Классы: деструкторы, индексаторы, операции класса, операции преобразования типов

Классы

Основные понятия

Класс - это обобщенное понятие, определяющие характеристики и поведение некоторого множества объектов, называемых экземплярами класса. "Классический" класс содержит данные, определяющие свойства объектов класса, и методы, определяющие их поведение. Для Windows-приложений в класс добавляется третья составляющая - события, на которые может реагировать объект класса. Все классы библиотеки .Net, а также все классы, которые создает программист в среде .Net, имеют одного общего предка - класс object.

Все программы, рассмотренные ранее, состояли из одного класса с одним методом Main и несколькими вспомогательными статическими методами. Теперь рассмотрим понятие "класс" более подробно.

Описание класса содержит ключевое слово class, за которым следует его имя, а далее в фигурных скобках - тело класса. Кроме того, для класса можно задать его базовые классы (предки) и ряд необязательных атрибутов и спецификаторов, определяющих различные характеристики класса:

[ атрибуты ] [ спецификаторы ] class имя_класса [ : предки ] {тело_класса}

Простейший пример класса:

class Demo{}

Спецификаторы определяют свойства класса, а также доступность класса для других элементов программы. Возможные значения спецификаторов перечислены в следующей таблице:

№	Спецификатор	Описание
	new	Задает новое описание класса взамен унаследованного от предка. Используется для вложения классов (в иерархии объектов).
	public	Доступ к классу не ограничен
	protected	Доступ только из данного или производного класса. Используется для вложенных классов.
	internal	Доступ только из данной программы (сборки).
	protected internal	Доступ только из данного и производного класса и из данной программы (сборки).
	private	Доступ только из элементов класса, внутри которых описан данный класс. Используется для вложенных классов.
	static	Статический класс. Позволяет обращатся к методам класса без создания экземпляра класса
	sealed	Бесплодный класс. Запрещает наследование данного класса. Применяется в иерархии объектов.
	abstract	Абстрактный класс. Применяется в иерархии объектов.

Спецификаторы 2-6 называются спецификаторами доступа. Они определяют, откуда можно непосредственно обращаться к данному классу. Спецификаторы доступа могут комбинироваться с остальными спецификаторами.

Замечание. Атрибуты будут рассмотрены позже.

Класс можно описывать непосредственно внутри пространства имен или внутри другого класса. В последнем случае класс называется вложенным. В зависимости от места описания класса некоторые из этих спецификаторов могут быть запрещены. В данном разделе мы рассмотрим классы, которые описываются непосредственно в пространстве имен. Для таких классов допускаются только два спецификатора: public и internal. По умолчанию, то есть если ни один спецификатор доступа не указан, подразумевается спецификатор internal.

Объекты создаются явным или неявным образом, то есть либо программистом, либо системой. Программист создает экземпляр класса с помощью операции new, например:

Demo a = new Demo (); // Создается экземпляр класса Demo

Если достаточный для хранения объекта объем памяти выделить не удалось, то генерируется исключение OutOfMemoryException.

Для каждого объекта при его создании в памяти выделяется отдельная область, в которой хранятся его данные. В классе могут присутствовать статические элементы, которые существуют в единственном экземпляре для всех объектов класса. Статические данные часто называют данными класса, а остальные - данными экземпляра. Для работы с данными класса используются статические методы класса, для работы с данными экземпляра - методы экземпляра, или просто методы.

До сих пор мы использовали в программах только данные (переменные и константы) и методы. В общем случае класс может содержать следующие функциональные элементы:

Данные: переменные или константы.
Методы, реализующие не только вычисления, но и другие действия, выполняемые классом или его экземпляром.
Конструкторы (реализуют действия по инициализации экземпляров или класса в целом).
Свойства (определяют характеристики класса в соответствии со способами их задания и получения).
Деструкторы (определяют действия, которые необходимо выполнить до того, как объект будет уничтожен).
Индексаторы (обеспечивают возможность доступа к элементам класса по их порядковому номеру).
Операции (задают действия с объектами с помощью знаков операций).
События (определяют уведомления, которые может генерировать класс).
Типы (типы данных, внутренние по отношению к классу).

В данном разделе мы рассмотрим первые четыре категории элементов класса

Прежде чем приступить к проектированию классов, необходимо поговорить о присваивании и сравнении объектов. Механизм выполнения присваивания один и тот же для величин любого типа, как ссылочного, так и размерного, однако результаты различаются. При присваивании значения копируется значение, а при присваивании ссылки - ссылка, поэтому после присваивания одного объекта другому мы получим две ссылки, указывающие на одну и ту же область памяти:

Пусть были созданы три объекта а, b и с, а затем выполнено присваивание b = с. Теперь ссылки b и с указывают на один и тот же объект. Старое значение b становится недоступным и очищается сборщиком мусора.

