Книга: C# 4.0: полное руководство

Интерфейсы

Интерфейсы

Иногда в объектно-ориентированном программировании полезно определить, что именно должен делать класс, но не как он должен это делать. Примером тому может служить упоминавшийся ранее абстрактный метод.

В абстрактном методе определяются возвращаемый тип и сигнатура метода, но не предоставляется его реализация.

А в производном классе должна быть обеспечена своя собственная реализация каждого абстрактного метода, определенного в его базовом классе. Таким образом, абстрактный метод определяет интерфейс, но не реализацию метода. Конечно, абстрактные классы и методы приносят известную пользу, но положенный в их основу принцип может быть развит далее. В C# предусмотрено разделение интерфейса класса и его реализации с помощью ключевого слова interface.

С точки зрения синтаксиса интерфейсы подобны абстрактным классам. Но в интерфейсе ни у одного из методов не должно быть тела. Это означает, что в интерфейсе вообще не предоставляется никакой реализации. В нем указывается только, что именно следует делать, но не как это делать. Как только интерфейс будет определен, он может быть реализован в любом количестве классов. Кроме того, в одном классе может быть реализовано любое количество интерфейсов.

Для реализации интерфейса в классе должны быть предоставлены тела (т.е. конкретные реализации) методов, описанных в этом интерфейсе. Каждому классу предоставляется полная свобода для определения деталей своей собственной реализации интерфейса. Следовательно, один и тот же интерфейс может быть реализован в двух классах по-разному. Тем не менее в каждом из них должен поддерживаться один и тот же набор методов данного интерфейса. А в том коде, где известен такой интерфейс, могут использоваться объекты любого из этих двух классов, поскольку интерфейс для всех этих объектов остается одинаковым. Благодаря поддержке интерфейсов в C# может быть в полной мере реализован главный принцип полиморфизма: один интерфейс — множество методов.

Интерфейсы объявляются с помощью ключевого слова interface. Ниже приведена упрощенная форма объявления интерфейса.

interface имя{
  возвращаемый_тип имя_метода1 (список_параметров);
  возвращаемый_тип ммя_метода2 [список_параметров) ;
  // ...
  возвращаемый_тип имя_методаN(список_параметров) ;
}

где имя — это конкретное имя интерфейса. В объявлении методов интерфейса используются только их возвращаемый_тип и сигнатура. Они, по существу, являются абстрактными методами. Как пояснялось выше, в интерфейсе не может быть никакой реализации. Поэтому все методы интерфейса должны быть реализованы в каждом классе, включающем в себя этот интерфейс. В самом же интерфейсе методы неявно считаются открытыми, поэтому доступ к ним не нужно указывать явно.

Ниже приведен пример объявления интерфейса для класса, генерирующего последовательный ряд чисел.

public interface ISeries {
  int GetNext(); // возвратить следующее по порядку число
  void Reset(); // перезапустить
  void SetStart(int x); // задать начальное значение
}

Этому интерфейсу присваивается имя ISeries. Префикс I в имени интерфейса указывать необязательно, но это принято делать в практике программирования, чтобы как-то отличать интерфейсы от классов. Интерфейс ISeries объявляется как public и поэтому может быть реализован в любом классе какой угодно программы.

Помимо методов, в интерфейсах можно также указывать свойства, индексаторы и события. Подробнее о событиях речь пойдет в главе 15, а в этой главе-основное внимание будет уделено методам, свойствам и индексаторам. Интерфейсы не могут содержать члены данных. В них нельзя также определить конструкторы, деструкторы или операторные методы. Кроме того, ни один из членов интерфейса не может быть объявлен как static.

Как только интерфейс будет определен, он может быть реализован в одном или нескольких классах. Для реализации интерфейса достаточно указать его имя после имени класса, аналогично базовому классу. Ниже приведена общая форма реализации интерфейса в классе.

class имя_класса : имя_интерфейса {
  // тело класса
}

где имя_интерфейса — это конкретное имя реализуемого интерфейса. Если уж интерфейс реализуется в классе, то это должно быть сделано полностью. В частности, реализовать интерфейс выборочно и только по частям нельзя.

В классе допускается реализовывать несколько интерфейсов. В этом случае все реализуемые в классе интерфейсы указываются списком через запятую. В классе можно наследовать базовый класс и в тоже время реализовать один или более интерфейс. В таком случае имя базового класса должно быть указано перед списком интерфейсов, разделяемых запятой.

Методы, реализующие интерфейс, должны быть объявлены как public. Дело в том, что в самом интерфейсе эти методы неявно подразумеваются как открытые, поэтому их реализация также должна быть открытой. Кроме того, возвращаемый тип и сигнатура реализуемого метода должны точно соответствовать возвращаемому типу и сигнатуре, указанным в определении интерфейса.

Ниже приведен пример программы, в которой реализуется представленный ранее интерфейс ISeries. В этой программе создается класс ByTwos, генерирующий последовательный ряд чисел, в котором каждое последующее число на два больше предыдущего.

