#

 

В этой главе речь пойдет об операторах, управляющих ходом выполнения программы на С#. Управляющие операторы разделяются на три категории: операторы выбора, к числу которых относятся операторы if и switch, итерационные операторы, в том числе операторы цикла for, while, do-while и foreach, а также операторы перехода: break, continue, goto, return и throw. За исключением оператора throw, который является неотъемлемой частью встроенного в C# механизма обработки исключительных ситуаций, рассматриваемого в главе 13, все остальные управляющие операторы представлены в этой главе.

 

Оператор if

Оператор if уже был представлен в главе 2, а здесь он рассматривается более подробно. Ниже приведена полная форма этого оператора:

if ( условие) оператор ; else оператор ;

где условие — это некоторое условное выражение, а оператор — адресат операторов if и else. Оператор else не является обязательным. Адресатом обоих операторов, if и else, могут также служить блоки операторов. Ниже приведена общая форма оператора if, в котором используются блоки операторов.

if ( условие)

{

последовательность операторов

}

else

{

последовательность операторов

}

Если условное выражение оказывается истинным, то выполняется адресат оператора if. В противном случае выполняется адресат оператора else, если таковой существует. Но одновременно не может выполняться и то и другое. Условное выражение, управляющее оператором if, должно давать результат типа bool.

Ниже приведен пример простой программы, в которой операторы if и else используются для того, чтобы сообщить, является ли число положительным или отрицательным.

// Определить, является ли числовое значение положительным или отрицательным.

using System;

class PosNeg {

  static void Main() {

    int i;

    for(i=-5; i <= 5; i++) {

      Console.Write("Проверка " + i + ": ");

      if(i < 0)

        Console.WriteLine("отрицательное число");

      else

        Console.WriteLine("положительное число");

    }

  }

}

Результат выполнения этой программы выглядит следующим образом.

Проверка -5: отрицательное число

Проверка -4: отрицательное число

Проверка -3: отрицательное число

Проверка -2: отрицательное число

Проверка -1: отрицательное число

Проверка 0: положительное число

Проверка 1: положительное число

Проверка 2: положительное число

Проверка 3: положительное число

Проверка 4: положительное число

Проверка 5: положительное число

Если в данном примере значение переменной i оказывается меньше нуля, то выполнятся адресат оператора if. В противном случае выполняется адресат оператора else, одновременно они не выполняются.

Вложенные операторы if

Вложенным называется такой оператор if, который является адресатом другого оператора if или же оператора else. Вложенные операторы if очень часто применяются в программировании. Что же касается их применения в С#, то не следует забывать, что любой оператор else всегда связан с ближайшим оператором if, т.е. с тем оператором if, который находится в том же самом блоке, где и оператор else, но не с другим оператором else. Рассмотрим следующий пример.

if (i == 10) {

  if (j < 20) -a = b;

  if(k > 100) с = d;

  else a = с; // этот оператор else связан с оператором if(k > 100)

}

else a = d; // этот оператор else связан с оператором if(i == 10)

Как следует из комментариев к приведенному выше фрагменту кода, последний оператор else не связан с оператором if (j < 20), поскольку они не находятся в одном и том же блоке, несмотря на то, что этот оператор является для него ближайшим оператором if без вспомогательного оператора else. Напротив, последний оператор else связан с оператором if (i == 10). А внутренний оператор else связан с оператором i f (k > 100), поскольку этот последний является для него ближайшим оператором if в том же самом блоке.

В приведенном ниже примере программы демонстрируется применение вложенного оператора if. В представленной ранее программе определения положительных и отрицательных чисел о нуле сообщалось как о положительном числе. Но, как правило, нуль считается числом, не имеющим знака. Поэтому в следующей версии данной программы о нуле сообщается как о числе, которое не является ни положительным, ни отрицательным.

// Определить, является ли числовое значение

// положительным, отрицательным или нулевым.

using System;

class PosNegZero {

  static void Main() {

    int i;

    for(i=-5; i <= 5; i++) {

      Console.Write("Проверка " + i + ": ");

      if(i < 0)

        Console.WriteLine("отрицательное число");

      else

        if(i == 0)

          Console.WriteLine("число без знака");

        else

          Console.WriteLine("положительное число");

    }

  }

}

Ниже приведен результат выполнения этой программы.

Проверка -5: отрицательное число

Проверка -4: отрицательное число

Проверка -3: отрицательное число

Проверка -2: отрицательное число

Проверка -1: отрицательное число

Проверка 0: число без знака

Проверка 1: положительное число

Проверка 2: положительное число

Проверка 3: положительное число

Проверка 4: положительное число

Проверка 5: положительное число

Конструкция if-else-if

В программировании часто применяется многоступенчатая конструкция if-else-if, состоящая из вложенных операторов if. Ниже приведена ее общая форма.

if( условие)

  оператор ;

else  if  (условие)

  оператор ;

else  if ( условие)

  оператор;

.

.

.

else

  оператор ;

Условные выражения в такой конструкции вычисляются сверху вниз. Как только обнаружится истинное условие, выполняется связанный с ним оператор, а все остальные операторы в многоступенчатой конструкции опускаются.

Если ни одно из условий не является истинным, то выполняется последний оператор else, который зачастую служит в качестве условия, устанавливаемого по умолчанию. Когда же последний оператор else отсутствует, а все остальные проверки по условию дают ложный результат, то никаких действий вообще не выполняется.

В приведенном ниже примере программы демонстрируется применение многоступенчатой конструкции if-else-if. В этой программе обнаруживается наименьший множитель заданного целого значения, состоящий из одной цифры.

// Определить наименьший множитель заданного

// целого значения, состоящий из одной цифры.

using System;

class Ladder {

  static void Main() {

    int num;

    for(num = 2; num < 12; num++) {

      if((num % 2) == 0)

        Console.WriteLine("Наименьший множитель числа " + num + " равен 2.");

      else if((num % 3) == 0)

        Console.WriteLine("Наименьший множитель числа " + num + " равен 3.");

      else if((num % 5) == 0)

        Console.WriteLine("Наименьший множитель числа " + num + " равен 5.");

      else if((num % 7) == 0)

        Console.WriteLine("Наименьший множитель числа " + num + " равен 7.");

      else

        Console.WriteLine(num + " не делится на 2, 3, 5 или 7.");

    }

  }

}

Вот к какому результату приводит выполнение этой программы.

Наименьший множитель числа 2 равен 2.

Наименьший множитель числа 3 равен 3.

Наименьший множитель числа 4 равен 2.

Наименьший множитель числа 5 равен 5.

Наименьший множитель числа 6 равен 2.

Наименьший множитель числа 7 равен 7.

Наименьший множитель числа 8 равен 2.

Наименьший множитель числа 9 равен 3.

Наименьший множитель числа 10 равен 2.

11 не делится на 2, 3, 5 или 7.

Как видите, последний оператор else выполняется лишь в том случае, если не удается выполнить ни один из предыдущих операторов.

 

Оператор switch

Вторым оператором выбора в C# является оператор switch, который обеспечивает многонаправленное ветвление программы. Следовательно, этот оператор позволяет сделать выбор среди нескольких альтернативных вариантов дальнейшего выполнения программы. Несмотря на то что многонаправленная проверка может быть организована с помощью последовательного ряда вложенных операторов if, во многих случаях более эффективным оказывается применение оператора switch. Этот оператор действует следующим образом. Значение выражения последовательно сравнивается с константами выбора из заданного списка. Как только будет обнаружено совпадение с одним из условий выбора, выполняется последовательность операторов, связанных с этим условием. Ниже приведена общая форма оператора switch.

switch (выражение) {

case константа1:

  последовательность операторов

  break;

case константа2:

  последовательность операторов

  break;

case константаЗ:

  последовательность операторов

  break;

.

.

.

default:

  последовательность операторов  

  break;

}

Заданное выражение в операторе switch должно быть целочисленного типа (char, byte, short или int), перечислимого или же строкового. (О перечислениях и символьных строках типа string речь пойдет далее в этой книге.) А выражения других типов, например с плавающей точкой, в операторе switch не допускаются. Зачастую выражение, управляющее оператором switch, просто сводится к одной переменной. Кроме того, константы выбора должны иметь тип, совместимый с типом выражения. В одном операторе switch не допускается наличие двух одинаковых по значению констант выбора.

Последовательность операторов из ветви default выполняется в том случае, если ни одна из констант выбора не совпадает с заданным выражением. Ветвь default не является обязательной. Если же она отсутствует и выражение не совпадает ни с одним из условий выбора, то никаких действий вообще не выполняется. Если же происходит совпадение с одним из условий выбора, то выполняются операторы, связанные с этим условием, вплоть до оператора break.

Ниже приведен пример программы, в котором демонстрируется применение оператора switch.

// Продемонстрировать применение оператора switch.

using System;

class SwitchDemo {

  static void Main() {

    int i;

    for(i=0; i<10; i++)

      switch(i) {

      case 0:

        Console.WriteLine("i равно нулю");

        break;

      case 1:

        Console.WriteLine("i равно единице");

        break;

      case 2:

        Console.WriteLine("i равно двум");

        break;

      case 3:

        Console.WriteLine("i равно трем");

        break;

      case 4:

        Console.WriteLine ("i равно четырем");

        break;

      default:    

        Console.WriteLine("i равно или больше пяти");

        break;

      }

  }

}

Результат выполнения этой программы выглядит следующим образом.

i равно нулю.

i равно единице.

i равно двум.

i равно трем.

i равно четырем.

i равно или больше пяти

i равно или больше пяти

i равно или больше пяти

i равно или больше пяти

i равно или больше пяти

Как видите, на каждом шаге цикла выполняются операторы, связанные с совпадающей константой выбора, в обход всех остальных операторов. Когда же значение переменной i становится равным или больше пяти, то оно не совпадает ни с одной из констант выбора, а следовательно, выполняются операторы из ветви default.

В приведенном выше примере оператором switch управляла переменная i типа int. Как пояснялось ранее, для управления оператором switch может быть использовано выражений любого целочисленного типа, включая и char. Ниже приведен пример применения выражения и констант выбора типа char в операторе switch.

// Использовать элементы типа char для управления оператором switch.

using System;

class SwitchDemo2 {

  static void Main() {

    char ch;

    for(ch='A'; ch<= 'E'; ch++)

      switch (ch) {

      case 'A':

        Console.WriteLine("ch содержит A");

        break;

      case 'B':

        Console.WriteLine("ch содержит В");

        break;

      case 'C':

        Console.WriteLine("ch содержит С");

        break;

      case 'D' :

        Console.WriteLine("ch содержит D");

        break;

      case 'E':

        Console.WriteLine("ch содержит E");

        break;

      }

  }

}

Вот какой результат дает выполнение этой программы.

ch содержит А

ch содержит В

ch содержит С

ch содержит D

ch содержит Е

Обратите в данном примере внимание на отсутствие ветви default в операторе switch. Напомним, что ветвь default не является обязательной. Когда она не нужна, ее можно просто опустить.

Переход последовательности операторов, связанных с одной ветвью case, в следующую ветвь case считается ошибкой, поскольку в C# должно непременно соблюдаться правило недопущения "провалов" в передаче управления ходом выполнения программы. Именно поэтому последовательность операторов в каждой ветви case оператора switch оканчивается оператором break. (Избежать подобных "провалов", можно также с помощью оператора безусловного перехода goto, рассматриваемого далее в этой главе, но для данной цели чаще применяется оператор break.) Когда в последовательности операторов отдельной ветви case встречается оператор break, происходит выход не только из этой ветви, но из всего оператора switch, а выполнение программы возобновляется со следующего оператора, находящегося за пределами оператора switch. Последовательность операторов в ветви default также должна быть лишена ''провалов", поэтому она завершается, как правило, оператором break.

Правило недопущения "провалов" относится к тем особенностям языка С#, которыми он отличается от С, C++ и Java. В этих языках программирования одна ветвь case может переходить (т.е. "проваливаться") в другую. Данное правило установлено в C# для ветвей case по двум причинам. Во-первых, оно дает компилятору возможность свободно изменять порядок следования последовательностей операторов из ветвей case для целей оптимизации. Такая реорганизация была бы невозможной, если бы одна ветвь case могла переходить в другую. И во-вторых, требование завершать каждую ветвь case явным образом исключает непроизвольные ошибки программирования, допускающие переход одной ветви case в другую.

Несмотря на то что правило недопущения "провалов" не допускает переход одной ветви case в другую, в двух или более ветвях case все же разрешается ссылаться с помощью меток на одну и ту же кодовую последовательность, как показано в следующем примере программы.

// Пример "проваливания" пустых ветвей case.

using System;

class EmptyCasesCanFall {

  static void Main() {

    int i;

    for(i=1; i < 5; i++)

      switch(i) {

      case 1:

      case 2:

      case 3:

        Console.WriteLine("i равно 1, 2 или 3 " );

        break;

      case 4:

        Console.WriteLine("i равно 4");

        break;

      }

  }

}

Ниже приведен результат выполнения этой программы.

i равно 1, 2 или 3

i равно 1, 2 или 3

i равно 1, 2 или 3

i равно 4

Если значение переменной i в данном примере равно 1, 2 или 3, то выполняется первый оператор, содержащий вызов метода WriteLine(). Такое расположение нескольких меток ветвей case подряд не нарушает правило недопущения "провалов"; поскольку во всех этих ветвях используется одна и та же последовательность операторов.

Расположение нескольких меток ветвей case подряд зачастую применяется в том случае, если у нескольких ветвей имеется общий код. Благодаря этому исключается излишнее дублирование кодовых последовательностей.

Вложенные операторы switch

Один оператор switch может быть частью последовательности операторов другого, внешнего оператора switch. И такой оператор switch называется вложенным. Константы выбора внутреннего и внешнего операторов switch могут содержать общие значения, не вызывая никаких конфликтов. Например, следующий фрагмент кода является вполне допустимым.

switch(ch1) {

case 'A':

  Console.WriteLine("Эта ветвь А — часть " +

             "внешнего оператора switch.");

  switch(ch2) {

  case 'A':

    Console.WriteLine("Эта ветвь A — часть " +

              "внутреннего оператора switch");

    break;

  case 'В': // ...

  } // конец внутреннего оператора switch

  break;

case 'В': // ...

 

Оператор цикла for

Оператор for уже был представлен в главе 2, а здесь он рассматривается более подробно. Вас должны приятно удивить эффективность и гибкость этого оператора. Прежде всего, обратимся к самым основным и традиционным формам оператора for.

Ниже приведена общая форма оператора for для повторного выполнения единственного оператора.

for {инициализация; условие ; итерация) оператор;

А вот как выглядит его форма для повторного выполнения кодового блока:

for (инициализация; условие; итерация)

{

последовательность операторов;

}

где инициализация; как правило, представлена оператором присваивания, задающим первоначальное значение переменной, которая выполняет роль счетчика и управляет циклом; условие — это логическое выражение, определяющее необходимость повторения цикла; а итерация — выражение, определяющее величину, на которую должно изменяться значение переменной, управляющей циклом, при каждом повторе цикла. Обратите внимание на то, что эти три основные части оператора цикла for должны быть разделены точкой с запятой. Выполнение цикла for будет продолжаться до тех пор, пока проверка условия дает истинный результат. Как только эта проверка даст ложный результат, цикл завершится, а выполнение программы будет продолжено с оператора, следующего после цикла for.

Цикл for может продолжаться как в положительном, так и в отрицательном направлении, изменяя значение переменной управления циклом на любую величину. В приведенном ниже примере программы выводятся числа; постепенно уменьшающиеся от 100 до -100 на величину 5.

// Выполнение цикла for в отрицательном направлении.

using System;

class DecrFor {

  static void Main() {

    int x;

    for(x = 100; x > -100; x -= 5)

    Console.WriteLine(x);

  }

}

В отношении циклов for следует особо подчеркнуть, что условное выражение всегда проверяется в самом начале цикла. Это означает, что код в цикле может вообще не выполняться, если проверяемое условие с самого начала оказывается ложным. Рассмотрим следующий пример.

for(count=10; count < 5; count++)

x += count; // этот оператор не будет выполняться

Данный цикл вообще не будет выполняться, поскольку первоначальное значение переменной count, которая им управляет, сразу же оказывается больше 5. Это означает, что условное выражение count < 5 оказывается ложным с самого начала, т.е. еще до выполнения первого шага цикла.

Оператор цикла for — наиболее полезный для повторного выполнения операций известное число раз. В следующем примере программы используются два цикла for для выявления простых чисел в пределах от 2 до 20. Если число оказывается непростым, то выводится наибольший его множитель.

// Выяснить, является ли число простым. Если оно

// непростое, вывести наибольший его множитель.

using System;

class FindPrimes {

  static void Main() {

    int num;

    int i;

    int factor;

    bool isprime;

    for(num = 2; num < 20; num++) {

      isprime = true;

      factor = 0;

      // Выяснить, делится ли значение переменной num нацело.

      for(i=2; i <= num/2; i++) {

        if((num % i) == 0) {

          // Значение переменной num делится нацело.

          // Следовательно, это непростое число,

          isprime = false;

          factor = i;

        }

      }

      if(isprime)

        Console.WriteLine(num + " — простое число.");

      else

        Console.WriteLine("Наибольший множитель числа " + num + " равен " + factor);

    }

  }

}

Ниже приведен результат выполнения этой программы.

2    — простое число

3    — простое число

Наибольший множитель числа 4 равен 2

5 — простое число

Наибольший множитель числа 6 равен 3

7 — простое число

Наибольший множитель числа 8 равен 4

Наибольший множитель числа 9 равен 3

Наибольший множитель числа 10 равен 5

11 — простое число

Наибольший множитель числа 12 равен 6

13 — простое число

Наибольший множитель числа 14 равен 7

Наибольший множитель числа 15 равен 5

Наибольший множитель числа 16 равен 8

17 — простое число

Наибольший множитель числа 18 равен 9

19 — простое число

Некоторые разновидности оператора цикла for

Оператор цикла for относится к самым универсальным операторам языка С#, поскольку он допускает самые разные варианты своего применения. Некоторые разновидности оператора цикла for рассматриваются ниже.

***Применение нескольких переменных управления циклом

В операторе цикла for разрешается использовать две или более переменных для управления циклом. В этом случае операторы инициализации и инкремента каждой переменной разделяются запятой. Рассмотрим следующий пример программы.

// Использовать запятые в операторе цикла for.

using System;

class Comma {

  static void Main() {

    int i, j;

    for(i=0, j = 10; i < j; i++, j--)

      Console.WriteLine("i и j: " + i + " " + j) ;

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

i и j : 0 10

i и j : 1 9

i и j : 2 8

i и j : 3 7

i и j : 4 6

В данном примере запятыми разделяются два оператора инициализации и еще два итерационных выражения. Когда цикл начинается, инициализируются обе переменные, i и j. Всякий раз, когда цикл повторяется, переменная i инкрементируется, а переменная j декрементируется. Применение нескольких переменных управления циклом нередко оказывается удобным, упрощая некоторые алгоритмы. Теоретически в операторе цикла for может присутствовать любое количество операторов инициализации и итерации, но на практике цикл получается слишком громоздким, если применяется более двух подобных операторов.

Ниже приведен практический пример применения нескольких переменных управления циклом в операторе for. В этом примере программы используются две переменные управления одним циклом for для выявления наибольшего и наименьшего множителя целого числа (в данном случае — 100). Обратите особое внимание на условие окончания цикла. Оно опирается на обе переменные управления циклом.

// Использовать запятые в операторе цикла for для

// выявления наименьшего и наибольшего множителя числа.

using System;

class Comma {

  static void Main() {

    int i, j;

    int smallest, largest;

    int num;

    num = 100;

    smallest = largest = 1;

    for(i=2, j=num/2; (i <= num/2) & (j >= 2); i++, j--) {

      if((smallest == 1) & ((num % i) == 0)) smallest = i;

      if ((largest == 1) & ((num % j) == 0)) largest = j;

    }

    Console.WriteLine("Наибольший множитель: " + largest);

    Console.WriteLine("Наименьший множитель: " + smallest);

  }

}

Ниже приведен результат выполнения этой программы.

Наибольший множитель: 50

Наименьший множитель: 2

Благодаря применению двух переменных управления циклом удается выявить наименьший и наибольший множители числа в одном цикле for. В частности, управляющая переменная i служит для выявления наименьшего множителя. Первоначально ее значение устанавливается равным 2 и затем инкрементируется до тех пор, пока не превысит половину значения переменной num. А управляющая переменная j служит для выявления наибольшего множителя. Ее значение первоначально устанавливается равным половине значения переменной num и затем декрементируется до тех пор, пока не станет меньше 2. Цикл продолжает выполняться до тех пор, пока обе переменные, i и j, не достигнут своих конечных значений. По завершении цикла оба множителя оказываются выявленными.

Условное выражение

Условным выражением, управляющим циклом for, может быть любое действительное выражение, дающее результат типа bool. В него не обязательно должна входить переменная управления циклом. В следующем примере программы управление циклом for осуществляется с помощью значения переменной done.

// Условием выполнения цикла может служить любое выражение типа bool.

using System;

class forDemo {

  static void Main() {

    int i, j;

    bool done = false;

    for(i=0, j=100; !done; i++, j--) {

      if(i*i >= j) done = true;

      Console.WriteLine("i, j: " + i + " " + j);

    }

  }

}

Ниже приведен результат выполнения этой программы.

i, j: 0 100

i, j: 1 99

i, j: 2 98

i, j: 3 97

i, j: 4 96

i, j: 5 95

i, j: 6 94

i, j: 7 93

i, j: 8 92

i, j: 9 91

i, j: 10 90

В данном примере цикл for повторяется до тех пор, пока значение переменной done типа не окажется истинным (true). Истинное значение переменной done устанавливается в цикле, когда квадрат значения переменной i оказывается больше или равным значению переменной j.

Отсутствующие части цикла

Ряд интересных разновидностей цикла for получается в том случае, если оставить пустыми отдельные части определения цикла. В C# допускается оставлять пустыми любые или же все части инициализации, условия и итерации в операторе цикла for. В качестве примера рассмотрим такую программу.

// Отдельные части цикла for могут оставаться пустыми.

using System;

class Empty {

  static void Main() {

    int i;

    for (i = 0; i < 10; )  {

      Console.WriteLine("Проход №" + i);

      i++; // инкрементировать переменную управления циклом

    }

  }

}

В данном примере итерационное выражение в определении цикла for оказывается пустым, т.е. оно вообще отсутствует. Вместо этого переменная i, управляющая циклом, инкрементируется в теле самого цикла. Это означает, что всякий раз, когда цикл повторяется, значение переменной i проверяется на равенство числу 10, но никаких других действий при этом не происходит. А поскольку переменная i инкрементируется в теле цикла, то сам цикл выполняется обычным образом, выводя приведенный ниже результат.

Проход №0

Проход №1

Проход №2

Проход №3

Проход №4

Проход №5

Проход №6

Проход №7

Проход №8

Проход №9

В следующем примере программы из определения цикла for исключена инициализирующая часть.

// Исключить еще одну часть из определения цикла for.

using System;

class Empty2 {

  static void Main() {

    int i;

    i = 0; // исключить инициализацию из определения цикла

    for(; i < 10; ) {

      Console.WriteLine("Проход №" + i);

      i++; // инкрементировать переменную управления циклом

    }

  }

}

В данном примере переменная i инициализируется перед началом цикла, а не в самом цикле for. Как правило, переменная управления циклом инициализируется в цикле for. Выведение инициализирующей части за пределы цикла обычно делается лишь в том случае, если первоначальное значение данной переменной получается в результате сложного процесса, который нецелесообразно вводить в операторе цикла for.

Бесконечный цикл

Если оставить пустым выражение условия в операторе цикла for, то получится бесконечный цикл, т.е. такой цикл, который никогда не заканчивается. В качестве примера в следующем фрагменте кода показано, каким образом в C# обычно создается бесконечный цикл.

for(;;) // цикл, намеренно сделанный бесконечным {

  //. . .

}

Этот цикл будет выполняться бесконечно. Несмотря на то что бесконечные циклы требуются для решения некоторых задач программирования, например при разработке командных процессоров операционных систем, большинство так называемых "бесконечных" циклов на самом деле представляет собой циклы со специальными требованиями к завершению. (Подробнее об этом — в разделе "Применение оператора break для выхода из цикла" далее в этой главе.)

Циклы без тела

В C# допускается оставлять пустым тело цикла for или любого другого цикла, поскольку пустой оператор с точки зрения синтаксиса этого языка считается действительным. Циклы без тела нередко оказываются полезными. Например, в следующей программе цикл без тела служит для получения суммы чисел от 1 до 5.

// Тело цикла может быть пустым,

using System;

class Empty3 {

  static void Main() {

    int i;

    int sum = 0;

    // получить сумму чисел от 1 до 5

    for(i = 1; i <= 5; sum += i++);

    Console.WriteLine("Сумма равна " + sum);

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

Сумма равна 15

Обратите внимание на то, что процесс суммирования выполняется полностью в операторе цикла for, и для этого тело цикла не требуется. В этом цикле особое внимание обращает на себя итерационное выражение.

sum += i++

Подобные операторы не должны вас смущать. Они часто встречаются в программах, профессионально написанных на С#, и становятся вполне понятными, если разобрать их по частям. Дословно приведенный выше оператор означает следующее: сложить со значением переменной sum результат суммирования значений переменных sum и i, а затем инкрементировать значение переменной i. Следовательно, данный оператор равнозначен следующей последовательности операторов.

sum = sum + i;

i + + ;

Объявление управляющих переменных в цикле for

Нередко переменная, управляющая циклом for, требуется только для выполнения самого цикла и нигде больше не используется. В таком случае управляющую переменную можно объявить в инициализирующей части оператора цикла for. Например, в приведенной ниже программе вычисляется сумма и факториал чисел от 1 до 5, а переменная i, управляющая циклом for, объявляется в этом цикле.

// Объявить переменную управления циклом в самом цикле for.

using System;

class ForVar {

  static void Main() {

    int sum = 0;

    int fact = 1;

    // вычислить факториал чисел от 1 до 5

    for(int i = 1; i <= 5; i++)    {

      sum += i; // Переменная i действует в цикле,

      fact *= i;

    }

    // А здесь переменная i недоступна.

    Console.WriteLine("Сумма равна " + sum);

    Console.WriteLine("Факториал равен " + fact);

  }

}

Объявляя переменную в цикле for, не следует забывать о том, что область действия этой переменной ограничивается пределами оператора цикла for. Это означает, что за пределами цикла действие данной переменной прекращается. Так, в приведенном выше примере переменная i оказывается недоступной за пределами цикла for. Для того чтобы использовать переменную управления циклом в каком-нибудь другом месте программы, ее нельзя объявлять в цикле for.

Прежде чем переходить к чтению следующего материала, поэкспериментируйте с собственными разновидностями оператора цикла for. В ходе эксперимента вы непременно обнаружите замечательные свойства этого оператора цикла.

 

Оператор цикла while

Еще одним оператором цикла в C# является оператор while. Ниже приведена общая форма этого оператора:

while ( условие) оператор ;

где оператор — это единственный оператор или же блок операторов, а условие означает конкретное условие управления циклом и может быть любым логическим выражением. В этом цикле оператор выполняется до тех пор, пока условие истинно. Как только условие становится ложным, управление программой передается строке кода, следующей непосредственно после цикла.

Ниже приведен простой пример программы, в которой цикл while используется для вычисления порядка величины целого числа.

// Вычислить порядок величины целого числа,

using System;

class WhileDemo {

  static void Main() {

    int num;

    int mag;

    num = 435679;

    mag = 0;

    Console.WriteLine("Число: " + num);

    while(num > 0) {

      mag++;

      num = num / 10;

    };

    Console.WriteLine("Порядок величины: " + mag);

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

Число: 435679

Порядок величины: 6

Приведенный выше цикл while действует следующим образом. Сначала проверяется значение переменной num. Если оно больше нуля, то переменная mag, выполняющая роль счетчика порядка величины, инкрементируется, а значение переменной num делится на 10. Цикл повторяется до тех пор, пока значение переменной num остается больше нуля. Как только оно окажется равным нулю, цикл завершается, а в переменной mag остается порядок величины первоначального числового значения.

Как и в цикле for, в цикле while проверяется условное выражение, указываемое в самом начале цикла. Это означает, что код в теле цикла может вообще не выполняться, а также избавляет от необходимости выполнять отдельную проверку перед самим циклом. Данное свойство цикла while демонстрируется в следующем примере программы, где вычисляются целые степени числа 2 от 0 до 9.

// Вычислить целые степени числа 2.

using System;

class Power {

  static void Main() {

    int e;

    int result;

    for (int i=0; i < 10; i++) {

      result = 1;

      e = i;

      while (e > 0) {

        result *= 2;

        e--;

      }

      Console.WriteLine ("2 в степени " + i + " равно " + result);

    }

  }

}

Результат выполнения этой программы приведен ниже.

2 в степени 0 равно 1

2 в степени 1 равно 2

2 в степени 2 равно 4

2 в степени 3 равно 8

2 в степени 4 равно 16

2 в степени 5 равно 32

2 в степени 6 равно 64

2 в степени 7 равно 128

2 в степени 8 равно 256

2 в степени 9 равно 512

Обратите внимание на то, что цикл while выполняется только в том случае, если значение переменной е больше нуля. А когда оно равно нулю, как это имеет место на первом шаге цикла for, цикл while пропускается.

 

Оператор цикла do-while

Третьим оператором цикла в C# является оператор do-while. В отличие от операторов цикла for и while, в которых условие проверялось в самом начале цикла, в операторе do-while условие выполнения цикла проверяется в самом его конце. Это означает, что цикл do-while всегда выполняется хотя бы один раз. Ниже приведена общая форма оператора цикла do-while.

do {

операторы ;

} while ( условие ) ;

При наличии лишь одного оператора фигурные скобки в данной форме записи необязательны. Тем не менее они зачастую используются для того, чтобы сделать конструкцию do-while более удобочитаемой и не путать ее с конструкцией цикла while. Цикл do-while выполняется до тех пор, пока условное выражение истинно.

В приведенном ниже примере программы цикл do-while используется для представления отдельных цифр целого числа в обратном порядке.

// Отобразить цифры целого числа в обратном порядке.

using System;

class DoWhileDemo {

  static void Main() {

    int num;

    int nextdigit;

    num = 198;

    Console.WriteLine("Число: " + num);

    Console.Write("Число в обратном порядке: ");

    do {

      nextdigit = num % 10;

      Console.Write(nextdigit);

      num = num / 10;

    } while(num > 0);

    Console.WriteLine() ;

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

Число: 198

Число в обратном порядке: 891

Приведенный выше цикл действует следующим образом. На каждом его шаге крайняя слева цифра получается в результате расчета остатка от деления целого числа (значения переменной num) на 10. Полученная в итоге цифра отображается. Далее значение переменной num делится на 10. А поскольку это целочисленное деление, то в его результате крайняя слева цифра отбрасывается. Этот процесс повторяется до тех пор, пока значение переменной num не достигнет нуля.

 

Оператор цикла foreach

Оператор цикла foreach служит для циклического обращения к элементам коллекции, которая представляет собой группу объектов. В C# определено несколько видов коллекций, к числу которых относится массив. Подробнее о цикле foreach речь пойдет в главе 7, где рассматриваются массивы.

 

Применение оператора break для выхода из цикла

С помощью оператора break можно специально организовать немедленный выход из цикла в обход любого кода, оставшегося в теле цикла, а также минуя проверку условия цикла. Когда в теле цикла встречается оператор break, цикл завершается, а выполнение программы возобновляется с оператора, следующего после этого цикла. Рассмотрим простой пример программы.

// Применить оператор break для выхода из цикла.

using System;

class BreakDemo {

  static void Main() {

    // Использовать оператор break для выхода из этого цикла,

    for(int i= -10; i <= 10; i++) {

     if(i > 0) break; // завершить цикл, как только значение

       // переменной i станет положительным

     Console.Write(i + " ");

    }

    Console.WriteLine("Готово ! ") ;

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 Готово!

Как видите, цикл for организован для выполнения в пределах от -10 до 10, но, несмотря на это, оператор break прерывает его раньше, когда значение переменной i становится положительным.

Оператор break можно применять в любом цикле, предусмотренном в С#. В качестве примера ниже приведена версия предыдущей программы, переделанная с целью использовать цикл do-while.

// Применить оператор break для выхода из цикла do-while.

using System;

class BreakDemo2 {

  static void Main() {

    int i;

    i = -10;

    do {

      if (i > 0) break;

      Console.Write(i + " ") ;

      i++ ;

    } while (i <= 10);

    Console.WriteLine("Готово!");

  }

}

А теперь рассмотрим более практический пример применения оператора break. В приведенной ниже программе выявляется наименьший множитель числа.

// Выявить наименьший множитель числа.

using System;

class FindSmallestFactor {

  static void Main() {

    int factor = 1;

    int num = 1000;

    for (int i=2; i <= num/i; i++) {

      if((num%i) == 0) {

        factor = i;

        break; // прервать цикл, как только будет

        // выявлен наименьший множитель числа

      }

    }

    Console.WriteLine("Наименьший множитель равен " + factor);

  }

}

Результат выполнения этой программы выглядит следующим образом.

Наименьший множитель равен 2

Оператор break прерывает выполнение цикла for, как только будет выявлен наименьший множитель числа. Благодаря такому применению оператора break исключается опробование любых других значений после выявления наименьшего множителя числа, а следовательно, и неэффективное выполнение кода.

Если оператор break применяется в целом ряде вложенных циклов, то он прерывает выполнение только самого внутреннего цикла. В качестве примера рассмотрим следующую программу.

// Применить оператор break во вложенных циклах,

using System;

class BreakNested {

  static void Main() {

    for(int i=0; i<3; i++) {

      Console.WriteLine("Подсчет во внешнем цикле: " + i);

      Console.Write("    Подсчет во внутреннем цикле: ");

      int t = 0;

      while(t < 100)  {

        if(t == 10) break; // прервать цикл, если t равно 10

        Console.Write(t + " "); t++;

      }

      Console.WriteLine();

    }

    Console.WriteLine("Циклы завершены.");

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

Подсчет во внешнем цикле: 0

    Подсчет во внутреннем цикле: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Подсчет во внешнем цикле: 1

    Подсчет во внутреннем цикле: 0 1 2 3 4 5 б 7 8 9

Подсчет во внешнем цикле: 2

    Подсчет во внутреннем цикле: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Циклы завершены

Как видите, оператор break из внутреннего цикла вызывает прерывание только этого цикла, а на выполнение внешнего цикла он не оказывает никакого влияния.

В отношении оператора break необходимо также иметь в виду следующее. Во-первых, в теле цикле может присутствовать несколько операторов break, но применять их следует очень аккуратно, поскольку чрезмерное количество операторов break обычно приводит к нарушению нормальной структуры кода. И во-вторых, оператор break, выполняющий выход из оператора switch, оказывает воздействие только на этот оператор, но не на объемлющие его циклы.

 

Применение оператора continue

С помощью оператора continue можно организовать преждевременное завершение шага итерации цикла в обход обычной структуры управления циклом. Оператор continue осуществляет принудительный переход к следующему шагу цикла, пропуская любой код, оставшийся невыполненным. Таким образом, оператор continue служит своего рода дополнением оператора break. В приведенном ниже примере программы оператор continue используется в качестве вспомогательного средства для вывода четных чисел в пределах от 0 до 100.