Аналогичная ситуация с операцией проверки на равенство. Величины значимого типа равны, если равны их значения. Величины ссылочного типа равны, если они ссылаются на одни и те же данные. Так, объекты b и с равны, т.к. они ссылаются на одну и ту же область памяти. Но а не равно b даже при равенстве их значений.

Данные: поля и константы

Данные, содержащиеся в классе, могут быть переменными или константами и задаются в соответствии с правилами, рассмотренными в теме "Идентификаторы". При описании данных также можно указывать атрибуты и спецификаторы, задающие различные характеристики элементов. Синтаксис описания элемента данных приведен ниже:

[атрибуты] [спецификаторы] [const] тип имя [ = начальное_значение ]

Рассмотрим возможные спецификаторы для данных:

№	Спецификатор	Описание
	new	Новое описание поля, скрывающее унаследованный элемент класса
	public	Доступ к элементу не ограничен
	protected	Доступ только из данного и производных классов
	internal	Доступ только из данной сборки
	protected internal	Доступ только из данного и производных классов и из данной сборки
	private	Доступ только из данного класса
	static	Одно поле для всех экземпляров класса
	readonly	Поле доступно только для чтения (значение таких полей можно установить либо при описании, либо в конструкторе)
	volatile	Поле может изменяться другим процессом или системой

Замечание. Атрибуты будут рассмотрены позже.

Для констант можно использовать только спецификаторы 1-6.

По умолчанию элементы класса считаются закрытыми private. Для полей класса этот вид доступа является предпочтительным, поскольку поля определяют внутреннее строение класса, которое должно быть скрыто от пользователя. Все методы класса имеют непосредственный доступ к его закрытым полям.

Поля, описанные со спецификатором static, а также константы существуют в единственном экземпляре для всех объектов класса, поэтому к ним обращаются не через имя экземпляра, а через имя класса. Обращение к полю класса выполняется с помощью операции доступа (точка). Справа от точки задается имя поля, слева - имя экземпляра для обычных полей или имя класса для статических. Рассмотрим пример создания класса Demo и два способа обращения к его полям.

class Circle{ public int x=0; public int y=0; public int radius=3; public const double pi = 3.14; public static string name = "Окружность"; double p; double s;} class Program{ static void Main() { Circle cr = new Circle(); //создание экземпляра класса Console.WriteLine("pi=" + Circle.pi);// обращение к константе Console.Write(Circle.name);// обращение к статическому полю //обращение к обычным полям Console.WriteLine(" с центром в точке ({0},{1}) и радиусом {2}", cr.x, cr.y, cr.radius); // Console.WriteLine(cr.p); - вызовет ошибку, т.к. поле p имеет тип private Console.Write("Введите коэффициент= "); int kof = int.Parse(Console.ReadLine()); cr.x -= kof; cr.y += kof; cr.radius *= kof; Console.WriteLine(" Новая окружность с центром в точке ({0},{1}) и радиусом {2}", cr.x, cr.y, cr.radius); //cr.s = 2 * Circle.pi * cr.radius; - вызовет ошибку, т.к. поле s имеет тип private }}

Методы

Замечание. Создание и использование методов было рассмотрено нами ранее. Теперь рассмотрим использование методов в контексте создания классов.

Методы находятся в памяти в единственном экземпляре и используются всеми объектами одного класса совместно, поэтому необходимо обеспечить работу методов нестатических экземпляров с полями именно того объекта, для которого они были вызваны. Для этого в любой нестатический метод автоматически передается скрытый параметр this, в котором хранится ссылка на вызвавший функцию экземпляр.

В явном виде параметр this применяется для того, чтобы возвратить из метода ссылку на вызвавший объект, а также для идентификации поля в случае, если его имя совпадает с именем параметра метода, например:

class Circle{ public int x=0; public int y=0; public int radius=3; public const double pi = 3.14; public static string name = "Окружность"; public Circle T() //метод возвращает ссылку на экземпляр класса { return this; } public void Set(int x, int y, int r) { this.x = x; this.y = y; radius=r; }} class Program{ static void Main() { Circle cr = new Circle(); //создание экземпляра класса Console.WriteLine("pi=" + Circle.pi);// обращение к константе Console.Write(Circle.name);// обращение к статическому полю //обращение к обычным полям Console.WriteLine(" с центром в точке ({0},{1}) и радиусом {2}", cr.x, cr.y, cr.radius); cr.Set(1, 1, 10); Console.WriteLine("Новая окружность с центром в точке ({0},{1}) и радиусом {2}", cr.x, cr.y, cr.radius); Circle b=cr.T();//получаем ссылку на объект cr, аналог b=c Console.WriteLine("Новая ссылка на окружность с центром в точке ({0},{1}) и радиусом {2}", b.x, b.y, b.radius); }}

Конструкторы

Конструктор предназначен для инициализации объекта. Конструкторы делятся на конструкторы класса (для статических классов) и конструкторы экземпляра класса (всех остальных классов).

