Создание меню в режиме проектирования
Для построения в режиме проектирования главного меню и связанной с ним структуры достаточно перетащить на форму элемент управления, называемый MainMenu. (В Visual Studio 2005 элемент управления для создания меню называется MenuStrip, а для создания инструментальных панелей - ToolStrip.)
После перетаскивания метка с изображением этого элемента управления появляется ниже формы, а на форме появляется элемент меню с информационным полем, в котором можно задать название пункта меню, и двумя указателями на правого брата и старшего сына, позволяющими перейти к следующему пункту меню того же уровня или опуститься на нижний уровень. Технология создания меню вручную интуитивно ясна и не вызывает обычно никаких проблем. На рис. 24.9 показан процесс создания меню.
Рис. 24.9. Создание меню в режиме проектирования
Рассмотрим пример, в котором главное меню содержит 3 пункта - File, Figure, Color. Меню File содержит две команды - Open и Save. Меню Figure состоит из двух пунктов - Closed и Unclosed, первый из которых содержит две команды - Circle и Rectangle, второй содержит одну команду - Line. Пункт Color главного меню в данном случае является командой и не содержит выпадающего меню. Полагаю, что для демонстрации возможностей этой структуры вполне достаточно. Создать ее вручную - минутное дело. Содержательный пример появится в следующей заключительной главе, а в этой ограничимся демонстрационной версией.
Посадим на форму еще один элемент управления - текстовое окно - и свяжем с командами меню обработчики события Click. Для команд Open, Save и Color, имеющих общепринятый смысл, обработчики будут открывать соответствующие этим командам диалоговые окна, позволяющие в диалоге с пользователем открыть файл, сохранить файл и выбрать подходящий цвет. Диалоговые окна - это важный элемент организации интерфейса, который, пользуясь случаем, хочется продемонстрировать.
Связывание команды меню с обработчиком события в режиме проектирования выполняется стандартным образом - выделяется соответствующая команда меню, затем в окне Properties щелкается значок молнии и из списка событий выбирается событие Click, после чего открывается заготовка обработчика события, заполняемая нужным кодом.
Вот как выглядят обработчики события Click команд Open, Save и Color:
private void menuItem4_Click(object sender, System.EventArgs e) { OpenFileDialog openFileDialog1 = new OpenFileDialog(); openFileDialog1.ShowDialog(); //код, показывающий, что делать с открытым файлом textBox1.Text = "Открытие Файла!"; } private void menuItem10_Click(object sender, System.EventArgs e) { SaveFileDialog saveFileDialog1 = new SaveFileDialog(); saveFileDialog1.ShowDialog(); //код, анализирующий результат операции сохранения файла textBox1.Text = "Сохранение Файла!"; } private void menuItem3_Click(object sender, System.EventArgs e) { ColorDialog colorDialog1 = new ColorDialog(); if (colorDialog1.ShowDialog()== DialogResult.OK) this.textBox1.BackColor =colorDialog1.Color; }
На рис. 24. 10 показано диалоговое окно для выбора цвета, открытое при выборе команды Color.
Рис. 24.10. Диалоговое окно ColorDialog, позволяющее выбрать цвет
Для полноты картины зададим обработчики событий для команд меню Circle, Rectangle, Line, не выполняющие пока содержательной работы, а лишь информирующие о намерениях:
private void menuItem7_Click(object sender, System.EventArgs e) { textBox1.Text = "Рисование круга!"; } private void menuItem8_Click(object sender, System.EventArgs e) { textBox1.Text = "Рисование прямоугольника!"; } private void menuItem9_Click(object sender, System.EventArgs e) { textBox1.Text = "Рисование прямой!"; }
Закончу на этом рассмотрение процесса создания меню в режиме проектирования, опуская ряд деталей, например, возможность задания горячих клавишей для элементов меню.
Создание надежного кода
Большинство вопросов, затрагиваемых в этой лекции, в том числе и проблемы создания надежного кода, заслуживают отдельного и глубокого рассмотрения. К сожалению, придется ограничиться лишь высказыванием ряда тезисов.
Для повышения надежности нужно уменьшить сложность системы, и главное в этом процессе - это повторное использование. В идеале большая часть системы должна быть собрана из уже готовых компонентов. Объектная технология проектирования вносит свой вклад в повышение надежности кода. Наследование и универсализация позволяют, не изменяя уже существующие классы, создать новые классы, новые типы данных, придающие проектируемой системе новые свойства при минимальных добавлениях нового кода. Статический контроль типов позволяет выявить многие ошибки еще на этапе компиляции. Динамическое связывание и полиморфизм позволяют автоматически включать объекты классов-потомков в уже существующие схемы работы - методы родителя могут вызывать методы потомков, ничего не зная о появлении этих новых потомков. Автоматическая сборка мусора позволяет снять с разработчика обязанности управления освобождением памяти и предотвратить появление крайне неприятных и опасных ошибок, связанных с некорректным удалением объектов.
Крайне важную роль в создании надежного кода играют спецификации методов класса, класса в целом, системы классов. Спецификации являются частью документации, встроенной в проект, и вообще важной его частью. Их существование облегчает не только создание корректного кода, соответствующего спецификации, но и создание системы тестов, проверяющих корректность кода. Нужно сказать, что существуют специальные инструментальные средства, поддерживающие автоматическое создание тестов на основе спецификаций. Незаменима роль спецификаций на этапе сопровождения и повторного использования компонентов. Невозможно повторно использовать компонент, если у него нет ясной и полной спецификации.
Специальные случаи присваивания
В языке C++ для двух частных случаев присваивания предложен отдельный синтаксис. Язык C# наследовал эти полезные свойства. Для присваиваний вида "x=x+1", в которых переменная увеличивается или уменьшается на единицу, используются специальные префиксные и постфиксные операции "++" и "--". Другой важный частный случай - это присваивания вида:
X = X <operator> (expression)
Для таких присваиваний используется краткая форма записи:
X <operator>= expression
В качестве операции разрешается использовать арифметические, логические (побитовые) операции и операции сдвига языка C#. Семантика такого присваивания достаточно очевидна, и я ограничусь простым примером:
x += u+v; y /=(u-v); b &= (x<y);
Однако и здесь есть один подводный камень, когда x= x+a не эквивалентно x +=a. Рассмотрим следующий пример:
byte b3 = 21; b3 +=1; //Это допустимо //b3 = b3+1; //А это недопустимо:результат типа int
Закомментированный оператор приведет к ошибке компиляции, поскольку правая часть имеет тип int, а неявное преобразование к типу byte отсутствует. Следует понимать, что преимущество первой формы записи - только кажущееся: если при инициализации переменная b получит допустимое значение 255, то следующий оператор присваивания в краткой форме не выдаст ошибки, но даст неверный результат, а это - самое худшее, что может случиться в программе. Так что надежнее пользоваться полной формой записи присваивания, не экономя на паре символов.
Список формальных аргументов
Как уже отмечалось, список формальных аргументов метода может быть пустым, и это довольно типичная ситуация для методов класса. Список может содержать фиксированное число аргументов, разделяемых символом запятой.
Рассмотрим теперь синтаксис объявления формального аргумента:
[ref|out|params]тип_аргумента имя_аргумента
Обязательным является указание типа и имени аргумента. Заметьте, никаких ограничений на тип аргумента не накладывается. Он может быть любым скалярным типом, массивом, классом, структурой, интерфейсом, перечислением, функциональным типом.
Несмотря на фиксированное число формальных аргументов, есть возможность при вызове метода передавать ему произвольное число фактических аргументов. Для реализации этой возможности в списке формальных аргументов необходимо задать ключевое слово params. Оно задается один раз и указывается только для последнего аргумента списка, объявляемого как массив произвольного типа. При вызове метода этому формальному аргументу соответствует произвольное число фактических аргументов.
Содержательно, все аргументы метода разделяются на три группы: входные, выходные и обновляемые. Аргументы первой группы передают информацию методу, их значения в теле метода только читаются. Аргументы второй группы представляют собой результаты метода, они получают значения в ходе работы метода. Аргументы третьей группы выполняют обе функции. Их значения используются в ходе вычислений и обновляются в результате работы метода. Выходные аргументы всегда должны сопровождаться ключевым словом out, обновляемые - ref. Что же касается входных аргументов, то, как правило, они задаются без ключевого слова, хотя иногда их полезно объявлять с параметром ref, о чем подробнее скажу чуть позже. Заметьте, если аргумент объявлен как выходной с ключевым словом out, то в теле метода обязательно должен присутствовать оператор присваивания, задающий значение этому аргументу. В противном случае возникает ошибка еще на этапе компиляции.
Для иллюстрации давайте рассмотрим группу методов класса Testing из проекта ProcAndFun, сопровождающего эту лекцию:
/// <summary> /// Группа перегруженных методов A() /// первый аргумент представляет сумму кубов /// произвольного числа оставшихся аргументов /// Аргументы могут быть разного типа. /// </summary> void A(out long p2, int p1) { p2 =(long) Math.Pow(p1,3); Console.WriteLine("Метод A-1"); } void A(out long p2, params int[] p) { p2=0; for(int i=0; i <p.Length; i++) p2 += (long)Math.Pow(p[i],3); Console.WriteLine("Метод A-2"); } void A(out double p2, double p1) { p2 = Math.Pow(p1,3); Console.WriteLine("Метод A-3"); } void A(out double p2, params double[] p) { p2=0; for(int i=0; i <p.Length; i++) p2 += Math.Pow(p[i],3); Console.WriteLine("Метод A-4"); } /// <summary> /// Функция с побочным эффектом /// </summary> /// <param name="a">Увеличивается на 1</param> /// <returns>значение a на входе</returns> int f(ref int a) { return(a++); }
Четыре перегруженных метода с именем A и метод f будут использоваться при объяснении перегрузки и побочного эффекта. Сейчас проанализируем только их заголовки. Все методы закрыты, поскольку объявлены без модификатора доступа. Перегруженные методы с именем A являются процедурами, метод f - функцией. Все четыре перегруженных метода имеют разную сигнатуру. Хотя имена и число аргументов у всех методов одинаковы, но типы и ключевые слова, предшествующие аргументам, различны. Первый аргумент у всех четырех перегруженных методов - выходной и сопровождается ключевым словом out, в теле метода этому аргументу присваивается значение. Аргумент функции f - обновляемый, он снабжен ключевым словом ref, в теле функции используется его значение для получения результата функции, но и само значение аргумента изменяется в теле функции. Два метода из группы перегруженных методов используют ключевое слово params для своего последнего аргумента. Позже мы увидим, что при вызове этих методов указанному аргументу будет соответствовать несколько фактических аргументов, число которых может быть произвольным.