// Применить оператор continue,

using System;

class ContDemo {

  static void Main() {

    // вывести четные числа от 0 до 100.

    for (int i = 0; i <= 100; i++) {

      if((i%2) != 0) continue; // перейти к следующему шагу итерации

      Console.WriteLine(i);

    }

  }

}

В данном примере выводятся только четные числа, поскольку при обнаружении нечетного числа шаг итерации цикла завершается преждевременно в обход вызова метода WriteLine().

В циклах while и do-while оператор continue вызывает передачу управления непосредственно условному выражению, после чего продолжается процесс выполнения цикла. А в цикле for сначала вычисляется итерационное выражение, затем условное выражение, после чего цикл продолжается.

Оператор continue редко находит удачное применение, в частности, потому, что в C# предоставляется богатый набор операторов цикла, удовлетворяющих большую часть прикладных потребностей. Но в тех особых случаях, когда требуется преждевременное прерывание шага итерации цикла, оператор continue предоставляет структурированный способ осуществления такого прерывания.

Оператор return

Оператор return организует возврат из метода. Его можно также использовать для возврата значения. Более подробно он рассматривается в главе 6.

 

Оператор goto

Имеющийся в C# оператор goto представляет собой оператор безусловного перехода. Когда в программе встречается оператор goto, ее выполнение переходит непосредственно к тому месту, на которое указывает этот оператор. Он уже давно "вышел из употребления" в программировании, поскольку способствует созданию "макаронного" кода. Тем не менее оператор goto все еще находит применение — иногда даже эффективное. В этой книге не делается никаких далеко идущих выводов относительно правомочности использования оператора goto для управления программой. Следует, однако, подчеркнуть, что этому оператору трудно найти полезное применение, и поэтому он не особенно нужен для полноты языка программирования. Хотя в некоторых случаях он оказывается удобным и дает определенные преимущества, если используется благоразумно. В силу этих причин оператор goto упоминается только в данном разделе книги. Главный недостаток оператора goto с точки зрения программирования заключается в том, что он вносит в программу беспорядок и делает ее практически неудобочитаемой. Но иногда применение оператора goto может, скорее, прояснить, чем запутать ход выполнения программы.

Для выполнения оператора goto требуется метка — действительный в C# идентификатор с двоеточием. Метка должна находиться в том же методе, где и оператор goto, а также в пределах той же самой области действия. В приведенном ниже примере программы цикл суммирования чисел от 1 до 100 организован с помощью оператора goto и соответствующей метки.

х = 1;

loopl: х++;

if(х < 100) goto loopl;

Кроме того, оператор goto может быть использован для безусловного перехода к ветви case или default в операторе switch. Формально ветви case или default выполняют в операторе switch роль меток. Поэтому они могут служить адресатами оператора goto. Тем не менее оператор goto должен выполняться в пределах оператора switch. Это означает, что его нельзя использовать как внешнее средство для безусловного перехода в оператор switch. В приведенном ниже примере программы демонстрируется применение оператора goto в операторе switch.

// Применить оператор goto в операторе switch.

using System;

class SwitchGoto {

  static void Main() {

    for(int i=1; i < 5; i++) {

      switch(i) {

      case 1:

        Console.WriteLine("В ветви case 1");

        goto case 3;

      case 2:

        Console.WriteLine("В ветви case 2");

        goto case 1;

      case 3:

        Console.WriteLine("В ветви case 3");

        goto default;

      default:

        Console.WriteLine("В ветви default");

        break;

      }

      Console.WriteLine();

    }

    // goto case 1;  // Ошибка! Безусловный переход к оператору switch недопустим.

  }

}

Вот к какому результату приводит выполнение этой программы.

В ветви case 1

В ветви case 3

В ветви default

В ветви case 2

В ветви case 1

В ветви case 3

В ветви default

В ветви case 3

В ветви default

В ветви default

Обратите внимание на то, как оператор goto используется в операторе switch для перехода к другим его ветвям case или к ветви default. Обратите также внимание на то, что ветви case не оканчиваются оператором break. Благодаря тому что оператор goto препятствует последовательному переходу от одной ветви case к другой, упоминавшееся ранее правило недопущения "провалов" не нарушается, а следовательно, необходимость в применении оператора break в данном случае отпадает. Но как пояснялось выше, оператор goto нельзя использовать как внешнее средство для безусловного перехода к оператору switch. Так, если удалить символы комментария в начале следующей строки:

// goto case 1; // Ошибка! Безусловный переход к оператору switch недопустим.

приведенная выше программа не будет скомпилирована. Откровенно говоря, применение оператора goto в операторе switch, в общем, не рекомендуется как стиль программирования, хотя в ряде особых случаев это может принести определенную пользу.

Ниже приведен один из полезных примеров применения оператора goto для выхода из глубоко вложенной части программы.

// Продемонстрировать практическое применение оператора goto.

using System;

class Use_goto {

  static void Main() {

    int i=0, j=0, k=0;

    for(i=0; i < 10; i++) {

      for(j=0; j < 10; j++ ) {

        for(k=0; k < 10; k++) {

          Console.WriteLine ("i, j, k: " + i + " " + j +

                 " " + k) ;

          if(k == 3) goto stop;

        }

      }

    }

    stop:

    Console.WriteLine("Остановлено! i, j, k: " + i + ", " + j + " " + k) ;

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

i, j, k: 000

i, j, k: 001

i, j, k: 002

i, j, k: 003

Остановлено! i, j, k: 0, 0 3

Если бы не оператор goto, то в приведенной выше программе пришлось бы прибегнуть к трем операторам if и break, чтобы выйти из глубоко вложенной части этой программы. В данном случае оператор goto действительно упрощает код. И хотя приведенный выше пример служит лишь для демонстрации применения оператора goto, вполне возможны ситуации, в которых этот оператор может на самом деле оказаться полезным.

И последнее замечание: как следует из приведенного выше примера, из кодового блока можно выйти непосредственно, но войти в него так же непосредственно нельзя.

 

Эта глава служит введением в классы. Класс составляет основу языка С#, поскольку он определяет характер объекта. Кроме того, класс служит основанием для объектно-ориентированного программирования (ООП).

В пределах класса определяются данные и код. А поскольку классы и объекты относятся к основополагающим элементам С#, то для их рассмотрения требуется не одна глава книги. В данной главе рассмотрение классов и объектов начинается с их главных особенностей.

 

Основные положения о классах

Классы использовались в примерах программ с самого начала этой книги. Разумеется, это были лишь самые простые классы, что не позволяло выгодно воспользоваться большинством их возможностей. На самом же деле классы намного более эффективны, чем это следует из приведенных ранее примеров их ограниченного применения.

Начнем рассмотрение классов с основных положений.

Класс представляет собой шаблон, по которому определяется форма объекта. В нем указываются данные и код, который будет оперировать этими данными. В C# 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.

Общая форма определения 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 C# 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. Ограничимся пока что рассмотрением самых основных компонентов класса: переменных экземпляра и методов. А далее в этой главе будут представлены конструкторы и деструкторы. Об остальных разновидностях членов класса речь пойдет в последующих главах.

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 переменная1;

  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

  }

}

Обратите внимание на то, что перед каждым объявлением переменной и метода указывается доступ. Это спецификатор доступа, например public, определяющий порядок доступа к данному члену класса. Как упоминалось в главе 2, члены класса могут быть как закрытыми (private) в пределах класса, так открытыми (public), т.е. более доступными. 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. В примерах программ, приведенных в этой главе, все члены, за исключением метода Main(), обозначаются как открытые (public). Это означает, что их можно использовать во всех остальных фрагментах кода — даже в тех, что определены за пределами класса. Мы еще вернемся к обсуждению спецификаторов доступа в главе 8.

-----------------------------------------------

ПРИМЕЧАНИЕ

Помимо спецификатора доступа, в объявлении члена класса могут также присутствовать один или несколько модификаторов. О модификаторах речь пойдет далее в этой главе.

-----------------------------------------------

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.

Классы, использовавшиеся в приведенных ранее примерах программ, содержали только один метод: Main(). Но в представленной выше общей форме определения класса метод Main() не указывается. Этот метод требуется указывать в классе лишь в том случае, если программа начинается с данного класса.

Определение класса

Для того чтобы продемонстрировать классы на конкретных примерах, разработаем постепенно класс, инкапсулирующий информацию о зданиях, в том числе о домах, складских помещениях, учреждениях и т.д. В этом классе (назовем его Building) будут храниться три элемента информации о зданиях: количество этажей, общая площадь и количество жильцов.

Ниже приведен первый вариант класса Building. В нем определены три переменные экземпляра: Floors, Area и Occupants. Как видите, в классе Building вообще отсутствуют методы. Это означает, что в настоящий момент этот класс состоит только из данных. (Впоследствии в него будут также введены методы.)

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. Не 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, т.е. обретет "физическую" реальность. Не обращайте пока что внимание на отдельные составляющие данного оператора.

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. Ниже приведен полноценный пример программы, в которой используется класс Building.

// Программа, в которой используется класс Building.

using System;

class Building {

  public int Floors;    //    количество этажей

  public int Area;    //    общая площадь здания

  public int Occupants;    //    количество жильцов

}

// В этом классе объявляется объект типа Building,

class BuildingDemo {

  static void Main() {

    Building house = new Building(); // создать объект типа Building

    int areaPP; // площадь на одного человека

    // Присвоить значения полям в объекте house,

    house.Occupants = 4;

    house.Area = 2500;

    house.Floors = 2;

    // Вычислить площадь на одного человека.

    areaPP = house.Area / house.Occupants;

    Console.WriteLine("Дом имеет:\n " +

              house.Floors + " этажа\n " +

              house.Occupants + " жильца\n " +

              house.Area +

              " кв. футов общей площади, из них\n " +

              areaPP + " приходится на одного человека");

  }

}

Эта программа состоит из двух классов: Building и BuildingDemo. В классе BuildingDemo сначала создается экземпляр house класса Building с помощью метода Main(), а затем в коде метода Main() осуществляется доступ к переменным экземпляра house для присваивания им значений и последующего использования этих значений. Следует особо подчеркнуть, что Building и BuildingDemo — это два совершенно отдельных класса. Единственная взаимосвязь между ними состоит в том, что в одном из них создается экземпляр другого. Но, несмотря на то, что это раздельные классы, у кода из класса BuildingDemo имеется доступ к членам класса Building, поскольку они объявлены как открытые (public). Если бы при их объявлении не был указан спецификатор доступа public, то доступ к ним ограничивался бы пределами Building, а следовательно, их нельзя было бы использовать в классе BuildingDemo.

Допустим, что исходный текст приведенной выше программы сохранен в файле UseBuilding.cs. В результате ее компиляции создается файл UseBuilding.exe. При этом оба класса, Building и BuildingDemo, автоматически включаются в состав исполняемого файла. При выполнении данной программы выводится следующий результат.

Дом имеет:

2 этажа

4 жильца

2500 кв. футов общей площади, из них

625 приходится на одного человека

Но классам Building и BuildingDemo совсем не обязательно находиться в одном и том же исходном файле. Каждый из них можно поместить в отдельный файл, например Building.cs и BuildingDemo.cs, а компилятору C# достаточно сообщить, что оба файла должны быть скомпилированы вместе. Так, если разделить рассматриваемую здесь программу на два таких файла, для ее компилирования можно воспользоваться следующей командной строкой.

csc Building.cs BuildingDemo.cs

Если вы пользуетесь интегрированной средой разработки Visual Studio, то вам нужно ввести оба упомянутых выше файла в свой проект и затем скомпоновать их.

Прежде чем двигаться дальше, рассмотрим следующий основополагающий принцип: у каждого объекта имеются свои копии переменных экземпляра, определенных в его классе. Следовательно, содержимое переменных в одном объекте может отличаться от их содержимого в другом объекте. Между обоими объектами не существует никакой связи, за исключением того факта, что они являются объектами одного и того же типа. Так, если имеются два объекта типа Building, то у каждого из них своя копия переменных Floors, Area и Occupants, а их содержимое в обоих объектах может отличаться. Этот факт демонстрируется в следующей программе.

// В этой программе создаются два объекта типа Building.

using System;

class Building {

  public int Floors; // количество этажей

  public int Area;    // общая площадь здания

  public int Occupants; // количество жильцов

}

// В этом классе объявляются два объекта типа Building,

class BuildingDemo {

  static void Main() {

    Building house = new Building();

    Building office = new Building();

    int areaPP; // площадь на одного человека

    // Присвоить значения полям в объекте house,

    house.Occupants = 4;

    house.Area = 2500;

    house.Floors = 2;

    // Присвоить значения полям в объекте office,

    office.Occupants = 25;

    office.Area = 4200;

    office.Floors = 3;

    // Вычислить площадь на одного человека в жилом доме.

    areaPP = house.Area / house.Occupants;

    Console.WriteLine("Дом имеет:\n " +

          house.Floors + " этажа\n " +

          house.Occupants + " жильца\n " +

          house.Area +

          " кв. футов общей площади, из них\n " +

          areaPP + " приходится на одного человека");

    // Вычислить площадь на одного человека в учреждении.

    areaPP = office.Area / office.Occupants;

    Console.WriteLine("Учреждение имеет:\n "    +

          office.Floors + " этажа\n " +

         office.Occupants + " работников\n " +

         office.Area +

         " кв. футов общей площади, из них\n " +

         areaPP + " приходится на одного человека");

  }

}

Ниже приведен результат выполнения этой программы.

Дом имеет:

2 этажа

4 жильца

2500 кв. футов общей площади, из них

625 приходится на одного человека

Учреждение имеет:

3 этажа

25 работников

4200 кв. футов общей площади, из них

168 приходится на одного человека

Как видите, данные из объекта house полностью отделены от данных, содержащихся в объекте office. Эта ситуация наглядно показана на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Переменные экземпляра одного объекта полностью отделены от переменных экземпляра другого объекта

 

Создание объектов

В предыдущих примерах программ для объявления объекта типа Building использовалась следующая строка кода.

Building house = new Building();

Эта строка объявления 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 C# 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 х;

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.

 

Переменные ссылочного типа и присваивание

В операции присваивания переменные ссылочного типа действуют иначе, чем переменные типа значения, например типа int. Когда одна переменная типа значения присваивается другой, ситуация оказывается довольно простой. Переменная, находящаяся в левой части оператора присваивания, получает копию значения переменной, находящейся в правой части этого оператора. Когда же одна переменная ссылки на объект присваивается другой, то ситуация несколько усложняется, поскольку такое присваивание приводит к тому, что переменная, находящаяся в левой части оператора присваивания, ссылается на тот же самый объект, на который ссылается переменная, находящаяся в правой части этого оператора. Сам же объект не копируется. В силу этого отличия присваивание переменных ссылочного типа может привести к несколько неожиданным результатам. В качестве примера рассмотрим следующий фрагмент кода.

Building house1 = new Building();

Building house2 = house1;

На первый взгляд, переменные house1 и house2 ссылаются на совершенно разные объекты, но на самом деле это не так. Переменные house1 и house2, напротив, ссылаются на один и тот же объект. Когда переменная house1 присваивается переменой house2, то в конечном итоге переменная house2 просто ссылается на тот же самый объект, что и переменная house1. Следовательно, этим объектом можно оперировать с помощью переменной house1 или house2. Например, после очередного присваивания

house1.Area = 2600;

оба метода WriteLine()

Console.WriteLine(house1.Area);

Console.WriteLine(house2.Area);

выводят одно и то же значение: 2600.

Несмотря на то что обе переменные, house1 и house2, ссылаются на один и тот же объект, они никак иначе не связаны друг с другом. Например, в результате следующей последовательности операций присваивания просто изменяется объект, на который ссылается переменная house2.

Building house1 = new Building();

Building house2 = housel;

Building house3 = new Building();

house2 = house3; // теперь обе переменные, house2 и house3,

// ссылаются на один и тот же объект.

После выполнения этой последовательности операций присваивания переменная house2 ссылается на тот же самый объект, что и переменная house3. А ссылка на объект в переменной house1 не меняется.

 

Методы

Как пояснялось выше, переменные экземпляра и методы являются двумя основными составляющими классов. 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 C# 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#.

В этой книге методы именуются в соответствии с условными обозначениями, принятыми в литературе по С#. В частности, после имени метода следуют круглые скобки. Так, если методу присвоено имя GetVal, то в тексте книги он упоминается в следующем виде: GetVal(). Такая форма записи помогает отличать имена методов от имен переменных при чтении книги.

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. Мы будем пока что объявлять методы открытыми (public), чтобы вызывать их из любой другой части кода в программе. 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.

Добавление метода в класс Building

Как пояснялось выше, методы класса, как правило, манипулируют данными класса и предоставляют доступ к ним. С учетом этого напомним, что в приведенных выше примерах в методе Main() вычислялась площадь на одного человека путем деления общей площади здания на количество жильцов. И хотя такой способ формально считается правильным, на самом деле он оказывается далеко не самым лучшим для организации подобного вычисления. Площадь на одного человека лучше всего вычислять в самом классе Building, просто потому, что так легче понять сам характер вычисления. Ведь площадь на одного человека зависит от значений в полях Area и Occupants, инкапсулированных в классе Building. Следовательно, данное вычисление может быть вполне произведено в самом классе Building. Кроме того, вводя вычисление площади на одного человека в класс Building, мы тем самым избавляем все программы, пользующиеся классом Building, от необходимости выполнять это вычисление самостоятельно. Благодаря этому исключается ненужное дублирование кода. И наконец, добавление в класс Building метода, вычисляющего площадь на одного человека, способствует улучшению его объектно-ориентированной структуры, поскольку величины, непосредственно связанные со зданием, инкапсулируются в классе Building.

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");

  }

}

// Использовать метод AreaPerPerson().

class BuildingDemo {

  static void Main() {

    Building house = new Building();

    Building office = new Building();

    // Присвоить значения полям в объекте house,

    house.Occupants = 4;

    house.Area = 2500;

    house.Floors = 2;

    // Присвоить значения полям в объекте office,

    office.Occupants = 25;

    office.Area = 4200;

    office.Floors = 3;

    Console.WriteLine("Дом имеет:\n " +

           house.Floors + " этажа\n " +

           house.Occupants + " жильца\n "

                   + house.Area +

           "кв. футов общей площади, из них");

    house.AreaPerPerson() ;

    Console.WriteLine();

    Console.WriteLine("Учреждение имеет:\n " +

            office.Floors + " этажа\n " +

            office.Occupants + " работников\n " +

            office.Area +

            " кв. футов общей площади, из них");

    office.AreaPerPerson() ;

  }

}

Эта программа дает такой же результат, как и прежде.

Дом имеет:

 2 этажа

 4 жильца

 2500 кв. футов общей площади, из них

 625 приходится на одного человека

Учреждение имеет:

 3 этажа

 25 работников

 4200 кв. футов общей площади, из них

 168 приходится на одного человека

Рассмотрим основные элементы этой программы, начиная с метода AreaPerPerson(). Первая его строка выглядит следующим образом.

public void AreaPerPerson() {

В этой строке объявляется метод, именуемый AreaPerPerson и не имеющий параметров. Для него указывается тип public, а это означает, что его можно вызывать из любой другой части программы. Метод AreaPerPerson() возвращает пустое значение типа void, т.е. он практически ничего не возвращает вызывающей части программы. Анализируемая строка завершается фигурной скобкой, открывающей тело данного метода. Тело метода AreaPerPerson() состоит всего лишь из одного оператора.

Console.WriteLine(" " + Area / Occupants +

     " приходится на одного человека");

Этот оператор осуществляет вывод величины площади на одного человека, которая получается путем деления общей площади здания (переменной Area) на количество жильцов (переменную Occupants). А поскольку у каждого объекта типа Building имеется своя копия переменных Area и Occupants, то при вызове метода AreaPerPerson() в вычислении используются копии этих переменных, принадлежащие вызывающему объекту.

Метод AreaPerPerson() завершается закрывающейся фигурной скобкой. Когда встречается эта скобка, управление передается обратно вызывающей части программы.

Далее проанализируем внимательно следующую строку кода из метода Main().

house.AreaPerPerson() ;

В этой строке вызывается метод AreaPerPerson() для объекта house. Это означает, что метод AreaPerPerson() вызывается относительно объекта, на который ссылается переменная house, и для этой цели служит оператор-точка. Когда метод AreaPerPerson() вызывается, ему передается управление программой. А по его завершении управление передается обратно вызывающей части программы, выполнение которой возобновляется со строки кода, следующей после вызова данного метода.

В данном случае в результате вызова house.AreaPerPerson() выводится площадь на одного человека в здании, определенном в объекте house. Аналогично, в результате вызова office.AreaPerPerson() выводится площадь на одного человека в здании, определенном в объекте office. Таким образом, при каждом вызове метода AreaPerPerson() выводится площадь на одного человека для указанного объекта.

В методе AreaPerPerson() особого внимания заслуживает следующее обстоятельство: обращение к переменным экземпляра Area и Occupants осуществляется непосредственно, т.е. без помощи оператора-точки. Если в методе используется переменная экземпляра, определенная в его классе, то делается это непосредственно, без указания явной ссылки на объект и без помощи оператора-точки. Понять это нетрудно, если хорошенько подумать. Ведь метод всегда вызывается относительно некоторого объекта его класса. Как только вызов произойдет, объект становится известным. Поэтому объект не нужно указывать в методе еще раз. В данном случае это означает, что переменные экземпляра Area и Occupants в методе AreaPerPerson() неявно ссылаются на копии этих же переменных в том объекте, который вызывает метод AreaPerPerson().

-----------------------------------------------

ПРИМЕЧАНИЕ

Попутно следует заметить, что значение переменной Occupants в методе AreaPerPerson () не должно быть равно нулю (это касается всех примеров, приведенных в данной главе). Если бы значение переменной Occupants оказалось равным нулю, то произошла бы ошибка из-за деления на нуль. В главе 13, где рассматриваются исключительные ситуации, будет показано, каким образом в C# отслеживаются и обрабатываются ошибки, которые могут возникнуть во время выполнения программы.

-----------------------------------------------

Возврат из метода

В целом, возврат из метода может произойти при двух условиях. Во-первых, когда встречается фигурная скобка, закрывающая тело метода, как показывает пример метода AreaPerPerson() из приведенной выше программы. И во-вторых, когда выполняется оператор return. Имеются две формы оператора return: одна — для методов типа void, т.е. тех методов, которые не возвращают значения, а другая — для методов, возвращающих конкретные значения. Первая форма рассматривается в этом разделе, а в следующем разделе будет пояснено, каким образом значения возвращаются из методов.

Для немедленного завершения метода типа void достаточно воспользоваться следующей формой оператора return.

return;

Когда выполняется этот оператор, управление возвращается вызывающей части программы, а оставшийся в методе код пропускается. В качестве примера рассмотрим следующий метод.

public void MyMethO { int i;

  for(i=0; i<10; i++)    {

    if(i == 5) return; // прервать на шаге 5

    Console.WriteLine();

  }

}

В данном примере выполняется лишь 5 полноценных шагов цикла for, поскольку при значении 5 переменной i происходит возврат из метода.

В методе допускается наличие нескольких операторов return, особенно если имеются два или более вариантов возврата из него. Например:

public void MyMethO {

  // ...

  if(done) return;

  // ...

  if (error) return;

}

В данном примере возврат из метода происходит в двух случаях: если метод завершает свою работу или происходит ошибка. Но пользоваться таким приемом программирования следует очень аккуратно. Ведь из-за слишком большого числа точек возврата из метода может нарушиться структура кода.

Итак, напомним еще раз: возврат из метода типа void может произойти при двух условиях: по достижении закрывающей фигурной скобки или при выполнении оператора return.

Возврат значения

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. Возврат значения уже демонстрировался в главе 3 на примере метода Math.Sqrt(), использовавшегося для получения квадратного корня.

Возвращаемые значения используются в программировании с самыми разными целями. В одних случаях, как в примере метода Math.Sqrt(), возвращаемое значение содержит результат некоторого вычисления, в других — оно может просто указывать на успешное или неудачное завершение метода, а в третьих — содержать код состояния. Но независимо от преследуемой цели использование возвращаемых значений является неотъемлемой частью программирования на С#.

Для возврата значения из метода в вызывающую часть программы служит следующая форма оператора return:

return значение;

где значение — это конкретное возвращаемое значение.

Используя возвращаемое значение, можно усовершенствовать рассматривавшийся ранее метод AreaPerPerson(). Вместо того чтобы выводить величину площади на одного человека, лучше возвратить ее из этого метода. Среди прочих преимуществ такого подхода следует особо отметить возможность использовать возвращаемое значение для выполнения других вычислений. Приведенный ниже пример представляет собой улучшенный вариант рассматривавшейся ранее программы с усовершенствованным методом AreaPerPerson(), возвращающим величину площади на одного человека вместо того, чтобы выводить ее.

// Возвратить значение из метода AreaPerPerson().

using System;

class Building {

  public int Floors; // количество этажей

  public int Area; // общая площадь здания

  public int Occupants; // количество жильцов

  // Возвратить величину площади на одного человека,

  public int AreaPerPerson() {

    return Area / Occupants;

  }

}

// Использовать значение, возвращаемое методом AreaPerPerson().

class BuildingDemo {

  static void Main() {

    Building house = new Building();

    Building office = new Building();

    int areaPP; // площадь на одного человека

    // Присвоить значения полям в объекте house,

    house.Occupants = 4;

    house.Area = 2500;

    house.Floors = 2;

    // Присвоить значения полям в объекте office,

    office.Occupants = 25;

    office.Area = 4200;

    office.Floors = 3;

    // Получить площадь на одного человека в жилом доме.

    areaPP = house.AreaPerPerson();

    Console.WriteLine("Дом имеет:\n " +

           house.Floors + " этажа\n " +

           house.Occupants + " жильца\n " +

           house.Area +

           " кв. футов общей площади, из них\n " +

           areaPP + " приходится на одного человека");

    Console.WriteLine();

    // Получить площадь на одного человека в учреждении.

    areaPP = office.AreaPerPerson();

    Console.WriteLine ("Учреждение имеет :\n " +

            office.Floors + " этажа\n " +

            office.Occupants + " работников\n " +

            office.Area +

            " кв. футов общей площади, из них\n " +

            areaPP + " приходится на одного человека");

  }

}

Эта программа дает такой же результат, как и прежде.

В данной программе обратите внимание на следующее: когда метод AreaPerPerson() вызывается, он указывается в правой части оператора присваивания. А в левой части этого оператора указывается переменная, которой передается значение, возвращаемое методом AreaPerPerson(). Следовательно, после выполнения оператора

areaPP = house.AreaPerPerson();

в переменной areaPP сохраняется величина площади на одного человека в жилом доме (объект house).

Обратите также внимание на то, что теперь метод AreaPerPerson() имеет возвращаемый тип int. Это означает, что он будет возвращать целое значение вызывающей части программы. Тип, возвращаемый методом, имеет очень большое значение, поскольку тип данных, возвращаемых методом, должен быть совместим с возвращаемым типом, указанным в методе. Так, если метод должен возвращать данные типа double, то в нем следует непременно указать возвращаемый тип double.

Несмотря на то что приведенная выше программа верна, она, тем не менее, написана не совсем эффективно. В частности, в ней можно вполне обойтись без переменной areaPP, указав вызов метода AreaPerPerson() непосредственно в операторе, содержащем вызов метода WriteLine(), как показано ниже.

Console.WriteLine("Дом имеет:    "    +

house.Floors + " этажа " + house.Occupants + " жильца " + house.Area +

" кв. футов общей площади, из них " + house.AreaPerPerson() +

" приходится на одного человека");

В данном случае при выполнении оператора, содержащего вызов метода WriteLine(), автоматически вызывается метод house.AreaPerPerson(), а возвращаемое им значение передается методу WriteLine(). Кроме того, вызов метода AreaPerPerson() можно использовать всякий раз, когда требуется получить величину площади на одного человека для конкретного объекта типа Building. Например, в приведенном ниже операторе сравниваются величины площади на одного человека для двух зданий.

if(b1.AreaPerPerson() > b2.AreaPerPerson())

  Console.WriteLine("В здании b1 больше места для каждого человека");

Использование параметров

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.

Ниже приведен пример программы, в котором демонстрируется применение параметра. В классе ChkNum используется метод IsPrime(), который возвращает значение true, если ему передается значение, являющееся простым числом. В противном случае он возвращает значение false. Следовательно, возвращаемым для метода IsPrime() является тип bool.

// Простой пример применения параметра.

using System;

class ChkNum {

  // Возвратить значение true, если значение

  // параметра х окажется простым числом,

  public bool IsPrime(int x) {

    if (x <= 1) return false;

    for (int i=2; i <= x/i; i++)

      if ( (x % i) == 0) return false;

    return true;

  }

}

class ParmDemo {

  static void Main() {

    ChkNum ob = new ChkNum();

    for (int i=2; i < 10; i++)

    if(ob.IsPrime(i))

      Console.WriteLine(i + " простое число.");

    else

      Console.WriteLine(i + " непростое число.");

  }

}

Вот какой результат дает выполнение этой программы.

2    простое число.

3    простое число.

4    непростое число.

5    простое число.

6    непростое число.

7    простое число.

8    непростое число.

9    непростое число.

В данной программе метод IsPrime() вызывается восемь раз, и каждый раз ему передается другое значение. Проанализируем этот процесс более подробно. Прежде всего обратите внимание на то, как вызывается метод IsPrime(). Его аргумент указывается в скобках. Когда метод IsPrime() вызывается в первый раз, ему передается значение 2. Следовательно, когда метод IsPrime() начинает выполняться, его параметр х принимает значение 2. При втором вызове этого метода его параметр х принимает значение 3, при третьем вызове — значение 4 и т.д. Таким образом, значение, передаваемое методу IsPrime() в качестве аргумента при его вызове, представляет собой значение, которое принимает его параметр х.

У метода может быть не только один, но и несколько параметров. Каждый его параметр объявляется, отделяясь от другого запятой. В качестве примера ниже приведен класс ChkNum, который расширен дополнительным методом LeastComFactor(), возвращающим наименьший общий множитель двух его аргументов. Иными словами, этот метод возвращает наименьшее число, на которое оба его аргумента делятся нацело.

// Добавить метод, принимающий два аргумента.

using System;

class ChkNum {

  // Возвратить значение true, если значение

  // параметра х окажется простым числом,

  public bool IsPrime(int x) {

    if (x <= 1) return false;

    for (int i = 2; i <= x / i; i++) if ((x % i) == 0) return false;

    return true;

  }

  // Возвратить наименьший общий множитель,

  public int LeastComFactor(int a, int b) {

    int max;

    if (IsPrime(a) || IsPrime(b)) return 1;

    max = a < b ? a : b;

    for (int i = 2; i <= max / 2; i++)

      if (((a % i) == 0) && ((b % i) == 0)) return i;

    return 1;

  }

}

class ParmDemo {

  static void Main() {

    ChkNum ob = new ChkNum();

    int a, b;

    for (int i = 2; i < 10; i++)

      if (ob.IsPrime(i))

        Console.WriteLine(i + " простое число.");

      else

        Console.WriteLine(i + " непростое число.");

    a = 7;

    b = 8;

    Console.WriteLine("Наименьший общий множитель чисел "

           + a + " и " + b + " равен "

           + ob.LeastComFactor(a, b));

    a = 100;

    b = 8;

    Console.WriteLine("Наименьший общий множитель чисел "

              + a + " и " + b + " равен "

              + ob.LeastComFactor(a, b));

    a = 100;

    b = 75;

    Console.WriteLine("Наименьший общий множитель чисел "

              + a + " и " + b + " равен "

              + ob.LeastComFactor(a, b));

  }

}

Обратите внимание на следующее: когда вызывается метод LeastComFactor(), его аргументы также разделяются запятыми. Ниже приведен результат выполнения данной программы.

2    простое число.

3    простое число.

4    непростое число.

5    простое число.

6    непростое число.

7    простое число.

8    непростое число.

9    непростое число.

Наименьший общий множитель чисел 7 и 8 равен 1

Наименьший общий множитель чисел 100 и 8 равен 2

Наименьший общий множитель чисел 100 и 75 равен 5

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) {

//...

Добавление параметризированного метода в класс Building

С помощью параметризированного метода можно дополнить класс Building новым средством, позволяющим вычислять максимальное количество жильцов в здании, исходя из определенной величины минимальной площади на одного человека. Этим новым средством является приведенный ниже метод MaxOccupant().

// Возвратить максимальное количество человек, занимающих здание,

// исходя из заданной минимальной площади на одного человека,

public int MaxOccupant(int minArea) {

  return Area / minArea;

}

Когда вызывается метод MaxOccupant(), его параметр minArea принимает величину необходимой минимальной площади на одного человека. На эту величину делится общая площадь здания при выполнении данного метода, после чего он возвращает результат.

Ниже приведен весь класс Building, включая и метод MaxOccupant().

/*

Добавить параметризированный метод, вычисляющий максимальное количество человек, которые могут занимать здание, исходя из заданной минимальной площади на одного человека.

*/

using System;

class Building {

  public int Floors; // количество этажей

  public int Area; // общая площадь здания

  public int Occupants; // количество жильцов

  // Возвратить площадь    на    одного человека,

  public int AreaPerPerson()    {

    return Area / Occupants;

  }

// Возвратить максимальное количество человек, занимающих здание,

// исходя из заданной минимальной площади на одного человека,

  public int MaxOccupant(int minArea) {

    return Area / minArea;

  }

}

// Использовать метод MaxOccupant().

class BuildingDemo {

  static void Main() {

    Building house = new Building();

    Building office = new Building();

    // Присвоить значения полям в объекте house,

    house.Occupants = 4;

    house.Area = 2500;

    house.Floors = 2;

    // Присвоить значения полям в объекте office,

    office.Occupants = 25;

    office.Area = 4200;

    office.Floors = 3;

    Console.WriteLine("Максимальное количество человек в доме, \n" +

           "если на каждого должно приходиться " +

           300 + " кв. футов: " + house.MaxOccupant(300));

    Console.WriteLine("Максимальное количество человек " +

           "в учреждении \n" +

           "если на каждого должно приходиться " +

           300 + " кв. футов: " + office.MaxOccupant(300));

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

Максимальное количество человек в доме,

если на каждого должно приходиться 300 кв. футов: 8

Максимальное количество человек в учреждении,

если на каждого должно приходиться 300 кв. футов: 14

Исключение недоступного кода

При создании методов следует исключить ситуацию, при которой часть кода не может быть выполнена ни при каких обстоятельствах. Такой код называется недоступным и считается в C# неправильным. Если создать метод, содержащий недоступный код, компилятор выдаст предупреждающее сообщение соответствующего содержания. Рассмотрим следующий пример кода.

public void MyMeth() {

  char a, b;

  // . . .

  if(a==b)    {

    Console.WriteLine("равно") ;

    r eturn;

  }

  else {

    Console.WriteLine("не равно") ;

    return;

  }

  Console.WriteLine ("это недоступный код");

}

В данном примере возврат из метода MyMeth() всегда происходит до выполнения последнего оператора, содержащего вызов метода WriteLine(). Если попытаться скомпилировать этот код, то будет выдано предупреждающее сообщение. Вообще говоря, недоступный код считается ошибкой программирования, и поэтому предупреждения о таком коде следует воспринимать всерьез.