Конструкторы экземпляра

Конструктор экземпляра вызывается автоматически при создании объекта класса с помощью операции new. Имя конструктора совпадает с именем класса. Рассмотрим основные свойства конструкторов:

Конструктор не возвращает значение, даже типа void.
Класс может иметь несколько конструкторов с разными параметрами для разных видов инициализации.
Если программист не указал ни одного конструктора или какие-то поля не были инициализированы, полям значимых типов присваивается нуль, полям ссылочных типов - значение null.

До сих пор мы задавали начальные значения полей класса при описании класса. Это удобно в том случае, когда для всех экземпляров класса начальные значения некоторого поля одинаковы. Если же при создании объектов требуется присваивать полю разные значения, это следует делать с помощью явного задания конструктора. В следующем примере добавлен конструктор и метод Print для вывода информации об объекте:

class Circle { public int x; public int y; public int radius; public const double pi = 3.14; public static string name = "Окружность"; public Circle(int x, int y, int r)//конструктор { this.x = x; this.y = y; radius = r; } public void Print() { Console.Write(name); Console.WriteLine(" с центром в точке ({0},{1}) и радиусом {2}", x, y, radius); Console.WriteLine(); } } class Program { static void Main() { Circle a = new Circle(0, 0, 1); //вызов конструктора a.Print(); Circle b=new Circle(10, 10, 5);//вызов конструктора b.Print(); } }

Часто бывает удобно задать в классе несколько конструкторов, чтобы обеспечить возможность инициализации объектов разными способами. Для этого конструкторы должны иметь разные сигнатуры. Рассмотрим это на примере:

class Circle { public int x; public int y; public int radius; public const double pi = 3.14; public static string name = "Окружность"; public Circle(int x, int y, int r)//конструктор 1 { this.x = x; this.y = y; radius = r; } public Circle(int r)//конструктор 2 { radius = r; } public void Print() { Console.Write(name); Console.WriteLine(" с центром в точке ({0},{1}) и радиусом {2}", x, y, radius); Console.WriteLine(); } } class Program { static void Main() { Circle a = new Circle(0, 0, 1); //вызов конструктора 1 a.Print(); Circle b=new Circle(5);//вызов конструктора 2 b.Print(); } }

Обратите внимание на то, что в конструктое 2 не были инициализированы поля x, y, поэтому им присваивается значение 0.

Если один из конструкторов выполняет какие-либо действия, а другой должен делать то же самое плюс еще что-нибудь, то удобно вызвать первый конструктор из второго. Для этого используется уже известное вам ключевое слово this в другом контексте, например:

public Circle(int x, int y, int r):this(r) //конструктор 1{ this.x = x; this.y = y;} public Circle(int r) //конструктор 2{ radius = r;}

Конструкция, находящаяся после двоеточия, называется инициализатором, то есть тем кодом, который исполняется до начала выполнения тела конструктора. В нашем случае конструктор 1 до выполнения своего кода вызывает конструктор 2.

Конструкторы класса

Статические классы содержат только статические члены, в том числе и конструктор, которые храняться в памяти в единственном экземпляре. Поэтому создавать экземпляры класса нет смысла.

Чтобы подчеркнуть этот факт, в первой версии С# для статических классов создавали два конструктора, один - пустой закрытый (private) конструктор, второй - статический конструктор, не имеющий параметров. Первый конструктор предотвращал попытки создания экземпляров класса. Второй конструктор автоматически вызывается системой до первого обращения к любому элементу статического класса, выполняя необходимые действия по инициализации. Вышесказанное отражено в следующем примере:

class Demo{ static int a; static int b; private Demo(){} //закрытый конструктор static Demo() //статический конструктор { a=10; b=2; } public static void Print () { Console.WriteLine("{0}+{1}={2}",a,b,a+b); Console.WriteLine("{0}*{1}={2}",a,b,a*b); Console.WriteLine("{0}-{1}={2}",a,b,a-b); } } class Program{ static void Main() { //Demo S=new Demo(); //ошибка содать экземпляр класса нельзя Demo.Print(); }}

В версию 2.0 введена возможность описывать статический класс, то есть класс с модификатором static. Экземпляры такого класса создавать запрещено, и кроме того, от него запрещено наследовать. Все элементы такого класса должны явным образом объявляться с модификатором static (константы и вложенные типы классифицируются как статические элементы автоматически). Конструктор экземпляра для статического класса задавать запрещается.

static class Demo{ static int a=20; static int b=10; public static void Print () { Console.WriteLine("{0}+{1}={2}",a,b,a+b); Console.WriteLine("{0}*{1}={2}",a,b,a*b); Console.WriteLine("{0}-{1}={2}",a,b,a-b); } } class Program{ static void Main() { Demo.Print(); }}

Свойства

Иногда требуется создать поле, которое с одной стороны, должно быть доступно для использования, с другой стороны, возможность что-то сделать с этим полем имеет ограничения. Например, полю нельзя присваивать произвольное значение, а только значения из какого-то диапазона. Свойство предлагает простой и удобный способ решения этой проблемы.