Список с курсором. Динамические структуры данных
Добавим в проект классы, задающие динамические структуры данных. Конечно, можно было бы воспользоваться стандартными... Но для обучения крайне полезно уметь создавать собственные классы, задающие такие структуры данных. Список с курсором - один из важнейших образцов подобных классов:
using System; namespace Shapes { /// <summary> /// Класс TwoWayList(G) описывает двусвязный список с /// курсором. Элементами списка являются объекты /// TwoLinkable, хранящие, помимо указателей на двух /// преемников, объекты типа G.Курсор будет определять /// текущий (активный) элемент списка. Класс будет /// определять симметричные операции по отношению к /// курсору. /// Конструкторы: /// Конструктор без параметров будет создавать пустой /// список /// Запросы: /// empty: require: true; возвращает true для пустого списка /// item: require: not empty(); возвращает активный элемент типа G; /// require: true; возвращает число элементов списка; /// count: count in[0,n] (count == 0) eqviv empty(); /// index: require: not empty(); возвращает индекс активного элемента. /// search_res: require: true; возвращает true, если последний поиск был успешным. /// Команды: /// put_left(elem): require: true; /// ensure: добавить новый элемент (elem) слева от курсора; /// put_right(elem): require: true; /// ensure: добавить новый элемент (elem) справа от курсора; /// remove: require: not empty(); /// ensure: удалить активный элемент; /// особо обрабатывается удаление последнего и единственного элементов /// операции с курсором: /// start: require: true; /// ensure: сделать активным первый элемент; /// finish: require: true; /// ensure: сделать активным последний элемент; /// go_prev: require: not (index = 1); /// ensure: сделать активным предыдущий элемент; /// go_next: require: not (index = count); /// ensure: сделать активным последующий элемент; /// go_i(i): require: (i in [1, count]); /// ensure: сделать активным элемент с индексом i; /// операции поиска: /// search_prev(elem): require: not (index = 1); /// ensure: сделать активным первый элемент elem слева от курсора; /// Успех или неуспех поиска сохранять в булевской /// переменной search_res /// search_next: require: not (index = count); /// ensure: сделать активным первый элемент elem справа от курсора; /// успех или неуспех поиска сохранять в булевской переменной search_res /// </summary> public class TwoWayList { public TwoWayList() { first = cursor = last = null; count = index = 0; search_res = false; }//конструктор /// <summary> /// first, cursor, last - ссылки на первый, /// активный и последний элементы списка /// Запросы count, index search_res также /// реализуются атрибутами. /// Запросы empty, item реализуются функциями /// </summary> protected TwoLinkable first, cursor, last; protected int count, index; protected bool search_res; //доступ на чтение к закрытым свойствам; public int Count { get { return(count); } } public int Index { get { return(index); } } public bool Search_res { get { return(search_res); } } /// <summary> /// require: true; возвращает true для непустого списка /// </summary> /// <returns></returns> public bool empty() { return(first == null); }//empty /// <summary> /// require: not empty(); возвращает активный /// элемент типа G; /// </summary> /// <returns></returns> public Figure item() { return(cursor.Item); }//item /// <summary> /// require: true; /// ensure: добавить новый элемент (elem) слева /// от курсора; /// </summary> /// <param name="elem">Тип Figure играет роль /// родового типа G /// хранимого элемента elem</param> public void put_left(Figure elem) { TwoLinkable newitem = new TwoLinkable(); newitem.Item = elem; newitem.Next = cursor; if (empty()) //список пуст { first = cursor = last = newitem; index =1; count = 1; } else { if (index == 1) first =newitem; else cursor.Prev.Next = newitem; newitem.Prev = cursor.Prev; cursor.Prev = newitem; count++; index++; } }//put_right /// <summary> /// require: true; /// ensure: добавить новый элемент (elem) справа /// от курсора; /// </summary> /// <param name="elem">Тип Figure играет роль /// родового типа G /// хранимого элемента elem</param> public void put_right(Figure elem) { TwoLinkable newitem = new TwoLinkable(); newitem.Item = elem; newitem.Prev = cursor; if (empty()) //список пуст { first = cursor = last = newitem; index =1; count = 1; } else { if (index == count) last =newitem; else cursor.Next.Prev = newitem;
newitem.Next = cursor.Next; cursor.Next = newitem; count++; } }//put_right public void remove() { if(count == 1) { first = last = cursor = null; index=0; } else if(index==1) { first = cursor.Next; cursor.Prev = null; cursor = cursor.Next; } else if(index == count) { last = cursor.Prev; cursor.Next = null; cursor = cursor.Prev; index--; } else { cursor.Prev.Next = cursor.Next; cursor.Next.Prev = cursor.Prev; cursor = cursor.Next; } count--; }//remove /// операции с курсором: /// <summary> /// start: require: true; /// ensure: сделать активным первый элемент; /// </summary> public void start() { cursor = first; index = 1; }//start /// <summary> /// finish: require: true; /// ensure: сделать активным последний элемент; /// </summary> public void finish() { cursor = last; index = count; }//finish /// <summary> /// go_prev: require: not (index = 1); /// ensure: сделать активным предыдущий элемент; /// </summary> public void go_prev() { cursor = cursor.Prev; index--; }// go_prev /// <summary> /// go_next: require: not (index = count); /// ensure: сделать активным последующий элемент; /// </summary> public void go_next() { cursor = cursor.Next; index++; }// go_next /// <summary> /// go_i(i): require: (i in [1, count]); /// ensure: сделать активным элемент с индексом i; /// </summary> /// <param name="i"></param> public void go_i(int i) { if(i >index) while (i>index) { cursor = cursor.Next; index++; } else if(i<index) while (i<index) { cursor = cursor.Prev; index--; } }// go_i /// операции поиска: /// <summary> /// search_prev(elem): require: not (index = 1); /// ensure: сделать активным первый элемент elem /// слева от курсора; /// </summary> /// <param name="elem">искомый элемент</param> public virtual void search_prev(Figure elem) { bool found = false; while (!found && (index !=1)) { cursor = cursor.Prev; index--; found = (elem == item()); } search_res = found; }// search_prev /// <summary> /// успех или неуспех поиска сохранять в булевской /// переменной search_res /// search_next: require: not (index = count); /// ensure: сделать активным первый элемент elem /// справа от курсора; /// успех или неуспех поиска сохранять в булевской /// переменной search_res /// </summary> /// <param name="elem"></param> public virtual void search_next(Figure elem) { bool found = false; while (!found && (index !=count)) { cursor = cursor.Next; index++; found = (elem == item()); } search_res = found; }//search_next } }
Заметьте, класс подробно документирован. Для методов класса указываются предусловия и постусловия. Обратите внимание, в соответствии с принципами контрактного программирования клиент класса, прежде чем вызвать метод, должен проверить выполнимость предусловия, что повышает корректность работы системы в целом. Именно так и будет реализован вызов этих методов в классе формы, где осуществляется работа со списком.
Список с возможностью поиска элементов по ключу
Ключевые идеи ограниченной универсальности, надеюсь, понятны. Давайте теперь рассмотрим пример построения подобного класса, где можно будет увидеть все детали. Возьмем классическую и саму по себе интересную задачу построения списка с курсором. Как и всякий контейнер данных, список следует сделать универсальным, допускающим хранение данных разного типа. С другой стороны, мы не хотим, чтобы в одном списке происходило смешение типов, - уж если там хранятся персоны, то чисел int в нем не должно быть. По этим причинам класс должен быть универсальным, имея в качестве параметра тип T, задающий тип хранимых данных. Мы потребуем также, чтобы данные хранились с их ключами. И поскольку не хочется заранее накладывать ограничения на тип ключей - они могут быть строковыми или числовыми, - то тип хранимых ключей будет еще одним параметром нашего класса. Поскольку мы хотим определить над списком операцию поиска по ключу, то нам придется выполнять проверку ключей на равенство, поэтому универсальность типа ключей должна быть ограниченной. Проще всего сделать этот тип наследником стандартного интерфейса IComparable.
Чтобы не затемнять ситуацию сложностью списка, рассмотрим достаточно простой односвязный список с курсором. Элементы этого списка будут принадлежать классу Node, два поля которого будут хранить ключ и сам элемент, а третье поле будет задавать указатель на следующий элемент списка. Очевидно, что этот класс должен быть универсальным классом. Вот как выглядит текст этого класса:
class Node<K, T> where K:IComparable<K> { public Node() { next = null; key = default(K); item = default( T); } public K key; public T item; public Node<K, T> next; }
Класс Node имеет два родовых параметра, задающих тип ключей и тип элементов. Ограничение на тип ключей позволяет выполнять их сравнение. В конструкторе класса поля инициализируются значениями по умолчанию соответствующего типа.
Рассмотрим теперь организацию односвязного списка. Начнем с того, как устроены его данные:
public class OneLinkList<K, T> where K : IComparable<K> { Node<K, T> first, cursor; }
Являясь клиентом универсального класса Node, наш класс сохраняет родовые параметры клиента и ограничения, накладываемые на них. Два поля класса - first и cursor - задают указатели на первый и текущий элементы списка. Операции над списком связываются с курсором, позволяя перемещать курсор по списку. Рассмотрим вначале набор операций, перемещающих курсор:
public void start() { cursor = first; } public void finish() { while (cursor.next != null) cursor = cursor.next; } public void forth() { if (cursor.next != null) cursor = cursor.next; }
Операция start передвигает курсор к началу списка, finish - к концу, а forth - к следующему элементу справа от курсора. Операции finish и forth определены только для непустых списков. Конец списка является барьером, и курсор не переходит через барьер. Нарушая принципы ради краткости текста, я не привожу формальных спецификаций методов, записанных в тегах <summary>.
Основной операцией является операция добавления элемента с ключом в список. Возможны различные ее вариации, из которых рассмотрим только одну - новый элемент добавляется за текущим, отмеченным курсором. Вот текст этого метода:
public void add(K key, T item) { Node<K, T> newnode = new Node<K, T>(); if (first == null) { first = newnode; cursor = newnode; newnode.key = key; newnode.item = item; } else { newnode.next = cursor.next; cursor.next = newnode; newnode.key = key; newnode.item = item; } }
Заметьте, аргументы метода имеют соответствующие родовые параметры, чем и обеспечивается универсальный характер списка. При добавлении элемента в список различаются два случая - добавление первого элемента и всех остальных.
Рассмотрим теперь операцию поиска элемента по ключу, реализация которой потребовала ограничения универсальности типа ключа K:
public bool findstart(K key) { Node<K, T> temp = first; while (temp != null) { if (temp.key.CompareTo(key) == 0) {cursor=temp; return(true);} temp= temp.next; } return (false); }
Искомые элементы разыскиваются во всем списке. Если элемент найден, то курсор устанавливается на найденном элементе и метод возвращает значение true. Если элемента с заданным ключом нет в списке, то позиция курсора не меняется, а метод возвращает значение false. В процессе поиска для каждого очередного элемента списка вызывается допускаемый ограничением метод CompareTo интерфейса IComparable. При отсутствии ограничений универсальности вызов этого метода или операции эквивалентности приводил бы к ошибке, обнаруживаемой на этапе компиляции.
Два метода класса являются запросами, позволяющими извлечь ключ и элемент списка, который отмечен курсором:
public K Key() { return (cursor.key); } public T Item() { return(cursor.item); }
Давайте рассмотрим теперь тестирующую процедуру - клиента нашего списка, демонстрирующую работу со списками, в которых элементы и ключи имеют разные типы:
public void TestConstraint() { OneLinkList<int, string> list1 = new OneLinkList <int, string>(); list1.add(33, "thirty three"); list1.add(22, "twenty two"); if(list1.findstart(33)) Console.WriteLine ("33 - найдено!"); else Console.WriteLine("33 - не найдено!"); if (list1.findstart(22)) Console.WriteLine ("22 - найдено!"); else Console.WriteLine("22 - не найдено!"); if (list1.findstart(44)) Console.WriteLine ("44 - найдено!"); else Console.WriteLine("44 - не найдено!"); Person pers1 = new Person("Савлов", 25, 1500); Person pers2 = new Person("Павлов", 35, 2100); OneLinkList<string, Person> list2 = new OneLinkList < string, Person>(); list2.add("Савл", pers1); list2.add( "Павел", pers2); if (list2.findstart("Павел")) Console.WriteLine ("Павел - найдено!"); else Console.WriteLine("Павел - не найдено!"); if (list2.findstart("Савл")) Console.WriteLine ("Савл - найдено!"); else Console.WriteLine("Савл - не найдено!"); if (list2.findstart("Иоанн")) Console.WriteLine ("Иоанн - найдено!"); else Console.WriteLine("Иоанн - не найдено!"); Person pers3 = new Person("Иванов", 33, 3000); list2.add("Иоанн", pers3); list2.start(); Person pers = list2.Item(); pers.PrintPerson(); list2.findstart("Иоанн"); pers = list2.Item(); pers.PrintPerson(); }
Рис. 22.5. Поиск в списке с ограниченной универсальностью
Обратите внимание на строки, где создаются два списка:
OneLinkList<int, string> list1 = new OneLinkList<int, string>(); OneLinkList<string, Person> list2 = new OneLinkList< string, Person>();
У списка list1 ключи имеют тип int, у списка list2 - string. Заметьте, оба фактических типа, согласно обязательствам, реализуют интерфейс IComparable. У первого списка тип элементов - string, у второго - Person. Все работает прекрасно. Вот результаты вычислений по этой процедуре:
Статические поля и методы арифметических классов
Все арифметические классы, в том числе класс Int, обладают двумя полезными полями (свойствами) - MinValue и MaxValue. Эти поля возвращают минимальное и максимальное значение, которое могут иметь экземпляры класса. Поля являются статическими и потому недоступны для экземпляров класса и могут быть вызваны только при указании имени класса. Разумно привести пример вызова этих полей для класса Int и, например, для класса Double:
//Min и Max значения типов Console.WriteLine("Class int"); Console.WriteLine("Мин. значение int = " + int.MinValue); Console.WriteLine("Макс. значение int = " + int.MaxValue); Console.WriteLine("Class double"); Console.WriteLine("Мин. значение double = " + double.MinValue); Console.WriteLine("Макс. значение double = " + double.MaxValue);
Все арифметические классы, в том числе класс Int, обладают перегруженным статическим методом Parse, у которого первым обязательным параметром является строка, задающая значение соответствующего арифметического типа в привычной для данного региона (локализованной) форме. Форматом строки и стилем ее представления можно управлять с помощью других параметров метода Parse. Вот пример вызова этого метода для классов Int и Double:
/// <summary> /// Преобразования типа с использованием метода Parse /// </summary> public void Parsing() { //method Parse Console.WriteLine("Введите целое"); string strdata = Console.ReadLine(); int intdata = int.Parse(strdata); Console.WriteLine("Введите число с дробной частью и порядком"); strdata = Console.ReadLine(); double doubdata = double.Parse(strdata); Console.WriteLine("intdata = {0}; doubdata = {1}", intdata, doubdata); } //Parsing
Как видите, метод Parse с успехом заменяет соответствующий метод класса Convert.
На рис. 6.3 можно увидеть консольный вывод, полученный в результате работы процедуры Parsing.
Рис. 6.3. Результаты работы процедуры Parsing
Статические поля и методы класса
Ранее говорилось, что когда конструктор класса создает новый объект, то в памяти создается структура данных с полями, определяемыми классом. Уточним теперь это описание. Не все поля отражаются в структуре объекта. У класса могут быть поля, связанные не с объектами, а с самим классом. Эти поля объявляются как статические с модификатором static. Статические поля доступны всем методам класса. Независимо от того, какой объект вызвал метод, используются одни и те же статические поля, позволяя методу использовать информацию, созданную другими объектами класса. Статические поля представляют общий информационный пул для всех объектов классов, позволяя извлекать и создавать общую информацию. Например, у класса Person может быть статическое поле message, в котором каждый объект может оставить сообщение для других объектов класса.
Аналогично полям, у класса могут быть и статические методы, объявленные с модификатором static. Такие методы не используют информацию о свойствах конкретных объектов класса - они обрабатывают общую для класса информацию, хранящуюся в его статических полях. Например, в классе Person может быть статический метод, обрабатывающий данные из статического поля message. Другим частым случаем применения статических методов является ситуация, когда класс предоставляет свои сервисы объектам других классов. Таковым является класс Math из библиотеки FCL, который не имеет собственных полей - все его статические методы работают с объектами арифметических классов.
