Книга: C# 4.0: полное руководство

Применение ключевого слова static

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.

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.

Оглавление книги