Синтаксис свойства:

[атрибуты] [спецификаторы] тип имя_свойства{ [get код_доступа] [set код_доступа]}

Значения спецификаторов для свойств и методов аналогичны. Чаще всего свойства объявляются как открытые (со спецификатором public).

Код доступа представляет собой блоки операторов, которые выполняются при получении (get) или установке (set) свойства. Может отсутствовать либо часть get, либо set, но не обе одновременно. Если отсутствует часть set, то свойство доступно только для чтения. Если отсутствует часть get, то свойство доступно только для записи.

Рассмотрим пример работы со свойствами, обращая внимание на то, что синтаксически чтение и запись свойства выглядят почти как методы. При этом get должен содержать оператор return, возвращающий выражение, для типа которого должно существовать неявное преобразование к типу свойства.

class Circle { //закрытые поля int x; int y; int radius; public static string name = "Окружность"; public Circle(int x, int y, int r):this(r)//конструктор 1 { this.x = x; this.y = y; } public Circle(int r)//конструктор 2 { radius = r; } public void Print() { Console.Write(name); Console.WriteLine(" с центром в точке ({0},{1}) и радиусом {2}", x, y, radius); Console.WriteLine(); } public int X //свойство для обращения к полю x { get { return x; } set { x = value; } } public int Y //свойство для обращения к полю y { get { return y; } set { y = value; } } public int R //свойство для обращения к полю radius { get { return radius; } set { radius = value; } } public double P //свойство только для чтения { get { return 2* Math.PI *radius; } } public double S //свойство только для чтения { get { return Math.PI *radius*radius; } } } class Program { static void Main() { Circle a = new Circle(0, 0, 1); //вызов конструктора a.Print(); //установка новых значений a.X=1; a.Y=1; a.R=10; //a.S=100; //ошибка - свойство доступно только для чтения Console.WriteLine("центр=({0},{1}) радиус={2} периметр={3:f2} площадь={4:f2}", a.X, a.Y, a.R, a.P, a.S); } }

Пример 13.1.

"Один класс - один файл",

С добавлением новых классов в программу резко увеличивается ее размер, что затрудняет ее прочтение. Поэтому следует руководствоваться одним простым принципом "один класс - один файл". Для того чтобы создать новый файл для класса Circle выполним следующие действия:

В окне Solution Explorer щелкните правой кнопкой на имени проекта Hello (на рисунке выделен жирным).

Выполните команду Add/Add Class…

В поле Name напишите Сircle.cs и нажмите кнопку Add.

Теперь окно Solution Explorer выглядит следующим образом:

А файл Circle.cs выглядит следующим образом:

using System; namespace ConsoleApplication1{ public class Circle { public Circle() { // // TODO: Add constructor logic here // } }}

Замените namespace ConsoleApplication1 на namespace MyProgram, для того чтобы идентификаторы файлов Program.cs и Circle.cs были определены в одном пространстве имен.
Перенесите класс Circle из файла Program.cs в файл Circle.cs.
Теперь запустите программу и посмотрите, что она делает.

Практикум

Создать класс Point, разработав следующие элементы класса:

Поля:

int x, y;

Конструкторы, позволяющие создать экземпляр класса:

с нулевыми координатами;
с заданными координатами.

Методы, позволяющие:

вывести координаты точки на экран;
рассчитать расстояние от начала координат до точки;
переместить точку на плоскости на вектор (a, b).

Свойства:

получить-установить координаты точки (доступное для чтений и записи);
позволяющие умножить координаты точки на скаляр (доступное только для записи).

Создать класс Triangle, разработав следующие элементы класса:

Поля:

int a, b, c;

Конструктор, позволяющий создать экземпляр класса с заданными длинами сторон.
Методы, позволяющие:

вывести длины сторон треугольника на экран;
расчитать периметр треугольника;
расчитать площадь треугольника.

Свойства:

позволяющее получить-установить длины сторон треугольника (доступное для чтения и записи);
позволяющее установить, существует ли треугольник с данными длинами сторон (доступное только для чтения).

Создать класс Rectangle, разработав следующие элементы класса:

Поля:

int a, b;

Конструктор, позволяющий создать экземпляр класса с заданными длинами сторон.
Методы, позволяющие:

вывести длины сторон прямоугольника на экран;
расчитать периметр прямоугольника;
расчитать площадь прямоугольника.

Свойства:

получить-установить длины сторон прямоугольника (доступное для чтения и записи);
позволяющее установить, является ли данный прямоугольник квадратом (доступное только для чтения).