Как вызываются статические поля и методы? Напомню, что всякий вызов метода в объектных вычислениях имеет вид x.F(...); где x - это цель вызова. Обычно целью вызова является объект, который вызывает методы класса, не являющиеся статическими (динамическими или экземплярными). В этом случае поля целевого объекта доступны методу и служат глобальным источником информации. Если же необходимо вызвать статический метод (поле), то целью должен быть сам класс. Можно полагать, что для каждого класса автоматически создается статический объект с именем класса, содержащий статические поля и обладающий статическими методами. Этот объект и его методы доступны и тогда, когда ни один другой динамический объект класса еще не создан. (Полагаю, что разумно обратиться к лекции 2, а именно, к разделу, описывающему точку большого взрыва, процесс вычислений в ОО-системах, вызовы статических методов.)
Статические свойства и методы класса String
| Empty | Возвращается пустая строка. Свойство со статусом read only |
| Compare | Сравнение двух строк. Метод перегружен. Реализации метода позволяют сравнивать как строки, так и подстроки. При этом можно учитывать или не учитывать регистр, особенности национального форматирования дат, чисел и т.д. |
| CompareOrdinal | Сравнение двух строк. Метод перегружен. Реализации метода позволяют сравнивать как строки, так и подстроки. Сравниваются коды символов |
| Concat | Конкатенация строк. Метод перегружен, допускает сцепление произвольного числа строк |
| Copy | Создается копия строки |
| Format | Выполняет форматирование в соответствии с заданными спецификациями формата. Ниже приведено более полное описание метода |
| Intern, IsIntern | Отыскивается и возвращается ссылка на строку, если таковая уже хранится во внутреннем пуле данных. Если же строки нет, то первый из методов добавляет строку во внутренний пул, второй - возвращает null. Методы применяются обычно тогда, когда строка создается с использованием построителя строк - класса StringBuilder |
| Join | Конкатенация массива строк в единую строку. При конкатенации между элементами массива вставляются разделители. Операция, заданная методом Join, является обратной к операции, заданной методом Split. Последний является динамическим методом и, используя разделители, осуществляет разделение строки на элементы |
Статический контроль типов и динамическое связывание
Рассмотрим семейство классов A1, A2, ... An, связанных отношением наследования. Класс Ak+1 является прямым потомком класса Ak. Пусть создана последовательность объектов x1, x2, ... xn, где xk - это объект класса Ak. Пусть в классе A1 создан метод M с модификатором virtual, переопределяемый всеми потомками, так что в рамках семейства классов метод M существует в n-формах, каждая из которых задает реализацию метода, выбранную соответствующим потомком. Рассмотрим основную операцию, инициирующую объектные вычисления - вызов объектом метода класса:
x1.M(arg1, arg2, ... argN)
Контролем типов называется проверка каждого вызова, удостоверяющая, что:
в классе A1 объекта x1 действительно имеется метод M;список фактических аргументов в точке вызова соответствует по числу и типам списку формальных аргументов метода M, заданного в классе A1.
Язык C#, как и большинство других языков программирования, позволяет выполнить эту проверку еще на этапе компиляции и в случае нарушений выдать сообщение об ошибке периода компиляции. Контроль типов, выполняемый на этапе компиляции, называется статическим контролем типов. Некоторые языки, например Smalltalk, производят этот контроль динамически - непосредственно перед выполнением метода. Понятно, что ошибки, обнаруживаемые при динамическом контроле типов, трудно исправимы и потому приводят к более тяжелым последствиям. В таких случаях остается уповать на то, что система тщательно отлажена, иначе непонятно, что будет делать конечный пользователь, получивший сообщение о том, что вызываемого метода вообще нет в классе данного объекта.
Перейдем к рассмотрению связывания. Напомним, что в рассматриваемом семействе классов метод M полиморфен: имея одно и то же имя и сигнатуру, он существует в разных формах - для каждого класса задана собственная реализация метода. С другой стороны, из-за возможностей, предоставляемых односторонним присваиванием, в точке вызова неясно, с объектом какого класса семейства в данный момент связана сущность x1 (вызову мог предшествовать такой оператор присваивания if(B) x1 = xk;).
Статическим связыванием называется связывание цели вызова и вызываемого метода на этапе компиляции, когда с сущностью связывается метод класса, заданного при объявлении сущности.
Динамическим связыванием называется связывание цели вызова и вызываемого метода на этапе выполнения, когда с сущностью связывается метод класса объекта, связанного с сущностью в момент выполнения.
При статическом связывании метод выбирается из класса сущности, при динамическом - из класса объекта, связанного с сущностью. Понятно, что на этапе компиляции возможно только статическое связывание, поскольку только в период выполнения можно определить, с объектом какого класса связана данная сущность. Это может быть класс любого из потомков класса сущности.
Какой же из видов связывания следует применять? Статическое связывание более эффективно в реализации, поскольку может быть сделано на этапе компиляции, так что при выполнении не потребуется никаких проверок. Динамическое связывание требует накладных расходов в период выполнения. Однако во многих случаях преимущества динамического связывания столь значительны, что о затратах не стоит и беспокоиться.
Уже достаточно давно разработан эффективный механизм реализации динамического связывания. Еще на этапе компиляции подготавливается так называемая таблица виртуальных методов, содержащая их адреса. Связывание объекта xk с принадлежащим ему методом Mk производится выбором соответствующего элемента из этой таблицы и выполняется ненамного сложнее, чем получение по индексу соответствующего элемента массива.
В языке C# принята следующая стратегия связывания. По умолчанию предполагается статическое связывание. Для того чтобы выполнялось динамическое связывание, метод родительского класса должен снабжаться модификатором virtual или abstract, а его потомки должны иметь модификатор override.
Стек. От абстрактного, универсального класса к конкретным версиям
Возьмем классическую задачу определения стека. Следуя схеме, определим абстрактный универсальный класс, описывающий всевозможные представления стеков:
/// <summary> /// Абстрактный класс GenStack<T> задает контейнер с /// доступом LIFO: /// Функции: /// конструктор new: -> GenStack<T> /// запросы: /// item: GenStack -> T /// empty: GenStack -> Boolean /// процедуры: /// put: GenStack*T -> GenStack /// remove: GenStack -> GenStack /// Аксиомы: /// remove(put(s,x)) = s /// item(put(s,x)) = x /// empty(new)= true /// empty(put(s,x)) = false /// </summary> abstract public class GenStack<T> { /// <summary> /// require: not empty(); /// </summary> /// <returns>элемент вершины(последний пришедший)</returns> abstract public T item(); /// <summary> /// require: not empty(); /// ensure: удален элемент вершины(последний пришедший) /// </summary> abstract public void remove(); /// <summary> /// require: true; ensure: elem находится в вершине стека /// </summary> /// <param name="elem"></param> abstract public void put(T t); /// <summary> /// require: true; /// </summary> /// <returns>true если стек пуст, иначе false </returns> abstract public bool empty(); }// class GenStack
В приведенном примере программного текста чуть-чуть. Это объявление абстрактного универсального класса:
abstract public class GenStack<T>
и четыре строки с объявлением сигнатуры его методов. Основной текст задает описание спецификации класса и его методов. Заметьте, здесь спецификации заданы достаточно формально с использованием аксиом, характеризующих смысл операций, которые выполняются над стеком.
Не хочется вдаваться в математические подробности, отмечу лишь, что, если задать последовательность операций над стеком, то аксиомы позволяют точно определить состояние стека в результате выполнения этих операций. Как неоднократно отмечалось с первых лекций курса, XML-отчет, построенный по этому проекту, будет содержать в читаемой форме все спецификации нашего класса. Отмечу еще, что все потомки класса должны удовлетворять этим спецификациям, хотя могут добавлять и собственные ограничения.
Наш класс является универсальным - стек может хранить элементы любого типа, и конкретизация типа будет производиться в момент создания экземпляра стека.
Наш класс является абстрактным - не задана ни реализация методов, ни то, как стек будет представлен. Эти вопросы будут решать потомки класса.
Перейдем теперь ко второму этапу и построим потомков класса, каждый из которых задает некоторое представление стека и соответствующую этому представлению реализацию методов. Из всех возможных представлений ограничимся двумя. В первом из них стек будет представлен линейной односвязной списковой структурой. Во втором - он строится на массиве фиксированного размера, задавая стек ограниченной емкости. Вот как выглядит первый потомок абстрактного класса:
/// <summary> /// Стек, построенный на односвязных элементах списка GenLinkable<T> /// </summary> public class OneLinkStack<T> : GenStack<T> { public OneLinkStack() { last = null; } GenLinkable<T> last; //ссылка на стек (вершину стека) public override T item() { return (last.Item); }//item public override bool empty() { return (last == null); }//empty public override void put(T elem) { GenLinkable<T> newitem = new GenLinkable<T>(); newitem.Item = elem; newitem.Next = last; last = newitem; }//put public override void remove() { last = last.Next; }//remove }//class OneLinkStack
Посмотрите, что происходит при наследовании от универсального класса. Во-первых, сам потомок также является универсальным классом:
public class OneLinkStack<T> : GenStack<T>
Во-вторых, если потомок является клиентом некоторого класса, то и этот класс, возможно, также должен быть универсальным, как в нашем случае происходит с классом GenLinkable<T>:
GenLinkable<T> last; //ссылка на стек (элемент стека)
В-третьих, тип T встречается в тексте потомка всюду, где речь идет о типе элементов, добавляемых в стек, как, например:
public override void put(T elem)
По ходу дела нам понадобился класс, задающий представление элементов стека в списковом представлении. Объявим его:
public class GenLinkable<T> { public T Item; public GenLinkable<T> Next; public GenLinkable() { Item = default(T); Next = null; } }
Класс устроен достаточно просто, у него два поля: одно для хранения элементов, помещаемых в стек и имеющее тип T, другое - указатель на следующий элемент. Обратите внимание на конструктор класса, в котором для инициализации элемента используется новая конструкция default(T), которая возвращает значение, устанавливаемое по умолчанию для типа T.
Второй потомок абстрактного класса реализует стек по-другому, используя представление в виде массива. Потомок задает стек ограниченной емкости. Емкостью стека можно управлять в момент его создания. В ряде ситуаций использование такого стека предпочтительнее по соображениям эффективности, поскольку не требует динамического создания элементов. Приведу текст этого класса уже без дополнительных комментариев:
public class ArrayUpStack<T> : GenStack<T> { int SizeOfStack; T[] stack; int top; /// <summary> /// конструктор /// </summary> /// <param name="size">размер стека</param> public ArrayUpStack(int size) { SizeOfStack = size; stack = new T[SizeOfStack]; top = 0; } /// <summary> /// require: (top < SizeOfStack) /// </summary> /// <param name="x"> элемент, помещаемый в стек</param> public override void put(T x) { stack[top] = x; top++; }
public override void remove() { top--; } public override T item() { return (stack[top-1]); } public override bool empty() { return (top == 0); } }//class ArrayUpStack
Созданные в результате наследования классы- потомки перестали быть абстрактными, но все еще остаются универсальными. На третьем этапе порождаются конкретные экземпляры потомков - универсальных классов, в этот момент и происходит конкретизация типов, и два экземпляра одного универсального класса могут работать с данными различных типов. Этот процесс создания экземпляров с подстановкой конкретных типов называют родовым порождением экземпляров. Вот как в тестирующей процедуре создаются экземпляры созданных нами классов:
public void TestStacks() { OneLinkStack<int> stack1 = new OneLinkStack<int>(); OneLinkStack<string> stack2 = new OneLinkStack<string>(); ArrayUpStack<double> stack3 = new ArrayUpStack <double>(10); stack1.put(11); stack1.put(22); int x1 = stack1.item(), x2 = stack1.item(); if ((x1 == x2) && (x1 == 22)) Console.WriteLine("OK!"); stack1.remove(); x2 = stack1.item(); if ((x1 != x2) && (x2 == 11)) Console.WriteLine("OK!"); stack1.remove(); x2 = (stack1.empty())? 77 : stack1.item(); if ((x1 != x2) && (x2 == 77)) Console.WriteLine("OK!"); stack2.put("first"); stack2.put("second"); stack2.remove(); string s = stack2.item(); if (!stack2.empty()) Console.WriteLine(s); stack3.put(3.33); stack3.put(Math.Sqrt(Math.PI)); double res = stack3.item(); stack3.remove(); res += stack3.item(); Console.WriteLine("res= {0}", res); }
В трех первых строках этой процедуры порождаются три экземпляра стеков. Все они имеют общего родителя - абстрактный универсальный класс GenStack, но каждый из них работает с данными своего типа и по-разному реализует методы родителя. На рис. 22.3 показаны результаты работы этой процедуры.
Рис. 22.3. Три разных стека, порожденных абстрактным универсальным классом
Дополним наше рассмотрение еще одним примером работы с вариацией стеков, в том числе хранящим объекты класса Person:
public void TestPerson() { OneLinkStack<int> stack1 = new OneLinkStack<int>(); OneLinkStack<string> stack2 = new OneLinkStack<string>(); ArrayUpStack<double> stack3 = new ArrayUpStack <double>(10); ArrayUpStack<Person> stack4 = new ArrayUpStack<Person>(7); stack2.put("Петров"); stack2.put("Васильев"); stack2.put("Шустов"); stack1.put(27); stack1.put(45); stack1.put(53); stack3.put(21550.5); stack3.put(12345.7); stack3.put(32458.8); stack4.put(new Person(stack2.item(), stack1.item(), stack3.item())); stack1.remove(); stack2.remove(); stack3.remove(); stack4.put(new Person(stack2.item(), stack1.item(), stack3.item())); stack1.remove(); stack2.remove(); stack3.remove(); stack4.put(new Person(stack2.item(), stack1.item(), stack3.item())); Person pers = stack4.item(); pers.PrintPerson(); stack4.remove(); pers = stack4.item(); pers.PrintPerson(); stack4.remove(); pers = stack4.item(); pers.PrintPerson(); stack4.remove(); if (stack4.empty()) Console.WriteLine("OK!"); }
Результаты работы этой процедуры приведены на рис. 22.4.