 

Конструкторы

В приведенных выше примерах программ переменные экземпляра каждого объекта типа Building приходилось инициализировать вручную, используя, в частности, следующую последовательность операторов.

house.Occupants = 4;

house.Area = 2500;

house.Floors = 2;

Такой прием обычно не применяется в профессионально написанном коде С#. Кроме того, он чреват ошибками (вы можете просто забыть инициализировать одно из полей). Впрочем, существует лучший способ решить подобную задачу: воспользоваться конструктором.

Конструктор инициализирует объект при его создании. У конструктора такое же имя, как и у его класса, а с точки зрения синтаксиса он подобен методу. Но у конструкторов нет возвращаемого типа, указываемого явно. 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.

У всех классов имеются конструкторы, независимо от того, определите вы их или нет, поскольку в C# автоматически предоставляется конструктор, используемый по умолчанию и инициализирующий все переменные экземпляра их значениями по умолчанию. Для большинства типов данных значением по умолчанию является нулевое, для типа bool — значение false, а для ссылочных типов — пустое значение. Но как только вы определите свой собственный конструктор, то конструктор по умолчанию больше не используется.

Ниже приведен простой пример применения конструктора.

// Простой конструктор.

using System;

class MyClass {

  public int x;

  public MyClass() {

    x = 10;

  }

}

class ConsDemo {

  static void Main() {

    MyClass tl = new MyClass();

    MyClass t2 = new MyClass();

    Console.WriteLine(tl.x + " " + t2.x);

  }

}

В данном примере конструктор класса MyClass имеет следующий вид.

public MyClassO {

  x = 10;

}

Обратите внимание на то, что этот конструктор обозначается как public. Дело в том, что он должен вызываться из кода, определенного за пределами его класса. В этом конструкторе переменной экземпляра класса MyClass присваивается значение 10. Он вызывается в операторе new при создании объекта. Например, в следующей строке:

MyClass t1 = new MyClass();

конструктор MyClass() вызывается для объекта t1, присваивая переменной его экземпляра t1.х значение 10. То же самое происходит и для объекта t2. После конструирования переменная t2.х будет содержать то же самое значение 10. Таким образом, выполнение приведенного выше кода приведет к следующему результату.

10 10

Параметризированные конструкторы

В предыдущем примере использовался конструктор без параметров. В некоторых случаях этого оказывается достаточно, но зачастую конструктор, должен принимать один или несколько параметров. В конструктор параметры вводятся таким же образом, как и в метод. Для этого достаточно объявить их в скобках после имени конструктора. Ниже приведен пример применения параметризированного конструктора MyClass.

// Параметризированный конструктор.

using System;

class MyClass { public int x;

  public MyClass(int i) {

    x = i;

  }

}

class ParmConsDemo {

  static void Main() {

    MyClass tl = new MyClass(10);

    MyClass t2 = new MyClass(88);

    Console.WriteLine(tl.x + " " + t2.x);

  }

}

При выполнении этого кода получается следующий результат.

10 88

В данном варианте конструктора MyClass() определен параметр i, с помощью которого инициализируется переменная экземпляра х. Поэтому при выполнении следующей строки кода:

MyClass t1 = new MyClass(10);

параметру i передается значение, которое затем присваивается переменной х.

Добавление конструктора в класс Building

Класс Building можно усовершенствовать, добавив в него конструктор, автоматически инициализирующий поля Floors, Area и Occupants при создании объекта. Обратите особое внимание на то, как создаются объекты класса Building.

// Добавить конструктор в класс Building.

using System;

class Building {

  public int Floors;    //    количество этажей

  public int Area;    //    общая площадь здания

  public int Occupants;    //    количество жильцов

  // Параметризированный конструктор для класса Building,

  public Building(int f, int a, int o) {

    Floors = f;

    Area = a;

    Occupants = o;

  }

  // Возвратить площадь на одного человека,

  public int AreaPerPerson() {

    return Area / Occupants;

  }

  // Возвратить максимальное количество человек, занимающих здание,

  // исходя из заданной минимальной площади на одного человека. 

  public int MaxOccupant(int minArea) {

    return Area / minArea;

  }

}

// Использовать параметризированный конструктор класса Building,

class BuildingDemo {

  static void Main() {

    Building house = new Building(2, 2500, 4);

    Building office = new Building(3, 4200, 25);

    Console.WriteLine("Максимальное количество человек в доме, \n" +

           "если на каждого должно приходиться " +

           300 + " кв. футов: " + house.MaxOccupant(300));

    Console.WriteLine("Максимальное количество человек " +

           "в учреждении, \n" +

           "если на каждого должно приходиться " +

           300 + " кв. футов: " + office.MaxOccupant(300) );

  }

}

Результат выполнения этой программы оказывается таким же, как и в предыдущей ее версии.

Оба объекта, house и office, были инициализированы конструктором Building() при их создании в соответствии с параметрами, указанными в этом конструкторе. Например, в строке

Building house = new Building(2, 2500, 4);

конструктору Building() передаются значения 2, 2500 и 4 при создании нового объекта. Следовательно, в копиях переменных экземпляра Floors, Area и Occupants объекта house будут храниться значения 2, 2500 и 4 соответственно.

 

Еще раз об операторе new

Теперь, когда вы ближе ознакомились с классами и их конструкторами, вернемся к оператору new, чтобы рассмотреть его более подробно. В отношении классов общая форма оператора new такова:

new имя_класса ( список_аргументов)

где имя_класса обозначает имя класса, реализуемого в виде экземпляра его объекта. А имя_класса с последующими скобками обозначает конструктор этого класса. Если в классе не определен его собственный конструктор, то в операторе new будет использован конструктор, предоставляемый в C# по умолчанию. Следовательно, оператор new может быть использован для создания объекта, относящегося к классу любого типа.

Оперативная память не бесконечна, и поэтому вполне возможно, что оператору new не удастся распределить память для объекта из-за нехватки имеющейся оперативной памяти. В этом случае возникает исключительная ситуация во время выполнения (подробнее об обработке исключительных ситуаций речь пойдет в главе 13). В примерах программ, приведенных в этой книге, ситуация, связанная с исчерпанием оперативной памяти, не учитывается, но при написании реальных программ такую возможность, вероятно, придется принимать во внимание.

Применение оператора new вместе с типами значений

В связи с изложенным выше возникает резонный вопрос: почему оператор new нецелесообразно применять к переменным таких типов значений, как int или float? В C# переменная типа значения содержит свое собственное значение. Память для хранения этого значения выделяется автоматически во время прогона программы. Следовательно, распределять память явным образом с помощью оператора new нет никакой необходимости. С другой стороны, в переменной ссылочного типа хранится ссылка на объект, и поэтому память для хранения этого объекта должна распределяться динамически во время выполнения программы.

Благодаря тому что основные типы данных, например int или char, не преобразуются в ссылочные типы, существенно повышается производительность программы. Ведь при использовании ссылочного типа существует уровень косвенности, повышающий издержки на доступ к каждому объекту. Такой уровень косвенности исключается при использовании типа значения.

Но ради интереса следует все же отметить, что оператор new разрешается использовать вместе с типами значений, как показывает следующий пример.

int i = new int();

При этом для типа int вызывается конструктор, инициализирующий по умолчанию переменную i нулевым значением. В качестве примера рассмотрим такую программу.

// Использовать оператор new вместе с типом значения.

using System;

class newValue {

  static void Main() {

    int i = new int(); // инициализировать переменную i нулевым значением

    Console.WriteLine("Значение переменной i равно: " + i);

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

Значение переменной i равно: 0

Как показывает результат выполнения данной программы, переменная i инициализируется нулевым значением. Напомним, что если не применить оператор new, то переменная i окажется неинициализированной. Это может привести к ошибке при попытке воспользоваться ею в операторе, содержащем вызов метода WriteLine(), если предварительно не задать ее значение явным образом.

В общем, обращение к оператору new для любого типа значения приводит к вызову конструктора, используемого по умолчанию для данного типа. Но в этом случае память динамически не распределяется. Откровенно говоря, в программировании обычно не принято пользоваться оператором new вместе с типами значений.

 

“Сборка мусора” и применение деструкторов

Как было показано выше, при использовании оператора new свободная память для создаваемых объектов динамически распределяется из доступной буферной области оперативной памяти. Разумеется, оперативная память не бесконечна, и поэтому свободно доступная память рано или поздно исчерпывается. Это может привести к неудачному выполнению оператора new из-за нехватки свободной памяти для создания требуемого объекта. Именно по этой причине одной из главных функций любой схемы динамического распределения памяти является освобождение свободной памяти от неиспользуемых объектов, чтобы сделать ее доступной для последующего перераспределения. Во многих языках программирования освобождение распределенной ранее памяти осуществляется вручную. Например, в C++ для этой цели служит оператор delete. Но в C# применяется другой, более надежный подход: "сборка мусора".

Система "сборки мусора" в C# освобождает память от лишних объектов автоматически, действуя незаметно и без всякого вмешательства со стороны программиста. "Сборка мусора" происходит следующим образом. Если ссылки на объект отсутствуют, то такой объект считается ненужным, и занимаемая им память в итоге освобождается и накапливается. Эта утилизированная память может быть затем распределена для других объектов.

"Сборка мусора" происходит лишь время от времени по ходу выполнения программы. Она не состоится только потому, что существует один или более объектов, которые больше не используются. Следовательно, нельзя заранее знать или предположить, когда именно произойдет "сборка мусора".

Деструкторы

В языке C# имеется возможность определить метод, который будет вызываться непосредственно перед окончательным уничтожением объекта системой "сборки мусора". Такой метод называется деструктором и может использоваться в ряде особых случаев, чтобы гарантировать четкое окончание срока действия объекта. Например, деструктор может быть использован для гарантированного освобождения системного ресурса, задействованного освобождаемым объектом. Следует, однако, сразу же подчеркнуть, что деструкторы — весьма специфические средства, применяемые только в редких, особых случаях. И, как правило, они не нужны. Но здесь они рассматриваются вкратце ради полноты представления о возможностях языка С#.

Ниже приведена общая форма деструктора:

~ имя_класса () {

// код деструктора

}

где имя_класса означает имя конкретного класса. Следовательно, деструктор объявляется аналогично конструктору, за исключением того, что перед его именем указывается знак "тильда" (~). Обратите внимание на то, что у деструктора отсутствуют возвращаемый тип и передаваемые ему аргументы.

Для того чтобы добавить деструктор в класс, достаточно включить его в класс в качестве члена. Он вызывается всякий раз, когда предполагается утилизировать объект его класса. В деструкторе можно указать те действия, которые следует выполнить перед тем, как уничтожать объект.

Следует, однако, иметь в виду, что деструктор вызывается непосредственно перед "сборкой мусора". Он не вызывается, например, в тот момент, когда переменная, содержащая ссылку на объект, оказывается за пределами области действия этого объекта. (В этом отношении деструкторы в C# отличаются от деструкторов в C++, где они вызываются в тот момент, когда объект оказывается за пределами области своего действия.) Это означает, что заранее нельзя знать, когда именно следует вызывать деструктор. Кроме того, программа может завершиться до того, как произойдет "сборка мусора", а следовательно, деструктор может быть вообще не вызван.

Ниже приведен пример программы, демонстрирующий применение деструктора. В этой программе создается и уничтожается большое число объектов. В какой-то момент по ходу данного процесса активизируется "сборка мусора" и вызываются деструкторы для уничтожения ненужных объектов.

// Продемонстрировать применение деструктора.

using System;

class Destruct {

  public int x;

  public Destruct(int i) {

    x = i ;

  }

  // Вызывается при утилизации объекта.

  ~Destruct() {

    Console.WriteLine("Уничтожить " + x);

  }

  // Создает объект и тут же уничтожает его.

  public void Generator(int i) {

    Destruct о = new Destruct(i);

  }

}

class DestructDemo {

  static void Main() {

    int count;

    Destruct ob = new Destruct(0);

    /* А теперь создать большое число объектов.

    В какой-то момент произойдет "сборка мусора".

    Примечание: для того чтобы активизировать

    "сборку мусора", возможно, придется

    увеличить число создаваемых объектов. */

    for(count = 1; count < 100000; count++)

      ob.Generator(count);

    Console.WriteLine("Готово!");

  }

}

Эта программа работает следующим образом. Конструктор инициализирует переменную х известным значением. В данном примере переменная х служит в качестве идентификатора объекта. А деструктор выводит значение переменной х, когда объект утилизируется. Особый интерес вызывает метод Generator(), который создает и тут же уничтожает объект типа Destruct. Сначала в классе DestructDemo создается исходный объект ob типа Destruct, а затем осуществляется поочередное создание и уничтожение 100 тыс. объектов. В разные моменты этого процесса происходит "сборка мусора". Насколько часто она происходит — зависит от нескольких факторов, в том числе от первоначального объема свободной памяти, типа используемой операционной системы и т.д. Тем не менее в какой-то момент начинают появляться сообщения, формируемые деструктором. Если же они не появятся до окончания программы, т.е. до того момента, когда будет выдано сообщение "Готово!", попробуйте увеличить число создаваемых объектов, повысив предельное количество подсчитываемых шагов в цикле for.

И еще одно важное замечание: метод WriteLine() вызывается в деструкторе ~Destruct() исключительно ради наглядности данного примера его использования. Как правило, деструктор должен воздействовать только на переменные экземпляра, определенные в его классе.

В силу того что порядок вызова деструкторов не определен точно, их не следует применять для выполнения действий, которые должны происходить в определенный момент выполнения программы. В то же время имеется возможность запрашивать "сборку мусора", как будет показано в части II этой книги при рассмотрении библиотеки классов С#. Тем не менее инициализация "сборки мусора" вручную в большинстве случаев не рекомендуется, поскольку это может привести к снижению эффективности программы. Кроме того, у системы "сборки мусора" имеются свои особенности — даже если запросить "сборку мусора" явным образом, все равно нельзя заранее знать, когда именно будет утилизирован конкретный объект.

Ключевое слово this

Прежде чем завершать эту главу, необходимо представить ключевое слово this. Когда метод вызывается, ему автоматически передается ссылка на вызывающий объект, т.е. тот объект, для которого вызывается данный метод. Эта ссылка обозначается ключевым словом this. Следовательно, ключевое слово this обозначает именно тот объект, по ссылке на который действует вызываемый метод. Для того чтобы стало яснее назначение ключевого слова this, рассмотрим сначала пример программы, в которой создается класс Rect, инкапсулирующий ширину и высоту прямоугольника и включающий в себя метод Area(), возвращающий площадь прямоугольника.

using System;

class Rect {

  public int Width;

  public int Height;

  public Rect(int w, int h) {

    Width = w;

    Height = h;

  }

  public int Area() {

    return Width * Height;

  }

}

class UseRect {

  static void Main() {

    Rect rl = new Rect(4, 5);

    Rect r2 = new Rect(7, 9);

    Console.WriteLine("Площадь прямоугольника rl: " + rl.Area());

    Console.WriteLine("Площадь прямоугольника r2: " + r2.Area());

  }

}

Как вам должно уже быть известно, другие члены класса могут быть доступны непосредственно без дополнительного уточнения имени объекта или класса. Поэтому оператор

return Width * Height;

в методе Area() означает, что копии переменных Width и Height, связанные с вызывающим объектом, будут перемножены, а метод возвратит их произведение. Но тот же самый оператор можно написать следующим образом.

return this.Width * this.Height;

В этом операторе ключевое слово this обозначает объект, для которого вызван метод Area(). Следовательно, в выражении this.Width делается ссылка на копию переменной Width данного объекта, а в выражении this.Height — ссылка на копию переменной Height этого же объекта. Так, если бы метод Area() был вызван для объекта х, то ключевое слово this в приведенном выше операторе обозначало бы ссылку на объект х. Написание оператора без ключевого слова this представляет собой не более чем сокращенную форму записи.

Ключевое слово this можно также использовать в конструкторе. В этом случае оно обозначает объект, который конструируется. Например, следующие операторы в методе Rect()

Width = w;

Height = h;

можно было бы написать таким образом.

this.Width = w;

this.Height = h;

Разумеется, такой способ записи не дает в данном случае никаких преимуществ. Ради примера ниже приведен весь класс Rect, написанный с использованием ссылки this.

using System;

class Rect {

  public int Width;

  public int Height;

  public Rect(int w, int h) {

    this.Width = w;

    this.Height = h;

  }

  public int Area()    {

    return this.Width * this.Height;

  }

}

class UseRect {

  static void Main() {

    Rect rl = new Rect(4, 5);

    Rect r2 = new Rect(7, 9);

    Console.WriteLine("Площадь прямоугольника rl: " + rl.Area());

    Console.WriteLine("Площадь прямоугольника r2: " + r2.Area());

  }

}

В действительности ключевое слово this не используется приведенным выше способом в программировании на С#, поскольку это практически ничего не дает, да и стандартная форма записи намного проще и понятнее. Тем не менее ключевому слову this можно найти не одно полезное применение. Например, в синтаксисе C# допускается называть параметр или локальную переменную тем же именем, что и у переменной экземпляра. В этом случае имя локальной переменной скрывает переменную экземпляра. Для доступа к скрытой переменной экземпляра и служит ключевое слово this. Например, приведенный ниже код является правильным с точки зрения синтаксиса C# способом написания конструктора Rect().

public Rect(int Width, int Height) {

  this.Width = Width; this.Height = Height;

}

В этом варианте написания конструктора Rect() имена параметров совпадают с именами переменных экземпляра, а следовательно, скрывают их. Но для "обнаружения" скрытых переменных служит ключевое слово this.

 

В этой главе речь вновь пойдет о типах данных в С#. В ней рассматриваются массивы и тип string, а также оператор цикла foreach.

 

Массивы

Массив представляет собой совокупность переменных одного типа с общим для обращения к ним именем. В C# массивы могут быть как одномерными, так и многомерными, хотя чаще всего применяются одномерные массивы. Массивы служат самым разным целям, поскольку они предоставляют удобные средства для объединения связанных вместе переменных. Например, в массиве можно хранить максимальные суточные температуры, зарегистрированные в течение месяца, перечень биржевых курсов или же названия книг по программированию из домашней библиотеки.

Главное преимущество массива — в организации данных таким образом, чтобы ими было проще манипулировать. Так, если имеется массив, содержащий дивиденды, выплачиваемые по определенной группе акций, то, организовав циклическое обращение к элементам этого массива, можно без особого труда рассчитать средний доход от этих акций. Кроме того, массивы позволяют организовать данные таким образом, чтобы легко отсортировать их.

Массивами в C# можно пользоваться практически так же, как и в других языках программирования. Тем не менее у них имеется одна особенность: они реализованы в виде объектов. Именно поэтому их рассмотрение было отложено до тех пор, пока в этой книге не были представлены

объекты. Реализация массивов в виде объектов дает ряд существенных преимуществ, и далеко не самым последним среди них является возможность утилизировать неиспользуемые массивы средствам "сборки мусора".

Одномерные массивы

Одномерный массив представляет собой список связанных переменных. Такие списки часто применяются в программировании. Например, в одномерном массиве можно хранить учетные номера активных пользователей сети или текущие средние уровни достижений бейсбольной команды.

Для тoгo чтобы воспользоваться массивом в программе, требуется двухэтапная процедура, поскольку в C# массивы реализованы в виде объектов. Во-первых, необходимо объявить переменную, которая может обращаться к массиву. И во-вторых, нужно создать экземпляр массива, используя оператор new. Так, для объявления одномерного массива обычно применяется следующая общая форма:

тип[] имя_массива = new тип[размер] ;

где тип объявляет конкретный тип элемента массива. Тип элемента определяет тип данных каждого элемента, составляющего массив. Обратите внимание на квадратные скобки, которые сопровождают тип. Они указывают на то, что объявляется одномерный массив. А размер определяет число элементов массива.

-----------------------------------------------

ПРИМЕЧАНИЕ

Если у вас имеется некоторый опыт программирования на С иди C++, обратите особое внимание на то, как объявляются массивы в С#. В частности, квадратные скобки следуют после названия типа, а не имени массива.

-----------------------------------------------

Обратимся к конкретному примеру. В приведенной ниже строке кода создается массив типа int, который составляется из десяти элементов и связывается с переменной ссылки на массив, именуемой sample.

int[] sample = new int[10];

В переменной sample хранится ссылка на область памяти, выделяемой для массива оператором new. Эта область памяти должна быть достаточно большой, чтобы в ней могли храниться десять элементов массива типа int.

Как и при создании экземпляра класса, приведенное выше объявление массива можно разделить на два отдельных оператора. Например:

int[] sample;

sample = new int[10];

В данном случае переменная sample не ссылается на какой-то определенный физический объект, когда она создается в первом операторе. И лишь после выполнения второго оператора эта переменная ссылается на массив.

Доступ к отдельному элементу массива осуществляется по индексу: Индекс обозначает положение элемента в массиве. В языке C# индекс первого элемента всех массивов оказывается нулевым. В частности, массив sample состоит из 10 элементов с индексами от 0 до 9. Для индексирования массива достаточно указать номер требуемого элемента в квадратных скобках. Так, первый элемент массива sample обозначается как sample [ 0 ], а последний его элемент — как sample [ 9 ]. Ниже приведен пример программы, в которой заполняются все 10 элементов массива sample.

// Продемонстрировать одномерный массив.

using System;

class ArrayDemo {

  static void Main() {

    int[] sample = new int[10];

    int i;

    for(i =0; i < 10; i = i + 1) sample[i] = i;

    for(i = 0; i < 10; i = i + 1)

      Console.WriteLine("sample[" + i + "]: " + sample[i]);

  }

}

При выполнении этой программы получается следующий результат.

sample[0]: 0

sample[1]: 1

sample[2]: 2

sample[3]: 3

sample[4]: 4

sample[5]: 5

sample[6]: 6

sample[7]: 7

sample[8]: 8

sample[9]: 9

Схематически массив sample можно представить таким образом.

Массивы часто применяются в программировании потому, что они дают возможность легко обращаться с большим числом взаимосвязанных переменных. Например, в приведенной ниже программе выявляется среднее арифметическое ряда значений, хранящихся в массиве nums, который циклически опрашивается с помощью оператора цикла for.

// Вычислить среднее арифметическое ряда значений.

using System;

class Average {

  static void Main() {

    int[] nums = new int[10];

    int avg = 0;

    nums[0] = 99;

    nums[1] = 10;

    nums[2] = 100;

    nums[3] = 18;

    nums[4] = 78;

    nums[5] = 23;

    nums[6] = 63;

    nums[7] = 9;

    nums[8] = 87;

    nums[9] = 49;

    for (int i=0; i < 10; i++) avg = avg + nums[i];

    avg = avg / 10;

    Console.WriteLine("Среднее: " + avg);

  }

}

Результат выполнения этой программы выглядит следующим образом.

Среднее: 53

Инициализация массива

В приведенной выше программе первоначальные значения были заданы для элементов массива nums вручную в десяти отдельных операторах присваивания. Конечно, такая инициализация массива совершенно правильна, но то же самое можно сделать намного проще. Ведь массивы могут инициализироваться, когда они создаются. Ниже приведена общая форма инициализации одномерного массива:

тип[] имя_массива = {val1, val2, val3, ..., valN) ;

где val1 -valN обозначают первоначальные значения, которые присваиваются по очереди, слева направо и по порядку индексирования. Для хранения инициализаторов массива в C# автоматически распределяется достаточный объем памяти. А необходимость пользоваться оператором new явным образом отпадает сама собой. В качестве примера ниже приведен улучшенный вариант программы, вычисляющей среднее арифметическое.

// Вычислить среднее арифметическое ряда значений.

using System;

class Average {

  static void Main() {

    int[] nums = { 99, 10, 100, 18, 78, 23,

            63, 9, 87, 49 };

    int avg = 0;

    for(int i=0; i < 10; i++) avg = avg + nums[i];

    avg = avg /10;

    Console.WriteLine("Среднее: " + avg);

  }

}

Любопытно, что при инициализации массива можно также воспользоваться оператором new, хотя особой надобности в этом нет. Например, приведенный ниже фрагмент кода считается верным, но избыточным для инициализации массива nums в упомянутой выше программе.

int[] nums = new int[] { 99, 10, 100, 18, 78, 23,

63, 9, 87, 49 };

Несмотря на свою избыточность, форма инициализации массива с оператором new оказывается полезной в том случае, если новый массив присваивается уже существующей переменной ссылки на массив. Например:

int[] nums;

nums = new int[] {99,10,100,18,78, 23,

63, 9, 87, 49 };

В данном случае переменная nums объявляется в первом операторе и инициализируется во втором.

И последнее замечание: при инициализации массива его размер можно указывать явным образом, но этот размер должен совпадать с числом инициализаторов. В качестве примера ниже приведен еще один способ инициализации массива nums.

int[] nums = new int[10] {99, 10, 100, 18, 78, 23,

63, 9, 87, 49 };

В этом объявлении размер массива nums задается равным 10 явно.

Соблюдение границ массива

Границы массива в C# строго соблюдаются. Если границы массива не достигаются или же превышаются, то возникает ошибка при выполнении. Для того чтобы убедиться в этом, попробуйте выполнить приведенную ниже программу, в которой намеренно превышаются границы массива.

// Продемонстрировать превышение границ массива.

using System;

class ArrayErr {

  static void Main() {

    int[] sample = new int[10];

    int i;

    // Воссоздать превышение границ массива.

    for(i =0; i < 100; i = i+1)

      sample[i] = i;

  }

}

Как только значение переменной i достигает 10, возникнет исключительная ситуация типа IndexOutOfRangeException, связанная с выходом за пределы индексирования массива, и программа преждевременно завершится. (Подробнее об исключительных ситуациях и их обработке речь пойдет в главе 13.)

 

Многомерные массивы

В программировании чаще всего применяются одномерные массивы, хотя и многомерные не так уж и редки. Многомерным называется такой массив, который отличается двумя или более измерениями, причем доступ к каждому элементу такого массива осуществляется с помощью определенной комбинации двух или более индексов.

Двумерные массивы

Простейшей формой многомерного массива является двумерный массив. Местоположение любого элемента в двумерном массиве обозначается двумя индексами. Такой массив можно представить в виде таблицы, на строки которой указывает один индекс, а на столбцы — другой.

В следующей строке кода объявляется двумерный массив integer размерами 10x20.

int[,] table = new int[10, 20];

Обратите особое внимание на объявление этого массива. Как видите, оба его размера разделяются запятой. В первой части этого объявления синтаксическое обозначение [,] означает, что создается переменная ссылки на двумерный массив. Если же память распределяется для массива с помощью оператора new, то используется следующее синтаксическое обозначение.

int[10, 20]

В данном объявлении создается массив размерами 10x20, но и в этом случае его размеры разделяются запятой.

Для доступа к элементу двумерного массива следует указать оба индекса, разделив их запятой. Например, в следующей строке кода элементу массива table с координатами местоположения (3,5) присваивается значение 10.

table[3, 5] = 10;

Ниже приведен более наглядный пример в виде небольшой программы, в которой двумерный массив сначала заполняется числами от 1 до 12, а затем выводится его содержимое.

// Продемонстрировать двумерный массив.

using System;

class TwoD {

  static void Main() {

    int t, i;

    int[,] table = new int[3, 4];

    for(t=0; t < 3; ++t) {

      for(i=0; i < 4; ++i) {

        table[t,i] = (t*4)+i+1;

        Console.Write(table[t, i] + " ");

      }

      Console.WriteLine();

    }

  }

}

В данном примере элемент массива table[ 0, 0 ] будет иметь значение 1, элемент массива table[0,1] — значение 2, элемент массива table[0,2] — значение 3 и т.д. А значение элемента массива table[2,3] окажется равным 12. На рис. 7.1 показано схематически расположение элементов этого массива и их значений.

Рис. 7.1. Схематическое представление массива table, созданного в программе TwoD

------------------------------------------

СОВЕТ

Если вам приходилось раньше программировать на С, C++ или Java, то будьте особенно внимательны, объявляя или организуя доступ к многомерным массивам в С#. В этих языках программирования размеры массива и индексы указываются в отдельных квадратных скобках, тогда как в C# они разделяются запятой.

------------------------------------------

Массивы трех и более измерений

В C# допускаются массивы трех и более измерений. Ниже приведена общая форма объявления многомерного массива.

тип[, . . ., ] имя_массива = new тип[размер1, размер2, . . . размеры] ;

Например, в приведенном ниже объявлении создается трехмерный целочисленный массив размерами 4x10хЗ.

int[,,] multidim = new int[4, 10, 3];

А в следующем операторе элементу массива multidim с координатами местоположения (2,4,1) присваивается значение 100.

multidim[2, 4, 1] = 100;

Ниже приведен пример программы, в которой сначала организуется трехмерный массив, содержащий матрицу значений 3х3x3, а затем значения элементов этого массива суммируются по одной из диагоналей матрицы.

// Суммировать значения по одной из диагоналей матрицы 3x3x3.

using System;

class ThreeDMatrix {

  static void Main() {

    int[,,] m = new int[3, 3, 3];

    int sum = 0;

    int n = 1;

    for(int x=0; x < 3; x++)

      for(int y=0; y < 3; y++)

        for(int z=0; z < 3; z++)

          m[x, y, z] = n++;

    sum = m[0, 0, 0] + m[1, 1, 1] + m[2, 2, 2];

    Console.WriteLine("Сумма значений по первой диагонали: " + sum);

  }

}

Вот какой результат дает выполнение этой программы.

Сумма значений по первой диагонали: 42

Инициализация многомерных массивов

Для инициализации многомерного массива достаточно заключить в фигурные скобки список инициализаторов каждого его размера. Ниже в качестве примера приведена общая форма инициализации двумерного массива:

тип[,] имя_массив а = {

{val, val, val ..., val},

{val, val, val,..., val},

{val, val, val, ..., val}

};

где val обозначает инициализирующее значение, а каждый внутренний блок — отдельный ряд. Первое значение в каждом ряду сохраняется на первой позиции в массиве, второе значение — на второй позиции и т.д. Обратите внимание на то, что блоки инициализаторов разделяются запятыми, а после завершающей эти блоки закрывающей фигурной скобки ставится точка с запятой.

В качестве примера ниже приведена программа, в которой двумерный массив sqrs инициализируется числами от 1 до 10 и квадратами этих чисел.

// Инициализировать двумерный массив, using System;

using System;

class Squares { 

  static void Main() { 

    int[,] sqrs = {

      { 1, 1 },

      { 2, 4 },

      { 3, 9 },

      { 4, 16 },

      { 5, 25 },

      { 6, 36 },

      { 7, 49 },

      { 8, 64 },

      { 9, 81 },

      { 10, 100 }

    };

    int i, j;

    for(i=0; i < 10; i++) { 

      for(j=0; j < 2; j++) 

        Console.Write(sqrs[i,j] + " ");  

      Console.WriteLine(); 

    } 

  }

} 

При выполнении этой программы получается следующий результат.

1 1 

2 4 

3 9 

4 16

5 25

6 36

7 49

8 64

9 81

10 100

 

Ступенчатые массивы

В приведенных выше примерах применения двумерного массива, по существу, создавался так называемый прямоугольный массив. Двумерный массив можно представить в виде таблицы, в которой длина каждой строки остается неизменной по всему массиву. Но в C# можно также создавать специальный тип двумерного массива, называемый ступенчатым массивом. Ступенчатый массив представляет собой массив массивов, в котором длина каждого массива может быть разной. Следовательно, ступенчатый массив может быть использован для составления таблицы из строк разной длины.

Ступенчатые массивы объявляются с помощью ряда квадратных скобок, в которых указывается их размерность. Например, для объявления двумерного ступенчатого массива служит следующая общая форма:

тип[] [] имя_массива = new тип [размер] [];

где размер обозначает число строк в массиве. Память для самих строк распределяется индивидуально, и поэтому длина строк может быть разной. Например, в приведенном ниже фрагменте кода объявляется ступенчатый массив jagged. Память сначала распределяется для его первого измерения автоматически, а затем для второго измерения вручную.

int[][] jagged = new int[3][];

jagged[0] = new int [4];

jagged[1] = new int[3];

jagged[2] = new int[5];

После выполнения этого фрагмента кода массив jagged выглядит так, как показано ниже.

Теперь нетрудно понять, почему такие массивы называются ступенчатыми! После создания ступенчатого массива доступ к его элементам осуществляется по индексу, указываемому в отдельных квадратных скобках. Например, в следующей строке кода элементу массива jagged, находящемуся на позиции с координатами (2,1), присваивается значение 10.

jagged[2] [1] = 10;

Обратите внимание на синтаксические отличия в доступе к элементу ступенчатого и прямоугольного массива.

В приведенном ниже примере программы демонстрируется создание двумерного ступенчатого массива.

// Продемонстрировать применение ступенчатых массивов.

using System;

class Jagged {

  static void Main() {

    int[][] jagged = new int[3][];

    jagged[0] = new int[4];

    jagged[1] = new int[3];

    jagged[2] = new int[5];

    int i;

    // Сохранить значения в первом массиве.

    for(i=0; i < 4; i++)

      jagged[0][i] = i;

    // Сохранить значения во втором массиве.

    for(i=0; i < 3; i++)

      jagged[1][i] = i;

    // Сохранить значения в третьем массиве.

    for(i=0; i < 5; i++)

      jagged[2][i] = i;

    // Вывести значения из первого массива.

    for(i=0; i < 4; i++)

      Console.Write(jagged[0] [i] + " ") ;

    Console.WriteLine();

    // Вывести значения из второго массива,

    for (i=0; i < 3; i++)

      Console.Write(jagged[1][i] + " ");

    Console.WriteLine() ;

    // Вывести значения из третьего массива.

    for(i=0; i < 5; i++)

      Console.Write(jagged[2] [i] + " ") ;

    Console.WriteLine() ;

  }

}

Выполнение этой программы приводит к следующему результату.

0 1 2 3

0 1 2

0 1 2 3 4

Ступенчатые массивы находят полезное применение не во всех, а лишь в некоторых случаях. Так, если требуется очень длинный двумерный массив, который заполняется не полностью, т.е. такой массив, в котором используются не все, а лишь отдельные его элементы, то для этой цели идеально подходит ступенчатый массив.

И последнее замечание: ступенчатые массивы представляют собой массивы массивов, и поэтому они не обязательно должны состоять из одномерных массивов. Например, в приведенной ниже строке кода создается массив двумерных массивов.

int[] [,] jagged = new int [ 3] [,];

В следующей строке кода элементу массива jagged[0] присваивается ссылка на массив размерами 4x2.

jagged[0] = new int [4, 2];

А в приведенной ниже строке кода элементу массива jagged[0] [1,0] присваивается значение переменной i.

jagged[0][1,0] = i;

 

Присваивание ссылок на массивы

Присваивание значения одной переменной ссылки на массив другой переменной, по существу, означает, что обе переменные ссылаются на один и тот же массив, и в этом отношении массивы ничем не отличаются от любых других объектов. Такое присваивание не приводит ни к созданию копии массива, ни к копированию содержимого одного массива в другой. В качестве примера рассмотрим следующую программу.

// Присваивание ссылок на массивы.

using System;

class AssignARef {

  static void Main() { int i;

    int[] numsl = new int [10];

    int[] nums2 = new int [10];

    for(i=0; i < 10; i++) numsl[i] = i;

    for(i=0; i < 10; i++) nums2[i] = -i;

    Console.Write("Содержимое массива numsl: ");

    for(i=0; i < 10; i++)

      Console.Write(numsl[i] + " ");

    Console.WriteLine() ;

    Console.Write("Содержимое массива nums2: ");

    for(i=0; i < 10; i++)

      Console.Write(nums2[i] + " ") ;

    Console.WriteLine() ;

    nums2 = numsl; // теперь nums2 ссылается на numsl

    Console.Write("Содержимое массива nums2\n" + "после присваивания: ");

    for(i=0; i < 10; i++)

      Console.Write(nums2[i] + " ") ;

    Console.WriteLine() ;

    // Далее оперировать массивом numsl посредством

    // переменной ссылки на массив nums2. nums2[3] = 99;

    Console.Write("Содержимое массива numsl после изменения\n" +

         "посредством переменной nums2: "); for (i=0; i < 10; i++)

    Console.Write(numsl[i] + " ") ;

    Console.WriteLine() ;

  }

}

Выполнение этой    программы приводит к следующему    результату.