Создать класс Money, разработав следующие элементы класса:

Поля:

int first;//номинал купюры
int second; //количество купюр

Конструктор, позволяющий создать экземпляр класса с заданными значениям полей.
Методы, позволяющие:

вывести номинал и количество купюр;
определить, хватит ли денежных средств на покупку товара на сумму N рублей.
определить, сколько шт товара стоимости n рублей можно купить на имеющиеся денежные средства.

Свойства:

позволяющее получить-установить значение полей (доступное для чтения и записи);
позволяющее расчитатать сумму денег (доступное только для чтения).

Создать класс для работы с одномерным массивом целых чисел. Разработать следующие элементы класса:

Поля:

int [] IntArray;
int n.

Конструктор, позволяющий создать массив размерности n.
Методы, позволяющие:

ввести элементы массива с клавиатуры;
вывести элементы массива на экран;
отсортировать элементы массива в порядке возрастания.

Свойства:

возвращающее размерность массива (доступное только для чтения);
позволяющее домножить все элементы массива на скаляр (доступное только для записи).

Создать класс для работы с двумерным массивом целых чисел. Разработать следующие элементы класса:

Поля:

int [,] IntArray;
int n.

Конструктор, позволяющий создать массив размерности n×n.
Методы, позволяющие:

ввести элементы массива с клавиатуры;
вывести элементы массива на экран;
вычислить сумму элеметов i-того столбца.

Свойства:

позволяющее вычислить количество нулевых элементов в массиве (доступное только для чтения);
позволяющее установить значение всех элементы главной диагонали массива равное скаляру (доступное только для записи).

Создать класс для работы с двумерным массивом вещественных чисел. Разработать следующие элементы класса:

Поля:

double [][] DoubelArray;
int n, m.

Конструктор, позволяющий создать массив размерности n×m.
Методы, позволяющие:

ввести элементы массива с клавиатуры;
вывести элементы массива на экран;
отсортировать элементы каждой строки массива в порядке убывания.

Свойства:

возвращающее общее количество элементов в массиве (доступное только для чтения);
позволяющее увеличить значение всех элементов массива на скаляр (доступное только для записи).

Создать класс для работы сo строками. Разработать следующие элементы класса:

Поля:

StringBuilder Line;
int n.

Конструктор, позволяющий создать строку из n символов.
Методы, позволяющие:

подсчитать количество пробелов в строке;
заменить в строке все прописные символы на строчные;
удалить из строки все знаки препинания.

Свойства:

возвращающее общее количество элементов в строке (доступное только для чтения);
позволяющее установить значение поля, в соответствии с введенным значением строки с клавиатуры, а также получить значение данного поля (доступно для чтения и записи)

Создать класс для работы с регулярными выражениями. Разработать следующие элементы класса:

Поля:

Regex r;
string text;

Методы, позволяющие:

определить, содержит ли текст фрагменты, соответствующие шаблону поля;
вывести на экран все фрагменты текста, соответствующие шаблону поля;
удалить из текста все фрагменты, соответствующие шаблону поля;

Свойства:

позволяющее установить или получить строковое поле класса (доступно для чтения и записи)
позволяющее установить или получить регулярное выражение, хранящееся в соответствующем поле класса (доступно для чтения и записи)

Создать класс для работы с датой. Разработать следующие элементы класса:

Поле DataTime data.
Конструкторы, позволяющие установить:

заданную дату
дату 1.01.2009

Методы, позволяющие:

вычислить дату предыдущего дня;
вычислить дату следующего дня;
определить сколько дней осталось до конца месяца.

Свойства:

позволяющее установить или получить значение поле класса (доступно для чтения и записи)
позволяющее определить год высокосным (доступно только для чтения)

Самостоятельная работа

Используя дополнительную литературу и Интернет, рассмотрите следующие темы:

Пространства имен: объявление, вложение одного пространства имен в другое, пространства имен, действующие по умолчанию.
Директивы препроцессора из назначение и использование.

Классы: деструкторы, индексаторы, операции класса, операции преобразования типов

Деструкторы

В С# существует специальный вид метода, называемый деструктором, который вызывается сборщиком мусора непосредственно перед удалением объекта из памяти.

Замечание. Напоминаем, что сборщик мусора удаляет объекты, на которые нет ссылок. Он работает в соответствии со своей внутренней стратегией в неизвестные для программиста моменты времени.

В деструкторе описываются действия, гарантирующие корректность последующего удаления объекта. Например, проверяется все ли ресурсы, используемые объектом, освобождены (файлы закрыты, удаленное соединение разорвано и т. п.).