Рис. 22.4. Работа со стеками
Строки С++
В языке С++ есть все виды строк. Символьный тип char используется для задания отдельных символов. Для строк постоянной длины можно использовать массив символов - char[]. Особенностью, характерной для языка С++, точнее для языка С, является завершение строки символом с нулевым кодом. Строки, завершаемые нулем, называются обычно строками С. Массив char[] задает строку С и потому должен иметь размер, по крайней мере, на единицу больше фактического размера строки. Вот пример объявления подобных строк в С++:
//Массивы и строки char strM1[] = "Hello, World!"; char strM2[20] = "Yes";
Массив strM1 состоит из 14 символов, массив strM2 - из 20, но его четвертый символ имеет код 0, сигнализирующий о фактическом конце строки.
Другой способ задания строк С, заканчивающихся нулем, состоит в использовании типизированного указателя - char*.
//Строки, заданные указателем char* char* strPM1 ="Hello, World!"; char* strPM2;
Два типа, char[] и char*, допускают взаимные преобразования.
Не могу удержаться, чтобы не привести процедуру копирования строк, соответствующую духу и стилю С++:
void mycpy(char* p, const char* q) { while(*p++ = *q++); }
Эта процедура копирует содержимое строки q в строку p. В этой короткой программе, в которой, кроме условия цикла while, ничего больше нет, фактически используются многие средства языка С++ - разыменование указателей, адресная арифметика, присваивание как операция, завершение строки нулем, логическая интерпретация значений. Раз уж я привел эту программу, то поясню, как она работает. Вначале указатель q задает адрес начала строки, поэтому разыменование *q задает первый символ копируемой строки. Это значение присваивается первому символу строки p. Суффиксные операции p++ и q++ увеличивают значение указателей на единицу, но поскольку используется адресная арифметика, то в результате вычисляется адрес, задающий следующий символ соответствующих строк, и процесс копирования продолжается. При достижении последнего символа строки q - символа с кодом нуль - он также будет скопирован в строку p. Но в этот момент выражение присваивание впервые вернет в качестве значения результат 0, который будет проинтерпретирован в условии цикла while как false, и цикл завершит свою работу. Строка будет скопирована.
Можно восхищаться этой короткой и эффективной программой, можно ругать ее за сложность восприятия. Трудно назвать ее интуитивно понятной. Но во многом все определяется вкусом и привычкой.
Тип string не является частью языка С++, но входит в библиотеку, определяемую стандартом языка. Стандартные библиотеки, по сути, являются продолжением языка. Тип (класс) string обеспечивает работу со строками переменной длины и поддерживает многие полезные операции над строками.
Давайте разберемся, как устроены строки C# и что взято из языка С++.
Строковые константы
Без констант не обойтись. В C# существуют два вида строковых констант:
обычные константы, которые представляют строку символов, заключенную в кавычки;@-константы, заданные обычной константой c предшествующим знаком @.
В обычных константах некоторые символы интерпретируются особым образом. Связано это прежде всего с тем, что необходимо уметь задавать в строке непечатаемые символы, такие, как, например, символ табуляции. Возникает необходимость задавать символы их кодом - в виде escape-последовательностей. Для всех этих целей используется комбинация символов, начинающаяся символом "\" - обратная косая черта. Так, пары символов: "\n", "\t", "\\", "\"" задают соответственно символ перехода на новую строку, символ табуляции, сам символ обратной косой черты, символ кавычки, вставляемый в строку, но не сигнализирующий о ее окончании. Комбинация "\xNNNN" задает символ, определяемый шестнадцатеричным кодом NNNN. Хотя такое решение возникающих проблем совершенно естественно, иногда возникают неудобства: например, при задании констант, определяющих путь к файлу, приходится каждый раз удваивать символ обратной косой черты. Это одна из причин, по которой появились @-константы.
В @-константах все символы трактуются в полном соответствии с их изображением. Поэтому путь к файлу лучше задавать @-константой. Единственная проблема в таких случаях: как задать символ кавычки, чтобы он не воспринимался как конец самой константы. Решением является удвоение символа. Вот соответствующие примеры:
//Два вида констант s1= "\x50"; s2=@"\x50"""; b1= (s1==s2); Console.WriteLine("s1={0}, s2={1}, b1={2}", s1,s2,b1); s1 = "c:\\c#book\\ch5\\chapter5.doc"; s2 = @"c:\c#book\ch5\chapter5.doc"; b1= (s1==s2); Console.WriteLine("s1={0}, s2={1}, b1={2}", s1,s2,b1); s1= "\"A\""; s2=@"""A"""; b1= (s1==s2); Console.WriteLine("s1={0}, s2={1}, b1={2}", s1,s2,b1);
Взгляните на результаты работы приведенных фрагментов кода, полученные при вызове процедур TestDeclStrings и TestOpers.
Рис. 14.1. Объявления, константы и операции над объектами string
Структурные типы
Частью библиотеки стали не только простые встроенные типы, но и структурные типы, задающие организацию данных - строки, массивы, перечисления, структуры (записи). Это также способствует унификации и реальному сближению языков программирования.
Структуры
Рассмотрим теперь более подробно вопросы описания структур, их синтаксиса, семантики и тех особенностей, что отличают их от классов.
Существует ли в C# тип char*
В языке C# указатели допускаются в блоках, отмеченных как небезопасные. Теоретически в таких блоках можно объявить переменную типа Char*, но все равно не удастся написать столь же короткую, как в С++, процедуру копирования строк. Правильно считать, что в C# строки типа char* использовать не рекомендуется.
Сводка свойств и методов класса Array
Многие возможности, которыми можно пользоваться при работе с массивами, уже обсуждены. В завершение этой темы в таблицах 12.1-12.3 приведем сводку всех свойств и методов класса Array.
| Equals | Класс Object | Описание и примеры даны в предыдущих главах. |
| GetHashCode | Класс Object | Описание и примеры даны в предыдущих главах. |
| GetType | Класс Object | Описание и примеры даны в предыдущих главах. |
| ToString | Класс Object | Описание и примеры даны в предыдущих главах. |
| Clone | Интерфейс ICloneable | Позволяет создать плоскую или глубокую копию массива. В первом случае создаются только элементы первого уровня, а ссылки указывают на те же самые объекты. Во втором случае копируются объекты на всех уровнях. Для массивов создается только плоская копия. |
| CopyTo | Интерфейс ICollection | Копируются все элементы одномерного массива в другой одномерный массив, начиная с заданного индекса: col1.CopyTo(col2,0); |
| GetEnumerator | Интерфейс IEnumerable | Стоит за спиной цикла ForEach |
| GetLength | Возвращает число элементов массива по указанному измерению. Описание и примеры даны в тексте главы. | |
| GetLowerBound, GetUpperBound | Возвращает нижнюю и верхнюю границу по указанному измерению. Для массивов нижняя граница всегда равна нулю. | |
| GetValue, SetValue | Возвращает или устанавливает значение элемента массива с указанными индексами. | |
| Initialize | Может быть применен только к массивам значимого типа. Инициализирует элементы, вызывая соответствующий конструктор. Как правило, не используется в обычных программах. |
Свойства класса Rational
Два целых числа - m и n представляют рациональное число. Они и становятся полями класса. Совершенно естественно сделать эти поля закрытыми. Разумная стратегия доступа к ним - "ни чтения, ни записи", поскольку пользователь не должен знать, как представлено рациональное число в классе, и не должен иметь доступа к составляющим рационального числа. Поэтому для таких закрытых полей не будут определяться методы-свойства. Вот объявление полей класса:
//Поля класса. Числитель и знаменатель рационального числа. int m,n;
Тело метода
Синтаксически тело метода является блоком, который представляет собой последовательность операторов и описаний переменных, заключенную в фигурные скобки. Если речь идет о теле функции, то в блоке должен быть хотя бы один оператор перехода, возвращающий значение функции в форме return (выражение).
Оператор return описан в лекции 8.
Переменные, описанные в блоке, считаются локализованными в этом блоке. В записи операторов блока участвуют имена локальных переменных блока, имена полей класса и имена аргументов метода.
|
Область видимости, время жизни переменных, конфликты имен рассмотрены в лекции 5, семантика операторов - в лекции 8. Дополнительные сведения о семантике выполнения метода будут даны в этой лекции. |
Знания семантики описаний и операторов достаточно для понимания семантики блока. Необходимые уточнения будут даны чуть позже.
Тестирование создания рациональных чисел
В классе Testing, предназначенном для тестирования нашей работы и являющегося клиентом класса Rational, создадим процедуру, позволяющую проверить корректность создания рациональных чисел. Вот эта процедура:
public void TestCreateRational() { Rational r1=new Rational(0,0), r2 = new Rational(1,1); Rational r3=new Rational(10,8), r4 = new Rational(2,6); Rational r5=new Rational(4,-12), r6 = new Rational (-12,-14); r1.PrintRational("r1:(0,0)"); r2.PrintRational("r2:(1,1)"); r3.PrintRational("r3:(10,8)"); r4.PrintRational("r4:(2,6)"); r5.PrintRational("r5: (4,-12)"); r6.PrintRational("r6: (-12,-14)"); }
Она создает и печатает шесть рациональных чисел. Вот как выглядят результаты ее работы.
Рис. 16.3. Создание и печать рациональных чисел
Типы или классы? И типы, и классы
Язык C# в большей степени, чем язык C++, является языком объектного программирования. В чем это выражается? В языке C# сглажено различие между типом и классом. Все типы - встроенные и пользовательские - одновременно являются классами, связанными отношением наследования. Родительским, базовым классом является класс Object. Все остальные типы или, точнее, классы являются его потомками, наследуя методы этого класса. У класса Object есть четыре наследуемых метода:
bool Equals (object obj) - проверяет эквивалентность текущего объекта и объекта, переданного в качестве аргумента;System.Type GetType () - возвращает системный тип текущего объекта;string ToString () - возвращает строку, связанную с объектом. Для арифметических типов возвращается значение, преобразованное в строку;int GetHashCode() - служит как хэш-функция в соответствующих алгоритмах поиска по ключу при хранении данных в хэш-таблицах.
Естественно, что все встроенные типы нужным образом переопределяют методы родителя и добавляют собственные методы и свойства. Учитывая, что и типы, создаваемые пользователем, также являются потомками класса Object, то для них необходимо переопределить методы родителя, если предполагается использование этих методов; реализация родителя, предоставляемая по умолчанию, не обеспечивает нужного эффекта.
Перейдем теперь к примерам, на которых будем объяснять дальнейшие вопросы, связанные с типами и классами, переменными и объектами. Начнем с вполне корректного в языке C# примера объявления переменных и присваивания им значений:
int x=11; int v = new Int32(); v = 007; string s1 = "Agent"; s1 = s1 + v.ToString() +x.ToString();
В этом примере переменная x объявляется как обычная переменная типа int. В то же время для объявления переменной v того же типа int используется стиль, принятый для объектов. В объявлении применяется конструкция new и вызов конструктора класса. В операторе присваивания, записанном в последней строке фрагмента, для обеих переменных вызывается метод ToString, как это делается при работе с объектами. Этот метод, наследуемый от родительского класса Object, переопределенный в классе int, возвращает строку с записью целого. Сообщу еще, что класс int не только наследует методы родителя - класса Object, - но и дополнительно определяет метод CompareTo, выполняющий сравнение целых, и метод GetTypeCode, возвращающий системный код типа. Для класса Int определены также статические методы и поля, о которых расскажу чуть позже.
Так что же такое после этого int, спросите Вы: тип или класс? Ведь ранее говорилось, что int относится к value-типам, следовательно, он хранит в стеке значения своих переменных, в то время как объекты должны задаваться ссылками. С другой стороны, создание экземпляра с помощью конструктора, вызов методов, наконец, существование родительского класса Object, - все это указывает на то, что int - это настоящий класс. Правильный ответ состоит в том, что int - это и тип, и класс. В зависимости от контекста x может восприниматься как переменная типа int или как объект класса int. Это же верно и для всех остальных value- типов. Замечу еще, что все значимые типы фактически реализованы как структуры, представляющие частный случай класса.
Остается понять, для чего в языке C# введена такая двойственность. Для int и других значимых типов сохранена концепция типа не только из-за ностальгических воспоминаний о типах. Дело в том, что значимые типы эффективнее в реализации, им проще отводить память, так что именно соображения эффективности реализации заставили авторов языка сохранить значимые типы. Более важно, что зачастую необходимо оперировать значениями, а не ссылками на них, хотя бы из-за различий в семантике присваивания для переменных ссылочных и значимых типов.
С другой стороны, в определенном контексте крайне полезно рассматривать переменные типа int как настоящие объекты и обращаться с ними как с объектами. В частности, полезно иметь возможность создавать и работать со списками, чьи элементы являются разнородными объектами, в том числе и принадлежащими к значимым типам.
