Книга: C# 4.0: полное руководство

Основные положения о классах

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.

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.

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 + " этажаn " +
              house.Occupants + " жильцаn " +
              house.Area +
              " кв. футов общей площади, из нихn " +
              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 + " этажаn " +
          house.Occupants + " жильцаn " +
          house.Area +
          " кв. футов общей площади, из нихn " +
          areaPP + " приходится на одного человека");
    // Вычислить площадь на одного человека в учреждении.
    areaPP = office.Area / office.Occupants;
    Console.WriteLine("Учреждение имеет:n "    +
          office.Floors + " этажаn " +
         office.Occupants + " работниковn " +
         office.Area +
         " кв. футов общей площади, из нихn " +
         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

Оглавление книги