Синтаксис деструктора:

[атрибуты] [extern] ~имя_класса(){тело_деструктора}

Деструктор не имеет параметров, не возвращает значения и не требует указания спецификаторов доступа. Его имя совпадает с именем класса и предваряется тильдой (~), символизирующей обратные по отношению к конструктору действия. Тело деструктора представляет собой блок или просто точку с запятой. Если деструктор определен как внешний, то используется спецификатор extern. Пример работы деструктора:

class DemoArray { int[] MyArray;//закрытый массив string name; //закрытое поле public DemoArray(int size,int x, string name)//конструктор { MyArray = new int[size]; this.name = name; for (int i=0;i<size; ++i) MyArray[i]=x; } public void Print ()//метод { Console.Write(name+ " : "); foreach (int a in MyArray) Console.Write(a+" "); Console.WriteLine(); } public int LengthN //свойство { get { return MyArray.Length; } } ~DemoArray()//деструктор { Console.WriteLine("сработал деструктор для объекта "+this.name); } } class Program { static void Main() { DemoArray a= new DemoArray(5,2, "один"); a.Print(); DemoArray b = new DemoArray(6,1, "два"); b.Print(); a = b; a.Print(); } }

Задание. Обратите внимание на то, что деструкторы были вызваны автоматически. Дайте объяснение тому, в какой последовательности были вызваны деструкторы.

В общем случае применение деструкторов замедляет процесс сборки мусора. Поэтому создавать деструкторы следует только тогда, когда необходимо освободить какие-то ресурсы перед удалением объекта.

Индексаторы

Индексатор представляет собой разновидность свойства и обычно применяется для организации доступа к скрытым полям класса по индексу, например, так же, как мы обращаемся к элементу массива. Синтаксис индексатора аналогичен синтаксису свойства:

[атрибуты] [спецификаторы] тип this [список параметров] // последние [ ] являются элементами синтаксиса{ [get код_доступа] [set код_доступа]}

Спецификаторы аналогичны спецификаторам свойств и методов. Индексаторы чаще всего объявляются со спецификатором public, поскольку они входят в интерфейс объекта. Атрибуты и спецификаторы могут отсутствовать.

Код доступа представляет собой блоки операторов, которые выполняются при получении (get) или установке (set) значения некоторого элемента класса. Может отсутствовать либо часть get, либо set, но не обе одновременно. Если отсутствует часть set, индексатор доступен только для чтения, если отсутствует часть get, индексатор доступен только для записи.

Список параметров содержит одно или несколько описаний индексов, по которым выполняется доступ к элементу. Чаще всего используется один индекс целого типа.

В качестве примера рассмотрим индексатор, который позволяет получить n-член последовательности Фиббоначи:

class DemoFib { public int this[int i] //индексатор, доступный только для чтения { get { if (i <=0) throw new Exception("недопустимое значение индекса"); else if (i==1 || i==2) return 1; else {int a=1, b=1, c; for (int j=3; j<=i; ++j) { c=a+b; a=b; b=c; } return b; } } } } class Program { static void Main() { Console.Write("n="); int n=int.Parse(Console.ReadLine()); DemoFib a=new DemoFib(); try { Console.WriteLine("a[{0}]={1}",n,a[n]); } catch (Exception e) { Console.WriteLine(e.Message); } } }

Индексаторы очень удобно применять для создания специализированных массивов, на работу с которыми накладываются какие-либо ограничения. Рассмотрим в качестве примера класс-массив, значения элементов которого находятся в диапазоне [0, 100]. Кроме того, при доступе к элементу проверяется, не вышел ли индекс за допустимые границы.

class DemoArray { int[] MyArray;//закрытый массив public DemoArray(int size)//конструктор { MyArray = new int[size]; } public int LengthArray //свойство, возвращающее размерность { get { return MyArray.Length; } } public int this[int i] //индексатор { get { if (i <0 || i >= MyArray.Length) throw new Exception("выход за границы массива"); else return MyArray[i]; } set { if (i <0 || i >= MyArray.Length) throw new Exception("выход за границы массива"); else if (value >= 0 && value <= 100) MyArray[i] = value; else throw new Exception("присваивается недопустимое значение"); } } } class Program { static void Main() { DemoArray a = new DemoArray(10); for (int i=0; i<a.LengthArray; i++) { a[i] = i * i; // использование индексатора в режиме записи Console.Write(a[i]+" ");// использование индексатора в режиме чтения } Console.WriteLine(); try { //a[10]=100; //a[0]=200; } catch (Exception e) { Console.WriteLine(e.Message); } } }

Задание. В блоке try содержатся две закомментированные команды. Посмотрите, как проведет себя программа, если убрать комментарии: вначале один, затем другой.