Дальнейшие примеры работы с типами и проект Types
Обсуждение особенностей тех или иных конструкций языка невозможно без приведения примеров. Для каждой лекции я строю один или несколько проектов, сохраняя по возможности одну и ту же схему и реально выполняя проекты в среде Visual Studio .Net. Для работы с примерами данной лекции построен консольный проект с именем Types, содержащий два класса: Class1 и Testing. Расскажу чуть подробнее о той схеме, по которой выстраиваются проекты. Класс Class1 строится автоматически при начальном создании проекта. Он содержит процедуру Main - точку входа в проект. В процедуре Main создается объект класса Testing и вызываются методы этого класса, тестирующие те или иные ситуации. Для решения специальных задач, помимо всегда создаваемого класса Testing, создаются один или несколько классов. Добавление нового класса в проект я осуществляю выбором пункта меню Project/Add Class. В этом случае автоматически строится заготовка для нового класса, содержащая конструктор без параметров. Дальнейшая работа над классом ведется над этой заготовкой. Создаваемые таким образом классы хранятся в проекте в отдельных файлах. Это особенно удобно, если классы используются в разных проектах. Функционально связанную группу классов удобнее хранить в одном файле, что не возбраняется.
Все проекты в книге являются самодокументируемыми. Классы и их методы сопровождаются тегами <summary>. В результате появляются подсказки при вызове методов и возможность построения XML-отчета, играющего роль спецификации проекта.
Приведу текст класса Class1:
using System; namespace Types { /// <summary> /// Проект Types содержит примеры, иллюстрирующие работу /// со встроенными скалярными типами языка С#. /// Проект содержит классы: Testing, Class1. /// /// </summary> class Class1 { /// <summary> /// Точка входа проекта. /// В ней создается объект класса Testing /// и вызываются его методы. /// </summary> [STAThread] static void Main() { Testing tm = new Testing(); Console.WriteLine("Testing.Who Test"); tm.WhoTest(); Console.WriteLine("Testing.Back Test"); tm.BackTest(); Console.WriteLine("Testing.OLoad Test"); tm.OLoadTest(); Console.WriteLine("Testing.ToString Test"); tm.ToStringTest(); Console.WriteLine("Testing.FromString Test"); tm.FromStringTest(); Console.WriteLine("Testing.CheckUncheck Test"); tm.CheckUncheckTest(); } } }
Класс Class1 содержит точку входа Main и ничего более. В процедуре Main создается объект tm класса Testing, затем поочередно вызываются семь методов этого класса. Каждому вызову предшествует выдача соответствующего сообщения на консоль. Каждый метод - это отдельный пример, подлежащий обсуждению.
Третий закон (закон чечако)
Если спецификацию можно нарушить, - она будет нарушена. Новичок (чечако) способен "подвесить" любую систему.
Неквалифицированный пользователь в любом контексте всегда способен выбрать наименее подходящее действие, явно не удовлетворяющее спецификации, которая ориентирована на "разумное" поведение пользователей. Полезным практическим следствием этого закона является привлечение к этапу тестирования системы неквалифицированного пользователя - "человека с улицы".
Три механизма, обеспечивающие полиморфизм
Под полиморфизмом в ООП понимают способность одного и того же программного текста x.M выполняться по-разному, в зависимости от того, с каким объектом связана сущность x. Полиморфизм гарантирует, что вызываемый метод M будет принадлежать классу объекта, связанному с сущностью x. В основе полиморфизма, характерного для семейства классов, лежат три механизма:
одностороннее присваивание объектов внутри семейства классов; сущность, базовым классом которой является класс предка, можно связать с объектом любого из потомков. Другими словами, для введенной нами последовательности объектов xk присваивание xi = xj допустимо для всех j >=i;переопределение потомком метода, наследованного от родителя. Благодаря переопределению, в семействе классов существует совокупность полиморфных методов с одним именем и сигнатурой;динамическое связывание, позволяющее в момент выполнения вызывать метод, который принадлежит целевому объекту.
В совокупности это и называется полиморфизмом семейства классов. Целевую сущность часто называют полиморфной сущностью, вызываемый метод - полиморфным методом, сам вызов - полиморфным вызовом.
Вернемся к нашему примеру с классами Found, Derived, ChildDerived. Напомню, в родительском классе определен виртуальный метод VirtMethod и переопределен виртуальный метод ToString родительского класса object. Потомок класса Found - класс Derived переопределяет эти методы:
public override void VirtMethod() { Console.WriteLine("Сын: " + this.ToString()); } public override string ToString() { return(String.Format("поля: name = {0}, credit = {1},debet ={2}",name, credit, debet)); }
Потомок класса Derived - класс ChildDerived не создает новых полей. Поэтому он использует во многом методы родителя. Его конструктор состоит из вызова конструктора родителя:
public ChildDerived(string name, int cred, int deb):base (name,cred, deb) {}
Нет и переопределения метода Tostring, поскольку используется реализация родителя. А вот метод VirtMethod переопределяется:
public override void VirtMethod() { Console.WriteLine("внук: " + this.ToString()); }
В классе Found определены два
В классе Found определены два невиртуальных метода NonVirtmethod и Work, наследуемые потомками Derived и ChildDerived без всяких переопределений. Вы ошибаетесь, если думаете, что работа этих методов полностью определяется базовым классом Found. Полиморфизм делает их работу куда более интересной. Давайте рассмотрим в деталях работу метода Work:
public void Work() { VirtMethod(); NonVirtMethod(); Analysis(); }
При компиляции метода Work будет обнаружено, что вызываемый метод VirtMethod является виртуальным, поэтому для него будет применяться динамическое связывание. Это означает, что вопрос о вызове метода откладывается до момента, когда метод Work будет вызван объектом, связанным с x. Объект может принадлежать как классу Found, так и классам Derived и ChildDerived, в зависимости от класса объекта и будет вызван метод этого класса.
Для не виртуальных методов NonVirtMethod и Analysis будет применено статическое связывание, так что Work всегда будет вызывать методы, принадлежащие классу Found. Однако и здесь не все просто. Метод NonVirtMethod
public void NonVirtMethod() { Console.WriteLine ("Мать: "+ this.ToString()); }
в процессе своей работы вызывает виртуальный метод ToString. Опять-таки, для метода ToString будет применяться динамическое связывание, и в момент выполнения будет вызываться метод класса объекта.
Что же касается метода Analysis, определенного в каждом классе, то всегда в процессе работы Work будет вызываться только родительский метод анализа из-за стратегии статического связывания.
Хочу обратить внимание на важный принципиальный момент. Вполне понятно, когда потомки вызывают методы родительского класса. Потомкам все известно о своих предках. Но благодаря полиморфизму методы родительского класса, в свою очередь, могут вызывать методы своих потомков, которых они совсем не знают и которые обычно и не написаны в момент создания родительского класса. Достигается это за счет того, что между родителями и потомками заключается жесткий контракт. Потомок, переопределяющий виртуальный метод, сохраняет сигнатуру метода, сохраняет атрибуты доступа, изменяя реализацию метода, но не форму его вызова.
Класс Found, создающий метод Work, говорит примерно следующее: "Я предоставляю этот метод своим потомкам. Потомок, вызвавший этот метод, должен иметь VirtMethod, выполняющий специфическую для потомка часть работы; конечно, потомок может воспользоваться и моей реализацией, но допустима и его собственная реализация. Затем часть работы выполняю я сам, но выдача информации об объекте определяется самим объектом. Заключительную часть работы, связанную с анализом, я потомкам не доверяю и делаю ее сам".
Универсальность и специальные случаи классов
Универсальность - это механизм, воздействующий на все элементы языка. Поэтому он применим ко всем частным случаям классов C# .
Универсальные делегаты
Делегаты также могут иметь родовые параметры. Чаще встречается ситуация, когда делегат объявляется в универсальном классе и использует в своем объявлении параметры универсального класса. Давайте рассмотрим ситуацию с делегатами более подробно. Вот объявление универсального класса, не очень удачно названного Delegate, в котором объявляется функциональный тип - delegate:
class Delegate<T> { public delegate T Del(T a, T b); }
Как видите, тип аргументов и возвращаемого значения в сигнатуре функционального типа определяется классом Delegate.
Добавим в класс функцию высшего порядка FunAr, одним из аргументов которой будет функция типа Del, заданного делегатом. Эта функция будет применяться к элементам массива, передаваемого также функции FunAr. Приведу описание:
public T FunAr(T[] arr, T a0, Del f) { T temp = a0; for(int i =0; i<arr.Length; i++) { temp = f(temp, arr[i]); } return (temp); }
Эта универсальная функция с успехом может применяться для вычисления сумм, произведения, минимума и других подобных характеристик массива.
Рассмотрим теперь клиентский класс Testing, в котором определен набор функций:
public int max2(int a, int b) { return (a > b) ? a : b; } public double min2(double a, double b) { return (a < b) ? a : b; } public string sum2(string a, string b) { return a + b; } public float prod2(float a, float b) { return a * b; }
Хотя все функции имеют разные типы, все они соответствуют определению класса Del - имеют два аргумента одного типа и возвращают результат того же типа. Посмотрим, как они применяются в тестирующем методе класса Testing:
public void TestFun() { int[] ar1 = { 3, 5, 7, 9 }; double[] ar2 = { 3.5, 5.7, 7.9 }; string[] ar3 = { "Мама ", "мыла ", "Машу ", "мылом." }; float[] ar4 = { 5f, 7f, 9f, 11f }; Delegate<int> d1 = new Delegate<int>(); Delegate<int>.Del del1; del1= this.max2; int max = d1.FunAr(ar1, ar1[0], del1); Console.WriteLine("max= {0}", max); Delegate<double> d2 = new Delegate<double>(); Delegate<double>.Del del2; del2 = this.min2; double min = d2.FunAr(ar2, ar2[0], del2); Console.WriteLine("min= {0}", min); Delegate<string> d3 = new Delegate<string>(); Delegate<string>.Del del3; del3 = this.sum2; string sum = d3.FunAr(ar3, "", del3); Console.WriteLine("concat= {0}", sum); Delegate<float> d4 = new Delegate<float>(); Delegate<float>.Del del4; del4 = this.prod2; float prod = d4.FunAr(ar4, 1f, del4); Console.WriteLine("prod= {0}", prod); }
Обратите внимание на объявление экземпляра делегата:
Delegate<int>.Del del1;
В момент объявления задается фактический тип, и сигнатура экземпляра становится конкретизированной. Теперь экземпляр можно создать и связать с конкретной функцией. В C# 2.0 это делается проще и естественнее, чем ранее, - непосредственным присваиванием:
del1= this.max2;
При выполнении этого присваивания производятся довольно сложные действия - проверяется соответствие сигнатуры функции в правой части и экземпляра делегата, в случае успеха создается новый экземпляр делегата, который и связывается с функцией.
Покажем, что и сам функциональный тип-делегат можно объявлять с родовыми параметрами. Вот пример такого объявления:
public delegate T FunTwoArg<T>(T a, T b);
Добавим в наш тестовый пример код, демонстрирующий работу с этим делегатом:
FunTwoArg<int> mydel; mydel = max2; max = mydel(17, 21); Console.WriteLine("max= {0}", max);
Вот как выглядят результаты работы тестового примера:
Рис. 22.7. Результаты работы с универсальными делегатами
Универсальные делегаты с успехом используются при определении событий. В частности, класс EventHandler, применяемый для всех событий, не имеющих собственных аргументов, теперь дополнен универсальным аналогом, определенным следующим образом:
public void delegate EventHandler<T> (object sender, T args) where T:EventArgs
Этот делегат может применяться и для событий с собственными аргументами, поскольку вместо параметра T может быть подставлен конкретный тип - потомок класса EventArgs, дополненный нужными аргументами.
Универсальные интерфейсы
Интерфейсы чаще всего следует делать универсальными, предоставляя большую гибкость для позднейших этапов создания системы. Возможно, вы заметили применение в наших примерах универсальных интерфейсов библиотеки FCL - IComparable<T> и других. Введение универсальности, в первую очередь, сказалось на библиотеке FCL - внутренних классов, определяющих поведение системы. В частности, для большинства интерфейсов появились универсальные двойники с параметрами. Если бы в наших примерах мы использовали не универсальный интерфейс, а обычный, то потеряли бы в эффективности, поскольку сравнение объектов потребовало бы создание временных объектов типа object, выполнения операций boxing и unboxing.
Универсальные структуры
Так же, как и обычный класс, структура может иметь родовые параметры. Синтаксис объявления, ограниченная универсальность, другие детали универсальности естественным образом распространяются на структуры. Вот типичный пример:
public struct Point<T> { T x, y;//координаты точки, тип которых задан параметром // другие свойства и методы структуры }
Упорядоченность объектов и интерфейс IComparable
Часто, когда создается класс, желательно задать отношение порядка на его объектах. Такой класс следует объявить наследником интерфейса IComparable. Этот интерфейс имеет всего один метод CompareTo (object obj), возвращающий целочисленное значение, положительное, отрицательное или равное нулю, в зависимости от выполнения отношения "больше", "меньше" или "равно".
Как правило, в классе вначале определяют метод CompareTo, а после этого вводят перегруженные операции, чтобы выполнять сравнение объектов привычным образом с использованием знаков операций отношения.
Давайте введем отношение порядка на классе Person, рассмотренном в лекции 16, сделав этот класс наследником интерфейса IComparable. Реализуем в этом классе метод интерфейса CompareTo:
public class Person:IComparable { public int CompareTo( object pers) { const string s = "Сравниваемый объект не принадлежит классу Person"; Person p = pers as Person; if (!p.Equals(null)) return (fam.CompareTo(p.fam)); throw new ArgumentException (s); } // другие компоненты класса }
Поскольку аргумент метода должен иметь универсальный тип object, то перед выполнением сравнения его нужно привести к типу Person. Это приведение использует операцию as, позволяющую проверить корректность выполнения приведения.