Содержимое массива    numsl:    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Содержимое массива    nums2:    0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9

Содержимое массива    nums2

после присваивания: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9  

Содержимое массива numsl после изменения

посредством переменной nums2: 0 1 2 99 4 5 6 7 8 9

Как видите, после присваивания переменной nums 2 значения переменной numsl обе переменные ссылки на массив ссылаются на один и тот же объект.

 

Применение свойства Length

Реализация в C# массивов в виде объектов дает целый ряд преимуществ. Одно из них заключается в том, что с каждым массивом связано свойство Length, содержащее число элементов, из которых может состоять массив. Следовательно, у каждого массива имеется специальное свойство, позволяющее определить его длину. Ниже приведен пример программы, в которой демонстрируется это свойство.

// Использовать свойство Length массива.

using System;

class LengthDemo {

  s tatic void Main() {

    int[] nums = new int[10];

    Console.WriteLine("Длина массива nums равна " + nums.Length);

    // Использовать свойство Length для инициализации массива nums.

    for(int i=0; i < nums.Length; i++) nums[i] = i * i;

    // А теперь воспользоваться свойством Length

    // для вывода содержимого массива nums.

    Console.Write("Содержимое массива nums: ");

    for(int i=0; i < nums.Length; i++)

      Console.Write(nums[i] + " ");

    Console.WriteLine();

  }

}

При выполнении этой программы получается следующий результат.

Длина массива nums равна 10

Содержимое массива nums: 0 1 4 9 16 25 36 49 64 81

Обратите внимание на то, как в классе LengthDemo свойство nums.Length используется в циклах for для управления числом повторяющихся шагов цикла. У каждого массива имеется своя длина, поэтому вместо отслеживания размера массива вручную можно использовать информацию о его длине. Следует, однако, иметь в виду, что значение свойства Length никак не отражает число элементов, которые в нем используются на самом деле. Свойство Length содержит лишь число элементов, из которых может состоять массив.

Когда запрашивается длина многомерного массива, то возвращается общее число элементов, из которых может состоять массив, как в приведенном ниже примере кода.

// Использовать свойство Length трехмерного массива.

using System;

class LengthDemo3D {

  static void Main() {

    int[,,] nums = new int[10, 5, 6];

    Console.WriteLine("Длина массива nums равна "

           + nums.Length);

  }

}

При выполнении этого кода получается следующий результат.

Длина массива nums равна 300

Как подтверждает приведенный выше результат, свойство Length содержит число элементов, из которых может состоять массив (в данном случае — 300 (10x5х6) элементов). Тем не менее свойство Length нельзя использовать для определения длины массива в отдельном его измерении.

Благодаря наличию у массивов свойства Length операции с массивами во многих алгоритмах становятся более простыми, а значит, и более надежными. В качестве примера свойство Length используется в приведенной ниже программе с целью поменять местами содержимое элементов массива, скопировав их в обратном порядке в другой массив.

// Поменять местами содержимое элементов массива.

using System;

class RevCopy {

  static void Main() {

    int i,j;

    int[] numsl = new int[10];

    int[] nums2 = new int[10];

    for(i=0; i < numsl.Length; i++) numsl[i] = i;

    Console.Write("Исходное содержимое массива: ");

    for(i=0; i < nums2.Length; i++)

      Console.Write(numsl[i] + " ");

    Console.WriteLine();

    // Скопировать элементы массива numsl в массив nums2 в обратном порядке,

    if(nums2.Length >= numsl.Length)

      // проверить, достаточно ли

      // длины массива nums2

      for(i=0, j=numsl.Length-1; i < numsl.Length; i++, j--)

        nums2[j] = numsl[i];

    Console.Write("Содержимое массива в обратном порядке: ");

    for(i=0; i < nums2.Length; i++)

      Console.Write(nums2[i] + " ");

    Console.WriteLine();

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

Исходное содержимое массива: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Содержимое массива в обратном порядке: 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

В данном примере свойство Length помогает выполнить две важные функции. Во-первых, оно позволяет убедиться в том, что длины целевого массива достаточно для хранения содержимого исходного массива. И во-вторых, оно предоставляет условие для завершения цикла for, в котором выполняется копирование исходного массива в обратном порядке. Конечно, в этом простом примере размеры массивов нетрудно выяснить и без свойства Length, но аналогичный подход может быть применен в целом ряде других, более сложных ситуаций.

Применение свойства Length при обращении со ступенчатыми массивами

Особый случай представляет применение свойства Length при обращении со ступенчатыми массивами. В этом случае с помощью данного свойства можно получить длину каждого массива, составляющего ступенчатый массив. В качестве примера рассмотрим следующую программу, в которой имитируется работа центрального процессора (ЦП) в сети, состоящей из четырех узлов.

// Продемонстрировать применение свойства Length // при обращении со ступенчатыми массивами.

using System;

class Jagged {

  static void Main() {

    int[][] network_nodes = new int[4][];

    network_nodes[0] = new int[3];

    network_nodes[1] = new int[7];

    network_nodes[2] = new int[2];

    network_nodes[3] = new int[5];

    int i, j;

    // Сфабриковать данные об использовании ЦП.

    for(i=0; i < network_nodes.Length; i++)

      for(j=0; j < network_nodes[i].Length; j++)

        network_nodes[i][j] = i * j + 70;

    Console.WriteLine("Общее количество узлов сети: " +

           network_nodes.Length + "\n");

    for(i=0; i < network_nodes.Length; i++) {

      for(j=0; j < network_nodes[i].Length; j++) {

        Console.Write("Использование в узле сети " + i +

               " ЦП " + j + ": ");

        Console.Write(network_nodes[i][j] + "% ");

        Console.WriteLine();

      }

      Console.WriteLine();

    }

  }

}

При выполнении этой программы получается следующий результат.

Общее количество узлов сети: 4

Использование в узле 0 ЦП 0: 70%

Использование в узле 0 ЦП 1: 70%

Использование в узле 0 ЦП 2: 70%

Использование в узле 1 ЦП 0: 70%

Использование в узле 1 ЦП 1: 71%

Использование в узле 1 ЦП 2: 72%

Использование в узле 1 ЦП 3: 73%

Использование в узле 1 ЦП 4: 74%

Использование в узле 1 ЦП 5: 75%

Использование в узле 1 ЦП 6: 76%

Использование в узле 2 ЦП 0: 70%

Использование в узле 2 ЦП 1: 72%

Использование в узле 3 ЦП 0: 70%

Использование в узле 3 ЦП 1: 73%

Использование в узле 3 ЦП 2: 76%

Использование в узле 3 ЦП 3: 79%

Использование в узле 3 ЦП 4: 82%

Обратите особое внимание на то, как свойство Length используется в ступенчатом массиве network_nodes. Напомним, что двумерный ступенчатый массив представляет собой массив массивов. Следовательно, когда используется выражение

network_nodes.Length

то в нем определяется число массивов, хранящихся в массиве network_nodes (в данном случае — четыре массива). А для получения длины любого отдельного массива, составляющего ступенчатый массив, служит следующее выражение.

network_nodes [0].Length

В данном случае это длина первого массива.

 

Неявно типизированные массивы

Как пояснялось в главе 3, в версии C# 3.0 появилась возможность объявлять неявно типизированные переменные с помощью ключевого слова var. Это переменные, тип которых определяется компилятором, исходя из типа инициализирующего выражения. Следовательно, все неявно типизированные переменные должны быть непременно инициализированы. Используя тот же самый механизм, можно создать и неявно типизированный массив. Как правило, неявно типизированные массивы предназначены для применения в определенного рода вызовах, включающих в себя элементы языка LINQ, о котором речь пойдет в главе 19. А в большинстве остальных случаев используется "обычное" объявление массивов. Неявно типизированные массивы рассматриваются здесь лишь ради полноты представления о возможностях языка С#.

Неявно типизированный массив объявляется с помощью ключевого слова var, но без последующих квадратных скобок [ ]. Кроме того, неявно типизированный массив должен быть непременно инициализирован, поскольку по типу инициализаторов определяется тип элементов данного массива. Все инициализаторы должны быть одного и того же согласованного типа. Ниже приведен пример объявления неявно типизированного массива.

var vals = new[] { 1, 2, 3, 4, 5 };

В данном примере создается массив типа int, состоящий из пяти элементов. Ссылка на этот массив присваивается переменной vals. Следовательно, тип этой переменной соответствует типу int массива, состоящего из пяти элементов. Обратите внимание на то, что в левой части приведенного выше выражения отсутствуют квадратные скобки [ ]. А в правой части этого выражения, где происходит инициализация массива, квадратные скобки присутствуют. В данном контексте они обязательны.

Рассмотрим еще один пример, в котором создается двумерный массив типа double.

var vals = new[,] { {1.1, 2.2}, {3.3, 4.4}, { 5.5, 6.6} };

В данном случае получается массив vals размерами 2x3.

Объявлять можно также неявно типизированные ступенчатые массивы. В качестве примера рассмотрим следующую программу.

// Продемонстрировать неявно типизированный ступенчатый массив.

using System;

class Jagged {

  static void Main() {

    var jagged = new[] {

      new[] { 1, 2, 3, 4 },

      new[] { 9, 8, 7 },

      new[] { 11, 12, 13, 14, 15 }

    };

    for(int j = 0; j < jagged.Length; j++) {

      for(int i = 0; i < jagged[j].Length; i++)

        Console.Write(jagged[j] [i] + " ") ;

      Console.WriteLine();

    }

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

1 2 3 4

9 8 7

11 12 13 14 15

Обратите особое внимание на объявление массива jagged.

var jagged = new[]    {

  new[] { 1, 2, 3, 4 },

  new[] { 9, 8, 7 },

  new[] { 11, 12, 13, 14, 15 }

};

Как видите, оператор new[] используется в этом объявлении двояким образом. Во-первых, этот оператор создает массив массивов. И во-вторых, он создает каждый массив в отдельности, исходя из количества инициализаторов и их типа. Как и следовало ожидать, все инициализаторы отдельных массивов должны быть одного и того же типа. Таким образом, к объявлению любого неявно типизированного ступенчатого массива применяется тот же самый общий подход, что и к объявлению обычных ступенчатых массивов.

Как упоминалось выше, неявно типизированные массивы чаще всего применяются в LINQ-ориентированных запросах. А в остальных случаях следует использовать явно типизированные массивы.

 

Оператор цикла foreach

Как упоминалось в главе 5, в языке C# определен оператор цикла foreach, но его рассмотрение было отложено до более подходящего момента. Теперь этот момент настал.

Оператор foreach служит для циклического обращения к элементам коллекции, представляющей собой группу объектов. В C# определено несколько видов коллекций, каждая из которых является массивом. Ниже приведена общая форма оператора цикла foreach.

foreach (тип имя_переменной_цикла in коллекция) оператор ;

Здесь тип имя_переменной_цикла обозначает тип и имя переменной управления циклом, которая получает значение следующего элемента коллекции на каждом шаге выполнения цикла foreach. А коллекция обозначает циклически опрашиваемую коллекцию, которая здесь и далее представляет собой массив. Следовательно, тип переменной цикла должен соответствовать типу элемента массива. Кроме того, тип может обозначаться ключевым словом var. В этом случае компилятор определяет тип переменной цикла, исходя из типа элемента массива. Это может оказаться полезным для работы с определенного рода запросами, как будет показано далее в данной книге. Но, как правило, тип указывается явным образом.

Оператор цикла foreach действует следующим образом. Когда цикл начинается, первый элемент массива выбирается и присваивается переменной цикла. На каждом последующем шаге итерации выбирается следующий элемент массива, который сохраняется в переменной цикла. Цикл завершается, когда все элементы массива окажутся выбранными. Следовательно, оператор foreach циклически опрашивает массив по отдельным его элементам от начала и до конца.

Следует, однако, иметь в виду, что переменная цикла в операторе foreach служит только для чтения. Это означает, что, присваивая этой переменной новое значение, нельзя изменить содержимое массива.

Ниже приведен простой пример применения оператора цикла foreach. В этом примере сначала создается целочисленный массив и задается ряд его первоначальных значений, а затем эти значения выводятся, а по ходу дела вычисляется их сумма.

// Использовать оператор цикла foreach.

using System;

class ForeachDemo {

  static void Main() {

    int sum = 0;

    int[] nums = new int [10];

    // Задать первоначальные значения элементов массива nums.

    for(int i = 0; i < 10; i++) nums[i] = i;

    // Использовать цикл foreach для вывода значений

    // элементов массива и подсчета их суммы,

    foreach(int х in nums) {

      Console.WriteLine("Значение элемента равно: " + х); sum += х;

    }

    Console.WriteLine("Сумма равна: " + sum);

  }

}

Выполнение приведенного выше кода дает следующий результат.

Значение элемента равно: 0

Значение элемента равно: 1

Значение элемента равно: 2

Значение элемента равно: 3

Значение элемента равно: 4

Значение элемента равно: 5

Значение элемента равно: 6

Значение элемента равно: 7

Значение элемента равно: 8

Значение элемента равно: 9

Сумма равна: 45

Как видите, оператор foreach циклически опрашивает массив по порядку индексирования от самого первого до самого последнего его элемента.

Несмотря на то что цикл foreach повторяется до тех пор, пока не будут опрошены все элементы массива, его можно завершить преждевременно, воспользовавшись оператором break. Ниже приведен пример программы, в которой суммируются только пять первых элементов массива nums.

// Использовать оператор break для преждевременного завершения цикла foreach.

using System;

class ForeachDemo {

  static void Main() {

    int sum = 0;

    int[] nums = new int[10];

    // Задать первоначальные значения элементов массива nums.

    for(int i = 0; i < 10; i++) nums[i] = i;

    // Использовать цикл foreach для вывода значений

    // элементов массива и подсчета их суммы.

    foreach(int x in nums) {

      Console.WriteLine("Значение элемента равно: " + x);

      sum += x;

      if(x == 4) break; // прервать цикл, как только индекс массива достигнет 4

    }

    Console.WriteLine("Сумма первых 5 элементов: " + sum);

  }

}

Вот какой результат дает выполнение этой программы.

Значение элемента равно: 0

Значение элемента равно: 1

Значение элемента равно: 2

Значение элемента равно: 3

Значение элемента равно: 4

Сумма первых 5 элементов: 10

Совершенно очевидно, что цикл foreach завершается после выбора и вывода значения пятого элемента массива.

Оператор цикла foreach можно также использовать для циклического обращения к элементам многомерного массива. В этом случае элементы многомерного массива возвращаются по порядку следования строк от первой до последней, как демонстрирует приведенный ниже пример программы.

// Использовать оператор цикла foreach для обращения к двумерному массиву.

using System;

class ForeachDemo2 {

  static void Main() {

    int sum = 0;

    int[,] nums = new int[3,5];

    // Задать первоначальные значения элементов массива nums.

    for (int i = 0; i < 3; i++)

      for (int j=0; j < 5; j++)

        nums[i,j] = (i + 1) * (j + 1);

    // Использовать цикл foreach для вывода значений

    // элементов массива и подсчета их суммы,

    foreach(int х in nums) {

      Console.WriteLine("Значение элемента равно: " + х);

      sum += х;

    }

    Console.WriteLine("Сумма равна: " + sum);

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

Значение элемента равно: 1

Значение элемента равно: 2

Значение элемента равно: 3

Значение элемента равно: 4

Значение элемента равно: 5

Значение элемента равно: 2

Значение элемента равно: 4

Значение элемента равно: 6

Значение элемента равно: 8

Значение элемента равно: 10

Значение элемента равно: 3

Значение элемента равно: 6

Значение элемента равно: 9

Значение элемента равно: 12

Значение элемента равно: 15

Сумма равна: 90

Оператор foreach допускает циклическое обращение к массиву только в определенном порядке: от начала и до конца массива, поэтому его применение кажется, на первый взгляд, ограниченным. Но на самом деле это не так. В большом числе алгоритмов, самым распространенным из которых является алгоритм поиска, требуется именно такой механизм. В качестве примера ниже приведена программа, в которой цикл foreach используется для поиска в массиве определенного значения. Как только это значение будет найдено, цикл прервется.

// Поиск в массиве с помощью оператора цикла foreach.

using System;

class Search {

  static void Main() {

    int[] nums = new  int [10];

    int val;

    bool found = false;

    // Задать первоначальные значения элементов массива nums.

    for (int i = 0; i < 10; i++)

      nums[i] = i;

    val = 5;

    // Использовать цикл foreach для поиска заданного

    // значения в массиве nums.

    foreach(int x in nums) {

      if(x == val) {

        found = true;

        break;

      }

    }

    if(found)

      Console.WriteLine("Значение найдено!");

  }

}

При выполнении этой программы получается следующий результат.

Значение найдено!

Оператор цикла foreach отлично подходит для такого применения, поскольку при поиске в массиве приходится анализировать каждый его элемент. К другим примерам применения оператора цикла foreach относится вычисление среднего, поиск минимального или максимального значения среди ряда заданных значений, обнаружение дубликатов и т.д. Как будет показано далее в этой книге, оператор цикла foreach оказывается особенно полезным для работы с разными типами коллекций.

 

Строки

С точки зрения регулярного программирования строковый тип данных string относится к числу самых важных в С#. Этот тип определяет и поддерживает символьные строки. В целом ряде других языков программирования строка представляет собой массив символов. А в C# строки являются объектами. Следовательно, тип string относится к числу ссылочных. И хотя string является встроенным в C# типом данных, его рассмотрение пришлось отложить до тех пор, пока не были представлены классы и объекты.

На самом деле класс типа string уже не раз применялся в примерах программ, начиная с главы 2, но это обстоятельство выясняется только теперь, когда очередь дошла до строк. При создании строкового литерала в действительности формируется строковый объект. Например, в следующей строке кода:

Console.WriteLine("В C# строки являются объектами.");

текстовая строка "В C# строки являются объектами." автоматически преобразуется в строковый объект средствами С#. Следовательно, применение класса типа string происходило в предыдущих примерах программ неявным образом. А в этом разделе будет показано, как обращаться со строками явным образом.

Построение строк

Самый простой способ построить символьную строку — воспользоваться строковым литералом. Например, в следующей строке кода переменной ссылки на строку str присваивается ссылка на строковый литерал.

string str = "Строки в C# весьма эффективны.";

В данном случае переменная str инициализируется последовательностью символов "Строки в C# весьма эффективны.".

Объект типа string можно также создать из массива типа char. Например:

char[] charray = {'t', 'е', 's', 't'};

string str = new string(charray);

Как только объект типа string будет создан, его можно использовать везде, где только требуется строка текста, заключенного в кавычки. Как показано в приведенном ниже примере программы, объект типа string может служить в качестве аргумента при вызове метода WriteLine().

// Создать и вывести символьную строку.

using System;

class StringDemo {

  static void Main() {

    char[] charray ={'Э','т','o',' ','с','т','p','o','к','a',

              '.' } ;

    string strl = new string(charray);

    string str2 = "Еще одна строка.";

    Console.WriteLine(strl);

    Console.WriteLine(str2);

  }

}

Результат выполнения этой программы приведен ниже.

Это строка.

Еще одна строка.

Обращение со строками

Класс типа string содержит ряд методов для обращения со строками. Некоторые из этих методов перечислены в табл. 7.1. Обратите внимание на то, что некоторые методы принимают параметр типа StringComparison. Это перечислимый тип, определяющий различные значения, которые определяют порядок сравнения символьных строк. (О перечислениях речь пойдет в главе 12, но для применения типа StringComparison к символьным строкам знать о перечислениях необязательно.) Нетрудно догадаться, что символьные строки можно сравнивать разными способами. Например, их можно сравнивать на основании двоичных значений символов, из которых они состоят. Такое сравнение называется порядковым. Строки можно также сравнивать с учетом различных особенностей культурной среды, например, в лексикографическом порядке. Это так называемое сравненение с учетом культурной среды. (Учитывать культурную среду особенно важно в локализуемых приложениях.) Кроме того, строки можно сравнивать с учетом или без учета регистра. Несмотря на то что существуют перегружаемые варианты методов Compare(), Equals(), IndexOf() и Last IndexOf(), обеспечивающие используемый по умолчанию подход к сравнению символьных строк, в настоящее время считается более приемлемым явно указывать способ требуемого сравнения, чтобы избежать неоднозначности, а также упростить локализацию приложений. Именно поэтому здесь рассматривают разные способы сравнения символьных строк.

Как правило и за рядом исключений, для сравнения символьных строк с учетом культурной среды (т.е. языковых и региональных стандартов) применяется способ StringComparison.CurrentCulture. Если же требуется сравнить строки только на основании значений их символов, то лучше воспользоваться способом StringComparison.Ordinal, а для сравнения строк без учета регистра — одним из двух способов: StringComparison.CurrentCulturelgnoreCase или StringComparison.OrdinallgnoreCase. Кроме того, можно указать сравнение строк без учета культурной среды (подробнее об этом — в главе 22).

Обратите внимание на то, что метод Compare() объявляется в табл. 7.1 как static. Подробнее о модификаторе static речь пойдет в главе 8, а до тех пор вкратце поясним, что он обозначает следующее: метод Compare() вызывается по имени своего класса, а не по его экземпляру. Следовательно, для вызова метода Compare() служит следующая общая форма:

результат = string.Compare( strl , str2, способ);

где способ обозначает конкретный подход к сравнению символьных строк.

-------------------------------------

ПРИМЕЧАНИЕ

Дополнительные сведения о способах сравнения и поиска символьных строк, включая и особое значение выбора подходящего способа, приведены в главе 22, где подробно рассматривается обработка строк.

-------------------------------------

Обратите также внимание на методы ToUpper() и ToLower(), преобразующие содержимое строки в символы верхнего и нижнего регистра соответственно. Их формы, представленные в табл. 7.1, содержат параметр CultureInfо, относящийся к классу, в котором описываются атрибуты культурной среды, применяемые для сравнения. В примерах, приведенных в этой книге, используются текущие настройки культурной среды (т.е. текущие языковые и региональные стандарты). Эти настройки указываются при передаче методу аргумента Culturelnfо.CurrentCulture. Класс Culturelnfо относится к пространству имен System.Globalization. Любопытно, имеются варианты рассматриваемых здесь методов, в которых текущая культурная среда используется по умолчанию, но во избежание неоднозначности в примерах из этой книги аргумент Culturelnfо.CurrentCulture указывается явно.

Объекты типа string содержат также свойство Length, где хранится длина строки.

Таблица 7.1. Некоторые общеупотребительные методы обращения со строками

 Метод

Описание

static int Compare(string strA, string strB, StringComparison comparisonType)

Возвращает отрицательное значение, если строка strA меньше строки strB; положительное значение, если строка strA больше строки strB; и нуль, если сравниваемые строки равны. Способ сравнения определяется аргументом comparisonType

bool Equals(string value, StringComparison comparisonType)

Возвращает логическое значение true, если вызывающая строка имеет такое же значение, как и у аргумента value. Способ сравнения определяется аргументом comparisonType

int IndexOf(char value)

Осуществляет поиск в вызывающей строке первого вхождения символа, определяемого аргументом value. Применяется порядковый способ поиска. Возвращает индекс первого совпадения с искомым символом или -1, если он не обнаружен.

int IndexOf(string value, StringComparison comparisonType)

Осуществляет поиск в вызывающей строке первого вхождения подстроки, определяемой аргументом value. Возвращает индекс первого совпадения с искомой подстрокой или -1, если она не обнаружена. Способ поиска определяется аргументом comparisonType

int LastlndexOf(char value)

Осуществляет поиск в вызывающей строке последнего вхождения символа, определяемого аргументом value. Применяется порядковый способ поиска. Возвращает индекс последнего совпадения с искомым символом или -1, если он не обнаружен

int LastlndexOf(string value, StringComparison comparisonType)

Осуществляет поиск в вызывающей строке последнего вхождения подстроки, определяемой аргументом value. Возвращает индекс последнего совпадения с искомой подстрокой или -1, если она не обнаружена. Способ поиска определяется аргументом comparisonType

string ToLower(Culturelnfo. CurrentCulture culture)

Возвращает вариант вызывающей строки в нижнем регистре. Способ преобразования определяется аргументом culture

string ToUpper(Culturelnfo. CurrentCulture culture)

Возвращает вариант вызывающей строки в верхнем регистре. Способ преобразования определяется аргументом culture

Отдельный символ выбирается из строки с помощью индекса, как в приведенном ниже фрагменте кода.

string str = "тест";

Console.WriteLine(str[0] ) ;

В этом фрагменте кода выводится символ "т", который является первым в строке "тест". Как и в массивах, индексирование строк начинается с нуля. Следует, однако, иметь в виду, что с помощью индекса нельзя присвоить новое значение символу в строке. Индекс может служить только для выборки символа из строки.

Для проверки двух строк на равенство служит оператор ==. Как правило, если оператор == применяется к ссылкам на объект, то он определяет, являются ли они ссылками на один и тот же объект. Совсем иначе обстоит дело с объектами типа string. Когда оператор == применяется к ссылкам на две строки, он сравнивает содержимое этих строк. Это же относится и к оператору !=. В обоих случаях выполняется порядковое сравнение. Для проверки двух строк на равенство с учетом культурной среды служит метод Equals(), где непременно нужно указать способ сравнения в виде аргумента StringComparison.CurrentCulture. Следует также иметь в виду, что метод Compare() служит для сравнения строк с целью определить отношение порядка, например для сортировки. Если же требуется проверить символьные строки на равенство, то для этой цели лучше воспользоваться методом Equals() или строковыми операторами.

В приведенном ниже примере программы демонстрируется несколько операций со строками.

// Некоторые операции со строками.

using System;

using System.Globalization;

class StrOps {

  static void Main() {

    string strl = "Программировать в .NET лучше всего на С#.";

    string str2 = "Программировать в .NET лучше всего на С#.";

    string str3 = "Строки в C# весьма эффективны.";

    string strUp, strLow;

    int result, idx;

    Console.WriteLine("strl: " + strl);

    Console.WriteLine("Длина строки strl: " + strl.Length);

    // Создать варианты строки strl, набранные

    // прописными и строчными буквами.

    strLow = strl.ToLower(CultureInfo.CurrentCulture);

    strUp = strl.ToUpper (CultureInfo.CurrentCulture);

    Console.WriteLine("Вариант строки strl, " +

          "набранный строчными буквами:\n " + strLow);

    Console.WriteLine("Вариант строки strl, " +

          "набранный прописными буквами:\n " + strUp);

    Console.WriteLine();

    // Вывести строку strl посимвольно.

    Console.WriteLine("Вывод строки strl посимвольно.");

    for (int i=0; i < strl.Length; i++)

      Console.Write(strl[i]);

    Console.WriteLine("\n");

    // Сравнить строки способом порядкового сравнения,

    if (strl == str2)

      Console.WriteLine("strl == str2");

    else

      Console.WriteLine("strl != str2");

    if (strl == str3)

      Console.WriteLine("strl == str3");

    else

      Console.WriteLine("strl != str3");

    // Сравнить строки с учетом культурной среды.

    result = string.Compare(str3, strl, StringComparison.CurrentCulture) ;

    if(result == 0)

      Console.WriteLine("Строки strl и str3 равны");

    else

      if (result < 0)

        Console.WriteLine("Строка strl-меньше строки str3");

      else

        Console.WriteLine("Строка strl больше строки str3");

    Console.WriteLine();

    // Присвоить новую строку переменной str2.

    str2 = "Один Два Три Один";

    // Поиск подстроки.

    idx = str2.IndexOf("Один", StringComparison.Ordinal);

    Console.WriteLine("Индекс первого вхождения подстроки <Один>: " + idx);

    idx = str2.LastIndexOf("Один", StringComparison.Ordinal);

    Console.WriteLine("Индекс последнего вхождения подстроки <0дин>: " + idx) ;

  }

}

При выполнении этой программы получается следующий результат.

strl: Программировать в .NET лучше всего на С#.

Длина строки str1: 41

Вариант строки str1, набранный строчными буквами:

       программировать в .net лучше всего на с#.

Вариант строки str1, набранный прописными буквами:

       программировать в .net лучше всего на с#.

Вывод строки str1 посимвольно.

Программировать в .NET лучше всего на С#.

str1 == str2

str1 != str3

Строка str1 больше строки str3

Индекс первого вхождения подстроки <0дин>: О

Индекс последнего вхождения подстроки <0дин>: 13

Прежде чем читать дальше,    обратите внимание    на то, что метод Compare() вызывается следующим образом.

result = string.Compare(strl, str3, StringComparison.CurrentCulture);

Как пояснялось ранее, метод Compare() объявляется как static, и поэтому он вызывается по имени, а не по экземпляру своего класса.

С помощью оператора + можно сцепить (т.е. объединить вместе) две строки. Например, в следующем фрагменте кода:

string str1 = "Один";

string str2 = "Два";

string str3 = "Три";

string  str4 = str1 + str2 + str3;

переменная str4 инициализируется строкой "ОдинДваТри".

И еще одно замечание: ключевое слово string является псевдонимом класса System. String, определенного в библиотеке классов для среды .NET Framework, т.е. оно устанавливает прямое соответствие с этим классом. Следовательно, поля и методы, определяемые типом string, относятся непосредственно к классу System.String, в который входят и многие другие компоненты. Подробнее о классе System.String речь пойдет в части II этой книги.

Массивы строк

Аналогично данным любого другого типа, строки могут быть организованы в массивы. Ниже приведен соответствующий пример.

// Продемонстрировать массивы строк.

using System;

class StringArrays {

  static void Main() {

    string[] str = { "Это", "очень", "простой", "тест." };

    Console.WriteLine("Исходный массив: ");

    for (int i=0; i < str.Length; i++)

      Console.Write(str[i] + " ");

    Console.WriteLine("\n");

    // Изменить строку.

    str[1] = "тоже";

    str[3] = "до предела тест!";

    Console.WriteLine("Видоизмененный массив: ");

    for (int i=0; i < str.Length; i++)

      Console.Write(str[i] + " ");

  }

}

Вот какой результат дает выполнение приведенного выше кода.

Исходный массив:

Это очень простой тест.

Видоизмененный массив:

Это тоже простой до предела тест!

Рассмотрим более интересный пример. В приведенной ниже программе целое число выводится словами. Например, число 19 выводится словами "один девять".

// Вывести отдельные цифры целого числа словами, using System;

class ConvertDigitsToWords {

  static void Main() {

    int num;

    int nextdigit;

    int numdigits;

    int[] n = new int[20];

    string[] digits = { "нуль", "один", "два",

       "три", "четыре", "пять",

       "шесть", "семь", "восемь",

       "девять" };

    num =1908;

    Console.WriteLine("Число: " + num);

    Console.Write("Число словами: ");

    nextdigit = 0; numdigits = 0;

    // Получить отдельные цифры и сохранить их в массиве п.

    // Эти цифры сохраняются в обратном порядке,

    do {

      nextdigit = num % 10;

      n[numdigits] = nextdigit;

      numdigits++;

      num = num /10;

    } while(num > 0);

    numdigits--;

    // Вывести полученные слова.

    for( ; numdigits >= 0; numdigits--)

      Console.Write(digits[n[numdigits]] + " ");

    Console.WriteLine() ;

  }

}

Выполнение этой программы приводит к следующему результату.

Число: 1908

Число словами: один девять нуль восемь

В данной программе использован массив строк digits для хранения словесных обозначений цифр от 0 до 9. По ходу выполнения программы целое число преобразуется в слова. Для этого сначала получаются отдельные цифры числа, а затем они сохраняются в обратном порядке следования в массиве n типа int. После этого выполняется циклический опрос массива n в обратном порядке. При этом каждое целое значение из массива n служит в качестве индекса, указывающего на слова, соответствующие полученным цифрам числа и выводимые как строки.

Постоянство строк

Как ни странно, содержимое объекта типа string не подлежит изменению. Это означает, что однажды созданную последовательность символов изменить нельзя. Но данное ограничение способствует более эффективной реализации символьных строк. Поэтому этот, на первый взгляд, очевидный недостаток на самом деле превращается в преимущество. Так, если требуется строка в качестве разновидности уже имеющейся строки, то для этой цели следует создать новую строку, содержащую все необходимые изменения. А поскольку неиспользуемые строковые объекты автоматически собираются в "мусор", то о дальнейшей судьбе ненужных строк можно даже не беспокоиться.

Следует, однако, подчеркнуть, что переменные ссылки на строки (т.е. объекты типа string) подлежат изменению, а следовательно, они могут ссылаться на другой объект. Но содержимое самого объекта типа string не меняется после его создания.

Для того чтобы стало понятнее, почему неизменяемые строки не являются помехой, воспользуемся еще одним методом обращения со строками: Substring(). Этот метод возвращает новую строку, содержащую часть вызывающей строки. В итоге создается новый строковый объект, содержащий выбранную подстроку, тогда как исходная строка не меняется, а следовательно, соблюдается принцип постоянства строк. Ниже приведена рассматриваемая здесь форма метода Substring():

string Substring(int индекс_начала, int длина)

где индекс_начала обозначает начальный индекс исходной строки, а длина — длину выбираемой подстроки.

Ниже приведена программа, в которой принцип постоянства строк демонстрируется на примере использования метода Substring().

// Применить метод Substring().

using System;

class SubStr {

  static void Main() {

    string orgstr = "В C# упрощается обращение со строками.";

    // сформировать подстроку

    string substr = orgstr.Substring(5, 20);

    Console.WriteLine("orgstr: " + orgstr);

    Console.WriteLine("substr: " + substr);

  }

}

Вот к какому результату приводит выполнение этой программы.

orgstr: В C# упрощается обращение со строками,

substr: упрощается обращение

Как видите, исходная строка из переменной orgstr не меняется, а выбранная из нее подстрока содержится в переменной substr.

И последнее замечание: несмотря на то, что постоянство строк обычно не является ни ограничением, ни помехой для программирования на С#, иногда оказывается полезно иметь возможность видоизменять строки. Для этой цели в С# имеется класс StringBuilder, который определен в пространстве имен System.Text. Этот класс позволяет создавать строковые объекты, которые можно изменять. Но, как правило, в программировании на C# используется тип string, а не класс StringBuilder.

Применение строк в операторах switch

Объекты типа string могут использоваться для управления оператором switch. Это единственный нецелочисленный тип данных, который допускается применять в операторе switch. Благодаря такому применению строк в некоторых сложных ситуациях удается найти более простой выход из положения, чем может показаться на первый взгляд. Например, в приведенной ниже программе выводятся отдельные цифры, соответствующие словам "один", "два" и "три".

// Продемонстрировать управление оператором switch посредством строк.

using System;

class StringSwitch {

  static void Main() {

    string[] strs = { "один", "два", "три", "два", "один" };

    foreach(string s in strs) {

      switch (s) {

      case "один":

        Console.Write(1);

        break;

      case "два":

        Console.Write(2);

        break;

      case "три":

        Console.Write(3);

        break;

      }

    }

    Console.WriteLine();

  }

}

При выполнении этой программы получается следующий результат.