// Реализовать интерфейс ISeries,
class ByTwos : ISeries {
  int start;
  int val;
  public ByTwos()    {
    start = 0;
    val = 0;
  }
  public int GetNext() {
    val += 2;
    return val;
  }
  public void Reset()    {
    val = start;
  }
  public void SetStart(int x) {
    start = x;
    val = start;
  }
}

Как видите, в классе ByTwos реализуются три метода, определяемых в интерфейсе ISeries. Как пояснялось выше, это приходится делать потому, что в классе нельзя реализовать интерфейс частично.

Ниже приведен код класса, в котором демонстрируется применение класса ByTwos, реализующего интерфейс ISeries.

// Продемонстрировать применение класса ByTwos,
//реализующего интерфейс,
using System;
class SeriesDemo {
  static void Main() {
    ByTwos ob = new ByTwos();
    for (int i=0; i < 5; i++)
      Console .WriteLine ("Следующее число равно " + ob.GetNext() ) ;
    Console.WriteLine("nСбросить") ;
    ob.Reset();
    for(int i=0; i < 5; i++)
      Console.WriteLine("Следующее число равно " + ob.GetNext());
    Console.WriteLine("nНачать с числа 100");
    ob.SetStart(100);
    for(int i=0; i < 5; i++)
      Console.WriteLine("Следующее число равно " + ob.GetNext());
  }
}

Для того чтобы скомпилировать код класса SeriesDemo, необходимо включить в компиляцию файлы, содержащие интерфейс ISeries, а также классы ByTwos и SeriesDemo. Компилятор автоматически скомпилирует все три файла и сформирует из них окончательный исполняемый файл. Так, если эти файлы называются ISeries.cs, ByTwos.cs и SeriesDemo.cs, то программа будет скомпилирована в следующей командной строке:

>csc SeriesDemo.cs ISeries.cs ByTwos.cs

В интегрированной среде разработки Visual Studio для этой цели достаточно ввести все три упомянутых выше файла в конкретный проект С#. Кроме того, все три компилируемых элемента (интерфейс и оба класса) допускается включать в единый файл. Ниже приведен результат выполнения скомпилированного кода.

Следующее число равно 2
Следующее число равно 4
Следующее число равно 6
Следующее число равно 8
Следующее число равно 10
Сбросить.
Следующее число равно 2
Следующее число равно 4
Следующее число равно 6
Следующее число равно 8
Следующее число равно 10
Начать с числа 100.
Следующее число равно 102
Следующее число равно 104
Следующее число равно 106
Следующее число равно 108
Следующее число равно 110

В классах, реализующих интерфейсы, разрешается и часто практикуется определять их собственные дополнительные члены. В качестве примера ниже приведен другой вариант класса ByTwos, в который добавлен метод GetPrevious(), возвращающий предыдущее значение.

// Реализовать интерфейс ISeries и добавить в
// класс ByTwos метод GetPrevious().
class ByTwos : ISeries {
  int start;
  int val;
  int prev;
  public ByTwos() {
    start = 0;
    val = 0;
    prev = -2;
  }
  public int GetNext() {
    prev = val;
    val += 2;
    return val;
  }
  public void Reset() {
    val = start;
    prev = start - 2;
  }
  public void SetStart(int x) {
    start = x;
    val = start;
    prev = val - 2;
  }
  // Метод, не указанный в интерфейсе ISeries.
  public int GetPrevious() {
    return prev;
  }
}

Как видите, для того чтобы добавить метод GetPrevious(), потребовалось внести изменения в реализацию методов, определяемых в интерфейсе ISeries. Но поскольку интерфейс для этих методов остается прежним, то такие изменения не вызывают никаких осложнений и не нарушают уже существующий код. В этом и заключается одно из преимуществ интерфейсов.

Как пояснялось выше, интерфейс может быть реализован в любом количестве классов. В качестве примера ниже приведен класс Primes, генерирующий ряд простых чисел. Обратите внимание на то, реализация интерфейса ISeries в этом классе коренным образом отличается от той, что предоставляется в классе ByTwos.

// Использовать интерфейс ISeries для реализации
// процесса генерирования простых чисел,
class Primes : ISeries {
  int start;
  int val;
  public Primes() {
    start = 2;
    val = 2;
  }
  public int GetNext() {
    int i, j;
    bool isprime;
    val++;
    for(i = val; i < 1000000; i++) {
      isprime = true;
      for(j = 2; j <= i/j; j++) {
        if ((i%j) == 0) {
          isprime = false;
          break;
        }
      }
      if (isprime) {
        val = i;
        break;
      }
    }
    return val;
  }
  public void Reset() {
    val = start;
  }
  public void SetStart(int x) {
    start = x;
    val = start;
  }
}

Самое любопытное, что в обоих классах, ByTwos и Primes, реализуется один и тот же интерфейс, несмотря на то, что в них генерируются совершенно разные ряды чисел. Как пояснялось выше, в интерфейсе вообще отсутствует какая-либо реализация, поэтому он может быть свободно реализован в каждом классе так, как это требуется для самого класса.

Оглавление книги