При приведении типов часто используются операции is и as. Логическое выражение (obj is T) истинно, если объект obj имеет тип T. Оператор присваивания (obj = P as T;) присваивает объекту obj объект P, приведенный к типу T, если такое приведение возможно, иначе объекту присваивается значение null. Семантику as можно выразить следующим условным выражением: (P is T) ? (T)P : (T)null.
Заметьте также, что при проверке на значение null используется отношение Equals, а не обычное равенство, которое будет переопределено.
Отношение порядка на объектах класса Person задается как отношение порядка на фамилиях персон. Так как строки наследуют интерфейс IComparable, то для фамилий персон вызывается метод CompareTo, его результат и возвращается в качестве результата метода CompareTo для персон. Если аргумент метода не будет соответствовать нужному типу, то выбрасывается исключение со специальным уведомлением.
Конечно, сравнение персон может выполняться по разным критериям: возрасту, росту, зарплате. Общий подход к сравнению персон будет рассмотрен в следующей лекции 20.
Введем теперь в нашем классе Person перегрузку операций отношения:
public static bool operator <(Person p1, Person p2) { return (p1.CompareTo(p2) < 0); } public static bool operator >(Person p1, Person p2) { return (p1.CompareTo(p2) > 0); } public static bool operator <=(Person p1, Person p2) { return (p1.CompareTo(p2) <= 0); } public static bool operator >=(Person p1, Person p2) { return (p1.CompareTo(p2) >=0); } public static bool operator ==(Person p1, Person p2) { return (p1.CompareTo(p2) == 0); } public static bool operator !=(Person p1, Person p2) { return (p1.CompareTo(p2) != 0); }
Как обычно, приведу тестовый пример, проверяющий работу с введенными методами:
public void TestCompare() { Person poet1 = new Person("Пушкин"); Person poet2 = new Person("Лермонтов"); Person poet3 = new Person("Пастернак"); Person poet4 = new Person("Мандельштам"); Person poet5 = new Person("Ахматова"); Person poet6 = new Person("Цветаева"); Console.WriteLine("{0} > {1} = {2}", poet1.Fam, poet2.Fam, (poet1 > poet2)); Console.WriteLine("{0} >= {1} = {2}", poet3.Fam, poet4.Fam, (poet3 >= poet4)); Console.WriteLine("{0} != {1} = {2}", poet5.Fam, poet6.Fam, (poet5 != poet6)); }
Вот результаты работы этого теста.
Рис. 19.4. Сравнение персон
Конечно, заданный нами порядок не имеет никакого отношения к поэтическому дару, а лишь говорит об относительном расположении фамилий поэтов в словарях.
Условное выражение
В C#, как и в C++, разрешены условные выражения. Конечно, без них можно обойтись, заменив их условным оператором. Вот простой пример их использования, поясняющий синтаксис их записи:
//Условное выражение int a = 7, b= 9, max; max= (a>b) ? a:b; Console.WriteLine("a = " + a + "; b= " + b + "; max(a,b) = " + max);
Условное выражение начинается с условия, заключенного в круглые скобки, после которого следует знак вопроса и пара выражений, разделенных двоеточием " : ". Условием является выражение типа bool. Если оно истинно, то из пары выражений выбирается первое, в противном случае результатом является значение второго выражения. В данном примере переменная max получит значение 9.
В этой заключительной лекции новый
Приведем код класса:
using System; using System.Drawing; namespace Shapes { /// <summary> /// Figure - это абстрактный класс; прародитель семейства /// классов геометрических фигур. Все фигуры имеют: /// центр - center, масштаб - scale. статус /// перетаскивания - dragged center - объект встроенного /// класса (структуры) Point. Этот объект задает характерную /// точку фигуры - чаще всего ее центр (тяжести) /// scale задает масштаб фигуры, первоначально единичный. /// drugged = true, когда фигура следует за курсором мыши. /// над фигурами определены операции: параллельный /// перенос - Move(a,b) масштабирование - Scale(s) /// Показ фигуры - Show. Область захвата - Region_Capture /// возвращает прямоугольник, характерный для фигуры, /// перетаскивание фигуры возможно при установке курсора /// мыши в области захвата. /// </summary> abstract public class Figure { /// <summary> /// закрытые для клиентов атрибуты класса - center, scale /// </summary> protected Point center; protected double scale ; protected bool dragged; protected Color color; //Доступ к свойствам public Point center_figure { get {return(center);} set {center = value;} } public double scale_figure { get {return(scale);} set {scale = value;} } public bool dragged_figure { get {return(dragged);} set {dragged = value;} } public Color color_figure { get {return(color);} set {color = value;} } /// <summary> /// базовый конструктор фигур /// </summary> /// <param name="x">координата X характерной точки ///фигуры</param> /// <param name="y">Координата Y характерной точки ///фигуры</param> public Figure(int x, int y) { center = new Point(x,y); scale = 1; dragged = false; color = Color.ForestGreen; } /// <summary> /// отложенный метод /// Параллельный перенос фигуры на (a,b) /// require : true; /// ensure : для любой точки фигуры p(x,y): /// x = old(x) +a; y = old(y) + b; /// </summary> /// <param name="a">a - перемещение по горизонтали ///вправо </param> /// <param name="b">b - перемещение по вертикали ///вниз</param> /// Замечание: Для того, чтобы фигура при рисовании была /// полностью видимой, координаты всех ее точек должны /// быть в пределах области рисования. public void Move (int a,int b) { center.X +=a; center.Y += b; } /// <summary> /// изменяет масштаб фигуры /// </summary> /// <param name="s">масштаб изменяется в s раз</param> public void Scale(double s) { scale*=s; } /// <summary> /// рисование фигуры в окне, передающем объекты g и pen /// </summary> /// <param name="g"> графический объект, методы которого /// рисуют фигуру</param> /// <param name="pen">перо рисования</param> public abstract void Show(Graphics g, Pen pen, Brush brush); public abstract System.Drawing.Rectangle Region_Capture(); }
Абстрактный класс, относящийся к этапу проектирования системы, вместе с тем является важнейшим элементом заключительного семейства классов. В этом проявляется мощь объектно-ориентированного подхода к разработке программных систем. Заметьте, на данном уровне большая часть текста представляет документацию, являющуюся неотъемлемой частью программного проекта. Документация записана в тегах <summary>, что позволяет автоматически ее извлечь и сохранить в виде XML-отчета.
Виды проектов
Как уже отмечалось, Visual Studio .Net для языков C#, Visual Basic и J# предлагает 12 возможных видов проектов. Среди них есть пустой проект, в котором изначально не содержится никакой функциональности; есть также проект, ориентированный на создание Web-служб. В этой книге, направленной, прежде всего, на изучение языка C#, основным видом используемых проектов будут обычные Windows-приложения. На начальных этапах, чтобы не усложнять задачу проблемами пользовательского интерфейса, будем рассматривать также консольные приложения.
Давайте разберемся, как создаются проекты и что они изначально собой представляют. Поговорим также о сопряженных понятиях: решение (solution), проект (project), пространство имен (namespace), сборка (assembly). Рассмотрим результаты работы компилятора Visual Studio с позиций программиста, работающего над проектом, и с позиций CLR, компилирующей PE-файл в исходный код процессора.
С точки зрения программиста, компилятор создает решение, с точки зрения CLR - сборку, содержащую PE-файл. Программист работает с решением, CLR - со сборкой.
Решение содержит один или несколько проектов, ресурсы, необходимые этим проектам, возможно, дополнительные файлы, не входящие в проекты. Один из проектов решения должен быть выделен и назначен стартовым проектом. Выполнение решения начинается со стартового проекта. Проекты одного решения могут быть зависимыми или независимыми. Например, все проекты одной лекции данной книги могут быть для удобства собраны в одном решении и иметь общие свойства . Изменяя стартовый проект, получаем возможность перехода к нужному примеру. Заметьте, стартовый проект должен иметь точку входа - класс, содержащий статическую процедуру с именем Main, которой автоматически передается управление в момент запуска решения на выполнение. В уже имеющееся решение можно добавлять как новые, так и существующие проекты. Один и тот же проект может входить в несколько решений.
Проект состоит из классов, собранных в одном или нескольких пространствах имен. Пространства имен позволяют структурировать проекты, содержащие большое число классов, объединяя в одну группу близкие классы. Если над проектом работает несколько исполнителей, то, как правило, каждый из них создает свое пространство имен. Помимо структуризации, это дает возможность присваивать классам имена, не задумываясь об их уникальности. В разных пространствах имен могут существовать одноименные классы. Проект - это основная единица, с которой работает программист. Он выбирает тип проекта , а Visual Studio создает скелет проекта в соответствии с выбранным типом.
Дальнейшие объяснения лучше сочетать с реальной работой над проектами. Поэтому во всей этой книге я буду вкратце описывать свои действия по реализации тех или иных проектов, надеясь, что их повторение читателем будет способствовать пониманию текста и сути изучаемых вопросов.
Виртуальная машина
Отделение каркаса от студии явилось естественным шагом. Каркас Framework .Net перестал быть частью студии, а стал надстройкой над операционной системой. Теперь компиляция и создание PE-модулей на IL отделено от выполнения, и эти процессы могут быть реализованы на разных платформах. В состав CLR входят трансляторы JIT (Just In Time Compiler), которые и выполняют трансляцию IL в командный код той машины, где установлена и функционирует исполнительная среда CLR. Конечно, в первую очередь Microsoft реализовала CLR и FCL для различных версий Windows, включая Windows 98/Me/NT 4/2000, 32 и 64-разрядные версии Windows XP и семейство .Net Server. Для операционных систем Windows CE и Palm разработана облегченная версия Framework .Net.
В 2001 году ECMA (Европейская ассоциация производителей компьютеров) приняла язык программирования C#, CLR и FCL в качестве стандарта, так что Framework .Net уже функционирует на многих платформах, отличных от Windows. Он становится свободно распространяемой виртуальной машиной. Это существенно расширяет сферу его применения. Производители различных компиляторов и сред разработки программных продуктов предпочитают теперь также транслировать свой код в IL, создавая модули в соответствии со спецификациями CLR. Это обеспечивает возможность выполнения их кода на разных платформах.
Microsoft использовала получивший широкое признание опыт виртуальной машины Java, улучшив процесс за счет того, что, в отличие от Java, промежуточный код не интерпретируется исполнительной средой, а компилируется с учетом всех особенностей текущей платформы. Благодаря этому создаются высокопроизводительные приложения.
Следует отметить, что CLR, работая с IL-кодом, выполняет достаточно эффективную оптимизацию и, что не менее важно, защиту кода. Зачастую нецелесообразно выполнять оптимизацию на уровне создания IL-кода - она иногда может не улучшить, а ухудшить ситуацию, не давая CLR провести оптимизацию на нижнем уровне, где можно учесть даже особенности процессора.
Visual Studio .Net - открытая среда разработки
Среда разработки Visual Studio .Net - это уже проверенный временем программный продукт, являющийся седьмой версией Студии. Но новинки этой версии, связанные с идеей .Net, позволяют считать ее принципиально новой разработкой, определяющей новый этап в создании программных продуктов. Выделю две важнейшие, на мой взгляд, идеи:
открытость для языков программирования;принципиально новый подход к построению каркаса среды - Framework .Net.
Время жизни и область видимости переменных
Давайте рассмотрим такие важные характеристики переменных, как время их жизни и область видимости. Зададимся вопросом, как долго живут объявленные переменные и в какой области программы видимы их имена? Ответ зависит от того, где и как, в каком контексте объявлены переменные. В языке C# не так уж много возможностей для объявления переменных, пожалуй, меньше, чем в любом другом языке. Открою "страшную" тайну, - здесь вообще нет настоящих глобальных переменных. Их отсутствие не следует считать некоторым недостатком C#, это достоинство языка. Но обо всем по порядку.
Встроенные интерфейсы
Рассмотрим несколько встроенных интерфейсов, являющихся частью библиотеки FCL. Они используются многими классами-библиотеками так же, как и классами, создаваемыми пользователем.
Встроенные примитивные типы
Важной частью библиотеки FCL стали классы, задающие примитивные типы - те типы, которые считаются встроенными в язык программирования. Типы каркаса покрывают все множество встроенных типов, встречающихся в языках программирования. Типы языка программирования проецируются на соответствующие типы каркаса. Тип, называемый в языке Visual Basic - Integer, а в языке C# - int, проецируется на один и тот же тип каркаса System.Int32. В каждом языке программирования, наряду с "родными" для языка названиями типов, разрешается пользоваться именами типов, принятыми в каркасе. Поэтому, по сути, все языки среды разработки могут пользоваться единой системой встроенных типов, что, конечно, способствует облегчению взаимодействия компонентов, написанных на разных языках.
Встроенные структуры
Как уже говорилось, все значимые типы языка реализованы структурами. В библиотеке FCL имеются и другие встроенные структуры. Рассмотрим в качестве примера структуры Point, PointF, Size, SizeF и Rectangle, находящиеся в пространстве имен System.Drawing и активно используемые при работе с графическими объектами. Первые четыре структуры имеют два открытых поля X и Y (Height и Width), задающие для точек - структур Point и PointF - координаты, целочисленные или в форме с плавающей точкой. Для размеров - структур Size и SizeF - они задают высоту и ширину, целочисленными значениями или в форме с плавающей точкой. Структуры Point и Size позволяют задать прямоугольную область - структуру Rectangle. Конструктору прямоугольника можно передать в качестве аргументов две структуры - точку, задающую координаты левого верхнего угла прямоугольника, и размер - высоту и ширину прямоугольника.