12321

 

В данной главе возобновляется рассмотрение классов и методов. Оно начинается с пояснения механизма управления доступом к членам класса. А затем обсуждаются такие вопросы, как передача и возврат объектов, перегрузка методов, различные формы метода Main(), рекурсия и применение ключевого слова static.

 

Управление доступом к членам класса

Поддержка свойства инкапсуляции в классе дает два главных преимущества. Во-первых, класс связывает данные с кодом. Это преимущество использовалось в предыдущих примерах программ, начиная с главы 6. И во-вторых, класс предоставляет средства для управления доступом к его членам. Именно эта, вторая преимущественная особенность и будет рассмотрена ниже.

В языке С#, по существу, имеются два типа членов класса: открытые и закрытые, хотя в действительности дело обстоит немного сложнее. Доступ к открытому члену свободно осуществляется из кода, определенного за пределами класса. Именно этот тип члена класса использовался в рассматривавшихся до сих пор примерах программ. А закрытый член класса доступен только методам, определенным в самом классе. С помощью закрытых членов и организуется управление доступом.

Ограничение доступа к членам класса является основополагающим этапом объектно-ориентированного программирования, поскольку позволяет исключить неверное использование объекта. Разрешая доступ к закрытым

данным только с помощью строго определенного ряда методов, можно предупредить присваивание неверных значений этим данным, выполняя, например, проверку диапазона представления чисел. Для закрытого члена класса нельзя задать значение непосредственно в коде за пределами класса. Но в то же время можно полностью управлять тем, как и когда данные используются в объекте. Следовательно, правильно реализованный класс образует некий "черный ящик", которым можно пользоваться, но внутренний механизм его действия закрыт для вмешательства извне.

Модификаторы доступа

Управление доступом в языке C# организуется с помощью четырех модификаторов доступа: public, private, protected и internal. В этой главе основное внимание уделяется модификаторам доступа public и private. Модификатор protected применяется только в тех случаях, которые связаны с наследованием, и поэтому речь о нем пойдет в главе 11. А модификатор internal служит в основном для сборки, которая в широком смысле означает в C# разворачиваемую программу или библиотеку, и поэтому данный модификатор подробнее рассматривается в главе 16.

Когда член класса обозначается спецификатором public, он становится доступным из любого другого кода в программе, включая и методы, определенные в других классах. Когда же член класса обозначается спецификатором private, он может быть доступен только другим членам этого класса. Следовательно, методы из других классов не имеют доступа к закрытому члену (private) данного класса. Как пояснялось в главе 6, если ни один из спецификаторов доступа не указан, член класса считается закрытым для своего класса по умолчанию. Поэтому при создании закрытых членов класса спецификатор private указывать для них необязательно.

Спецификатор доступа указывается перед остальной частью описания типа отдельного члена. Это означает, что именно с него должен начинаться оператор объявления члена класса. Ниже приведены соответствующие примеры.

public string errMsg;

private double bal;

private bool isError(byte status) { // ...

Для того чтобы стали более понятными отличия между модификаторами public и private, рассмотрим следующий пример программы.

// Отличия между видами доступа public и private к членам класса.

using System;

class MyClass {

  private int alpha;    // закрытый    доступ, указываемый    явно

  int beta;    // закрытый доступ по умолчанию

  public int gamma; // открытый доступ

  // Методы, которым доступны члены alpha и beta данного класса.

  // Член класса может иметь доступ к закрытому члену этого же класса.

  public void SetAlpha(int а) {

    alpha = а;

  }

  public int GetAlpha() {

    return alpha;

  }

  public void SetBeta(int a) {

    beta = a;

  }

  public int GetBeta() {

    return beta;

  }

}

class AccessDemo {

  static void Main() {

    MyClass ob = new MyClass();

    // Доступ к членам alpha и beta данного класса

    // разрешен только посредством его методов,

    ob.SetAlpha(-99) ;

    ob.SetBeta(19) ;

    Console.WriteLine("ob.alpha равно " + ob.GetAlpha());

    Console.WriteLine("ob.beta равно " + ob.GetBeta());

    // Следующие виды доступа к членам alpha и beta

    // данного класса не разрешаются.

    // ob.alpha =10; // Ошибка! alpha - закрытый член!

    // ob.beta =9;    // Ошибка! beta - закрытый член!

    // Член gamma данного класса доступен непосредственно,

    // поскольку он является открытым, ob.gamma = 99;

  }

}

Как видите, в классе MyClass член alpha указан явно как private, член beta становится private по умолчанию, а член gamma указан как public. Таким образом, члены alpha и beta недоступны непосредственно из кода за пределами данного класса, поскольку они являются закрытыми. В частности, ими нельзя пользоваться непосредственно в классе AccessDemo. Они доступны только с помощью таких открытых (public) методов, как SetAlpha() и GetAlpha(). Так, если удалить символы комментария в начале следующей строки кода:

// ob.alpha =10; // Ошибка! alpha - закрытый член!

то приведенная выше программа не будет скомпилирована из-за нарушения правил доступа. Но несмотря на то, что член alpha недоступен непосредственно за пределами класса MyClass, свободный доступ к нему организуется с помощью методов, определенных в классе MyClass, как наглядно показывают методы SetAlpha() и GetAlpha().   Это же относится и к члену beta.

Из всего сказанного выше можно сделать следующий важный вывод: закрытый член может свободно использоваться другими членами этого же класса, но недоступен для кода за пределами своего класса.

Организация закрытого и открытого доступа

Правильная организация закрытого и открытого доступа — залог успеха в объектно-ориентированном программировании. И хотя для этого не существует твердо установленных правил, ниже перечислен ряд общих принципов, которые могут служить в качестве руководства к действию.

•    Члены, используемые только в классе, должны быть закрытыми.

•    Данные экземпляра, не выходящие за определенные пределы значений, должны быть закрытыми, а при организации доступа к ним с помощью открытых методов следует выполнять проверку диапазона представления чисел.

•    Если изменение члена приводит к последствиям, распространяющимся за пределы области действия самого члена, т.е. оказывает влияние на другие аспекты объекта, то этот член должен быть закрытым, а доступ к нему — контролируемым.

•    Члены, способные нанести вред объекту, если они используются неправильно, должны быть закрытыми. Доступ к этим членам следует организовать с помощью открытых методов, исключающих неправильное их использование.

•    Методы, получающие и устанавливающие значения закрытых данных, должны быть открытыми.

•    Переменные экземпляра допускается делать открытыми лишь в том случае, если нет никаких оснований для того, чтобы они были закрытыми.

Разумеется, существует немало ситуаций, на которые приведенные выше принципы не распространяются, а в особых случаях один или несколько этих принципов могут вообще нарушаться. Но в целом, следуя этим правилам, вы сможете создавать объекты, устойчивые к попыткам неправильного их использования.

Практический пример организации управления доступом

Для чтобы стали понятнее особенности внутреннего механизма управления доступом, обратимся к конкретному примеру. Одним из самых характерных примеров объектно-ориентированного программирования служит класс, реализующий стек — структуру данных, воплощающую магазинный список, действующий по принципу "первым пришел — последним обслужен". Свое название он получил по аналогии со стопкой тарелок, стоящих на столе. Первая тарелка в стопке является в то же время последней использовавшейся тарелкой.

Стек служит классическим примером объектно-ориентированного программирования потому, что он сочетает в себе средства хранения информации с методами доступа к ней. Для реализации такого сочетания отлично подходит класс, в котором члены, обеспечивающие хранение информации в стеке, должны быть закрытыми, а методы доступа к ним — открытыми. Благодаря инкапсуляции базовых средств хранения информации соблюдается определенный порядок доступа к отдельным элементам стека из кода, в котором он используется.

Для стека определены две основные операции: поместить данные в стек и извлечь их оттуда. Первая операция помещает значение на вершину стека, а вторая — извлекает значение из вершины стека. Следовательно, операция извлечения является безвозвратной: как только значение извлекается из стека, оно удаляется и уже недоступно в стеке.

В рассматриваемом здесь примере создается класс Stack, реализующий функции стека. В качестве базовых средств для хранения данных в стеке служит закрытый массив. А операции размещения и извлечения данных из стека доступны с помощью открытых методов класса Stack. Таким образом, открытые методы действуют по упомянутому выше принципу "последним пришел — первым обслужен". Как следует из приведенного ниже кода, в классе Stack сохраняются символы, но тот же самый механизм может быть использован и для хранения данных любого другого типа.

// Класс для хранения символов в стеке.

using System;

class Stack {

  // Эти члены класса являются закрытыми,

  char[] stck; // массив, содержащий стек

  int tos;    // индекс вершины стека

  // Построить пустой класс Stack для реализации стека заданного размера,

  public Stack(int size) {

    stck = new char[size]; // распределить память для стека

    tos = 0;

  }

  // Поместить символы в стек,

  public void Push(char ch) {

    if(tos==stck.Length) {

      Console.WriteLine(" - Стек заполнен.");

      return;

    }

    stck[tos] = ch;

    tos++;

  }

  // Извлечь символ из стека,

  public char Pop() {

    if(tos==0) {

      Console.WriteLine(" - Стек пуст.");

      return (char) 0;

    }

    tos-- ;

    return stck[tos];

  }

  // Возвратить значение true, если стек заполнен,

  public bool IsFull() {

    return tos==stck.Length;

  }

  // Возвратить значение true, если стек пуст,

  public bool IsEmpty() {

    return tos==0;

  }

  // Возвратить общую емкость стека,

  public int Capacity() {

    return stck.Length;

  }

  // Возвратить количество объектов, находящихся в данный момент в стеке,

  public int GetNum() {

    return tos;

  }

}

Рассмотрим класс Stack более подробно. В начале этого класса объявляются две следующие переменные экземпляра.

// Эти члены класса являются закрытыми,

char[] stck; // массив, содержащий стек

int tos;    // индекс    вершины стека

Массив stck предоставляет базовые средства для хранения данных в стеке (в данном случае — символов). Обратите внимание на то, что память для этого массива не распределяется. Это делается в конструкторе класса Stack. А член tos данного класса содержит индекс вершины стека.

Оба члена, tosnstck, являются закрытыми, и благодаря этому соблюдается принцип "последним пришел — первым обслужен". Если же разрешить открытый доступ к члену stck, то элементы стека окажутся доступными не по порядку. Кроме того, член tos содержит индекс вершины стека, где находится первый обслуживаемый в стеке элемент, и поэтому манипулирование членом tos в коде, находящемся за пределами класса Stack, следует исключить, чтобы не допустить разрушение самого стека. Но в то же время члены stckntos доступны пользователю класса Stack косвенным образом с помощью различных отрытых методов, описываемых ниже.

Рассмотрим далее конструктор класса Stack.

// Построить пустой класс Stack для реализации стека заданного размера,

public Stack(int size) {

  stck = new char[size]; // распределить память для стека

  tos = 0;

}

Этому конструктору передается требуемый размер стека. Он распределяет память для базового массива и устанавливает значение переменной tos в нуль. Следовательно, нулевое значение переменной tos указывает на то, что стек пуст.

Открытый метод Push() помещает конкретный элемент в стек, как показано ниже.

// Поместить символы в стек,

public void Push(char ch) {

  if (tos==stck.Length) {

    Console.WriteLine(" - Стек заполнен.");

    return;

  }

  stck[tos] = ch;

  tos++;

}

Элемент, помещаемый в стек, передается данному методу в качестве параметра ch. Перед тем как поместить элемент в стек, выполняется проверка на наличие свободного места в базовом массиве, а именно: не превышает ли значение переменной tos длину массива stck. Если свободное место в массиве stck есть, то элемент сохраняется в нем по индексу, хранящемуся в переменной tos, после чего значение этой переменной инкрементируется. Таким образом, в переменной tos всегда хранится индекс следующего свободного элемента массива stck.

Для извлечения элемента из стека вызывается открытый метод Pop(), приведенный ниже.

// Извлечь символ из стека,

public char Рор() {

  if(tos==0) {

    Console.WriteLine (" - Стек пуст.");

    return (char) 0;

  }

  tos-- ;

  return stck[tos];

}

В этом методе сначала проверяется значение переменной tos. Если оно равно нулю, значит, стек пуст. В противном случае значение переменной tos декрементируется, и затем из стека возвращается элемент по указанному индексу.

Несмотря на то что для реализации стека достаточно методов Push() и Pop(), полезными могут оказаться и другие методы. Поэтому в классе Stack определены еще четыре метода: IsFull(), IsEmpty(), Capacity() и GetNum(). Эти методы предоставляют всю необходимую информацию о состоянии стека и приведены ниже.

// Возвратить значение true, если стек заполнен,

public bool IsFull() {

  return tos==stck.Length;

}

// Возвратить значение true, если стек пуст,

public bool IsEmpty() {

  return tos==0;

}

// Возвратить общую емкость стека,

public int Capacity() {

  return stck.Length;

}

// Возвратить количество объектов, находящихся в данный момент в стеке,

public int GetNum() {

  return tos;

}

Метод IsFull() возвращает логическое значение true, если стек заполнен, а иначе — логическое значение false. Метод IsEmpty() возвращает логическое значение true, если стек пуст, а иначе — логическое значение false. Для получения общей емкости стека (т.е. общего числа элементов, которые могут в нем храниться) достаточно вызвать метод Capacity(), а для получения количества элементов, хранящихся в настоящий момент в стеке, — метод GetNum(). Польза этих методов состоит в том, что для получения информации, которую они предоставляют, требуется доступ к закрытой переменной tos. Кроме того, они служат наглядными примерами организации безопасного доступа к закрытым членам класса с помощью открытых методов.

Конкретное применение класса Stack для реализации стека демонстрируется в приведенной ниже программе.

// Продемонстрировать применение класса Stack,

using System;

// Класс для хранения символов в стеке.

class Stack {

  // Эти члены класса являются закрытыми,

  char[] stck; // массив, содержащий стек

  int tos;    // индекс вершины стека

  // Построить пустой класс Stack для реализации стека заданного размера,

  public Stack(int size) {

    stck = new char[size]; // распределить память для стека

    tos = 0;

  }

  // Поместить символы в стек,

  public void Push(char ch) {

    if(tos==stck.Length) {

      Console.WriteLine(" - Стек заполнен.");

      return;

    }

    stck[tos] = ch;

    tos++;

  }

  // Извлечь символ из стека,

  public char Pop() {

    if(tos==0) {

      Console.WriteLine(" - Стек пуст.");

      return (char) 0;

    }

    tos-- ;

    return stck[tos];

  }

  // Возвратить значение true, если стек заполнен,

  public bool IsFull() {

    return tos==stck.Length;

  }

  // Возвратить значение true, если стек пуст,

  public bool IsEmpty() {

    return tos==0;

  }

  // Возвратить общую емкость стека,

  public int Capacity() {

    return stck.Length;

  }

  // Возвратить количество объектов, находящихся в данный момент в стеке,

  public int GetNum() {

    return tos;

  }

}

class StackDemo {

  static void Main() {

    Stack stk1 = new Stack(10);

    Stack stk2 = new Stack(10);

    Stack stk3 = new Stack(10);

    char ch;

    int i;

    // Поместить ряд символов в стек stk1.

    Console.WriteLine("Поместить символы А-J в стек stk1.");

    for(i=0; !stk1.IsFull(); i++)

      stk1.Push((char)('A' + i));

    if(stk1.IsFull())

      Console.WriteLine("Стек stk1 заполнен.");

    // Вывести содержимое стека stk1.

    Console.Write("Содержимое стека stk1: ");

    while( !stk1.IsEmpty()) {

      ch = stk1.Pop();

      Console.Write(ch);

    }

    Console.WriteLine();

    if(stk1.IsEmpty())

      Console.WriteLine("Стек stk1 пуст.");

    // Поместить дополнительные символы в стек stk1.

    Console.WriteLine("Вновь поместить символы А-J в стек stk1.");

    for(i=0; !stk1.IsFull(); i++)

      stk1.Push((char)('A' + i));

    // А теперь извлечь элементы из стека stk1 и поместить их в стек stk2.

    // В итоге элементы сохраняются в стеке stk2 в обратном порядке.

    Console.WriteLine("А теперь извлечь символы из стека stk1\n" +

          "и поместить их в стек stk2.");

    while( !stk1.IsEmpty()) {

      ch = stk1.Pop();

      stk2.Push(ch);

    }

    Console.Write("Содержимое стека stk2: ");

    while( !stk2.IsEmpty() ) {

      ch = stk2.Pop();

      Console.Write(ch);

    }

    Console.WriteLine("\n");

    // Поместить 5 символов в стек.

    Console.WriteLine("Поместить 5 символов в стек stk3.");

    for(i=0; i < 5; i++)

      stk3.Push((char) ('A' + i)) ;

    Console.WriteLine("Емкость стека stk3: " + stk3.Capacity());

    Console.WriteLine("Количество объектов в стеке stk3: " 

          + stk3.GetNum());

  }

}

При выполнении этой программы получается следующий результат.

Поместить символы А-J в стек stk1.

Стек stk1 заполнен.

Содержимое стека stk1: JIHGFEDCBA

Стек stk1 пуст.

Вновь поместить символы А-J в стек stk1.

А теперь извлечь символы из стека stk1

и поместить их в стек stk2.

Содержимое стека stk2: ABCDEFGHIJ

Поместить 5 символов в стек stk3.

Емкость стека stk3: 10

Количество объектов в стеке stk3: 5

 

Передача объектов методам по ссылке

В приведенных до сих пор примерах программ при указании параметров, передаваемых методам, использовались типы значений, например int или double. Но в методах можно также использовать параметры ссылочного типа, что не только правильно, но и весьма распространено в ООП. Подобным образом объекты могут передаваться методам по ссылке. В качестве примера рассмотрим следующую программу.

// Пример передачи объектов методам по ссылке.

using System;

class MyClass {

  int alpha, beta;

  public MyClass(int i, int j) {

    alpha = i;

    beta = j;

}

  // Возвратить значение true, если параметр ob

  // имеет те же значения, что и вызывающий объект,

  public bool SameAs(MyClass ob) {

    if ((ob.alpha == alpha) & (ob.beta == beta))

      return true;

    else

      return false;

  }

  // Сделать копию объекта ob.

  public void Copy(MyClass ob) {

    alpha = ob.alpha;

    beta = ob.beta;

  }

  public void Show() {

    Console.WriteLine("alpha: {0}, beta: {1}", alpha, beta);

  }

}

class PassOb {

  static void Main() {

    MyClass ob1 = new MyClass(4, 5);

    MyClass ob2 = new MyClass(6, 7);

    Console.Write("ob1: ");

    ob1.Show();

    Console.Write("ob2: ");

    ob2.Show();

    if(ob1.SameAs(ob2))

      Console.WriteLine("ob1 и ob2 имеют одинаковые значения.");

    else

      Console.WriteLine("ob1 и ob2 имеют разные значения.");

    Console.WriteLine() ;

    // А теперь сделать объект ob1 копией объекта ob2.

    ob1.Copy(ob2);

    Console.Write("ob1 после копирования: ");

    ob1.Show();

    if(ob1.SameAs(ob2) )

      Console.WriteLine("ob1 и ob2 имеют одинаковые значения.");

    else

      Console.WriteLine("ob1 и ob2 имеют разные значения.");

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

ob1: alpha: 4, beta: 5

ob2: alpha: 6, beta: 7

оb1 и ob2 имеют разные значения.

оb1 после копирования: alpha: 6, beta: 7

ob1 и оb2 имеют одинаковые значения.

Каждый из методов SameAs() и Сору() в приведенной выше программе получает ссылку на объект типа MyClass в качестве аргумента. Метод SameAs() сравнивает значения переменных экземпляра alpha и beta в вызывающем объекте со значениями аналогичных переменных в объекте, передаваемом посредством параметра ob. Данный метод возвращает логическое значение true только в том случае, если оба объекта имеют одинаковые значения этих переменных экземпляра. А метод Сору() присваивает значения переменных alpha и beta из объекта, передаваемого по ссылке посредством параметра ob, переменным alpha и beta из вызывающего объекта. Как показывает данный пример, с точки зрения синтаксиса объекты передаются методам по ссылке таким же образом, как и значения обычных типов.

Способы передачи аргументов методу

Как показывает приведенный выше пример, передача объекта методу по ссылке делается достаточно просто. Но в этом примере показаны не все нюансы данного процесса. В некоторых случаях последствия передачи объекта по ссылке будут отличаться от тех результатов, к которым приводит передача значения обычного типа. Для выяснения причин этих отличий рассмотрим два способа передачи аргументов методу.

Первым способом является вызов по значению. В этом случае значение аргумента копируется в формальный параметр метода. Следовательно, изменения, вносимые в параметр метода, не оказывают никакого влияния на аргумент, используемый для вызова. А вторым способом передачи аргумента является вызов по ссылке. В данном случае параметру метода передается ссылка на аргумент, а не значение аргумента. В методе эта ссылка используется для доступа к конкретному аргументу, указываемому при вызове. Это означает, что изменения, вносимые в параметр, будут оказывать влияние на аргумент, используемый для вызова метода.

По умолчанию в C# используется вызов по значению, а это означает, что копия аргумента создается и затем передается принимающему параметру. Следовательно, при передаче значения обычного типа, например int или double, все, что происходит с параметром, принимающим аргумент, не оказывает никакого влияния за пределами метода. В качестве примера рассмотрим следующую программу.

// Передача аргументов обычных типов по значению,

using System;

class Test {

  /* Этот метод не оказывает никакого влияния на аргументы, используемые для его вызова. */

  public void NoChange(int i, int j) {

    i = i + j;

    j = -j;

  }

}

class CallByValue {

  static void Main() {

    Test ob = new Test();

    int a = 15, b = 20;

    Console.WriteLine("а и b до вызова: " + a + " " + b) ;

    ob.NoChange(a, b);

    Console.WriteLine("а и b после вызова: " + a + " " + b) ;

  }

}

Вот какой результат дает выполнение этой программы.

а и b до вызова: 15 20

а и b после вызова: 15 20

Как видите, операции, выполняемые в методе NoChange(), не оказывают никакого влияния на значения аргументов а и b, используемых для вызова данного метода. Это опять же объясняется тем, что параметрам i и j переданы копии значений аргументов а и b, а сами аргументы а и b совершенно не зависят от параметров i и j. В частности, присваивание параметру i нового значения не будет оказывать никакого влияния на аргумент а.

Дело несколько усложняется при передаче методу ссылки на объект. В этом случае сама ссылка по-прежнему передается по значению. Следовательно, создается копия ссылки, а изменения, вносимые в параметр, не оказывают никакого влияния на аргумент. (Так, если организовать ссылку параметра на новый объект, то это изменение не повлечет за собой никаких последствий для объекта, на который ссылается аргумент.) Но главное отличие вызова по ссылке заключается в том, что изменения, происходящие с объектом, на который ссылается параметр, окажут влияние на тот объект, на который ссылается аргумент. Попытаемся выяснить причины подобного влияния.

Напомним, что при создании переменной типа класса формируется только ссылка на объект. Поэтому при передаче этой ссылки методу принимающий ее параметр будет ссылаться на тот же самый объект, на который ссылается аргумент. Это означает, что и аргумент, и параметр ссылаются на один и тот же объект и что объекты, по существу, передаются методам по ссылке. Таким образом, объект в методе будет оказывать влияние на объект, используемый в качестве аргумента. Для примера рассмотрим следующую программу.

// Передача объектов по ссылке.

using System;

class Test {

  public int a, b;

  public Test(int i, int j) {

    a = i; b = j;

  }

/* Передать объект. Теперь переменные ob.a и ob.b из объекта, используемого в вызове метода, будут изменены. */

  public void Change(Test ob) {

    ob.a = ob.a + ob.b;

    ob.b = -ob.b;

  }

}

class CallByRef {

  static void Main() {

    Test ob = new Test(15, 20);

    Console.WriteLine("ob.а и ob.b до вызова: " + ob.a + " " + ob.b);

    ob.Change(ob);

    Console.WriteLine("ob.а и ob.b после вызова: " + ob.a + " " + ob.b);

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

ob.a и ob.b до вызова: 15 20

ob.a и ob.b после вызова: 35 -20

Как видите, действия в методе Change() оказали в данном случае влияние на объект, использовавшийся в качестве аргумента.

Итак, подведем краткий итог. Когда объект передается методу по ссылке, сама ссылка передается по значению, а следовательно, создается копия этой ссылки. Но эта копия будет по-прежнему ссылаться на тот же самый объект, что и соответствующий аргумент. Это означает, что объекты передаются методам неявным образом по ссылке.

 

Использование модификаторов параметров ref и out

Как пояснялось выше, аргументы простых типов, например int или char, передаются методу по значению. Это означает, что изменения, вносимые в параметр, принимающий значение, не будут оказывать никакого влияния на аргумент, используемый для вызова. Но такое поведение можно изменить, используя ключевые слова ref и out для передачи значений обычных типов по ссылке. Это позволяет изменить в самом методе аргумент, указываемый при его вызове.

Прежде чем переходить к особенностям использования ключевых слов ref и out, полезно уяснить причины, по которым значение простого типа иногда требуется передавать по ссылке. В общем, для этого существуют две причины: разрешить методу изменить содержимое его аргументов или же возвратить несколько значений. Рассмотрим каждую из этих причин более подробно.

Нередко требуется, чтобы метод оперировал теми аргументами, которые ему передаются. Характерным тому примером служит метод Swap(), осуществляющий перестановку значений своих аргументов. Но поскольку аргументы простых типов передаются по значению, то, используя выбираемый в C# по умолчанию механизм вызова по значению для передачи аргумента параметру, невозможно написать метод, меняющий местами значения двух его аргументов, например типа int. Это затруднение разрешает модификатор ref.

Как вам должно быть уже известно, значение возвращается из метода вызывающей части программы с помощью оператора return. Но метод может одновременно возвратить лишь одно значение. А что, если из метода требуется возвратить два или более фрагментов информации, например, целую и дробную части числового значения с плавающей точкой? Такой метод можно написать, используя модификатор out.

Использование модификатора параметра ref

Модификатор параметра ref принудительно организует вызов по ссылке, а не по значению. Этот модификатор указывается как при объявлении, так и при вызове метода. Для начала рассмотрим простой пример. В приведенной ниже программе создается метод Sqr(), возвращающий вместо своего аргумента квадрат его целочисленного значения. Обратите особое внимание на применение и местоположение модификатора ref.

// Использовать модификатор ref для

// передачи значения обычного типа по ссылке.

using System;

class RefTest {

// Этот метод изменяет свой аргумент. Обратите

// внимание на применение модификатора ref.

  public void Sqr(ref int i) {

    i = i * i;

  }

}

class RefDemo {

  static void Main() {

    RefTest ob = new RefTest();

    int a = 10;

    Console.WriteLine("а до вызрва: " + a);

    ob.Sqr(ref a);

    // обратите внимание на применение модификатора ref

    Console.WriteLine("а после вызова: " + а);

  }

}

Как видите, модификатор ref указывается перед объявлением параметра в самом методе и перед аргументом при вызове метода. Ниже приведен результат выполнения данной программы, который подтверждает, что значение аргумента а действительно было изменено с помощью метода Sqr().

а до вызова: 10

а после вызова: 100

Теперь, используя модификатор ref, можно написать метод, переставляющий местами значения двух своих аргументов простого типа. В качестве примера ниже приведена программа, в которой метод Swap() выполняет перестановку значений двух своих целочисленных аргументов, когда он вызывается.

// Поменять местами два значения.

using System;

class ValueSwap {

  // Этот метод меняет местами свои аргументы,

  public void Swap(ref int a, ref int b) {

    int t;

    t = a;

    a = b;

    b = t;

  }

}

class ValueSwapDemo {

  static void Main() {

    ValueSwap ob = new ValueSwap();

    int x=10, у = 20;

    Console.WriteLine("x и у до вызова: " + x + " " + у);

    ob.Swap(ref x, ref у);

    Console.WriteLine("x и у после вызова: " + x + " " + у);

  }

}

Вот к какому результату приводит выполнение этой программы.

х и у до вызова: 10 20

х и у после вызова: 20 10

В отношении модификатора ref необходимо иметь в виду следующее. Аргументу, передаваемому по ссылке с помощью этого модификатора, должно быть присвоено значение до вызова метода. Дело в том, что в методе, получающем такой аргумент в качестве параметра, предполагается, что параметр ссылается на действительное значение. Следовательно, при использовании модификатора ref в методе нельзя задать первоначальное значение аргумента.

Использование модификатора параметра out

Иногда ссылочный параметр требуется использовать для получения значения из метода, а не для передачи ему значения. Допустим, что имеется метод, выполняющий некоторую функцию, например, открытие сетевого сокета и возврат кода успешного или неудачного завершения данной операции в качестве ссылочного параметра. В этом случае методу не передается никакой информации, но в то же время он должен возвратить определенную информацию. Главная трудность при этом состоит в том, что параметр типа ref должен быть инициализирован определенным значением до вызова метода. Следовательно, чтобы воспользоваться параметром типа ref, придется задать для аргумента фиктивное значение и тем самым преодолеть данное ограничение. Правда, в C# имеется более подходящий вариант выхода из подобного затруднения — воспользоваться модификатором параметра out.

Модификатор параметра out подобен модификатору ref, за одним исключением: он служит только для передачи значения за пределы метода. Поэтому переменной, используемой в качестве параметра out, не нужно (да и бесполезно) присваивать какое-то значение. Более того, в методе параметр out считается неинициализированным, т.е. предполагается, что у него отсутствует первоначальное значение. Это означает, что значение должно быть присвоено данному параметру в методе до его завершения. Следовательно, после вызова метода параметр out будет содержать некоторое значение.

Ниже приведен пример применения модификатора параметра out. В этом примере программы для разделения числа с плавающей точкой на целую и дробную части используется метод GetParts() из класса Decompose. Обратите внимание на то, как возвращается каждая часть исходного числа.

// Использовать модификатор параметра out.

using System;

class Decompose {

  /* Разделить числовое значение с плавающей точкой на целую и дробную части. */

  public int GetParts(double n, out double frac) {

    int whole;

    whole = (int) n;

    frac = n - whole; // передать дробную часть числа через параметр frac

    return whole;    // возвратить целую часть числа

  }

}

class UseOut {

  static void Main() {

    Decompose ob = new Decompose();

    int i;

    double f;

    i = ob.GetParts(10.125, out f) ;

    Console.WriteLine("Целая часть числа равна " + i);

    Console.WriteLine("Дробная часть числа равна " + f);

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

Целая часть числа равна 10

Дробная часть числа равна 0.125

Метод GetParts() возвращает два фрагмента информации. Во-первых, целую часть исходного числового значения переменной n обычным образом с помощью оператора return. И во-вторых, дробную часть этого значения посредством параметра fгас типа out. Как показывает данный пример, используя модификатор параметра out, можно организовать возврат двух значений из одного и того же метода.

Разумеется, никаких ограничений на применение параметров out в одном методе не существует. С их помощью из метода можно возвратить сколько угодно фрагментов информации. Рассмотрим пример применения двух параметров out. В этом примере программы метод HasComFactor() выполняет две функции. Во-первых, он определяет общий множитель (кроме 1) для двух целых чисел, возвращая логическое значение true, если у них имеется общий множитель, а иначе — логическое значение false. И во-вторых, он возвращает посредством параметров типа out наименьший и наибольший общий множитель двух чисел, если таковые обнаруживаются.

// Использовать два параметра типа out.

using System;

class Num {

  /* Определить, имеется ли у числовых значений переменных х и v общий множитель. Если имеется, то * возвратить наименьший и наибольший множители посредством параметров типа out. */

  public bool HasComFactor(int x, int y,

          out int least, out int greatest) {

  int i;

  int max = x < у ? x : y;

  bool first = true;

  least = 1;

  greatest = 1;

  // Найти наименьший и наибольший общий множитель.

  for(i=2; i <= max/2 + 1; i++) {

    if( ((y%i)==0) & ((x%i)==0) ) {

      if (first) {

        least = i;

        first = false;

      }

      greatest = i;

    }

  }

  if(least != 1)

    return true;

  else

    return false;

  }

}

class DemoOut {

  static void Main() {

    Num ob = new Num();

    int lcf, gcf;

    if(ob.HasComFactor(231, 105, out lcf, out gcf)) {

      Console.WriteLine("Наименьший общий множитель " +

            "чисел 231 и 105 равен " + lcf) ;

      Console.WriteLine("Наибольший общий множитель " +

            "чисел 231 и 105 равен " + gcf);

    }

    else

      Console.WriteLine("Общий множитель у чисел 35 и 49 отсутствует.");

    if(ob.HasComFactor(35, 51, out lcf, out gcf)) {

      Console.WriteLine("Наименьший общий множитель " +

             "чисел 35 и 51 равен " + lcf);

      Console.WriteLine("Наибольший общий множитель " +

             "чисел 35 и 51 равен " + gcf);

    }

    else

      Console.WriteLine("Общий множитель у чисел 35 и 51 отсутствует.");

  }

}

Обратите внимание на то, что значения присваиваются переменным lcf и gcf в методе Main() до вызова метода HasComFactor(). Если бы параметры метода HasComFactor() были типа ref, а не out, это привело бы к ошибке. Данный метод возвращает логическое значение true или false, в зависимости от того, имеется ли общий множитель у двух целых чисел. Если он имеется, то посредством параметров типа out возвращаются наименьший и наибольший общий множитель этих чисел. Ниже приведен результат выполнения данной программы.

Наименьший общий множитель чисел 231 и 105 равен 3

Наибольший общий множитель чисел 231 и 105 равен 21

Общий множитель у чисел 35 и 51 отсутствует.

Использование модификаторов ref и out для ссылок на объекты

Применение модификаторов ref и out не ограничивается только передачей значений обычных типов. С их помощью можно также передавать ссылки на объекты. Если модификатор ref или out указывает на ссылку, то сама ссылка передается по ссылке. Это позволяет изменить в методе объект, на который указывает ссылка. Рассмотрим в качестве примера следующую программу, в которой ссылочные параметры типа ref служат для смены объектов, на которые указывают ссылки.

// Поменять местами две ссылки.

using System;

class RefSwap {

  int a, b;

  public RefSwap(int i, int j) {

    a = i;

    b = j;

  }

  public void Show() {

    Console.WriteLine("a: {0}, b: {1}", a, b);

  }

  // Этот метод изменяет свои аргументы.

  public void Swap(ref RefSwap ob1, ref RefSwap ob2) {

    RefSwap t;

    t = ob1;

    ob1 = ob2;

    ob2 = t;

  }

}

class RefSwapDemo {

  static void Main() {

    RefSwap x = new RefSwap(1, 2);

    RefSwap у = new RefSwap(3, 4);

    Console.Write("x до вызова: ") ;

    x.Show();

    Console.Write("у до вызова: ");

    у.Show();

    Console.WriteLine() ;

    // Смена объектов, на которые ссылаются аргументы х и у.

    x.Swap (ref x, ref у);

    Console.Write("х после вызова: ");

    x.Show();

    Console.Write("у после вызова: ") ;

    у.Show();

  }

}

При выполнении этой программы получается следующий результат.

