Книга: C# 4.0: полное руководство

Индексаторы

Индексаторы

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

Рассмотрим сначала одномерные индексаторы.

Создание одномерных индексаторов

Ниже приведена общая форма одномерного индексатора:

тип_элемента this[int индекс] {
  // Аксессор для получения данных, get {
    // Возврат значения, которое определяет индекс.
  }
  // Аксессор для установки данных, set {
    // Установка значения, которое определяет индекс.
  }
}

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

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

Преимущество индексатора заключается, в частности, в том, что он позволяет полностью управлять доступом к массиву, избегая нежелательного доступа. В качестве примера рассмотрим программу, в которой создается класс FailSoftArray, реализующий массив для выявления ошибок нарушения границ массива, а следовательно, для предотвращения исключительных ситуаций, возникающих во время выполнения в связи с индексированием массива за его границами. Для этого массив инкапсулируется в качестве закрытого члена класса, а доступ к нему осуществляется только с помощью индексатора. При таком подходе исключается любая попытка получить доступ к массиву за его границами, причем эта попытка пресекается без катастрофических последствий для программы. А поскольку в классе FailSoftArray используется индексатор, то к массиву можно обращаться с помощью обычной формы записи.

// Использовать индексатор для создания отказоустойчивого массива.
using System;
class FailSoftArray {
  int[] a; // ссылка на базовый массив
  public int Length; //открытая переменная длины массива
  public bool ErrFlag; // обозначает результат последней операции
  // Построить массив заданного размера,
  public FailSoftArray(int size) {
    a = new int [size] ;
    Length = size;
  }
  // Это индексатор для класса FailSoftArray.
  public int this[int index] {
    // Это аксессор get.
    get {
      if (ok(index)) {
        ErrFlag = false;
        return a[index];
      }
      else {
        ErrFlag = true;
        return 0;
      }
    }
    // Это аксессор set.
    set {
      if(ok(index)) {
        a[index] = value;
        ErrFlag = false;
      }
      else
        ErrFlag = true;
    }
  }
  // Возвратить логическое значение true, если
  // индекс находится в установленных границах,
  private bool ok(int index) {
    if(index >= 0 & index < Length) return true;
    return false;
  }
}
// Продемонстрировать применение отказоустойчивого массива,
class FSDemo {
  static void Main() {
    FailSoftArray fs = new FailSoftArray(5);
    int x;
    // Выявить скрытые сбои.
    Console.WriteLine("Скрытый сбой.");
    for(int i=0; i < (fs.Length * 2); i++)
      fs[i] = i*10;
    for(int i=0; i < (fs.Length * 2); i++) {
      x = fs[i] ;
      if (x != -1) Console.Write(x + " ") ;
    }
    Console.WriteLine();
    //А теперь показать сбои.
    Console.WriteLine("nСбой с уведомлением об ошибках.");
    for(int i=0; i < (fs.Length * 2); i++) {
      fs[i] = i * 10;
      if(fs.ErrFlag)
        Console.WriteLine("fs[" + i + "] вне границ");
    }
    for(int i=0; i < (fs.Length * 2); i++) {
      x = fs [ i ] ;
      if(!fs.ErrFlag)
        Console.Write(x + " ");
      else
        Console.WriteLine("fs[" + i + "] вне границ");
    }
  }
}

Вот к какому результату приводит выполнение этой программы.

Скрытый сбой.
0 10 20 30 40 0 0 0 0 0
Сбой с уведомлением об ошибках.
fs[5] вне границ
fs[6] вне границ
fs[7] вне границ
fs[8] вне границ
fs[9] вне границ
0 10 20 30 40 fs[5] вне границ
fs[6] вне границ
fs[7] вне границ
fs[8] вне границ
fs[9] вне границ

Индексатор препятствует нарушению границ массива. Внимательно проанализируем каждую часть кода индексатора. Он начинается со следующей строки.

public int this[int index] {

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

Рассмотрим следующий код аксессора get.

get {
  if (ok(index) ) {
    ErrFlag = false;
    return a[index];
  }
  else {
    ErrFlag = true;
    return 0;
  }
}

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

А теперь рассмотрим следующий код аксессора set, предотвращающего ошибки нарушения границ массива.

set {
  if(ok(index) )    {
    a[index] = value;
    ErrFlag = false;
  }
  else ErrFlag = true;
}

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

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

Перегрузка индексаторов

Индексатор может быть перегружен. В этом случае для выполнения выбирается тот вариант индексатора, в котором точнее соблюдается соответствие его параметра и аргумента, указываемого в качестве индекса. Ниже приведен пример программы, в которой индексатор массива класса FailSoftArray перегружается для индексов типа double. При этом индексатор типа double округляет свой индекс до ближайшего целого значения.