Между четырьмя структурами определены взаимные преобразования: точки можно преобразовать в размеры и наоборот, сложение и вычитание определено над точками и размерами, но не над точками, плавающий тип которых разными способами можно привести к целому. Ряд операций над этими структурами продемонстрирован в следующем примере:
public void TestPointAndSize() { Point pt1 = new Point(3,5), pt2 = new Point(7,10), pt3; PointF pt4 = new PointF(4.55f,6.75f); Size sz1 = new Size(10,20), sz2; SizeF sz3 = new SizeF(10.3f, 20.7f); pt3 = Point.Round(pt4); sz2 = new Size(pt1); Console.WriteLine ("pt1: " + pt1); Console.WriteLine ("sz2 =new Size(pt1): " + sz2); Console.WriteLine ("pt4: " + pt4); Console.WriteLine ("pt3 =Point.Round(pt4): " + pt3); pt1.Offset(5,7); Console.WriteLine ("pt1.Offset(5,7): " + pt1); Console.WriteLine ("pt2: " + pt2); pt2 = pt2+ sz2; Console.WriteLine ("pt2= pt2+ sz2: " + pt2); }//TestPointAndSize
Результаты его выполнения показаны на рис. 17.1
Рис. 17.1. Операции над точками и размерами
Отметим, что метод ToString, определенный для этих структур, выдает строку со значениями полей в приемлемой для восприятия форме.
Второй закон (закон для пользователя)
Не бывает некорректных систем. Каждая появляющаяся ошибка при эксплуатации системы - это следствие незнания спецификации системы.
Есть два объяснения справедливости второго закона. Несерьезное объяснение состоит в том, что любая система, что бы она ни делала, при любом постусловии корректна по отношению к предусловию False, поскольку невозможно подобрать ни один набор входных данных, удовлетворяющих этому предусловию. Так что все системы корректны, если задать False в качестве их предусловия. Если вам пришлось столкнуться с системой, предусловие которой близко к False, то лучшее, что можно сделать, это отложить ее в сторону и найти другую.
Более поучительна реальная ситуация, подтверждающая второй закон и рассказанная мне в былые годы Виталием Кауфманом - специалистом по тестированию трансляторов. В одной серьезной организации была разработана серьезная прикладная система, имеющая для них большое значение. К сожалению, при ее эксплуатации сплошь и рядом возникали ошибки, из-за которых организация вынуждена была отказаться от использования системы. Разработчики обратились к нему за помощью. Он, исследуя систему, не внес в нее ни строчки кода. Единственное, что он сделал, это описал точную спецификацию системы, благодаря чему стала возможной нормальная эксплуатация.
Обратите внимание на философию, характерную для этих законов: при возникновении ошибки разработчик и пользователь должны винить себя, а не кивать друг на друга. Так что часто встречающиеся фразы "Ох уж эта фирма Чейтософт - вечно у них ошибки!" характеризует, мягко говоря, непрофессионализм говорящего.
Выбрасывание исключений. Создание объектов Exception
В теле try-блока может возникнуть исключительная ситуация, приводящая к выбрасыванию исключений. Формально выбрасывание исключения происходит при выполнении оператора throw. Этот оператор, чаще всего, выполняется в недрах операционной системы, когда система команд или функция API не может сделать свою работу. Но этот оператор может быть частью программного текста try-блока и выполняться, когда в результате проведенного анализа становится понятным, что дальнейшая нормальная работа невозможна.
Синтаксически оператор throw имеет вид:
throw[выражение]
Выражение throw задает объект класса, являющегося наследником класса Exception. Обычно это выражение new, создающее новый объект. Если оно отсутствует, то повторно выбрасывается текущее исключение. Если исключение выбрасывается операционной системой, то она сама классифицирует исключение, создает объект соответствующего класса и автоматически заполняет его поля.
В рассматриваемой нами модели исключения являются объектами, класс которых представляет собой наследника класса Exception. Этот класс и многочисленные его наследники является частью библиотеки FCL, хотя и разбросаны по разным пространствам имен. Каждый класс задает определенный тип исключения в соответствии с классификацией, принятой в Framework .Net. Вот лишь некоторые классы исключений из пространства имен System: Argument Exception, ArgumentOutOfRangeException, ArithmeticException, BadImageFormatException, DivideByZeroException, OverflowException. В пространстве имен System.IO собраны классы исключений, связанных с проблемами ввода-вывода: DirectoryNotFoundException, FileNotFoundException и многие другие. Имена всех классов исключений заканчиваются словом Exception. Разрешается создавать собственные классы исключений, наследуя их от класса Exception.
При выполнении оператора throw создается объект te, класс TE которого характеризует текущее исключение, а поля содержат информацию о возникшей исключительной ситуации. Выполнение оператора throw приводит к тому, что нормальный процесс вычислений на этом прекращается. Если это происходит в охраняемом try-блоке, то начинается этап "захвата" исключения одним из обработчиков исключений.
Вычисление интеграла
Давайте более подробно рассмотрим ситуацию с функциями высшего порядка на примере задачи вычисления определенного интеграла с заданной точностью. С этой целью создадим класс, в котором будет описан делегат, определяющий контракт, коему должны удовлетворять подынтегральные функции. В этом же классе определим метод, вычисляющий интеграл. По сути самой задачи этот метод представляет собой функцию высшего порядка. Приведу программный код, описывающий класс:
public class HighOrderIntegral { //delegate public delegate double SubIntegralFun(double x); public double EvalIntegral(double a, double b, double eps,SubIntegralFun sif) { int n=4; double I0=0, I1 = I( a, b, n,sif); for( n=8; n < Math.Pow(2.0,15.0); n*=2) { I0 =I1; I1=I(a,b,n,sif); if(Math.Abs(I1-I0)<eps) break; } if(Math.Abs(I1-I0)< eps) Console.WriteLine("Требуемая точность достигнута! "+ " eps = {0}, достигнутая точность ={1}, n= {2}", eps,Math.Abs(I1-I0),n); else Console.WriteLine("Требуемая точность не достигнута! "+ " eps = {0}, достигнутая точность ={1}, n= {2}", eps,Math.Abs(I1-I0),n); return(I1); } private double I(double a, double b, int n, SubIntegralFun sif) { //Вычисляет частную сумму по методу трапеций double x = a, sum = sif(x)/2, dx = (b-a)/n; for (int i= 2; i <= n; i++) { x += dx; sum += sif(x); } x = b; sum += sif(x)/2; return(sum*dx); } }//class HighOrderIntegral
Прокомментирую этот текст:
Класс HighOrderIntegral предназначен для работы с функциями. В него вложено описание функционального класса - делегата SubIntegralFun, задающего класс функций с одним аргументом типа double и возвращающих значение этого же типа.Метод EvalIntegral - основной метод класса позволяет вычислять определенный интеграл. Этот метод есть функция высшего порядка, поскольку одним из его аргументов является подынтегральная функция, принадлежащая классу SubIntegralFun.Для вычисления интеграла применяется классическая схема. Интервал интегрирования разбивается на n частей, и вычисляется частичная сумма по методу трапеций, представляющая приближенное значение интеграла. Затем n удваивается, и вычисляется новая сумма. Если разность двух приближений по модулю меньше заданной точности eps, то вычисление интеграла заканчивается, иначе процесс повторяется в цикле. Цикл завершается либо по достижении заданной точности, либо когда n достигнет некоторого предельного значения (в нашем случае - 215).Вычисление частичной суммы интеграла по методу трапеций реализовано закрытой процедурой I.Впоследствии класс может быть расширен, и помимо вычисления интеграла он может вычислять и другие характеристики функций.
Чтобы продемонстрировать работу с классом HighOrderIntegral, приведу еще класс Functions, где описано несколько функций, удовлетворяющих контракту, который задан классом SubIntegralFun:
class functions { //подынтегральные функции static public double sif1(double x) { int k = 1; int b = 2; return (double)(k*x +b); } static public double sif2(double x) { double a = 1.0; double b = 2.0; double c= 3.0; return (double)(a*x*x +b*x +c); } }//class functions
А теперь рассмотрим метод класса клиента, выполняющий создание нужных объектов и тестирующий их работу:
public void TestEvalIntegrals() { double myint1=0.0; HighOrderIntegral.SubIntegralFun hoisif1 = new HighOrderIntegral.SubIntegralFun(functions.sif1); HighOrderIntegral hoi = new HighOrderIntegral(); myint1 = hoi.EvalIntegral(2,3,0.1e-5,hoisif1); Console.WriteLine("myintegral1 = {0}",myint1); HighOrderIntegral.SubIntegralFun hoisif2 = new HighOrderIntegral.SubIntegralFun(functions.sif2); myint1= hoi.EvalIntegral(2,3,0.1e-5,hoisif2); Console.WriteLine("myintegral2 = {0}",myint1); }//EvalIntegrals
Здесь создаются два экземпляра делегата и объект класса HighOrderIntegral, вызывающий метод вычисления интеграла. Результаты работы показаны на 20.2.
Рис. 20.2. Вычисление интеграла с использованием функций высших порядков
Выполнение проекта по умолчанию после "большого взрыва"
Давайте посмотрим, что происходит в проектe, создаваемом по умолчанию, когда произошел "большой взрыв", вселенная создана и процедура Main начала работать. Процедура Main содержит всего одну строчку:
Application.Run(new Form1());
Прокомментируем этот квалифицированный вызов. Целью здесь является класс Application из пространства имен System.Windows.Forms. Класс вызывает статический метод Run, которому в качестве фактического аргумента передается объектное выражение new Form1(). При вычислении этого выражения создается первый объект - экземпляр класса Form1. Этот объект становится текущим. Для создания объекта вызывается конструктор класса. В процессе работы конструктора осуществляется неквалифицированный вызов метода InitializeComponent(). Целью этого вызова является текущий объект - уже созданный объект класса Form1. Ни в конструкторе, ни в вызванном методе новые объекты не создаются. По завершении работы конструктора объект класса Form1 передается методу Run в качестве аргумента.
Метод Run класса Application - это знаменитый метод. Во-первых, он открывает форму - видимый образ объекта класса Form1, с которой теперь может работать пользователь. Но главная его работа состоит в том, что он создает настоящее Windows-приложение, запуская цикл обработки сообщений о происходящих событиях. Поступающие сообщения обрабатываются операционной системой согласно очереди и приоритетам, вызывая обработчики соответствующих событий. Поскольку наша форма по умолчанию не заселена никакими элементами управления, то поступающих сообщений немного. Все, что может делать пользователь с формой, так это перетаскивать ее по экрану, свертывать и изменять размеры. Конечно, он может еще закрыть форму. Это приведет к завершению цикла обработки сообщений, к завершению работы метода Run, к завершению работы метода Main, к завершению работы приложения.
Выражения
Выражения строятся из операндов - констант, переменных, функций, - объединенных знаками операций и скобками. При вычислении выражения определяется его значение и тип. Эти характеристики однозначно задаются значениями и типами операндов, входящих в выражение, и правилами вычисления выражения. Правила также задают:
приоритет операций;для операций одного приоритета порядок применения - слева направо или справа налево;преобразование типов операндов и выбор реализации для перегруженных операций;тип и значение результата выполнения операции над заданными значениями операндов определенного типа.
Программист, записывающий выражение, должен знать, по каким правилам оно будет вычисляться. Сложность в том, что эти правила, начиная с приоритета операций, варьируются от языка к языку. Давайте посмотрим, как это делается в C#.
Вызов метода. Семантика
Что происходит в момент вызова метода? Выполнение начинается с вычисления фактических аргументов, которые, как мы знаем, являются выражениями. Вычисление этих выражений может приводить, в свою очередь, к вызову других методов, так что этот первый этап может быть довольно сложным и требовать больших временных затрат. В чисто функциональном программировании все вычисление по программе сводится к вызову одной функции, фактическими аргументами которой являются вызовы функций и так далее и так далее.
Для простоты понимания семантики вызова можно полагать, что в точке вызова создается блок, соответствующий телу метода (в реальности все значительно эффективнее). В этом блоке происходит замена имен формальных аргументов фактическими аргументами. Для выходных аргументов, для которых фактические аргументы также являются именами, эта замена или передача аргументов осуществляется по ссылке, то есть заменяет формальный аргумент ссылкой на реально существующий объект, заданный фактическим аргументом. Чуть более сложную семантику имеет вызов по значению, применяемый к формальным аргументам, которые объявлены без ключевых слов ref и out. При вычислении выражений, заданных такими фактическими аргументами, их значения присваиваются специально создаваемым переменным, локализованным в теле исполняемого блока. Имена этих локализованных переменных и подставляются вместо имен формальных аргументов. Понятно, что тип локализованных переменных определяется типом соответствующего формального аргумента. Понятно также, что семантика замены формальных аргументов фактическими - это, по сути, семантика оператора присваивания.
|
Семантика присваивания рассматривалась в лекциях 3, 6 и 7. |
Каково следствие семантики вызова по значению? Если вы забыли указать ключевое слово ref или out для аргумента, фактически являющегося выходным, то к нему будет применяться вызов по значению. Даже если в теле метода происходит изменение значения этого аргумента, то оно действует только на время выполнения тела метода. Как только метод заканчивает свою работу (завершается блок), все локальные переменные (в том числе, созданные для замены формальных аргументов) оканчивают свое существование, так что изменения не затронут фактических аргументов и они сохранят свои значения, бывшие у них до вызова. Отсюда вывод: все выходные аргументы, значения которых предполагается изменить в процессе работы, должны иметь ключевое слово ref или out. Еще один важный вывод: ключевым словом ref полезно иногда снабжать и входные аргументы. Если известно, что фактический аргумент будет всегда представлен именем, а не сложным выражением, то в целях экономии памяти разумно для таких аргументов применять семантику вызова по ссылке. В этом случае не будет создаваться копия аргумента - это экономит память и время, что может быть важно при работе со сложными структурами.