х до вызова: а: 1, b: 2

у до вызова: а: 3, b: 4

х после вызова: а: 3, b: 4

у после вызова: а: 1, b: 2

В данном примере в методе Swap() выполняется смена объектов, на которые ссылаются два его аргумента. До вызова метода Swap() аргумент х ссылается на объект, содержащий значения 1 и 2, тогда как аргумент у ссылается на объект, содержащий значения 3 и 4. А после вызова метода Swap() аргумент х ссылается на объект, содержащий значения 3 и 4, тогда как аргумент у ссылается на объект, содержащий значения 1 и 2. Если бы не параметры типа ref, то перестановка в методе Swap() не имела бы никаких последствий за пределами этого метода. Для того чтобы убедиться в этом, исключите параметры типа ref из метода Swap().

 

Использование переменного числа аргументов

При создании метода обычно заранее известно число аргументов, которые будут переданы ему, но так бывает не всегда. Иногда возникает потребность создать метод, которому можно было бы передать произвольное число аргументов. Допустим, что требуется метод, обнаруживающий наименьшее среди ряда значений. Такому методу можно было бы передать не менее двух, трех, четырех или еще больше значений. Но в любом случае метод должен возвратить наименьшее из этих значений. Такой метод нельзя создать, используя обычные параметры. Вместо этого придется воспользоваться специальным типом параметра, обозначающим произвольное число параметров. И это делается с помощью создаваемого параметра типа params.

Для объявления массива параметров, способного принимать от нуля до нескольких аргументов, служит модификатор params. Число элементов массива параметров будет равно числу аргументов, передаваемых методу. А для получения аргументов в программе организуется доступ к данному массиву.

Ниже приведен пример программы, в которой модификатор params используется для создания метода MinVal(), возвращающего наименьшее среди ряда заданных значений.

// Продемонстрировать применение модификатора params.

using System;

class Min {

  public int MinVal(params int[] nums) {

    int m;

    if(nums.Length ==0)    {

      Console.WriteLine("Ошибка: нет аргументов.");

      return 0;

    }

    m = nums[0];

    for(int i=1; i < nums.Length; i++) 

      if(nums[i] < m) m = nums[i];

    return m;

  }

}

class ParamsDemo {

  static void Main() {

    Min ob = new Min();

    int min;

    int a = 10, b = 20;

    // Вызвать метод с двумя значениями,

    min = ob.MinVal(a, b);

    Console.WriteLine("Наименьшее значение равно " + min);

    // Вызвать метод с тремя значениями,

    min = ob.MinVal(a, b, -1);

    Console.WriteLine("Наименьшее значение равно " + min);

    // Вызвать метод с пятью значениями,

    min = ob.MinVal(18, 23, 3, 14, 25);

    Console.WriteLine("Наименьшее значение равно " + min);

    // Вызвать метод с массивом целых значений,

    int[] args = { 45, 67, 34, 9, 112, 8 };

    min = ob.MinVal(args);

    Console.WriteLine("Наименьшее значение равно " + min);

  }

}

При выполнении этой программы получается следующий результат.

Наименьшее значение равно 10

Наименьшее значение равно -1

Наименьшее значение равно 3

Наименьшее значение равно 8

Всякий раз, когда вызывается метод MinVal(), ему передаются аргументы в массиве nums. Длина этого массива равна числу передаваемых аргументов. Поэтому с помощью метода MinVal() можно обнаружить наименьшее среди любого числа значений.

Обратите внимание на последний вызов метода MinVal(). Вместо отдельных значений в данном случае передается массив, содержащий ряд значений. И такая передача аргументов вполне допустима. Когда создается параметр типа params, он воспринимает список аргументов переменной длины или же массив, содержащий аргументы.

Несмотря на то что параметру типа params может быть передано любое число аргументов, все они должны иметь тип массива, указываемый этим параметром. Например, вызов метода MinVal()

min = ob.MinVal(1, 2.2); // Неверно!

считается недопустимым, поскольку нельзя автоматически преобразовать тип double (значение 2.2) в тип int, указанный для массива nums в методе MinVal().

Пользоваться модификатором params следует осторожно, соблюдая граничные условия, так как параметр типа params может принимать любое число аргументов — даже нулевое! Например, вызов метода MinVal() в приведенном ниже фрагменте кода считается правильным с точки зрения синтаксиса С#.

min = ob.MinVal(); // нет аргументов

min = ob.MinVal(3); // 1 аргумент

Именно поэтому в методе MinVal() организована проверка на наличие в массиве nums хотя бы одного элемента перед тем, как пытаться получить доступ к этому элементу. Если бы такой проверки не было, то при вызове метода MinVal() без аргументов возникла бы исключительная ситуация во время выполнения. (Подробнее об исключительных ситуациях речь пойдет в главе 13.) Больше того, код метода MinVal() написан таким образом, чтобы его можно было вызывать с одним аргументом. В этом случае возвращается этот единственный аргумент.

У метода могут быть как обычные параметры, так и параметр переменной длины. В качестве примера ниже приведена программа, в которой метод ShowArgs() принимает один параметр типа string, а также целочисленный массив в качестве параметра типа params.

// Использовать обычный параметр вместе с параметром

// переменной длины типа params.

using System;

class MyClass {

  public void ShowArgs(string msg, params int[] nums) {

    Console.Write(msg + ": ");

    foreach(int i in nums)

      Console.Write (i + " ") ;

    Console.WriteLine();

  }

}

class ParamsDemo2 {

  static void Main() {

    MyClass ob = new MyClass();

    ob.ShowArgs("Это ряд целых чисел",

          1, 2, 3, 4, 5);

    ob.ShowArgs("А это еще два целых числа ",

          17, 20);

  }

}

Вот какой результат дает выполнение этой программы.

Это ряд целых чисел: 1, 2, 3, 4, 5

А это еще два целых числа: 17, 20

В тех случаях, когда у метода имеются обычные параметры, а также параметр переменной длины типа params, он должен быть указан последним в списке параметров данного метода. Но в любом случае параметр типа params должен быть единственным.

 

Возврат объектов из методов

Метод может возвратить данные любого типа, в том числе и тип класса. Ниже в качестве примера приведен вариант класса Rect, содержащий метод Enlarge(), в котором строится прямоугольник с теми же сторонами, что и у вызывающего объекта прямоугольника, но пропорционально увеличенными на указанный коэффициент.

// Возвратить объект из метода.

using System;

class Rect {

  int width;

  int height;

  public Rect(int w, int h) {

    width = w;

    height = h;

  }

  public int Area() {

    return width * height;

  }

  public void Show() {

    Console.WriteLine(width + " " + height);

  }

  /* Метод возвращает прямоугольник со сторонами, пропорционально увеличенными на указанный коэффициент по сравнению с вызывающим объектом прямоугольника. */

  public Rect Enlarge(int factor) {

    return new Rect(width * factor, height * factor);

  }

}

class RetObj {

  static void Main() {

    Rect rl = new Rect(4, 5);

    Console.Write("Размеры прямоугольника rl: ");

    rl.Show();

    Console.WriteLine("Площадь прямоугольника rl: " + rl.Area());

    Console.WriteLine();

    // Создать прямоугольник в два раза больший прямоугольника rl.

    Rect r2 = rl.Enlarge(2);

    Console.Write("Размеры прямоугольника r2: "); r2.Show();

    Console.WriteLine("Площадь прямоугольника r2: " + r2.Area());

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

Размеры прямоугольника r1: 4 5

Площадь прямоугольника r1: 20

Размеры прямоугольника г2: 8 10

Площадь прямоугольника г2: 80

Когда метод возвращает объект, последний продолжает существовать до тех пор, пока не останется ссылок на него. После этого он подлежит сборке как "мусор". Следовательно, объект не уничтожается только потому, что завершается создавший его метод.

Одним из практических примеров применения возвращаемых данных типа объектов служит фабрика класса, которая представляет собой метод, предназначенный для построения объектов его же класса. В ряде случаев предоставлять пользователям класса доступ к его конструктору нежелательно из соображений безопасности или же потому, что построение объекта зависит от некоторых внешних факторов. В подобных случаях для построения объектов используется фабрика класса. Обратимся к простому примеру.

// Использовать фабрику класса.

using System;

class MyClass {

  int a, b; // закрытые члены класса

  // Создать фабрику для класса MyClass.

  public MyClass Factory(int i, int j) {

    MyClass t = new MyClass();

    t.a = i;

    t.b = j;

    return t; // возвратить объект

  }

  public void Show() {

    Console.WriteLine("а и b: " + a + " " + b);

  }

}

class MakeObjects {

  static void Main() {

    MyClass ob = new MyClass();

    int i, j;

    // Сформировать объекты, используя фабрику класса.

    for(i=0, j =10; i < 10; i++, j--) {

      MyClass anotherOb = ob.Factory(i, j); // создать объект

      anotherOb.Show();

    }

    Console.WriteLine() ;

  }

}

Вот к какому результату приводит выполнение этого кода.

а и b: 0 10

а и b: 1 9

а и b: 2 8

а и b: 3 7

а и b: 4 6

а и b: 5 5

а и b: 6 4

а и b: 7 3

а и b: 8 2

а и b: 9 1

Рассмотрим данный пример более подробно. В этом примере конструктор для класса МуСlass не определяется, и поэтому доступен только конструктор, вызываемый по умолчанию. Это означает, что значения переменных а и b нельзя задать с помощью конструктора. Но в фабрике класса Factory() можно создать объекты, в которых задаются значения переменных а и b. Более того, переменные а и b являются закрытыми, и поэтому их значения могут быть заданы только с помощью фабрики класса Factory().

В методе Main() получается экземпляр объекта класса МуСlass, а его фабричный метод используется в цикле for для создания десяти других объектов. Ниже приведена строка кода, в которой создаются эти объекты.

MyClass anotherOb = ob.Factory(i, j); // создать объект

На каждом шаге итерации цикла создается переменная ссылки на объект anotherOb, которой присваивается ссылка на объект, формируемый фабрикой класса. По завершении каждого шага итерации цикла переменная anotherOb выходит за пределы области своего действия, а объект, на который она ссылается, утилизируется.

Возврат массива из метода

В C# массивы реализованы в виде объектов, а это означает, что метод может также возвратить массив. (В этом отношении C# отличается от C++, где не допускается возврат массивов из методов.) В качестве примера ниже приведена программа, в которой метод FindFactors() возвращает массив, содержащий множители переданного ему аргумента.

// Возвратить массив из метода,

using System;

class Factor {

  /* Метод возвращает массив facts, содержащий множители аргумента num. При возврате из метода параметр numfactors типа out будет содержать количество обнаруженных множителей. */

  public int[] FindFactors(int num, out int numfactors) {

    int[] facts = new int[80]; // размер массива 80 выбран произвольно

    int i, j;

    // Найти множители и поместить их в массив facts.

    for(i=2, j=0; i < num/2 + 1; i++)

      if( (num%i)==0 ) {

        facts[j] = i;

        j++;

      }

    numfactors = j ; return facts;

  }

}

class FindFactors {

  static void Main() {

    Factor f = new Factor();

    int numfactors;

    int[] factors;

    factors = f.FindFactors(1000, out numfactors);

    Console.WriteLine("Множители числа 1000: ");

    for(int i=0; i < numfactors; i++)

      Console.Write(factors[i] + " ") ;

    Console.WriteLine() ;

  }

}

При выполнении этой программы получается следующий результат.

Множители числа 1000:

2 4 5 8 10 20 25 40 50 100 125 200 250 500

В классе Factor метод FindFactors() объявляется следующим образом.

public int[] FindFactors(int num, out int numfactors) {

Обратите внимание на то, как указывается возвращаемый массив типа int. Этот синтаксис можно обобщить. Всякий раз, когда метод возвращает массив, он указывается аналогичным образом, но с учетом его типа и размерности. Например, в следующей строке кода объявляется метод someMeth(), возвращающий двумерный массив типа double.

public double[,] someMeth()    {    //    ...

 

Перегрузка методов

В C# допускается совместное использование одного и того же имени двумя или более методами одного и того же класса, при условии, что их параметры объявляются по-разному. В этом случае говорят, что методы перегружаются, а сам процесс называется перегрузкой методов. Перегрузка методов относится к одному из способов реализации полиморфизма в С#.

В общем, для перегрузки метода достаточно объявить разные его варианты, а об остальном позаботится компилятор. Но при этом необходимо соблюсти следующее важное условие: тип или число параметров у каждого метода должны быть разными. Совершенно недостаточно, чтобы два метода отличались только типами возвращаемых значений. Они должны также отличаться типами или числом своих параметров. (Во всяком случае, типы возвращаемых значений дают недостаточно сведений компилятору С#, чтобы решить, какой именно метод следует использовать.) Разумеется, перегружаемые методы могут отличаться и типами возвращаемых значений. Когда вызывается перегружаемый метод, то выполняется тот его вариант, параметры которого соответствуют (по типу и числу) передаваемым аргументам.

Ниже приведен простой пример, демонстрирующий перегрузку методов.

// Продемонстрировать перегрузку методов.

using System;

class Overload {

  public void OvlDemo() {

    Console.WriteLine("Без параметров");

  }

  // Перегрузка метода OvlDemo с одним целочисленным параметром,

  public void OvlDemo(int a) {

    Console.WriteLine("Один параметр: " + a);

  }

  // Перегрузка метода OvlDemo с двумя целочисленными параметрами,

  public int OvlDemo(int a, int b) {

    Console.WriteLine("Два параметра: " + a + " " + b); return a + b;

  }

  // Перегрузка метода OvlDemo с двумя параметрами типа double,

  public double OvlDemo(double a, double b) {

    Console.WriteLine("Два параметра типа double: " + a + " "+ b) ;

    return a + b;

  }

} 

class OverloadDemo {

  static void Main() {

    Overload ob = new Overload();

    int resI;

    double resD;

    // Вызвать все варианты метода OvlDemo().

    ob.OvlDemo();

    Console.WriteLine();

    ob.OvlDemo(2);

    Console.WriteLine();

    resI = ob.OvlDemo(4, 6);

    Console.WriteLine("Результат вызова метода ob.OvlDemo(4, 6): "

           + resI);

    Console.WriteLine();

    resD = ob.OvlDemo(1.1, 2.32);

    Console.WriteLine("Результат вызова метода ob.OvlDemo(1.1, 2.32):"

          + resD);

  }

}

Вот к какому результату приводит выполнение приведенного выше кода.

Без параметров

Один параметр: 2

Два параметра: 4 6

Результат вызова метода ob.OvlDemo(4, 6): 10

Два параметра типа double: 1.1 2.32

Результат вызова метода ob.OvlDemo(1.1, 2.32): 3.42

Как видите, метод OvlDemo() перегружается четыре раза. Первый его вариант не получает параметров, второй получает один целочисленный параметр, третий — два целочисленных параметра, а четвертый — два параметра типа double. Обратите также внимание на то, что два первых варианта метода OvlDemo() возвращают значение типа void, а по существу, не возвращают никакого значения, а два других — возвращают конкретное значение. И это совершенно допустимо, но, как пояснялось выше, тип возвращаемого значения не играет никакой роли для перегрузки метода. Следовательно, попытка использовать два разных (по типу возвращаемого значения) варианта метода OvlDemo() в приведенном ниже фрагменте кода приведет к ошибке.

// Одно объявление метода OvlDemo(int) вполне допустимо,

public void OvlDemo(int a) {

  Console.WriteLine("Один параметр: " + a);

}

/* Ошибка! Два объявления метода OvlDemo(int) не допускаются, хотя они и возвращают разнотипные значения. */

public int OvlDemo(int a) {

  Console.WriteLine("Один параметр: " + a);

  return a * a;

}

Как следует из комментариев к приведенному выше коду, отличий в типах значений, возвращаемых обоими вариантами метода OvlDemo(), оказывается недостаточно для перегрузки данного метода.

И как пояснялось в главе 3, в C# предусмотрен ряд неявных (т.е. автоматических) преобразований типов. Эти преобразования распространяются также на параметры перегружаемых методов. В качестве примера рассмотрим следующую программу.

// Неявные преобразования типов могут повлиять на

// решение перегружать метод.

using System;

class Overload2 {

  public void MyMeth(int x) {

    Console.WriteLine("В методе MyMeth(int): " + x);

  }

  public void MyMeth(double x) {

    Console.WriteLine("В методе MyMeth(double): " + x);

  }

}

class TypeConv {

  static void Main() {

    Overload2 ob = new Overload2();

    int i = 10;

    double d = 10.1;

    byte b = 99;

    short s = 10;

    float f = 11.5F;

    ob.MyMeth(i); // вызвать метод ob.MyMeth(int)

    ob.MyMeth(d); // вызвать метод ob.MyMeth(double)

    ob.MyMeth(b); // вызвать метод ob.MyMeth(int) — с преобразованием типа

    ob.MyMeth(s); // вызвать метод ob.MyMeth(int) — с преобразованием типа

    ob.MyMeth(f); // вызвать метод ob.MyMeth(double) — с преобразованием типа

  }

}

При выполнении этой программы получается следующий результат.

В методе MyMeth(int): 10

В методе MyMeth(double): 10.1

В методе MyMeth(int): 99

В методе MyMeth(int): 10

В методе MyMeth(double): 11.5

В данном примере определены только два варианта метода MyMeth(): с параметром типа int и с параметром типа double. Тем не менее методу MyMeth() можно передать значение типа byte, short или float. Так, если этому методу передается значение типа byte или short, то компилятор C# автоматически преобразует это значение в тип int и в итоге вызывается вариант MyMeth (int) данного метода. А если ему передается значение типа float, то оно преобразуется в тип double и в результате вызывается вариант MyMeth (double) данного метода.

Следует, однако, иметь в виду, что неявные преобразования типов выполняются лишь в том случае, если отсутствует точное соответствие типов параметра и аргумента. В качестве примера ниже приведена чуть измененная версия предыдущей программы, в которую добавлен вариант метода MyMeth(), где указывается параметр типа byte.

// Добавить метод MyMeth(byte).

using System;

class Overload2 {

  public void MyMeth(byte x) {

    Console.WriteLine("В методе MyMeth(byte): " + x);

  }

  public void MyMeth(int x) {

    Console.WriteLine("В методе MyMeth(int): " + x) ;

  }

  public void MyMeth(double x) {

    Console.WriteLine("В методе MyMeth(double): " + x);

  }

}

class TypeConv {

  static void Main() {

    Overload2 ob = new Overload2();

    int i = 10;

    double d = 10.1;

    byte b = 99;

    short s = 10;

    float f = 11.5F;

    ob.MyMeth(i); // вызвать метод ob.MyMeth(int)

    ob.MyMeth(d); // вызвать метод ob.MyMeth(double)

    ob.MyMeth(b); // вызвать метод ob.MyMeth(byte) —

                 // на этот раз без преобразования типа

    ob.MyMeth(s); // вызвать метод ob.MyMeth(int) — с преобразованием типа

    ob.MyMeth(f); // вызвать метод ob.MyMeth(double) — с преобразованием типа

  }

}

Выполнение этой программы приводит к следующему результату.

В методе MyMeth(int): 10

В методе MyMeth(double): 10.1

В методе MyMeth(byte): 99

В методе MyMeth(int): 10

В методе MyMeth(double): 11.5

В этой программе присутствует вариант метода MyMeth(), принимающий аргумент типа byte, поэтому при вызове данного метода с аргументом типа byte выбирается его вариант MyMeth (byte) без автоматического преобразования в тип int.

Оба модификатора параметров, ref и out, также учитываются, когда принимается решение о перегрузке метода. В качестве примера ниже приведен фрагмент кода, в котором определяются два совершенно разных метода.

public void MyMeth(int x) {

  Console.WriteLine("В методе MyMeth(int): " + x);

}

public void MyMeth(ref int x) {

  Console.WriteLine("В методе MyMeth(ref int): " + x);

}

Следовательно, при обращении

ob.MyMeth(i)

вызывается метод MyMeth (int x), но при обращении

ob.MyMeth(ref i)

вызывается метод MyMeth(ref int x).

Несмотря на то что модификаторы параметров ref и out учитываются, когда принимается решение о перегрузке метода, отличие между ними не столь существенно. Например, два следующих варианта метода MyMeth() оказываются недействительными.

// Неверно!

public void MyMeth(out int x) {//...

public void MyMeth(ref int x) { // ...

В данном случае компилятор не в состоянии различить два варианта одного и того же метода MyMeth() только на основании того, что в одном из них используется параметр out, а в другом — параметр ref.

Перегрузка методов поддерживает свойство полиморфизма, поскольку именно таким способом в C# реализуется главный принцип полиморфизма: один интерфейс — множество методов. Для того чтобы стало понятнее, как это делается, обратимся к конкретному примеру. В языках программирования, не поддерживающих перегрузку методов, каждому методу должно быть присвоено уникальное имя. Но в программировании зачастую возникает потребность реализовать по сути один и тот же метод для обработки разных типов данных. Допустим, что требуется функция, определяющая абсолютное значение. В языках, не поддерживающих перегрузку методов, обычно приходится создавать три или более вариантов такой функции с несколько отличающимися, но все же разными именами. Например, в С функция abs() возвращает абсолютное значение целого числа, функция labs() — абсолютное значение длинного целого числа, а функция fabs() — абсолютное значение числа с плавающей точкой обычной (одинарной) точности.

В С перегрузка не поддерживается, и поэтому у каждой функции должно быть свое, особое имя, несмотря на то, что все упомянутые выше функции, по существу, делают одно и то же — определяют абсолютное значение. Но это принципиально усложняет положение, поскольку приходится помнить имена всех трех функций, хотя они реализованы по одному и тому же основному принципу. Подобные затруднения в C# не возникают, поскольку каждому методу, определяющему абсолютное значение, может быть присвоено одно и то же имя. И действительно, в состав библиотеки классов для среды .NET Framework входит метод Abs(), который перегружается в классе System.Math для обработки данных разных числовых типов. Компилятор C# сам определяет, какой именно вариант метода Abs() следует вызывать, исходя из типа передаваемого аргумента.

Главная ценность перегрузки заключается в том, что она обеспечивает доступ к связанным вместе методам по общему имени. Следовательно, имя Abs обозначает общее выполняемое действие, а компилятор сам выбирает конкретный вариант метода по обстоятельствам. Благодаря полиморфизму несколько имен сводятся к одному. Несмотря на всю простоту рассматриваемого здесь примера, продемонстрированный в нем принцип полиморфизма можно расширить, чтобы выяснить, каким образом перегрузка помогает справляться с намного более сложными ситуациями в программировании.

Когда метод перегружается, каждый его вариант может выполнять какое угодно действие. Для установления взаимосвязи между перегружаемыми методами не существует какого-то одного правила, но с точки зрения правильного стиля программирования перегрузка методов подразумевает подобную взаимосвязь. Следовательно, использовать одно и то же имя для несвязанных друг с другом методов не следует, хотя это и возможно. Например, имя Sqr можно было бы выбрать для методов, возвращающих квадрат и квадратный корень числа с плавающей точкой. Но ведь это принципиально разные операции. Такое применение перегрузки методов противоречит ее первоначальному назначению. На практике перегружать следует только тесно связанные операции.

В C# определено понятие сигнатуры, обозначающее имя метода и список его параметров; Применительно к перегрузке это понятие означает, что в одном классе не должно существовать двух методов с одной и той же сигнатурой. Следует подчеркнуть, что в сигнатуру не входит тип возвращаемого значения, поскольку он не учитывается, когда компилятор C# принимает решение о перегрузке метода. В сигнатуру не входит также модификатор params.

 

Перегрузка конструкторов

Как и методы, конструкторы также могут перегружаться. Это дает возможность конструировать объекты самыми разными способами. В качестве примера рассмотрим следующую программу.

// Продемонстрировать перегрузку конструктора.

using System;

class MyClass {

  public int x;

  public MyClass() {

    Console.WriteLine("В конструкторе MyClass()."); x = 0;

  }

  public MyClass(int i) {

    Console.WriteLine("В конструкторе MyClass(int)."); x = i ;

  }

  public MyClass(double d) {

    Console.WriteLine("В конструкторе MyClass(double)."); x = (int) d;

  }

  public MyClass(int i, int j) {

    Console.WriteLine("В конструкторе MyClass(int, int)."); x = i * j;

  }

}

class OverloadConsDemo {

  static void Main() {

    MyClass t1 = new MyClass();

    MyClass t2 = new MyClass(88);

    MyClass t3 = new MyClass(17.23);

    MyClass t4 = new MyClass(2, 4);

    Console.WriteLine("t1.x: " + t1.x);

    Console.WriteLine("t2.х: " + t2.x);

    Console.WriteLine("t3.x: " + t3.x);

    Console.WriteLine("t4.x: " + t4.x);

 }

}

При выполнении этой программы получается следующий результат.

В конструкторе MyClass().

В конструкторе MyClass (int) .

В конструкторе MyClass(double).

В конструкторе MyClass (int, int).

t1.x: 0

t2.x: 88

t3.x: 17

t4.x: 8

В данном примере конструктор MyClass() перегружается четыре раза, всякий раз конструируя объект по-разному. Подходящий конструктор вызывается каждый раз, исходя из аргументов, указываемых при выполнении оператора new. Перегрузка конструктора класса предоставляет пользователю этого класса дополнительные преимущества в конструировании объектов.

Одна из самых распространенных причин для перегрузки конструкторов заключается в необходимости предоставить возможность одним объектам инициализировать другие. В качестве примера ниже приведен усовершенствованный вариант разработанного ранее класса Stack, позволяющий конструировать один стек из другого.

// Класс для хранения символов в стеке.

using System;

class Stack {

  // Эти члены класса являются закрытыми,

  char[] stck; // массив, содержащий стек

  int tos;    // индекс вершины стека

  // Сконструировать пустой объект класса Stack по заданному размеру стека,

  public Stack(int size) {

    stck = new char[size]; // распределить память для стека

    tos = 0;

  }

  // Сконструировать объект класса Stack из существующего стека,

  public Stack(Stack ob) {

    // Распределить память для стека,

    stck = new char[ob.stck.Length];

    // Скопировать элементы в новый стек,

    for (int i=0; i < ob.tos; i++)

      stck[i] = ob.stck[i];

    // Установить переменную tos для нового стека,

    tos = ob.tos;

  }

  // Поместить символы в стек,

  public void Push(char ch) {

    if(tos==stck.Length) {

      Console.WriteLine(" - Стек заполнен.");

      return;

    }

    stck[tos] = ch;

    tos++;

  }

  // Извлечь символ из стека,

  public char Pop() {

    if(tos==0) {

      Console.WriteLine (" - Стек пуст.");

      return (char) 0;

    }

    tos--;

    return stck[tos];

  }

  // Возвратить значение true, если стек заполнен,

  public bool IsFull() {

    return tos==stck.Length;

  }

  // Возвратить значение true, если стек пуст,

  public bool IsEmpty() {

    return tos==0;

  }

  // Возвратить общую емкость стека,

  public int Capacity()    {

    return stck.Length;

  }

  // Возвратить количество объектов, находящихся в настоящий момент в стеке,

  public int GetNum() {

    return tos;

  }

}

// Продемонстрировать применение класса Stack.

class StackDemo {

  static void Main() {

    Stack stk1 = new Stack(10);

    char ch;

    int i;

    // Поместить ряд символов в стек stk1.

    Console.WriteLine("Поместить символы А-J в стек stk1.");

    for(i=0; !stk1.IsFull(); i++)

      stk1.Push((char) ('A' + i));

    // Создать копию стека stck1.

    Stack stk2 = new Stack(stk1);

    // Вывести содержимое стека stk1.

    Console.Write("Содержимое стека stk1: ");

    while ( !stk1.IsEmpty() ) {

      ch = stk1.Pop();

      Console.Write(ch);

    }

    Console.WriteLine();

    Console.Write("Содержимое стека stk2: ");

    while ( !stk2.IsEmpty() ) {

      ch = stk2.Pop();

      Console.Write(ch);

    }

    Console.WriteLine ("\n");

  }

}

Результат выполнения этой программы приведен ниже.

Поместить символы А-J в стек stk1.

Содержимое стека stk1: JIHGFEDCBA

Содержимое стека stk2: JIHGFEDCBA

В классе StackDemo сначала конструируется первый стек (stk1), заполняемый символами. Затем этот стек используется, для конструирования второго стека (stk2). Это приводит к выполнению следующего конструктора класса Stack.

// Сконструировать объект класса Stack из существующего стека,

public Stack(Stack ob) {

  // Распределить память для стека,

  stck = new char[ob.stck.Length];

  // Скопировать элементы в новый стек,

  for (int i=0; i < ob.tos; i++)

    stck[i] = ob.stck[i];

  // Установить переменную tos для нового стека,

  tos = ob.tos;

}

В этом конструкторе сначала распределяется достаточный объем памяти для массива, чтобы хранить в нем элементы стека, передаваемого в качестве аргумента ob. Затем содержимое массива, образующего стек ob, копируется в новый массив, после чего соответственно устанавливается переменная tos, содержащая индекс вершины стека. По завершении работы конструктора новый и исходный стеки существуют как отдельные, хотя и одинаковые объекты.

Вызов перегружаемого конструктора с помощью ключевого слова this

Когда приходится работать с перегружаемыми конструкторами, то иногда очень полезно предоставить возможность одному конструктору вызывать другой. В C# это дается с помощью ключевого слова this. Ниже приведена общая форма такого вызова.

имя_конструктора{список_параметров1) : this ( список_параметров2) {

//  ... Тело конструктора, которое может быть пустым.

}

В исходном конструкторе сначала выполняется перегружаемый конструктор, список параметров которого соответствует критерию список_параметров2, а затем все остальные операторы, если таковые имеются в исходном конструкторе. Ниже приведен соответствующий пример.

// Продемонстрировать вызов конструктора с помощью ключевого слова this.

using System;

class XYCoord {

  public int x, y;

  public XYCoord() : this(0, 0) {

    Console.WriteLine("В конструкторе XYCoord()");

  }

  public XYCoord(XYCoord obj) : this(obj.x, obj.y) {

    Console.WriteLine("В конструкторе XYCoord(obj)");

  }

  public XYCoord(int i, int j) {

    Console.WriteLine("В конструкторе XYCoord(int, int)"); x = i;

    y = j;

  }

}

class OverloadConsDemo {

  static void Main() {

    XYCoord tl = new XYCoord();

    XYCoord t2 = new XYCoord(8, 9);

    XYCoord t3 = new XYCoord(t2);

    Console.WriteLine("tl.x, tl.y: " + tl.x + ", " + tl.y);

    Console.WriteLine("t2.x, t2.y: " + t2.x + ", " + t2.y);

    Console.WriteLine("t3.x, t3.y: " + t3.x + ", " + t3.y);

  }

}

Выполнение этого кода приводит к следующему результату.

В конструкторе XYCoord(int, int)

В конструкторе XYCoord()

В конструкторе XYCoord(int, int)

В конструкторе XYCoord(int, int)

В конструкторе XYCoord(obj)

tl.x, tl.y: 0, 0

t2.x, t2.у: 8, 9

t3.x, t3.у: 8, 9

Код в приведенном выше примере работает следующим образом. Единственным конструктором, фактически инициализирующим поля х и у в классе XYCoord, является конструктор XYCoord(int, int).А два других конструктора просто вызывают этот конструктор с помощью ключевого слова this. Например, когда создается объект t1, то вызывается его конструктор XYCoord(), что приводит к вызову this(0, 0), который в данном случае преобразуется в вызов конструктора XYCoord(0, 0). То же самое происходит и при создании объекта t2.

Вызывать перегружаемый конструктор с помощью ключевого слова this полезно, в частности, потому, что он позволяет исключить ненужное дублирование кода. В приведенном выше примере нет никакой необходимости дублировать во всех трех конструкторах одну и ту же последовательность инициализации, и благодаря применению ключевого слова this такое дублирование исключается. Другое преимущество организации подобного вызова перезагружаемого конструктора заключается в возможности создавать конструкторы с задаваемыми "по умолчанию" аргументами, когда эти аргументы не указаны явно. Ниже приведен пример создания еще одного конструктора XYCoord.

public XYCoord(int х) : this(х, х) {    }

По умолчанию в этом конструкторе для координаты у автоматически устанавливается то же значение, что и для координаты у. Конечно, пользоваться такими конструкциями с задаваемыми "по умолчанию" аргументами следует благоразумно и осторожно, чтобы не ввести в заблуждение пользователей классов.

 

Инициализаторы объектов

Инициализаторы объектов предоставляют еще один способ создания объекта и инициализации его полей и свойств. (Подробнее о свойствах речь пойдет в главе 10.) Если используются инициализаторы объектов, то вместо обычного вызова конструктора класса указываются имена полей или свойств, инициализируемых первоначально задаваемым значением. Следовательно, синтаксис инициализатора объекта предоставляет альтернативу явному вызову конструктора класса. Синтаксис инициализатора объекта используется главным образом при создании анонимных типов в LINQ-выражениях. (Подробнее об анонимных типах и LINQ-выражениях — в главе 19.) Но поскольку инициализаторы объектов можно, а иногда и должно использовать в именованном классе, то ниже представлены основные положения об инициализации объектов.

Обратимся сначала к простому примеру.

// Простой пример, демонстрирующий применение инициализаторов объектов.

using System;

class MyClass {

  public int Count;

  public string Str;

}

class ObjInitDemo {

  static void Main() {

    // Сконструировать объект типа MyClass, используя инициализаторы объектов.

    MyClass obj = new MyClass { Count = 100, Str = "Тестирование" };

    Console.WriteLine(obj.Count + " " + obj.Str);

  }

}

Выполнение этого кода дает следующий результат.

100 Тестирование

Как показывает результат выполнения приведенного выше кода, переменная экземпляра obj.Count инициализирована значением 100, а переменная экземпляра obj.Str — символьной строкой "Тестирование". Но обратите внимание на то, что в классе MyClass отсутствуют явно определяемые конструкторы и не используется обычный синтаксис конструкторов. Вместо этого объект obj класса MyClass создается с помощью следующей строки кода.

MyClass obj = new MyClass { Count = 100, Str = "Тестирование" };

В этой строке кода имена полей указываются явно вместе с их первоначальными значениями. Это приводит к тому, что сначала конструируется экземпляр объекта типа MyClass (с помощью неявно вызываемого по умолчанию конструктора), а затем задаются первоначальные значения переменных Count и Str данного экземпляра.

Следует особо подчеркнуть, что порядок указания инициализаторов особого значения не имеет. Например, объект obj можно было бы инициализировать и так, как показано ниже.

MyClass obj = new MyClass { Str = "Тестирование", Count = 100 };

В этой строке кода инициализация переменной экземпляра Str предшествует инициализации переменной экземпляра Count, а в приведенном выше коде все происходило наоборот. Но в любом случае результат получается одинаковым.

Ниже приведена общая форма синтаксиса инициализации объектов:

new имя_класса {имя = выражение, имя = выражение, . . . }

где имя обозначает имя поля или свойства, т.е. доступного члена класса, на который указывает имя_класса. А выражение обозначает инициализирующее выражение, тип которого, конечно, должен соответствовать типу поля или свойства.

Инициализаторы объектов обычно не используются в именованных классах, как, например, в представленном выше классе MyClass, хотя это вполне допустимо. Вообще, при обращении с именованными классами используется синтаксис вызова обычного конструктора. И, как упоминалось выше, инициализаторы объектов применяются в основном в анонимных типах, формируемых в LINQ-выражениях.

 

Необязательные аргументы

В версии C# 4.0 внедрено новое средство, повышающее удобство указания аргументов при вызове метода. Это средство называется необязательными аргументами и позволяет определить используемое по умолчанию значение для параметра метода.