Язык С# допускает использование многомерных индексаторов. Они применяются для работы с многомерными массивами. Рассмотрим на примере предыдущую задачу при условии, что организуется двумерный массив.

class DemoArray { int[,] MyArray;//закрытый массив int n, m;//закрытые поля: размерность массива public DemoArray(int sizeN, int sizeM)//конструктор { MyArray = new int[sizeN, sizeM]; this.n = sizeN; this.m = sizeM; } public int LengthN //свойство, возвращающее количество строк { get { return n; } } public int LengthM //свойство, возвращающее количество строк { get { return m; } } public int this[int i, int j] //индексатор { get { if (i < 0 || i >= n || j < 0 || j >= m) throw new Exception("выход за границы массива"); else return MyArray[i, j]; } set { if (i < 0 || i >= n || j < 0 || j >= m) throw new Exception("выход за границы массива"); else if (value >= 0 && value <= 100) MyArray[i, j] = value; else throw new Exception("присваивается недопустимое значение"); } } } class Program { static void Main() { DemoArray a = new DemoArray(3, 3); for (int i = 0; i < a.LengthN; i++,Console.WriteLine()) { for (int j = 0; j < a.LengthM; j++) { a[i, j] = i *j; // использование индексатора в режиме записи Console.Write("{0,5}", a[i, j]);// использование индексатора в режиме чтения } } Console.WriteLine(); try { //Console.WriteLine(a[3,3]); //a[0,0]=200; } catch (Exception e) { Console.WriteLine(e.Message); } } }

Задание. В блоке try содержатся две закомментированные команды. Посмотрите, как проведет себя программа если убрать комментарии - вначале один, затем другой.

Операции класса

С# позволяет переопределить большинство операций так, чтобы при использовании их объектами конкретного класса выполнялись действия, отличные от стандартных. Это дает возможность применять объекты собственных типов данных в составе выражений, например:

newObject x, y, z;…z = x+y; // используется операция сложения, переопределенная для класса newObject

Определение собственных операций класса называют перегрузкой операций. Перегрузка операций обычно применяется для классов, для которых семантика операций делает программу более понятной. Если назначение операции интуитивно непонятно, перегружать такую операцию не рекомендуется.

Операции класса описываются с помощью методов специального вида, синтаксис которых выглядит следующим образом:

[ атрибуты] спецификаторы объявитель_операции{тело}

В качестве спецификаторов одновременно используются ключевые слова public и static. Кроме того, операцию можно объявить как внешнюю - extern. Объявление операции может выглядеть по-разному, в зависимости от того, что мы перегружаем: унарную или бинарную операцию.

При описании операций необходимо соблюдать следующие правила:

операция должна быть описана как открытый статический метод класса (public static);
параметры в операцию должны передаваться по значению (то есть недопустимо использовать параметры ref и out);
сигнатуры всех операций класса должны различаться;
типы, используемые в операции, должны иметь не меньшие права доступа, чем сама операция (то есть должны быть доступны при использовании операции).

Унарные операции

В классе можно переопределять следующие унарные операции: + - ! ~ ++ --, а также константы true и false. При этом, если была перегружена константа true, то должна быть перегружена и константа false, и наоборот.

Синтаксис объявителя унарной операции:

тип operator унарная_операция (параметр)

Примеры заголовков унарных операций:

public static int operator + (DemoArray m)public static DemoArray operator --(DemoArray m)public static bool operator true (DemoArray m)

Параметр, передаваемый в операцию, должен иметь тип класса, для которого она определяется. При этом операция должна возвращать:

для операций +, -, !, ~ величину любого типа;
для операций ++, -- величину типа класса, для которого она определяется;
для операций true и false величину типа bool.

Операции не должны изменять значение передаваемого им операнда. Операция, возвращающая величину типа класса, для которого она определяется, должна создать новый объект этого класса, выполнить с ним необходимые действия и передать его в качестве результата.

В качестве примера рассмотрим класс DemoArray, реализующий одномерный массив, в котором содержатся следующие функциональные элементы:

конструктор, позволяющий создать объект-массив заданной размерности;
конструктор, позволяющий инициализировать объект-массив обычным массивом;
свойство, возвращающее размерность массива;
индексатор, позволяющий просматривать и устанавливать значение по индексу в закрытом поле-массиве;
метод вывода закрытого поля-массива;
перегрузка операции унарный минус (все элементы массива меняют свое значение на противоположное);
перегрузка операции инкремента (все элементы массива увеличивают свое значение на 1);
перегруза констант true и false (при обращении к объекту будет возвращаться значение true, если все элементы массива положительные, в противном случае, будет возвращаться значение false).