Говоря о семантике вызова по ссылке и по значению, следует сделать одно важное уточнение. В объектном программировании, каковым является и программирование на C#, основную роль играют ссылочные типы - мы работаем с классами и объектами. Когда методу передается объект ссылочного типа, то все поля этого объекта могут меняться в методе самым беззастенчивым образом. И это несмотря на то, что объект формально не является выходным, не имеет ключевых слов ref или out, использует семантику вызова по значению. Сама ссылка на объект, как и положено, остается неизменной, но состояние объекта, его поля могут полностью обновиться. Такая ситуация типична и представляет один из основных способов изменения состояния объектов. Именно поэтому ref или out не часто появляются при описании аргументов метода.
Вызов метода. Синтаксис
Как уже отмечалось, метод может вызываться в выражениях или быть вызван как оператор. В качестве оператора может использоваться любой метод - как процедура, так и функция. Конечно, функцию разумно вызывать как оператор, только если она обладает побочным эффектом. В последнем случае она вызывается ради своего побочного эффекта, а возвращаемое значение никак не используется. Подобную роль играет использование некоторых выражений с побочным эффектом в роли оператора, классическим примером является оператор x++;.
Если же попытаться вызвать процедуру в выражении, то это приведет к ошибке еще на этапе компиляции. Возвращаемое процедурой значение void несовместимо с выражениями. Так что в выражениях могут быть вызваны только функции.
Сам вызов метода, независимо от того, процедура это или функция, имеет один и тот же синтаксис:
имя_метода([список_фактических_аргументов])
Если это оператор, то вызов завершается точкой с запятой. Формальный аргумент, задаваемый при описании метода - это всегда имя аргумента (идентификатор). Фактический аргумент - это выражение, значительно более сложная синтаксическая конструкция. Вот точный синтаксис фактического аргумента:
[ref|out]выражение
Взаимодействие форм
Обычное Windows-приложение всегда содержит несколько форм. Одни открываются в процессе работы, другие закрываются. В каждый текущий момент на экране может быть открыта одна или несколько форм, пользователь может работать с одной формой или переключаться по ходу работы с одной на другую.
Следует четко различать процесс создания формы - соответствующего объекта, принадлежащего классу Form или наследнику этого класса, - и процесс показа формы на экране. Для показа формы служит метод Show этого класса, вызываемый соответствующим объектом; для скрытия формы используется метод Hide. Реально методы Show и Hide изменяют свойство Visible объекта, так что вместо вызова этих методов можно менять значение этого свойства, устанавливая его либо в true, либо в false.
Заметьте разницу между сокрытием и закрытием формы - между методами Hide и Close. Первый из них делает форму невидимой, но сам объект остается живым и невредимым. Метод Close отбирает у формы ее ресурсы, делая объект отныне недоступным; вызвать метод Show после вызова метода Close невозможно, если только не создать объект заново. Открытие и показ формы всегда означает одно и то же - вызов метода Show. У формы есть метод Close, но нет метода Open. Формы, как и все объекты, создаются при вызове конструктора формы при выполнении операции new.
Форма, открываемая в процедуре Main при вызове метода Run, называется главной формой проекта. Ее закрытие приводит к закрытию всех остальных форм и завершению Windows-приложения. Завершить приложение можно и программно, вызвав в нужный момент статический метод Exit класса Application. Закрытие других форм не приводит к завершению проекта. Зачастую главная форма проекта всегда открыта, в то время как остальные формы открываются и закрываются (скрываются). Если мы хотим, чтобы в каждый текущий момент была открыта только одна форма, то нужно принять определенные меры, чтобы при закрытии (скрытии) формы открывалась другая. Иначе возможна клинчевая ситуация - все формы закрыты, предпринять ничего нельзя, а приложение не завершено. Конечно, выход всегда есть - всегда можно нажать магическую тройку клавиш CTRL+ALT+DEL и завершить любое приложение.
Можно создавать формы как объекты класса Form. Однако такие объекты довольно редки. Чаще всего создается специальный класс FormX - наследник класса Form. Так, в частности, происходит в Windows-приложении, создаваемом по умолчанию, когда создается класс Form1 - наследник класса Form. Так происходит в режиме проектирования, когда в проект добавляется новая форма с использованием пункта меню Add Windows Form. Как правило, каждая форма в проекте - это объект собственного класса. Возможна ситуация, когда вновь создаваемая форма во многом должна быть похожей на уже существующую, и тогда класс новой формы может быть сделан наследником класса формы существующей. Наследование форм мы рассмотрим подробнее чуть позже.
Windows-проект
Проделаем аналогичную работу: построим Windows-проект, рассмотрим, как он выглядит по умолчанию, а затем дополним его до проектa "Приветствие". Повторяя уже описанные действия, в окне нового проектa (см. рис. 2.1) я выбрал тип проектa Windows Application, дав проектy имя WindowsHello.
Как и в консольном случае, по умолчанию строится решение, содержащее единственный проект, содержащий единственное пространство имен (все три конструкции имеют совпадающие имена). В пространство имен вложен единственный класс Form1, но это уже далеко не столь простой класс, как ранее. Вначале приведу его код, а потом уже дам необходимые пояснения:
using System; using System.Drawing; using System.Collections; using System.ComponentModel; using System.Windows.Forms; using System.Data; namespace WindowsHello { /// <summary> /// Summary description for Form1. /// </summary> public class Form1 : System.Windows.Forms.Form { /// <summary> /// Required designer variable. /// </summary> private System.ComponentModel.Container components = null; public Form1() { // Required for Windows Form Designer support InitializeComponent(); // TODO: Add any constructor code after // InitializeComponent call } /// <summary> /// Clean up any resources being used. /// </summary> protected override void Dispose( bool disposing ) { if( disposing ) { if (components != null) { components.Dispose(); } } base.Dispose( disposing ); } #region Windows Form Designer generated code /// <summary> /// Required method for Designer support - do not modify /// the contents of this method with the code editor. /// </summary> private void InitializeComponent() { this.components = new System.ComponentModel.Container(); this.Size = new System.Drawing.Size(300,300); this.Text = "Form1"; } #endregion /// <summary> /// The main entry point for the application. /// </summary> [STAThread] static void Main() { Application.Run(new Form1()); } } }
Начну с того, что теперь пространству имен предшествует 6 предложений using; это означает, что используются не менее 6-ти классов, находящихся в разных пространствах имен библиотеки FCL. Одним из таких используемых классов является класс Form из глубоко вложенного пространства имен System.Windows.Forms. Построенный по умолчанию класс Form1 является наследником класса Form и автоматически наследует его функциональность - свойства, методы, события. При создании объекта этого класса, характеризующего форму, одновременно Visual Studio создает визуальный образ объекта - окно, которое можно заселять элементами управления. В режиме проектирования эти операции можно выполнять вручную, при этом автоматически происходит изменение программного кода класса. Появление в проектe формы, открывающейся по умолчанию при запуске проектa, означает переход к визуальному, управляемому событиями программированию. Сегодня такой стиль является общепризнанным, а стиль консольного приложения следует считать анахронизмом, правда, весьма полезным при изучении свойств языка.
В класс Form1 встроено закрытое (private) свойство - объект components класса Container. В классе есть конструктор, вызывающий закрытый метод класса InitializeComponent. В классе есть деструктор, освобождающий занятые ресурсы, которые могут появляться при добавлении элементов в контейнер components. Наконец, в классе есть точка входа - процедура Main с непустым телом.
Захват исключения
Блок catch - обработчик исключения имеет следующий синтаксис:
catch (T e) {...}
Класс T, указанный в заголовке catch-блока, должен принадлежать классам исключений. Блок catch с формальным аргументом e класса T потенциально способен захватить текущее исключение te класса TE, если и только если объект te совместим по присваиванию c объектом e. Другими словами, потенциальная способность захвата означает допустимость присваивания e = te, что возможно, когда класс TE является потомком класса T. Обработчик, класс T которого является классом Exception, является универсальным обработчиком, потенциально он способен захватить любое исключение, поскольку все они являются его потомками.
Потенциальных захватчиков может быть много, исключение захватывает лишь один - тот из них, кто стоит первым в списке проверки. Каков порядок проверки? Он довольно естественный. Вначале проверяются обработчики в порядке следования их за try-блоком, и первый потенциальный захватчик становится активным, захватывая исключение и выполняя его обработку. Отсюда становится ясно, что порядок следования в списке catch-блоков крайне важен. Первыми идут наиболее специализированные обработчики, далее по мере возрастания универсальности. Так, вначале должен идти обработчик исключения DivideByZeroException, а уже за ним -ArithmeticException. Универсальный обработчик, если он есть, должен стоять последним. За этим наблюдает статический контроль типов. Если потенциальных захватчиков в списке catch-блоков нет (сам список может отсутствовать), то происходит переход к списку обработчиков охватывающего блока. Напомню, что try-блок может быть вложен в другой try-блок. Когда же будет исчерпаны списки вложенных блоков, а потенциальный захватчик не будет найден, то произойдет подъем по стеку вызовов. На рис. 23.5 показана цепочка вызовов, начинающаяся с точки "большого взрыва" - процедуры Main.
Рис. 23.5. Цепочка вызовов, хранящаяся в стеке вызовов
|
О точке большого взрыва и цепочке вызовов мы говорили еще в лекции 2. |
Исключение возникло в последнем вызванном методе цепочки - на рисунке метод r5. Если у этого метода не нашлось обработчиков события, способных обработать исключение, то это пытается сделать метод r4, вызвавший r5. Если вызов r5 находится в охраняемом блоке метода r4, то начнет проверяться список обработчиков в охраняемом блоке метода r4. Этот процесс подъема по списку вызовов будет продолжаться, пока не будет найден обработчик, способный захватить исключение, или не будет достигнута начальная точка - процедура Main. Если и в ней нет потенциального захватчика исключения, то сработает стандартный обработчик, прерывающий выполнение программы с выдачей соответствующего сообщения.
Закрытый метод НОД
Метод, вычисляющий наибольший общий делитель пары чисел, понадобится не только конструктору класса, но и всем операциям над рациональными числами. Алгоритм нахождения общего делителя хорошо известен со времен Эвклида. Я приведу программный код метода без особых пояснений:
/// <summary> /// Закрытый метод класса. /// Возвращает наибольший общий делитель чисел a,b /// </summary> /// <param name="a">первое число</param> /// <param name="b">второе число, положительное</param> /// <returns>НОД(a,b)</returns> int nod(int m, int n) { int p=0; m=Math.Abs(m); n =Math.Abs(n); if(n>m){p=m; m=n; n=p;} do { p = m%n; m=n; n=p; }while (n!=0); return(m); }//nod
Жизненный цикл программной системы
Под "жизненным циклом" понимается период от замысла программного продукта до его "кончины". Обычно рассматриваются следующие фазы этого процесса:
Проектирование <-> Разработка <-> Развертывание и Сопровождение
Все это называется циклом, поскольку после каждой фазы возможен возврат к предыдущим этапам. В объектной технологии этот процесс является бесшовным, все этапы которого тесно переплетены. Не следует рассматривать его как однонаправленный - от проектирования к сопровождению. Чаще всего, ситуация обратная: уже существующая реализация системы, прошедшая сопровождение, и существующие библиотеки компонентов оказывают решающее влияние на то, какой будет новая система, каковы будут ее спецификации.
Вот некоторые типовые правила, характерные для процесса разработки ПО:
Уделяйте этапу проектирования самое пристальное внимание. Успех дела во многом определяется первым этапом. Нет смысла торопиться с переходом на последующие этапы, пока не составлены ясные и четкие спецификации. Ошибки этого этапа - самые дорогие и трудно исправляемые.Помните о тех, для кого разрабатывается программный продукт. Идите "в люди", чтобы понять, что нужно делать. Вместе с тем, не следует полностью полагаться на пользователей - их опыт консервативен, новые идеи могут часто приходить от разработчиков, а не от пользователей.Разработка не начинается "с нуля". Только используя уже готовые компоненты, можно своевременно создать новую систему. Работая над проектом, думайте о будущем, создавайте компоненты, допускающие их повторное использование в других проектах.Создавайте как можно раньше прототип своей системы и передавайте его пользователям в опытную эксплуатацию. Это поможет устранить множество недостатков и ошибок в заключительной версии программного продукта.Какие бы хорошие спецификации не были написаны, какими бы хорошими технологиями и инструментами не пользовались разработчики, какими бы профессионалами они ни были - этого еще не достаточно для успеха дела. Необходимым условием является управление проектом, наличие специальных средств управления. Но и этого не достаточно. Третьим важным фактором является существование команды. Коллектив разработчиков должен представлять собой единый коллектив. Умение работать в команде так же важно, как и профессиональные навыки разработчика.
Знакомство с классами пространства RegularExpressions
В данном пространстве расположено семейство из одного перечисления и восьми связанных между собой классов.