Данное значение будет использоваться по умолчанию в том случае, если для параметра не указан соответствующий аргумент при вызове метода. Следовательно, указывать аргумент для такого параметра не обязательно. Необязательные аргументы позволяют упростить вызов методов, где к некоторым параметрам применяются аргументы, выбираемые по умолчанию. Их можно также использовать в качестве "сокращенной" формы перегрузки методов.

Применение необязательного аргумента разрешается при создании необязательного параметра. Для этого достаточно указать используемое по умолчанию значение параметра с помощью синтаксиса, аналогичного инициализации переменной. Используемое по умолчанию значение должно быть константным выражением. В качестве примера рассмотрим следующее определение метода.

static void OptArgMeth(int alpha, int beta=10, int gamma = 20)    {

В этой строке кода объявляются два необязательных параметра: beta и gamma, причем параметру beta по умолчанию присваивается значение 10, а параметру gamma — значение 20. Эти значения используются по умолчанию, если для данных параметров не указываются аргументы при вызове метода. Следует также иметь в виду, что параметр alpha не является необязательным. Напротив, это обычный параметр, для которого всегда нужно указывать аргумент.

Принимая во внимание приведенное выше объявление метода OptArgMeth(), последний можно вызвать следующими способами.

// Передать все аргументы явным образом.

OptArgMeth(1, 2, 3);

// Сделать аргумент gamma необязательным.

OptArgMeth(1, 2);

// Сделать оба аргумента beta и gamma необязательными.

OptArgMeth(1);

При первом вызове параметру alpha передается значение 1, параметру beta — значение 2, а параметру gamma — значение 3. Таким образом, все три аргумента задаются явным образом, а значения, устанавливаемые по умолчанию, не используются. При втором вызове параметру alpha передается значение 1, а параметру beta — значение 2, но параметру gamma присваивается устанавливаемое по умолчанию значение 20. И наконец, при третьем вызове упомянутого выше метода параметру alpha передается значение 1, а параметрам beta и gamma присваиваются устанавливаемые по умолчанию значения. Следует, однако, иметь в виду, что параметр beta не получит устанавливаемое по умолчанию значение, если то же самое не произойдет с параметром gamma. Если первый аргумент устанавливается по умолчанию, то и все остальные аргументы должны быть установлены по умолчанию.

Весь описанный выше процесс демонстрируется в приведенном ниже примере программы.

// Продемонстрировать необязательные аргументы.

using System;

class OptionArgDemo {

  static void OptArgMeth(int alpha, int beta=10, int gamma = 20) {

     Console.WriteLine("Это аргументы alpha, beta и gamma: " 

            + alpha + " " + beta + " " + gamma);

  }

  static void Main() {

    // Передать все аргументы явным образом.

    OptArgMeth(1, 2, 3);     i

    // Сделать аргумент gamma необязательным.

    OptArgMeth(1, 2);

    // Сделать оба аргумента beta и gamma необязательными.

    OptArgMeth(1);

  }

}

Результат выполнения данной программы лишь подтверждает применение используемых по умолчанию аргументов.

Это аргументы alpha, beta и gamma: 1 2 3

Это аргументы alpha, beta и gamma: 1 2 20

Это аргументы alpha, beta и gamma: 1 10 20

Как следует    из приведенного выше результата, если аргумент не указан, то используется его значение, устанавливаемое по умолчанию.

Следует иметь в виду, что все необязательные аргументы должны непременно указываться справа от обязательных. Например, следующее объявление оказывается недействительным.

int Sample(string name = "пользователь", int userid) { // Ошибка!

Для исправления ошибки в этом объявлении необходимо указать аргумент userid до аргумента name. Раз уж вы начали объявлять необязательные аргументы, то указывать после них обязательные аргументы нельзя. Например, следующее объявление также оказывается неверным.

int Sample(int accountld, string name = "пользователь", int userid) { //.Ошибка!

Аргумент name объявляется как необязательный, и поэтому аргумент userid следует указать до аргумента name (или же сделать его также необязательным).

Помимо методов, необязательные аргументы можно применять в конструкторах, индексаторах и делегатах. (Об индексаторах и делегатах речь пойдет далее в этой книге.)

Преимущество необязательных аргументов заключается, в частности, в том, что они упрощают программирующему обращение со сложными вызовами методов и конструкторов. Ведь нередко в методе приходится задавать больше параметров, чем обычно требуется. И в подобных случаях некоторые из этих параметров могут быть сделаны необязательными благодаря аккуратному применению необязательных аргументов. Это означает, что передавать нужно лишь те аргументы, которые важны в данном конкретном случае, а не все аргументы, которые в противном случае должны быть обязательными. Такой подход позволяет рационализировать метод и упростить программирующему обращение с ним.

Необязательные аргументы и перегрузка методов

В некоторых случаях необязательные аргументы могут стать альтернативой перегрузке методов. Для того чтобы стало понятнее, почему это возможно, обратимся еще раз к примеру метода OptArgMeth(). До появления в C# необязательных аргументов нам пришлось бы создать три разных варианта метода OptArgMeth(), чтобы добиться таких же функциональных возможностей, как и у рассмотренного выше варианта этого метода. Все эти варианты пришлось бы объявить следующим образом.

static void    OptArgMeth(int alpha)

static void    OptArgMeth(int alpha, int beta)

static void    OptArgMeth(int alpha, int beta, int gamma)

Эти перегружаемые варианты метода OptArgMeth() позволяют вызывать его с одним, двумя или тремя аргументами. (Если значения параметров beta и gamma не передаются, то они предоставляются в теле перегружаемых вариантов данного метода.) Безусловно, в такой реализации функциональных возможностей метода OptArgMeth() с помощью перегрузки нет ничего дурного. Но в данном случае целесообразнее все же воспользоваться необязательными аргументами, хотя такой подход не всегда оказывается более совершенным, чем перегрузка метода.

Необязательные аргументы и неоднозначность

При использовании необязательных аргументов может возникнуть такое затруднение, как неоднозначность. Нечто подобное может произойти при перегрузке метода с необязательными параметрами. В некоторых случаях компилятор может оказаться не в состоянии определить, какой именно вариант метода следует вызывать, когда необязательные аргументы не заданы. В качестве примера рассмотрим два следующих варианта метода OptArgMeth().

static void OptArgMeth(int alpha, int beta=10, int gamma = 20) {

  Console.WriteLine("Это аргументы alpha, beta и gamma: " 

         + alpha + " " + beta + " " + gamma);

}

static void OptArgMeth(int alpha, double beta=10.0, double gamma =20.0) {

  Console.WriteLine("Это аргументы alpha, beta и gamma: " 

         + alpha + " " + beta + " " + gamma);

}

Обратите внимание на то, что единственное отличие в обоих вариантах рассматриваемого здесь метода состоит в типах параметров beta и gamma, которые оказываются необязательными. В первом варианте оба параметра относятся к типу int, а во втором — к типу double. С учетом этих вариантов перегрузки метода OptArgMeth() следующий его вызов приводит к неоднозначности.

OptArgMeth(1); // Ошибка из-за неоднозначности!

Этот вызов приводит к неоднозначности потому, что компилятору неизвестно, какой именно вариант данного метода использовать: тот, где параметры beta и gamma имеют тип int, или же тот, где они имеют тип double. Но самое главное, что конкретный вызов метода OptArgMeth() может привести к неоднозначности, даже если она и не присуща его перегрузке.

В связи с тем что перегрузка методов, допускающих применение необязательных аргументов, может привести к неоднозначности, очень важно принимать во внимание последствия такой перегрузки. В некоторых случаях, возможно, придется отказаться от применения необязательных аргументов, чтобы исключить неоднозначность и тем самым предотвратить использование метода непреднамеренным образом.

Практический пример использования необязательных аргументов

Для того чтобы показать на практике, насколько необязательные аргументы упрощают вызовы некоторых типов методов, рассмотрим следующий пример программы. В этой программе объявляется метод Display(), выводящий на экран символьную строку полностью или частично.

// Использовать необязательный аргумент, чтобы упростить вызов метода.

using System;

class UseOptArgs {

// Вывести на экран символьную строку полностью или частично.

  static void Display(string str, int start = 0, int stop = -1) {

    if(stop < 0)

      stop = str.Length;

    // Проверить условие выхода за заданные пределы.

    if(stop > str.Length | start > stop | start < 0) return;

    for (int i=start; i < stop; i++)

      Console.Write(str[i] ) ;

    Console.WriteLine();

  }

  static void Main() {

    Display("это простой тест");

    Display("это простой тест", 12);

    Display("3TO простой тест", 4, 14);

  }

}

Выполнение этой программы дает следующий результат.

это простой тест

тест

простой те

Внимательно проанализируем метод Display(). Выводимая на экран символьная строка передается в первом аргументе данного метода. Это обязательный аргумент, а два других аргумента — необязательные. Они задают начальный и конечный индексы для вывода части символьной строки. Если параметру stop не передается значение, то по умолчанию он принимает значение -1, указывающее на то, что конечной точкой вывода служит конец символьной строки. Если же параметру start не передается значение, то по умолчанию он принимает значение 0. Следовательно, в отсутствие одного из необязательных аргументов символьная строка выводится на экран полностью. В противном случае она выводится на экран частично. Это означает, что если вызвать метод Display() с одним аргументом (т.е. с выводимой строкой), то символьная строка будет выведена на экран полностью. Если же вызвать метод Display() с двумя аргументами, то на экран будут выведены символы, начиная с позиции, определяемой аргументом start, и до самого конца строки. А если вызвать метод Display() с тремя аргументами, то на экран будут выведены символы из строки, начиная с позиции, определяемой аргументом start, и заканчивая позицией, определяемой аргументом stop.

Несмотря на всю простоту данного примера, он, тем не менее, демонстрирует значительное преимущество, которое дают необязательные аргументы. Это преимущество заключается в том, что при вызове метода можно указывать только те аргументы, которые требуются. А передавать явным образом устанавливаемые по умолчанию значения не нужно.

Прежде чем переходить к следующей теме, остановимся на следующем важном моменте. Необязательные аргументы оказываются весьма эффективным средством лишь в том случае, если они используются правильно. Они предназначены для того, чтобы метод выполнял свои функции эффективно, а пользоваться им можно было бы просто и удобно. В этом отношении устанавливаемые по умолчанию значения всех аргументов должны упрощать обычное применение метода. В противном случае необязательные аргументы способны нарушить структуру кода и ввести в заблуждение тех, кто им пользуется. И наконец, устанавливаемое по умолчанию значение необязательного параметра не должно наносить никакого вреда. Иными словами, неумышленное использование необязательного аргумента не должно приводить к необратимым, отрицательным последствиям. Так, если забыть указать аргумент при вызове метода, то это не должно привести к удалению важного файла данных!

 

Именованные аргументы

Еще одним средством, связанным с передачей аргументов методу, является именованный аргумент. Именованные аргументы были внедрены в версии C# 4.0. Как вам должно быть уже известно, при передаче аргументов методу порядок их следования, как правило, должен совпадать с тем порядком, в котором параметры определены в самом методе. Иными словами, значение аргумента присваивается параметру по его позиции в списке аргументов. Данное ограничение призваны преодолеть именованные аргументы. Именованный аргумент позволяет указать имя того параметра, которому присваивается его значение. И в этом случае порядок следования аргументов уже не имеет никакого значения. Таким образом, именованные аргументы в какой-то степени похожи на упоминавшиеся ранее инициализаторы объектов, хотя и отличаются от них своим синтаксисом.

Для указания аргумента по имени служит следующая форма синтаксиса.

имя_параметра : значение

Здесь имя_параметра обозначает имя того параметра, которому передается значение. Разумеется, имя_параметра должно обозначать имя действительного параметра для вызываемого метода.

Ниже приведен простой пример, демонстрирующий применение именованных аргументов. В этом примере создается метод IsFactor(), возвращающий логическое значение true, если первый его параметр нацело делится на второй параметр.

// Применить именованные аргументы,

using System;

class NamedArgsDemo {

// Выяснить, делится ли одно значение нацело на другое.

  static bool IsFactor(int val, int divisor) {

    if((val % divisor) == 0) return true;

    return false;

  }

  static void Main() {

    // Ниже демонстрируются разные способы вызова метода IsFactor().

    // Вызов с использованием позиционных аргументов.

    if(IsFactor(10, 2))

      Console.WriteLine("2 - множитель 10.");

    // Вызов с использованием именованных аргументов.

    if(IsFactor(val: 10, divisor: 2))

      Console.WriteLine("2 - множитель 10.");

    // Для именованного аргумента порядок указания не имеет значения.

    if(IsFactor(divisor: 2, val: 10))

      Console.WriteLine("2 - множитель 10.");

    // Применить как позиционный, так и именованный аргумент.

    if(IsFactor(10, divisor: 2))

      Console.WriteLine("2 - множитель 10.");

  }

}

Выполнение этого кода дает следующий результат.

2 - множитель 10.

2 - множитель 10.

2 - множитель 10.

2 - множитель 10.

Как видите, при каждом вызове метода IsFactor() получается один и тот же результат.

Помимо демонстрации именованного аргумента в действии, приведенный выше пример кода иллюстрирует две важные особенности именованных аргументов. Во-первых, порядок следования аргументов не имеет никакого значения. Например, два следующих вызова метода IsFactor() совершенно равнозначны.

IsFactor(val :10, divisor: 2)

IsFactor(divisor: 2, val: 10)

Независимость от порядка следования является главным преимуществом именованных аргументов. Это означает, что запоминать (или даже знать) порядок следования параметров в вызываемом методе совсем не обязательно. Для работы с СОМ-интерфейсами это может быть очень удобно. И во-вторых, позиционные аргументы можно указывать вместе с именованными в одном и том же вызове, как показано в следующем примере.

IsFactor(10, divisor: 2)

Следует, однако, иметь в виду, что при совместном использовании именованных и позиционных аргументов все позиционные аргументы должны быть указаны перед любыми именованными аргументами.

Именованные аргументы можно также применять вместе с необязательными аргументами. Покажем это на примере вызова метода Display(), рассматривавшегося в предыдущем разделе.

// Указать все аргументы по имени.

Display(stop: 10, str: "это простой тест", start: 0);

// Сделать аргумент start устанавливаемым по умолчанию.

Display(stop: 10, str: "это простой тест") ;

// Указать строку по позиции, аргумент stop — по имени by name,

// тогда как аргумент start — устанавливаемым по умолчанию

Display("это простой тест", stop: 10);

Вообще говоря, комбинация именованных и необязательных аргументов позволяет упростить вызовы сложных методов со многими параметрами.

Синтаксис именованных аргументов более многословен, чем у обычных позиционных аргументов, и поэтому для вызова методов чаще всего применяются позиционные аргументы. Но в тех случаях, когда это уместно, именованные аргументы могут быть использованы довольно эффективно.

----------------------------------------

ПРИМЕЧАНИЕ

Помимо методов, именованные и необязательные аргументы могут применяться в конструкторах, индексаторах и делегатах. (06 индексаторах и делегатах речь пойдет далее в этой книге.)

----------------------------------------

 

Метод Main()

В представленных до сих пор примерах программ использовалась одна форма метода Main(). Но у него имеется также целый ряд перегружаемых форм. Одни из них могут служить для возврата значений, другие — для получения аргументов. В этом разделе рассматриваются и те и другие формы.

Возврат значений из метода Main()

По завершении программы имеется возможность возвратить конкретное значение из метода Main() вызывающему процессу (зачастую операционной системе). Для этой цели служит следующая форма метода Main().

static int Main()

Обратите внимание на то, что в этой форме метода Main() объявляется возвращаемый тип int вместо типа void.

Как правило, значение, возвращаемое методом Main(), указывает на нормальное завершение программы или на аварийное ее завершение из-за сложившихся ненормальных условий выполнения. Условно нулевое возвращаемое значение обычно указывает на нормальное завершение программы, а все остальные значения обозначают тип возникшей ошибки.

Передача аргументов методу Main()

Многие программы принимают так называемые аргументы командной строки, т.е. информацию, которая указывается в командной строке непосредственно после имени программы при ее запуске на выполнение. В программах на C# такие аргументы передаются затем методу Main(). Для получения аргументов служит одна из приведенных ниже форм метода Main().

static void Main(string[ ] args)

static int Main(string[ ] args)

В первой форме метод Main() возвращает значение типа void, а во второй — целое значение, как пояснялось выше. Но в обеих формах аргументы командной строки сохраняются в виде символьных строк в массиве типа string, который передается методу Main(). Длина этого массива (args) должна быть равна числу аргументов командной строки, которое может быть и нулевым.

В качестве примера ниже приведена программа, выводящая все аргументы командной строки, вместе с которыми она вызывается.

// Вывести все аргументы командной строки.

using System;

class CLDemo {

  static void Main(string[] args) {

    Console.WriteLine("Командная строка содержит " + args.Length +

            " аргумента.");

    Console.WriteLine("Вот они: ");

    for(int i=0; i < args.Length; i++)

      Console.WriteLine(args[i]);

  }

}

Если программа CLDemo запускается из командной строки следующим образом:

CLDemo один два три

то ее выполнение дает такой результат.

Командная строка содержит 3 аргумента.

Вот они:

один

два

три

Для того чтобы стало понятнее, каким образом используются аргументы командной строки, рассмотрим еще один пример программы, в которой применяется простой подстановочный шифр для шифровки или расшифровки сообщений. Шифруемое или расшифровываемое сообщение указывается в командной строке. Применяемый шифр действует довольно просто. Для шифровки слова значение каждой его буквы инкрементируется на 1. Следовательно, Буква "А" становится буквой "Б" и т.д. А для расшифровки слова значение каждой его буквы декрементируется на 1. Разумеется, такой шифр не имеет никакой практической ценности, поскольку его нетрудно разгадать. Тем не менее он может стать приятным развлечением для детей.

// Зашифровать и расшифровать сообщение, используя

// простой подстановочный шифр.

using System;

class Cipher {

  public static int Main(string[] args) {

    // Проверить наличие аргументов.

    if (args.Length < 2) {

      Console.WriteLine("ПРИМЕНЕНИЕ: " +

            "слово1: <зашифровать>/<расшифровать> " +

            "[слово2... словоN]");

      return 1; // возвратить код неудачного завершения программы

    }

    // Если аргументы присутствуют, то первым аргументом должно быть

    // слово <зашифровать> или же слово <расшифровать>.

    if (args[0] != "зашифровать" & args[0] != "расшифровать") {

      Console.WriteLine("Первым аргументом должно быть слово "

          + "<зашифровать> или <расшифровать>.");

      return 1; // возвратить код неудачного завершения программы

    }

    // Encode or decode message.

    for (int n = 1; n < args.Length; n++) {

      for (int i = 0; i < args[n].Length; i++) {

        if (args[0] == "зашифровать")

          Console.Write((char)(args[n][i] + 1));

        else

          Console.Write((char)(args[n][i] - 1));

      }

      Console.Write(" ");

    }

    Console.WriteLine();

    return 0;

  }

}

Для того чтобы воспользоваться этой программой, укажите в командной строке имя программы, затем командное слово "зашифровать" или "расшифровать" и далее сообщение, которое требуется зашифровать или расшифровать. Ниже приведены два примера выполнения данной программы, при условии, что она называется Cipher.

C:\Cipher зашифровать один два

пейо егб

C:\Cipher расшифровать пейо егб

один два

Данная программа отличается двумя интересными свойствами. Во-первых, обратите внимание на то, как в ней проверяется наличие аргументов командной строки перед тем, как продолжить выполнение. Это очень важное свойство, которое можно обобщить. Если в программе принимается во внимание наличие одного или более аргументов командной строки, то в ней должна быть непременно организована проверка факта передачи ей предполагаемых аргументов, иначе программа будет работать неправильно. Кроме того, в программе должна быть организована проверка самих аргументов перед тем, как продолжить выполнение. Так, в рассматриваемой здесь программе проверяется наличие командного слова "зашифровать" или "расшифровать" в качестве первого аргумента командной строки.

И во-вторых, обратите внимание на то, как программа возвращает код своего завершения. Если предполагаемые аргументы командной строки отсутствуют или указаны неправильно, программа возвращает код 1, указывающий на ее аварийное завершение. В противном случае возвращается код 0, когда программа завершается нормально.

 

Рекурсия

В C# допускается, чтобы метод вызывал самого себя. Этот процесс называется рекурсией, а метод, вызывающий самого себя, — рекурсивным. Вообще, рекурсия представляет собой процесс, в ходе которого нечто определяет самое себя. В этом отношении она чем-то напоминает циклическое определение. Рекурсивный метод отличается главным образом тем, что он содержит оператор, в котором этот метод вызывает самого себя. Рекурсия является эффективным механизмом управления программой.

Классическим примером рекурсии служит вычисление факториала числа. Факториал числа N представляет собой произведение всех целых чисел от 1 до N. Например, факториал числа 3 равен 1х2x3, или 6. В приведенном ниже примере программы демонстрируется рекурсивный способ вычисления факториала числа. Для сравнения в эту программу включен также нерекурсивный вариант вычисления факториала числа.

// Простой пример рекурсии.

using System;

class Factorial {

  // Это рекурсивный метод.

  public int FactR(int n) {

    int result;

    if (n == 1) return 1;

    result = FactR(n - 1) * n;

    return result;

  }

  // Это итерационный метод.

  public int FactI(int n) {

    int t, result;

    result = 1;

    for (t = 1; t <= n; t++) result *= t;

    return result;

  }

}

class Recursion {

  static void Main() {

    Factorial f = new Factorial();

    Console.WriteLine("Факториалы, рассчитанные рекурсивным методом.");

    Console.WriteLine("Факториал числа 3 равен " + f.FactR(3));

    Console.WriteLine("Факториал числа 4 равен " + f.FactR(4));

    Console.WriteLine("Факториал числа 5 равен " + f.FactR(5));

    Console.WriteLine();

    Console.WriteLine("Факториалы, рассчитанные итерационным методом.");

    Console.WriteLine("Факториал числа 3 равен " + f.FactR(3));

    Console.WriteLine("Факториал числа 4 равен " + f.FactR(4));

    Console.WriteLine("Факториал числа 5 равен " + f.FactR(5));

  }

}

При выполнении этой программы получается следующий результат.

Факториалы, рассчитанные рекурсивным методом.

Факториал числа 3 равен 6

Факториал числа 4 равен 24

Факториал числа 5 равен 120

Факториалы, рассчитанные итерационным методом.

Факториал числа 3 равен 6

Факториал числа 4 равен 24

Факториал числа 5 равен 120

Принцип действия нерекурсивного метода FactI() вполне очевиден. В нем используется цикл, в котором числа, начиная с 1, последовательно умножаются друг на друга, постепенно образуя произведение, дающее факториал.

А рекурсивный метод FactR() действует по более сложному принципу. Если метод FactR() вызывается с аргументом 1, то он возвращает значение 1. В противном случае он возвращает произведение FactR(n-1)*n. Для вычисления этого произведения метод FactR() вызывается с аргументом n-1. Этот процесс повторяется до тех пор, пока значение аргумента n не станет равным 1, после чего из предыдущих вызовов данного метода начнут возвращаться полученные значения. Например, когда вычисляется факториал числа 2, то при первом вызове метода FactR() происходит второй его вызов с аргументом 1. Из этого вызова возвращается значение 1, которое затем умножается на 2 (первоначальное значение аргумента n). В итоге возвращается результат 2, равный факториалу числа 2 (1x2). Было бы любопытно ввести в метод FactR() операторы, содержащие вызовы метода WriteLine(), чтобы наглядно показать уровень рекурсии при каждом вызове метода FactR(), а также вывести промежуточные результаты вычисления факториала заданного числа.

Когда метод вызывает самого себя, в системном стеке распределяется память для новых локальных переменных и параметров, и код метода выполняется с этими новыми переменными и параметрами с самого начала. При рекурсивном вызове метода не создается его новая копия, а лишь используются его новые аргументы. А при возврате из каждого рекурсивного вызова старые локальные переменные и параметры извлекаются из стека, и выполнение возобновляется с точки вызова в методе. Рекурсивные методы можно сравнить по принципу действия с постепенно сжимающейся и затем распрямляющейся пружиной.

Ниже приведен еще один пример рекурсии для вывода символьной строки в обратном порядке. Эта строка задается в качестве аргумента рекурсивного метода DisplayRev().

// Вывести символьную строку в обратном порядке, используя рекурсию.

using System;

class RevStr {

  // Вывести символьную строку в обратном порядке.

  public void DisplayRev(string str) {

    if (str.Length > 0)

      DisplayRev(str.Substring(1, str.Length - 1));

    else

      return;

    Console.Write(str[0]);

  }

}

class RevStrDemo {

  static void Main() {

    string s = "Это тест";

RevStr rsOb = new RevStr();

    Console.WriteLine("Исходная строка: " + s);

    Console.Write("Перевернутая строка: ");

    rsOb.DisplayRev(s);

    Console.WriteLine();

  }

}

Вот к какому результату приводит выполнение этого кода.

Исходная строка: Это тест

Перевернутая строка: тсет отЭ

Всякий раз, когда вызывается метод DisplayRev(), в нем происходит проверка длины символьной строки, представленной аргументом str. Если длина строки не равна нулю, то метод DisplayRev() вызывается рекурсивно с новой строкой, которая меньше исходной строки на один символ. Этот процесс повторяется до тех пор, пока данному методу не будет передана строка нулевой длины. После этого начнется раскручиваться в обратном порядке механизм всех рекурсивных вызовов метода DisplayRev(). При возврате из каждого такого вызова выводится первый символ строки, представленной аргументом stг, а в итоге вся строка выводится в обратном порядке.

Рекурсивные варианты многих процедур могут выполняться немного медленнее, чем их итерационные эквиваленты из-за дополнительных затрат системных ресурсов на неоднократные вызовы метода. Если же таких вызовов окажется слишком много, то в конечном итоге может быть переполнен системный стек. А поскольку параметры и локальные переменные рекурсивного метода хранятся в системном стеке и при каждом новом вызове этого метода создается их новая копия, то в какой-то момент стек может оказаться исчерпанным. В этом случае возникает исключительная ситуация, и общеязыковая исполняющая среда (CLR) генерирует соответствующее исключение. Но беспокоиться об этом придется лишь в том случае, если рекурсивная процедура выполняется неправильно.

Главное преимущество рекурсии заключается в том, что она позволяет реализовать некоторые алгоритмы яснее и проще, чем итерационным способом. Например, алгоритм быстрой сортировки довольно трудно реализовать итерационным способом. А некоторые задачи, например искусственного интеллекта, очевидно, требуют именно рекурсивного решения.

При написании рекурсивных методов следует непременно указать в соответствующем месте условный оператор, например if, чтобы организовать возврат из метода без рекурсии. В противном случае возврата из вызванного однажды рекурсивного метода может вообще не произойти. Подобного рода ошибка весьма характерна для реализации рекурсии в практике программирования. В этом случае рекомендуется пользоваться операторами, содержащими вызовы метода WriteLine(), чтобы следить за происходящим в рекурсивном методе и прервать его выполнение, если в нем обнаружится ошибка.

 

Применение ключевого слова static

Иногда требуется определить такой член класса, который будет использоваться независимо от всех остальных объектов этого класса. Как правило, доступ к члену класса организуется посредством объекта этого класса, но в то же время можно создать член класса для самостоятельного применения без ссылки на конкретный экземпляр объекта. Для того чтобы создать такой член класса, достаточно указать в самом начале его объявления ключевое слово static. Если член класса объявляется как static, то он становится доступным до создания любых объектов своего класса и без ссылки на какой-нибудь объект. С помощью ключевого слова static можно объявлять как переменные, так и методы. Наиболее характерным примером члена типа static служит метод Main(), который объявляется таковым потому, что он должен вызываться операционной системой в самом начале выполняемой программы.

Для того чтобы воспользоваться членом типа static за пределами класса, достаточно указать имя этого класса с оператором-точкой. Но создавать объект для этого не нужно. В действительности член типа static оказывается доступным не по ссылке на объект, а по имени своего класса. Так, если требуется присвоить значение 10 переменной count типа static, являющейся членом класса Timer, то для этой цели можно воспользоваться следующей строкой кода.

Timer.count = 10;

Эта форма записи подобна той, что используется для доступа к обычным переменным экземпляра посредством объекта, но в ней указывается имя класса, а не объекта. Аналогичным образом можно вызвать метод типа static, используя имя класса и оператор-точку. ,

Переменные, объявляемые как static, по существу, являются глобальными. Когда же объекты, объявляются в своем классе, то копия переменной типа static не создается. Вместо этого все экземпляры класса совместно пользуются одной и той же переменной типа static. Такая переменная инициализируется перед ее применением в классе. Когда же ее инициализатор не указан явно, то она инициализируется нулевым значением, если относится к числовому типу данных, пустым значением, если относится к ссылочному типу, или же логическим значением false, если относится к типу bool. Таким образом, переменные типа static всегда имеют какое-то значение.

Метод типа static отличается от обычного метода тем, что его можно вызывать по имени его класса, не создавая экземпляр объекта этого класса. Пример такого вызова уже приводился ранее. Это был метод Sqrt() типа static, относящийся к классу System.Math из стандартной библиотеки классов С#.

Ниже приведен пример программы, в которой объявляются переменная и метод типа static.

// Использовать модификатор static.

using System;

class StaticDemo {

  // Переменная типа static.

  public static int Val = 100;

  // Метод типа static.

  public static int ValDiv2() {

    return Val/2;

  }

}

class SDemo {

  static void Main() {

    Console.WriteLine("Исходное значение переменной " +

           "StaticDemo.Val равно " + StaticDemo.Val);

    StaticDemo.Val = 8;

    Console.WriteLine("Текущее значение переменной" +

           "StaticDemo.Val равно " + StaticDemo.Val);

    Console.WriteLine("StaticDemo.ValDiv2(): " 

           + StaticDemo.ValDiv2());

  }

}

Выполнение этой программы приводит к следующему результату.

Исходное значение переменной StaticDemo.Val равно 100

Текущее значение переменной StaticDemo.Val равно 8

StaticDemo.ValDiv2(): 4

Как следует из приведенного выше результата, переменная типа static инициализируется до создания любого объекта ее класса.

На применение методов типа static накладывается ряд следующих ограничений.

• В методе типа static должна отсутствовать ссылка this, поскольку такой метод не выполняется относительно какого-либо объекта.

•    В методе типа static допускается непосредственный вызов только других методов типа static, но не метода экземпляра из того самого же класса. Дело в том, что методы экземпляра оперируют конкретными объектами, а метод типа static не вызывается для объекта. Следовательно, у такого метода отсутствуют объекты, которыми он мог бы оперировать.

•    Аналогичные ограничения накладываются на данные типа static. Для метода типа static непосредственно доступными оказываются только другие данные типа static, определенные в его классе. Он, в частности, не может оперировать переменной экземпляра своего класса, поскольку у него отсутствуют объекты, которыми он мог бы оперировать.

Ниже приведен пример класса, в котором недопустим метод ValDivDenom() типа static.

class StaticError {

  public int Denom =3; // обычная переменная экземпляра

  public static int Val = 1024; // статическая переменная

  /* Ошибка! Непосредственный доступ к нестатической переменной из статического метода недопустим. */

  static int ValDivDenom() {

    return Val/Denom; // не подлежит компиляции!

  }

}

В данном примере кода Denom является обычной переменной, которая недоступна из метода типа static. Но в то же время в этом методе можно воспользоваться переменной Val, поскольку она объявлена как static.

Аналогичная ошибка возникает при попытке вызвать нестатический метод из статического метода того же самого класса, как в приведенном ниже примере.

using System;

class AnotherStaticError {

// Нестатический метод.

  void NonStaticMeth()    {

    Console.WriteLine("В методе NonStaticMeth().");

  }

  /* Ошибка! Непосредственный вызов нестатического метода из статического метода недопустим. */

  static void staticMeth() {

    NonStaticMeth(); // не подлежит компиляции!

  }

}

В данном случае попытка вызвать нестатический метод (т.е. метод экземпляра) из статического метода приводит к ошибке во время компиляции.

Следует особо подчеркнуть, что из метода типа static нельзя вызывать методы экземпляра и получать доступ к переменным экземпляра его класса, как это обычно делается посредством объектов данного класса. И объясняется это тем, что без указания конкретного объекта переменная или метод экземпляра оказываются недоступными. Например, приведенный ниже фрагмент кода считается совершенно верным.

class MyClass {

// Нестатический метод.

  void NonStaticMeth() {

    Console.WriteLine("В методе NonStaticMeth().");

  }

  /* Нестатический метод может быть вызван из статического метода по ссылке на объект. */

  public static void staticMeth(MyClass ob) {

    ob.NonStaticMeth(); // все верно!

  }

}

В данном примере метод NonStaticMeth() вызывается из метода staticMeth() по ссылке на объект ob типа MyClass.

Поля типа static не зависят от конкретного объекта, и поэтому они удобны для хранения информации, применимой ко всему классу. Ниже приведен пример программы, демонстрирующей подобную ситуацию. В этой программе поле типа static служит для хранения количества существующих объектов.

// Использовать поле типа static для подсчета

// экземпляров существующих объектов.

using System;

class CountInst {

  static int count = 0;

  // Инкрементировать подсчет, когда создается объект.

  public CountInst()    {

    count++;

  }

  // Декрементировать подсчет, когда уничтожается объект.

  ~CountInst() { count--;

  }

  public static int GetCount() {

    return count;

  }

}

class CountDemo {

  static void Main() {

    CountInst ob;

    for(int i=0; i < 10; i++) {

      ob = new CountInst();

      Console.WriteLine("Текущий подсчет: " + CountInst.GetCount());

    }

  }

}

Выполнение этой программы приводит к следующему результату.

Текущий подсчет: 1

Текущий подсчет: 2

Текущий подсчет: 3

Текущий подсчет: 4

Текущий подсчет: 5

Текущий подсчет: 6

Текущий подсчет: 7

Текущий подсчет: 8

Текущий подсчет: 9

Текущий подсчет: 10

Всякий раз, когда создается объект типа Countlnst, инкрементируется поле count типа static. Но всякий раз, когда такой объект утилизируется, поле count декрементируется. Следовательно, поле count всегда содержит количество существующих в настоящий момент объектов. И это становится возможным только благодаря использованию поля типа static. Аналогичный подсчет нельзя организовать с помощью переменной экземпляра, поскольку он имеет отношение ко всему классу, а не только к конкретному экземпляру объекта этого класса.

Ниже приведен еще один пример применения статических членов класса. Ранее в этой главе было показано, как объекты создаются с помощью фабрики класса. В том примере фабрика была нестатическим методом, а это означало, что фабричный метод можно было вызывать только по ссылке на объект, который нужно было предварительно создать. Но фабрику класса лучше реализовать как метод типа static, что даст возможность вызывать этот фабричный метод, не создавая ненужный объект. Именно это улучшение и отражено в приведенном ниже измененном примере программы, реализующей фабрику класса.

// Использовать статическую фабрику класса.

using System;

class MyClass {

  int a, b;

  // Создать фабрику для класса MyClass.

  static public MyClass Factory(int i, int j) {

    MyClass t = new MyClass();

    t.a = i;

    t.b = j;

    return t; // возвратить объект

  }

  public void Show() {

    Console.WriteLine("а и b: " + a + " " + b);

  }

}

class MakeObjects {

  static void Main() {

    int i, j;

    // Сформировать объекты, используя фабрику.

    for(i=0, j = 10; i < 10; i++, j --) {

      MyClass ob = MyClass.Factory(i, j); // создать объект

      ob.Show();

    }

    Console.WriteLine();

  }

}

В этом варианте программы фабричный метод Factory() вызывается по имени его класса в следующей строке кода.