class DemoArray { int[] MyArray;//закрытый массив public DemoArray(int size)//конструктор 1 { MyArray = new int[size]; } public DemoArray(params int[] arr)//конструктор 2 { MyArray = new int[arr.Length]; for (int i = 0; i < MyArray.Length; i++) MyArray[i] = arr[i]; } public int LengthArray //свойство, возвращающее размерность { get { return MyArray.Length; } } public int this[int i] //индексатор { get { if (i < 0 || i >= MyArray.Length) throw new Exception("выход за границы массива"); return MyArray[i]; } set { if (i < 0 || i >= MyArray.Length) throw new Exception("выход за границы массива"); else MyArray[i] = value; } } public static DemoArray operator -(DemoArray x) //перегрузка операции унарный минус { DemoArray temp = new DemoArray(x.LengthArray); for (int i = 0; i < x.LengthArray; ++i) temp[i] = -x[i]; return temp; } public static DemoArray operator ++(DemoArray x) //перегрузка операции инкремента { DemoArray temp = new DemoArray(x.LengthArray); for (int i = 0; i < x.LengthArray; ++i) temp[i] = x[i]+1; return temp; } public static bool operator true(DemoArray a) //перегрузка константы true { foreach (int i in a.MyArray) { if (i<0) { return false; } } return true; } public static bool operator false(DemoArray a)//перегрузка константы false { foreach (int i in a.MyArray) { if (i>0) { return true; } } return false; } public void Print(string name) //метод - выводит поле-массив на экран { Console.WriteLine(name + ": "); for (int i = 0; i < MyArray.Length; i++) Console.Write(MyArray[i] + " "); Console.WriteLine(); } } class Program { static void Main() { try { DemoArray Mas = new DemoArray(1, -4, 3, -5, 0); //вызов конструктора 2 Mas.Print("Исходный массив"); Console.WriteLine("\nУнарный минус"); DemoArray newMas=-Mas; //применение операции унарного минуса Mas.Print("Mассив Mas"); //обратите внимание, что создается новый объект и знаки меняются newMas.Print("Массив newMas"); //только у нового массива Console.WriteLine("\nОперация префиксного инкремента"); DemoArray Mas1=++Mas; Mas.Print("Mассив Mas"); Mas1.Print("Mассив Mas1=++Mas"); Console.WriteLine("\nОперация постфиксного инкремента"); DemoArray Mas2=Mas++; Mas.Print("Mассив Mas"); Mas2.Print("Mассив Mas2=Mas++"); if (Mas) Console.WriteLine("\nВ массиве все элементы положительные\n"); else Console.WriteLine("\nВ массиве есть не положительные элементы\n"); } catch (Exception e) { Console.WriteLine(e.Message); } }

Задание. Добавьте в класс DemoArray переопределение унарного плюса (все элементы массива преобразуются в положительные), унарного декремента (все элементы массива уменьшаются на единицу)

Бинарные операции

При разработке класса можно перегрузить следующие бинарные операции: + - * / % & | ^ << >> == != < > <= >=. Обратите внимание, операций присваивания в этом списке нет.

Синтаксис объявителя бинарной операции:

тип operator бинарная_операция (параметр1, параметр 2)

Примеры заголовков бинарных операций:

public static DemoArray operator + (DemoArray a, DemoArray b)public static bool operator == (DemoArray a, DemoArray b)

При переопределении бинарных операций нужно учитывать следующие правила:

Хотя бы один параметр, передаваемый в операцию, должен иметь тип класса, для которого она определяется.
Операция может возвращать величину любого типа.
Операции отношений определяются только парами и обычно возвращают логическое значение. Чаще всего переопределяются операции сравнения на равенство и неравенство для того, чтобы обеспечить сравнение значения некоторых полей объектов, а не ссылок на объект. Для того чтобы переопределить операции отношений, требуется знание стандартных интерфейсов, которые будут рассматриваться чуть позже.

В качестве примера вернемся к классу DemoArray, реализующему одномерный массив, и добавим в него две версии переопределенной операции +:

Вариант 1: добавляет к каждому элементу массива заданное число;
Вариант 2: поэлементно складывает два массива

class DemoArray { … public static DemoArray operator +(DemoArray x, int a) //вариант 1 { DemoArray temp = new DemoArray(x.LengthArray); for (int i = 0; i < x.LengthArray; ++i) temp[i]=x[i]+a; return temp; } public static DemoArray operator +(DemoArray x, DemoArray y) //вариант 2 { if (x.LengthArray == y.LengthArray) { DemoArray temp = new DemoArray(x.LengthArray); for (int i = 0; i < x.LengthArray; ++i) temp[i] = x[i] + y[i]; return temp; } else throw new Exception("несоответствие размерностей"); } } class Program { static void Main() { try { DemoArray a = new DemoArray(1, -4, 3, -5, 0); a.Print("Массива a"); DemoArray b=a+10; b.Print("\nМассива b"); DemoArray c = a+b; c.Print("\nМассива c"); } catch (Exception e) { Console.WriteLine(e.Message); } } }

Задание. Добавьте в класс DemoArray переопределение бинарного минуса (из всех элементов массива вычитается заданное число) и операции & (поэлементно сравнивает два массива, если соответствующие элементы попарно совпадают, то операция возвращает значение true, иначе false).