// Перегрузить индексатор массива класса FailSoftArray.
using System;
class FailSoftArray {
  int[] a; // ссылка на базовый массив
  public int Length; //открытая переменная длины массива
  public bool ErrFlag; // обозначает результат последней операции
  // Построить массив заданного размера,
  public FailSoftArray(int size) {
    a = new int[size];
    Length = size;
  }
  // Это индексатор типа int для массива FailSoftArray.
  public int this[int index] {
    // Это аксессор get.
    get {
      if(ok(index)) {
        ErrFlag = false;
        return a[index];
      }
      else
      {
        ErrFlag = true;
        return 0;
      }
    }
    // Это аксессор set.
    set {
      if(ok(index)) {
        a[index] = value;
        ErrFlag = false;
      }
      else
        ErrFlag = true;
    }
  }
  /* Это еще один индексатор для массива FailSoftArray. Он округляет свой аргумент до ближайшего целого индекса. */
  public int this[double idx] {
    // Это аксессор get.
    get {
      int index;
      // Округлить до ближайшего целого.
      if((idx - (int) idx) < 0.5) index = (int) idx;
      else index = (int) idx + 1;
      if(ok(index)) {
        ErrFlag = false;
        return a[index];
      }
      else
      {
        ErrFlag = true;
        return 0;
      }
    }
    // Это аксессор set.
    set {
      int index;
      // Округлить до ближайшего целого.
      if( (idx - (int) idx) < 0.5) index = (int) idx;
      else index = (int) idx + 1;
      if (ok (index) ) {
        a[index] = value;
        ErrFlag = false;
      }
      else
        ErrFlag = true;
    }
  }
  // Возвратить логическое значение true, если
  // индекс находится в установленных границах,
  private bool ok(int index) {
    if(index >= 0 & index < Length) return true;
    return false;
  }
}
// Продемонстрировать применение отказоустойчивого массива,
class FSDemo {
  static void Main() {
    FailSoftArray fs = new FailSoftArray(5);
    // Поместить ряд значений в массив fs.
    for(int i=0; i < fs.Length; i++) fs[i] = i;
    // А теперь воспользоваться индексами
    // типа int и double для обращения к массиву.
    Console.WriteLine("fs[1]: " + fs[1]);
    Console.WriteLine("fs[2]: " + fs[2]);
    Console.WriteLine("fs[1.1]: " + fs[1.1]);
    Console.WriteLine("fs[1.6]: " + fs[1.6]);
  }
}

При выполнении этой программы получается следующий результат.

fs[1] : 1
fs[2] : 2
fs[1.1] : 1
fs[1.6] : 2

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

Представленный выше пример программы наглядно демонстрирует правомочность перегрузки индексаторов, но на практике она применяется нечасто. Как правило, индексаторы перегружаются для того, чтобы использовать объект определенного класса в качестве индекса, вычисляемого каким-то особым образом.

Индексаторы без базового массива

Следует особо подчеркнуть, что индексатор совсем не обязательно должен оперировать массивом. Его основное назначение — предоставить пользователю функциональные возможности, аналогичные массиву. В качестве примера в приведенной ниже программе демонстрируется индексатор, выполняющий роль массива только для чтения, содержащего степени числа 2 от 0 до 15. Обратите внимание на то, что в этой программе отсутствует конкретный массив. Вместо этого индексатор просто вычисляет подходящее значение для заданного индекса.

// Индексаторы совсем не обязательно должны оперировать отдельными массивами.
using System;
class PwrOfTwo {
  /* Доступ к логическому массиву, содержащему степени числа 2 от 0 до 15. */
  public int this[int index] {
    // Вычислить и возвратить степень числа 2.
    get {
      if((index >= 0) && (index < 16))
        return pwr(index);
      else
        return -1;
    }
    // Аксессор set отсутствует.
  }
  int pwr(int p) {
    int result = 1;
    for(int i=0; i < p; i++) result *= 2;
    return result;
  }
}
class UsePwrOfTwo {
  static void Main() {
    PwrOfTwo pwr = new PwrOfTwo();
    Console.Write("Первые 8 степеней числа 2: ");
    for(int i=0; i < 8; i++)
      Console.Write(pwr[i] + " ");
    Console.WriteLine();
    Console.Write("А это некоторые ошибки: ");
    Console.Write(pwr[-1] + " " + pwr[17]);
    Console.WriteLine();
  }
}

Вот к какому результату приводит выполнение этой программы.

Первые 8 степеней числа 2: 1 2 4 8 16 32 64 128
А это некоторые ошибки: -1 -1

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

pwr[0] =11; //не подлежит компиляции

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

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

Многомерные индексаторы

Индексаторы можно создавать и для многомерных массивов. В качестве примера ниже приведен двумерный отказоустойчивый массив. Обратите особое внимание на объявление индексатора в этом примере.

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

Вот к какому результату приводит выполнение этого кода:

Скрытый сбой.
0 10 20 0 0 0
Сбой с уведомлением об ошибках.
fs[3, 3] вне границ
fs[4, 4] вне границ
fs[5, 5] вне границ
0 10 20 fs[3, 3] вне границ
fs[4, 4] вне границ
fs[5, 5] вне границ

Оглавление книги


Генерация: 0.052. Запросов К БД/Cache: 0 / 0
поделиться
Вверх Вниз