MyClass ob = MyClass.Factory(i, j); // создать объект

Теперь нет необходимости создавать объект класса MyClass, перед тем как пользоваться фабрикой этого класса.

Статические конструкторы

Конструктор можно также объявить как static. Статический конструктор, как правило, используется для инициализации компонентов, применяемых ко всему классу, а не к отдельному экземпляру объекта этого класса. Поэтому члены класса инициализируются статическим конструктором до создания каких-либо объектов этого класса. Ниже приведен простой пример применения статического конструктора.

// Применить статический конструктор.

using System;

class Cons {

  public static int alpha;

  public int beta;

  // Статический конструктор.

  static Cons() {

    alpha = 99;

    Console.WriteLine("В статическом конструкторе.");

  }

  // Конструктор экземпляра.

  public Cons() {

    beta = 100;

    Console.WriteLine("В конструкторе экземпляра.");

  }

}

class ConsDemo {

  static void Main() {

    Cons ob = new Cons();

    Console.WriteLine("Cons.alpha: " + Cons.alpha);

    Console.WriteLine("ob.beta: " + ob.beta);

  }

}

При выполнении этого кода получается следующий результат.

В статическом конструкторе.

В конструкторе экземпляра.

Cons.alpha: 99

ob.beta: 100

Обратите внимание на то, что конструктор типа static вызывается автоматически, когда класс загружается впервые, причем до конструктора экземпляра. Из этого можно сделать более общий вывод: статический конструктор должен выполняться до любого конструктора экземпляра. Более того, у статических конструкторов отсутствуют модификаторы доступа — они пользуются доступом по умолчанию, а следовательно, их нельзя вызывать из программы.

 

Статические классы

Класс можно объявлять как static. Статический класс обладает двумя основными свойствами. Во-первых, объекты статического класса создавать нельзя. И во-вторых, статический класс должен содержать только статические члены. Статический класс создается по приведенной ниже форме объявления класса, видоизмененной с помощью ключевого слова static.

static class имя_класса {  // ...

В таком классе все члены должны быть объявлены как static. Ведь если класс становится статическим, то это совсем не означает, что статическими становятся и все его члены.

Статические классы применяются главным образом в двух случаях. Во-первых, статический класс требуется при создании метода расширения. Методы расширения связаны в основном с языком LINQ и поэтому подробнее рассматриваются в главе 19. И во-вторых, статический класс служит для хранения совокупности связанных друг с другом статических методов. Именно это его применение и рассматривается ниже.

В приведенном ниже примере программы класс NumericFn типа static служит для хранения ряда статических методов, оперирующих числовым значением. А поскольку все члены класса NumericFn объявлены как static, то этот класс также объявлен как static, чтобы исключить получение экземпляров его объектов. Таким образом, класс NumericFn выполняет организационную роль, предоставляя удобные средства для группирования логически связанных методов.

// Продемонстрировать применение статического класса.

using System;

static class NumericFn {

  // Возвратить обратное числовое значение.

  static public double Reciprocal(double num) {

    return 1/num;

  }

  // Возвратить дробную часть числового значения.

  static public double FracPart(double num) {

    return num - (int) num;

  }

  // Возвратить логическое значение true, если числовое

  // значение переменной num окажется четным.

  static public bool IsEven(double num) {

    return (num % 2) == 0 ? true : false;

  }

  // Возвратить логическое значение true, если числовое

  // значение переменной num окажется нечетным,

  static public bool IsOdd(double num) {

    return !IsEven(num);

  }

}

class StaticClassDemo {

  static void Main() {

    Console.WriteLine("Обратная величина числа 5 равна " +

           NumericFn.Reciprocal(5.0) ) ;

    Console.WriteLine("Дробная часть числа 4.234 равна " +

           NumericFn.FracPart(4.234));

    if(NumericFn.IsEven(10))

      Console.WriteLine("10 — четное число.");

    if(NumericFn.IsOdd(5))

      Console.WriteLine("5 — нечетное число.");

    // Далее следует попытка создать экземпляр объекта класса NumericFn,

    // что может стать причиной появления ошибки.

    // NumericFn ob = new NumericFn(); // Ошибка!

  }

}

Вот к какому результату приводит выполнение этой программы.

Обратная величина числа 5 равна 0.2

Дробная часть числа 4.234 равна 0.234

10 — четное число.

5 — нечетное число.

Обратите внимание на то, что последняя строка приведенной выше программы закомментирована. Класс NumericFn является статическим, и поэтому любая попытка создать объект этого класса может привести к ошибке во время компиляции. Ошибкой будет также считаться попытка сделать нестатическим член класса NumericFn.

И последнее замечание: несмотря на то, что для статического класса не допускается наличие конструктора экземпляра, у него может быть статический конструктор.

 

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#.

 

Основы перегрузки операторов

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

 

Выполнение операций со встроенными в C# типами данных

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

 

Перегрузка операторов отношения

Операторы отношения, например == и <, могут также перегружаться, причем очень просто. Как правило, перегруженный оператор отношения возвращает логическое значение true и false. Это вполне соответствует правилам обычного применения подобных операторов и дает возможность использовать их перегружаемые разновидности в условных выражениях. Если же возвращается результат другого типа, то тем самым сильно ограничивается применимость операторов отношения.

Ниже приведен очередной вариант класса ThreeD, в котором перегружаются операторы < и >. В данном примере эти операторы служат для сравнения объектов ThreeD, исходя из их расстояния до начала координат. Один объект считается больше другого, если он находится дальше от начала координат. А кроме того, один объект считается меньше другого, если он находится ближе к началу координат. Такой вариант реализации позволяет, в частности, определить, какая из двух заданных точек находится на большей сфере. Если же ни один из операторов не возвращает логическое значение true, то обе точки находятся на одной и той же сфере. Разумеется, возможны и другие алгоритмы упорядочения.

// Перегрузить операторы < и >.

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 оператор <.

  public static bool operator <(ThreeD op1, ThreeD op2) {

    if (Math.Sqrt(op1.x * op1.x + op1.y * op1.y + op1.z * op1.z) <

       Math.Sqrt(op2.x * op2.x + op2.y * op2.y + op2.z * op2.z))

      return true;

    else

      return false;

  }

  // Перегрузить оператор >.

  public static bool operator >(ThreeD op1, ThreeD op2) {

    if (Math.Sqrt(op1.x * op1.x + op1.y * op1.y + op1.z * op1.z) >

       Math.Sqrt(op2.x * op2.x + op2.y * op2.y + op2.z * op2.z))

      return true;

    else

      return false;

  }

  // Вывести координаты X, Y, Z.

  public void Show() {

    Console.WriteLine(x + ", " + y + ", " + z) ;

  }

}

class ThreeDDemo {

  static void Main() {

    ThreeD a = new ThreeD(5, 6, 7);

    ThreeD b = new ThreeD(10, 10, 10);

    ThreeD c = new ThreeD(1, 2, 3);

    ThreeD d = new ThreeD(6, 7, 5);

    Console.Write("Координаты точки a: ");

    a.Show();

    Console.Write("Координаты точки b: ");

    b.Show();

    Console.Write("Координаты точки с: ");

    c.Show();

    Console.Write("Координаты точки d: ");

    d.Show();

    Console.WriteLine();

    if (a > c) Console.WriteLine("а > с истинно");

    if (a < c) Console.WriteLine("а < с истинно");

    if (a > b) Console.WriteLine("а > b истинно");

    if (a < b) Console.WriteLine("а < b истинно");

    if (a > d) Console.WriteLine("а > d истинно");

    else if (a < d) Console.WriteLine("a < d истинно");

    else Console.WriteLine("Точки a и d находятся на одном расстоянии " +

                 "от начала отсчета");

  }

}

Вот к какому результату приводит выполнение этого кода.

Координаты точки a: 5, 6, 7

Координаты точки b: 10, 10, 10

Координаты точки c: 1, 2, 3

Координаты точки d: 6, 7, 5

а > с истинно

а < b истинно

Точки and находятся на одном расстоянии от начала отсчета

На перегрузку операторов отношения накладывается следующее важное ограничение: они должны перегружаться попарно. Так, если перегружается оператор <, то следует перегрузить и оператор >, и наоборот. Ниже приведены составленные в пары перегружаемые операторы отношения.

==      !=

<       >

<=      >=

И еще одно замечание: если перегружаются операторы == и !=, то для этого обычно требуется также переопределить методы Object.Equals() и Object.GetHashCode(). Эти методы и способы их переопределения подробнее рассматриваются в главе 11.

 

Перегрузка операторов true и false 

Ключевые слова true и false можно также использовать в качестве унарных операторов для целей перегрузки. Перегружаемые варианты этих операторов позволяют определить назначение ключевых слов true и false специально для создаваемых классов. После перегрузки этих ключевых слов в качестве унарных операторов для конкретного класса появляется возможность использовать объекты этого класса для управления операторами if, while, for и do-while или же в условном выражении ?.

Операторы true и false должны перегружаться попарно, а не раздельно. Ниже приведена общая форма перегрузки этих унарных операторов.

public static bool operator true(тип_параметра операнд)

{

  // Возврат логического значения true или false.

}

public static bool operator false(тип_параметра операнд)

{

  // Возврат логического значения true или false.

}

Обратите внимание на то, что и в том и в другом случае возвращается результат типа bool.

Ниже приведен пример программы, демонстрирующий реализацию операторов true и false в классе ThreeD. В каждом из этих операторов проверяется следующее условие: если хотя бы одна из координат объекта типа ThreeD равна нулю, то этот объект истинен, а если все три его координаты равны нулю, то такой объект ложен. В данном примере программы реализован также оператор декремента исключительно в целях демонстрации.

// Перегрyзить операторы true и false для класса ThreeD.

using System;

// Класс для xранения треxмерныx координат,

class ThreeD {

  int x, y, z; // треxмерные координаты

  public ThreeD() { x = y = z = 0; }

  public ThreeD(int i, int j, int k) { x = i; y = j; z = k; }

  // Перегрyзить оператор true.

  public static bool operator true(ThreeD op) {

    if ((op.x != 0) || (op.y != 0) || (op.z != 0))

      return true; // xотя бы одна координата не равна нyлю

    else

      return false;

  }

  // Перегрyзить оператор false.

  public static bool operator false(ThreeD op) {

    if ((op.x == 0) && (op.y == 0) && (op.z == 0))

      return true; // все координаты равны нyлю

    else

      return false;

  }

  // Перегрyзить yнарный оператор --.

  public static ThreeD operator --(ThreeD op) {

    ThreeD result = new ThreeD();

    // Возвратить резyльтат декрементирования,

    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 TrueFalseDemo {

  static void Main() {

    ThreeD a = new ThreeD(5, 6, 7);

    ThreeD b = new ThreeD(10, 10, 10);

    ThreeD c = new ThreeD(0, 0, 0);

    Console.Write("Координаты точки a: ");

    a.Show();

    Console.Write("Координаты точки b: ");

    b.Show();

    Console.Write("Координаты точки с: ");

    c.Show();

    Console.WriteLine();

    if (a) Console.WriteLine("Точка а истинна.");

    else Console.WriteLine("Точка а ложна.");

    if (b) Console.WriteLine("Точка b истинна.");

    else Console.WriteLine("Точка b ложна.");

    if (c) Console.WriteLine("Точка с истинна.");

    else Console.WriteLine("Точка с ложна.");

    Console.WriteLine();

    Console.WriteLine("Управление циклом с помощью объекта класса ThreeD.");

    do {

      b.Show();

      b--;

    } while (b);

  }

}

Выполнение этой программы приводит к следующему результату.

Координаты точки а: 5, 6, 7

Координаты точки b: 10, 10, 10

Координаты точки с: 0, 0, 0

Точка а истинна

Точка b истинна

Точка с ложна

Управление циклом с помощью объекта класса ThreeD.

10, 10, 10

9, 9, 9

8, 8, 8

7, 7, 7

6, 6, 6

5, 5, 5

4, 4, 4

3, 3, 3

2, 2, 2

1, 1, 1

Обратите внимание на то, как объекты класса ThreeD используются для управления условным оператором if и оператором цикла do-while. Так, в операторах if объект типа ThreeD проверяется с помощью оператора true. Если результат этой проверки оказывается истинным, то оператор if выполняется. А в операторе цикла do-while объект b декрементируется на каждом шаге цикла. Следовательно, цикл повторяется до тех пор, пока проверка объекта b дает истинный результат, т.е. этот объект содержит хотя бы одну ненулевую координату. Если же окажется, что объект b содержит все нулевые координаты, его проверка с помощью оператора true даст ложный результат и цикл завершится.

 

Перегрузка логических операторов

Как вам должно быть уже известно, в C# предусмотрены следующие логические операторы: &, |, !, && и ||. Из них перегрузке, безусловно, подлежат только операторы &, | и !. Тем не менее, соблюдая определенные правила, можно извлечь также пользу из укороченных логических операторов && и ||. Все эти возможности рассматриваются ниже.

Простой способ перегрузки логических операторов

Рассмотрим сначала простейший случай. Если не пользоваться укороченными логическими операторами, то перегрузку операторов & и | можно выполнять совершенно естественным путем, получая в каждом случае результат типа bool. Аналогичный результат, как правило, дает и перегружаемый оператор !.

Ниже приведен пример программы, в которой демонстрируется перегрузка логических операторов !, & и | для объектов типа ThreeD. Как и в предыдущем примере, объект типа ThreeD считается истинным, если хотя бы одна из его координат не равна нулю. Если же все три координаты объекта равны нулю, то он считается ложным.

// Простой способ перегрyзки логическиx операторов

// !, | и & для объектов класса ThreeD.

using System;

// Класс для xранения треxмерныx координат.

class ThreeD {

  int x, y, z; // треxмерные координаты

  public ThreeD() { x = y = z = 0; }

  public ThreeD(int i, int j, int k) { x = i; y = j; z = k; }

  // Перегрyзить логический оператор |.

  public static bool operator |(ThreeD op1, ThreeD op2) {

    if (((op1.x != 0) || (op1.y != 0) || (op1.z != 0)) |

       ((op2.x != 0) || (op2.y != 0) || (op2.z != 0)))

      return true;

    else

      return false;

  }

  // Перегрyзить логический оператор &.

  public static bool operator &(ThreeD op1, ThreeD op2) {

    if (((op1.x != 0) && (op1.y != 0) && (op1.z != 0)) &

       ((op2.x != 0) && (op2.y != 0) && (op2.z != 0)))

      return true;

    else

      return false;

  }

  // Перегрyзить логический оператор !.

  public static bool operator !(ThreeD op) {

    if ((op.x != 0) || (op.y != 0) || (op.z != 0))

      return false;

    else

      return true;

  }

  // Вывести координаты X, Y, Z.

  public void Show() {

    Console.WriteLine(x + ", " + y + ", " + z);

  }

}

class TrueFalseDemo {

  static void Main() {

    ThreeD a = new ThreeD(5, 6, 7);

    ThreeD b = new ThreeD(10, 10, 10);

    ThreeD c = new ThreeD(0, 0, 0);

    Console.Write("Координаты точки a: ");

    a.Show();

    Console.Write("Координаты точки b: ");

    b.Show();

    Console.Write("Координаты точки с: ");

    c.Show();

    Console.WriteLine();

    if (!a) Console.WriteLine("Точка а ложна.");

    if (!b) Console.WriteLine("Точка b ложна.");

    if (!c) Console.WriteLine("Точка с ложна.");

    if (a & b) Console.WriteLine("a & b истинно.");

    else Console.WriteLine("a & b ложно.");

    if (a & c) Console.WriteLine("a & с истинно.");

    else Console.WriteLine("a & с ложно.");

    if (a | b) Console.WriteLine("a | b истинно.");

    else Console.WriteLine("a | b ложно.");

    if (a | c) Console.WriteLine("a | с истинно.");

    else Console.WriteLine("a | с ложно.");

  }

}

При выполнении этой программы получается следующий результат.

Координаты точки а: 5, 6, 1

Координаты точки b: 10, 10,    10

Координаты точки с: 0, 0, 0

Точка с ложна.

а & b истинно.

а & с ложно.

а | b истинно,

а | с истинно.

При таком способе перегрузки логических операторов &, | и ! методы каждого из них возвращают результат типа bool. Это необходимо для того, чтобы использовать рассматриваемые операторы обычным образом, т.е. в тех выражениях, где предполагается результат типа bool. Напомним, что для всех встроенных в C# типов данных результатом логической операции должно быть значение типа bool. Поэтому вполне разумно предусмотреть возврат значения типа bool и в перегружаемых вариантах этих логических операторов. Но, к сожалению, такой способ перегрузки пригоден лишь в том случае, если не требуются укороченные логические операторы.

Как сделать укороченные логические операторы доступными для применения

Для того чтобы применение укороченных логических операторов && и || стало возможным, необходимо соблюсти следующие четыре правила. Во-первых, в классе должна быть произведена перегрузка логических операторов & и |. Во-вторых, перегружаемые методы операторов & и | должны возвращать значение того же типа, что и у класса, для которого эти операторы перегружаются. В-третьих, каждый параметр должен содержать ссылку на объект того класса, для которого перегружается логический оператор. И в-четвертых, для класса должны быть перегружены операторы true и false. Если все эти условия выполняются, то укороченные логические операторы автоматически становятся пригодными для применения.

В приведенном ниже примере программы показано, как правильно реализовать логические операторы & и | в классе ThreeD, чтобы сделать доступными для применения укороченные логические операторы && и ||.

/* Более совершенный способ перегрyзки логическиx оперaторов !,  | и & для объектов клaссa ThreeD.

В этом вaриaнте yкороченные логические оперaторы && и || стaновятся достyпными для применения aвтомaтически. */

using System;

// Клaсс для xрaнения треxмерныx координaт,

class ThreeD {

  int x, y, z; // треxмерные координaты

  public ThreeD() { x = y = z = 0; }

  public ThreeD(int i, int j, int k) { x = i; y = j; z = k; }

  // Перегрyзить логический оперaтор | для yкороченного вычисления,

  public static ThreeD operator |(ThreeD op1, ThreeD op2) {

    if (((op1.x != 0) || (op1.y != 0) || (op1.z != 0)) |

       ((op2.x != 0) || (op2.y != 0) || (op2.z != 0)))

      return new ThreeD(1, 1, 1);

    else

      return new ThreeD(0, 0, 0);

  }

  // Перегрyзить логический оперaтор & для yкороченного вычисления,

  public static ThreeD operator &(ThreeD op1, ThreeD op2) {

    if (((op1.x != 0) && (op1.y != 0) && (op1.z != 0)) &

       ((op2.x != 0) && (op2.y != 0) && (op2.z != 0)))

      return new ThreeD(1, 1, 1);

    else

      return new ThreeD(0, 0, 0);

  }

  // Перегрyзить логический оперaтор !.

  public static bool operator !(ThreeD op) {

    if (op)

      return false;

    else

      return true;

  }

  // Перегрyзить оперaтор true.

  public static bool operator true(ThreeD op) {

    if ((op.x != 0) || (op.y != 0) || (op.z != 0))

      return true;    //xотя бы однa координaтa не рaвнa нyлю

    else

      return false;

  }

  // Перегрyзить оперaтор false.

  public static bool operator false(ThreeD op) {

    if ((op.x == 0) && (op.y == 0) && (op.z == 0))

      return true; //все координaты рaвны нyлю

    else

      return false;

  }

  // Ввести координaты X, Y, Z.

  public void Show() {

    Console.WriteLine(x + ", " + y + ", " + z);

  }

}

class TrueFalseDemo {

  static void Main() {

    ThreeD a = new ThreeD(5, 6, 7);

    ThreeD b = new ThreeD(10, 10, 10);

    ThreeD c = new ThreeD(0, 0, 0);

    Console.Write("Координaты точки a: ");

    a.Show();

    Console.Write("Координaты точки b: ");

    b.Show();

    Console.Write("Координaты точки с: ");

    c.Show();

    Console.WriteLine();

    if (a) Console.WriteLine("Точкa a истиннa.");

    if (b) Console.WriteLine("Точкa b истиннa.");

    if (c) Console.WriteLine("Точкa с истиннa.");

    if (!a) Console.WriteLine("Точкa a ложнa.");

    if (!b) Console.WriteLine("Точкa b ложнa.");

    if (!c) Console.WriteLine("Точкa с ложнa.");

    Console.WriteLine();

    Console.WriteLine("Применение логическиx оперaторов & и |");

    if (a & b) Console.WriteLine("a & b истинно.");

    else Console.WriteLine("a & b ложно.");

    if (a & c) Console.WriteLine("a & с истинно.");

    else Console.WriteLine("a & с ложно.");

    if (a | b) Console.WriteLine("a | b истинно.");

    else Console.WriteLine("a | b ложно.");

    if (a | c) Console.WriteLine("a | с истинно.");

    else Console.WriteLine("a | с ложно.");

    Console.WriteLine();

    //a теперь применить yкороченные логические оперaторы.

    Console.WriteLine("Применение yкороченныx" +

           "логическиx оперaторов && и ||");

    if (a && b) Console.WriteLine("a && b истинно.");

    else Console.WriteLine("a && b ложно.");

    if (a && c) Console.WriteLine("a && с истинно.");

    else Console.WriteLine("a && с ложно.");

    if (a || b) Console.WriteLine("a || b истинно.");

    else Console.WriteLine("a || b ложно.");

    if (a || c) Console.WriteLine("a || с истинно.");

    else Console.WriteLine("a || с ложно.");

  }

}

Выполнение этой программы приводит к следующему результату.

Координаты точки а: 5, 6, 7

Координаты точки b: 10, 10, 10

 Координаты точки с: 0, 0, 0

Точка а истинна

Точка b истинна

Точка с ложна.

Применение логических операторов & и |

а & b истинно,

а & с ложно,

а | b истинно,

а | с истинно.

Применение укороченных логических операторов && и ||

а && b истинно,

а && с ложно,

а И b истинно,

а И с истинно.

Рассмотрим более подробно, каким образом реализуются логические операторы & и |. Они представлены в следующем фрагменте кода.

// Перегрузить логический оператор | для укороченного вычисления,

public static ThreeD operator | (ThreeD op1, ThreeD op2)

{

  if(((op1.x != 0) || (op1.у != 0) || (op1.z != 0)) |

     ((op2.x != 0) || (op2.у != 0) || (op2.z != 0)))

    return new ThreeD(1, 1, 1) ;

  else

    return new ThreeD(0, 0, 0);

}

// Перегрузить логический оператор & для укороченного вычисления,

public static ThreeD operator & (ThreeD op1, ThreeD op2)

{

  if(((op1.x != 0) && (op1.y != 0) && (op1.z != 0)) &

     ((op2.x != 0) && (op2.y != 0) && (op2.z != 0)))

    return new ThreeD(1, 1,1);

  else

    return new ThreeD (0, 0, 0);

}

Прежде всего обратите внимание на то, что методы обоих перегружаемых логических операторов теперь возвращают объект типа ThreeD. И особенно обратите внимание на то, как формируется этот объект. Если логическая операция дает истинный результат, то создается и возвращается истинный объект типа ThreeD, у которого хотя бы одна координата не равна нулю. Если же логическая операция дает ложный результат, то соответственно создается и возвращается ложный объект. Таким образом, результатом вычисления логического выражения а & b в следующем фрагменте кода:

if(а & b) Console.WriteLine("а & b истинно.");

else Console.WriteLine("а & b ложно.");

является объект типа ThreeD, который в данном случае оказывается истинным. А поскольку операторы true и false уже определены, то созданный объект типа ThreeD подвергается действию оператора true и в конечном итоге возвращается результат типа bool. В данном случае он равен true, а следовательно, условный оператор if успешно выполняется.

Благодаря тому что все необходимые правила соблюдены, укороченные операторы становятся доступными для применения к объектам ThreeD. Они действуют следующим образом. Первый операнд проверяется с помощью операторного метода operator true (для оператора ||) или же с помощью операторного метода operator false (для оператора &&). Если удается определить результат данной операции, то соответствующий перегружаемый оператор (& или |) далее не выполняется. В противном случае перегружаемый оператор (& или | соответственно) используется для определения конечного результата. Следовательно, когда применяется укороченный логический оператор && или ||, то соответствующий логический оператор & или | вызывается лишь в том случае, если по первому операнду невозможно определить результат вычисления выражения. В качестве примера рассмотрим следующую строку кода из приведенной выше программы.

if(а || с) Console.WriteLine("а || с истинно.");

В этой строке кода сначала применяется оператор true к объекту а. В данном случае объект а истинен, и поэтому использовать далее операторный метод | нет необходимости. Но если переписать данную строку кода следующим образом:

if(с || a) Console.WriteLine ("с || а истинно.");

то оператор true был бы сначала применен к объекту с, который в данном случае ложен. А это означает, что для определения истинности объекта а пришлось бы далее вызывать операторный метод |.

Описанный выше способ применения укороченных логических операторов может показаться, на первый взгляд, несколько запутанным, но если подумать, то в таком применении обнаруживается известный практический смысл. Ведь благодаря перегрузке операторов true и false для класса компилятор получает разрешение на применение укороченных логических операторов, не прибегая к явной их перегрузке. Это дает также возможность использовать объекты в условных выражениях. И вообще, логические операторы & и | лучше всего реализовывать полностью, если, конечно, не требуется очень узко направленная их реализация.

Операторы преобразования

Иногда объект определенного класса требуется использовать в выражении, включающем в себя данные других типов. В одних случаях для этой цели оказывается пригодной перегрузка одного или более операторов, а в других случаях — обыкновенное преобразование типа класса в целевой тип. Для подобных ситуаций в C# предусмотрена специальная разновидность операторного метода, называемая оператором преобразования.Такой оператор преобразует объект исходного класса в другой тип. Операторы преобразования помогают полностью интегрировать типы классов в среду программирования на С#, разрешая свободно пользоваться классами вместе с другими типами данных, при условии, что определен порядок преобразования в эти типы.

Существуют две формы операторов преобразования: явная и неявная. Ниже они представлены в общем виде:

public static explicit operator целевой_тип{исходный_тип v) {return значение;}

public static implicit operator целевой_тип(исходный_тип v) {return значение;}

где целевой_тип обозначает тот тип, в который выполняется преобразование; исходный_тип — тот тип, который преобразуется; значение — конкретное значение, приобретаемое классом после преобразования. Операторы преобразования возвращают данные, имеющие целевой_тип, причем указывать другие возвращаемые типы данных не разрешается.

Если оператор преобразования указан в неявной форме (implicit), то преобразование вызывается автоматически, например, в том случае, когда объект используется в выражении вместе со значением целевого типа. Если же оператор преобразования указан в явной форме (explicit), то преобразование вызывается в том случае, когда выполняется приведение типов. Для одних и тех же исходных и целевых типов данных нельзя указывать оператор преобразования одновременно в явной и неявной форме.

Создадим оператор преобразования специально для класса ThreeD, чтобы продемонстрировать его применение. Допустим, что требуется преобразовать объект типа ThreeD в целое значение, чтобы затем использовать его в целочисленном выражении. Такое преобразование требуется, в частности, для получения произведения всех трех координат объекта. С этой целью мы воспользуемся следующей неявной формой оператора преобразования.

public static implicit operator int(ThreeD op1)

{

  return op1.x * op1.у * op1.z;

}

Ниже приведен пример программы, демонстрирующей применение этого оператора преобразования.

// Пример применения оператора неявного преобразования,

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();

    result.x = op1.x + op2.x;

    result.x = op1.y + op2.y;

    result.z = op1.z + op2.z;

    return result;

  }

  // Неявное преобразование объекта типа ThreeD к типу int.

  public static implicit operator int(ThreeD op1) {

    return op1.x * op1.y * op1.z;

  }

  // 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();

    int i;

    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();

    i = a; // преобразовать в тип int

    Console.WriteLine("Результат присваивания i = a: " + i);

    Console.WriteLine();

    i = a * 2 - b; // преобразовать в тип int

    Console.WriteLine("Результат вычисления выражения a * 2 - b " + i);

  }

}

Вот к какому результату приводит выполнение этой программы.

Координаты точки а: 1, 2, 3

Координаты точки b: 10, 10, 10

Результат сложения а+b: 11, 12, 13

Результат присваивания i = а: 6

Результат вычисления выражения а * 2 - b: -988

Как следует из приведенного выше примера программы, когда объект типа ThreeD используется в таком целочисленном выражении, как i = а, происходит его преобразование. В этом конкретном случае преобразование приводит к возврату целого значения 6, которое является произведением координат точки а, хранящихся в объекте того же названия. Но если для вычисления выражения преобразование в тип int не требуется, то оператор преобразования не вызывается. Именно поэтому операторный метод operator int() не вызывается при вычислении выражения с = а + b.

Но для различных целей можно создать разные операторы преобразования. Так, для преобразования объекта типа ThreeD в тип double можно было бы определить второй оператор преобразования. При этом каждый вид преобразования выполнялся бы автоматически и независимо от другого.

Оператор неявного преобразования применяется автоматически в следующих случаях: когда в выражении требуется преобразование типов; методу передается объект; осуществляется присваивание и производится явное приведение к целевому типу. С другой стороны, можно создать оператор явного преобразования, вызываемый только тогда, когда производится явное приведение типов. В таком случае оператор явного преобразования не вызывается автоматически. В качестве примера ниже приведен вариант предыдущей программы, переделанный для демонстрации явного преобразования в тип int.

// Применить явное преобразование,

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();

    result.x = op1.x + op2.x;

    result.y = op1.y + op2.y;

    result.z = op1.z + op2.z;

    return result;

  }

  // Выполнить на этот раз явное преобразование типов,

  public static explicit operator int(ThreeD op1) {

    return op1.x * op1.y * op1.z;

  }

  // 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(); int i;

    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();

    i = (int)a; // преобразовать в тип int явно,

    // поскольку указано приведение типов

    Console.WriteLine("Результат присваивания i = а: " + i);

    Console.WriteLine();

    i = (int)a * 2 - (int)b; // явно требуется приведение типов

    Console.WriteLine("Результат вычисления выражения а * 2 - b: " + i);

  }

}

Оператор преобразования теперь указан в явной форме, и поэтому преобразование должно быть явно приведено к типу int. Например, следующая строка кода не будет скомпилирована, если исключить приведение типов.

i = (int) а; // преобразовать в тип int явно,

// поскольку указано приведение типов

На операторы преобразования накладывается ряд следующих ограничений.

•    Исходный или целевой тип преобразования должен относиться к классу, для которого объявлено данное преобразование. В частности, нельзя переопределить преобразование в тип int, если оно первоначально указано как преобразование в тип double.

•    Нельзя указывать преобразование в класс object или же из этого класса.

•    Для одних и тех же исходных и целевых типов данных нельзя указывать одновременно явное и неявное преобразование.

•    Нельзя указывать преобразование базового класса в производный класс. (Подробнее о базовых и производных классах речь пойдет в главе 11.)

•    Нельзя указывать преобразование в интерфейс или же из него. (Подробнее об интерфейсах — в главе 12.)

Помимо указанных выше ограничений, имеется ряд рекомендаций, которыми обычно руководствуются при выборе операторов явного или неявного преобразования. Несмотря на все преимущества неявных преобразований, к ним следует прибегать только в тех случаях, когда преобразованию не свойственны ошибки. Во избежание подобных ошибок неявные преобразования должны быть организованы только в том случае, если удовлетворяются следующие условия. Во-первых, информация не теряется, например, в результате усечения, переполнения или потери знака. И во-вторых, преобразование не приводит к исключительной ситуации. Если же неявное преобразование не удовлетворяет этим двум условиям, то следует выбрать явное преобразование.

 

Рекомендации и ограничения по перегрузке операторов

Действие перегружаемого оператора распространяется на класс, для которого он определяется, и никак не связано с его первоначальным применением к данным встроенных в C# типов. Но ради сохранения ясности структуры и удобочитаемости исходного кода перегружаемый оператор должен, по возможности, отражать основную суть своего первоначального назначения. Например, назначение оператора + для класса ThreeD по сути не должно заметно отличаться от его назначения для целочисленных типов данных. Если бы, например, определить оператор + относительно некоторого класса таким образом, чтобы по своему действию он стал больше похожим на оператор /, то вряд ли от этого было бы много проку. Главный принцип перегрузки операторов заключается в следующем: несмотря на то, что перегружаемый оператор может получить любое назначение, ради ясности новое его назначение должно быть так или иначе связано с его первоначальным назначением.

На перегрузку операторов накладывается ряд ограничений. В частности, нельзя изменять приоритет любого оператора или количество операндов, которое требуется для оператора, хотя в операторном методе можно и проигнорировать операнд. Кроме того, имеется ряд операторов, которые нельзя перегружать. А самое главное, что перегрузке не подлежит ни один из операторов присваивания, в том числе и составные, как, например, оператор +=. Ниже перечислены операторы, которые нельзя перегружать. Среди них имеются и такие операторы, которые будут рассматриваться далее в этой книге.

&&

()

.

? ?

[]

||

=

=>

->

as

checked

default

is

new

sizeof

typeof

unchecked

Несмотря на то что оператор приведения() нельзя перегружать явным образом, имеется все же возможность создать упоминавшиеся ранее операторы преобразования, 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. Следовательно, при обращении к оператору += в программе автоматически вызывается заранее 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(1, 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 [] нельзя перегружать с помощью операторного метода, имеется возможность создать индексаторы, о которых речь пойдет в следующей главе.

 

Еще один пример перегрузки операторов 

Во всех предыдущих примерах программ, представленных в этой главе, для демонстрации 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, особенно 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 составляли половину байта, содержали одну шестнадцатеричную цифру и были удобны для ввода кода полубайтами с пульта ЭВМ, что в те времена считалось привычным занятием 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 ограничением 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, демонстрирующий 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);

    if (a < b) Console.WriteLine("а меньше b");

    // Сложить два объекта типа Nybble.

    с = a + b;

    Console.WriteLine("с после операции с = а + b: " + (int)с);

    // Сложить значение типа int с объектом типа Nybble,

    a += 5;

    Console.WriteLine("а после операции а += 5: " + (int)a);

    Console.WriteLine();

    // Использовать тип Nybble в выражении типа int.

    t = a * 2 + 3;

    Console.WriteLine("Результат вычисления выражения а * 2 + 3: " + t);

    Console.WriteLine();

    // Продемонстрировать присваивание значения типа int и переполнение,

    a = 19;

    Console.WriteLine("Результат присваивания а = 19: " + (int)a);

    Console.WriteLine();

    // Использовать тип Nybble для управления циклом.

    Console.WriteLine("Управление циклом for " +

           "с помощью объекта типа Nybble.");

    for (a = 0; a < 10; a++)

      Console.Write((int)a + " ");

    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.

0123456789

Большая часть функций класса Nybble не требует особых пояснений. Тем не менее необходимо подчеркнуть ту особую роль, которую операторы преобразования играют в интегрировании класса типа Nybble в систему типов С#. В частности, объект типа Nybble можно свободно комбинировать с данными других типов в арифметических выражениях, поскольку определены преобразования объекта этого типа в тип int и обратно. 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 благодаря 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 создается новый объект типа Nybble, в котором сохраняются 4 младших разряда целого значения 19, а по существу, число 3, поскольку значение 19 превышает диапазон представления чисел для типа Nybble. Далее этот объект присваивается переменной экземпляра 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 невозможно.

--------------------------------

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.)

--------------------------------