🗊Презентация Интерфейсы. Общие сведения об интерфейсе

Интерфейсы

Общие сведения об интерфейсе Интерфейс является «крайним случаем» абстрактного класса. В нем задается набор абстрактных методов, свойств и индексаторов, которые должны быть реализованы в производных классах. Интерфейс определяет поведение, которое поддерживается реализующими этот интерфейс классами. Основная идея использования интерфейса состоит в том, чтобы к объектам таких классов можно было обращаться одинаковым образом. Каждый класс может определять элементы интерфейса по-своему. Так достигается полиморфизм: объекты разных классов по-разному реагируют на вызовы одного и того же метода. Синтаксис аналогичен синтаксису класса: [ атрибуты ] [ спецификаторы ] interface имя [ : предки ] тело_интерфейса [ ; ]

Общие сведения об интерфейсе Интерфейс может наследовать свойства нескольких интерфейсов, в этом случае предки перечисляются через запятую. Тело интерфейса составляют абстрактные методы, шаблоны свойств и индексаторов, а также события. Интерфейс не может содержать константы, поля, операции, конструкторы, деструкторы, типы и любые статические элементы. interface IAction { void Draw(); int Attack(int a); void Die(); int Power { get; } }

Интерфейсы или наследование классов? Если некий набор действий имеет смысл только для какой-то конкретной иерархии классов, реализующих эти действия разными способами, уместнее задать этот набор в виде виртуальных методов абстрактного базового класса иерархии. То, что работает в пределах иерархии одинаково, предпочтительно полностью определить в базовом классе. Интерфейсы чаще используются для задания общих свойств классов, относящихся к различным иерархиям.

Отличия интерфейса от абстрактного класса элементы интерфейса по умолчанию имеют спецификатор доступа public и не могут иметь спецификаторов, заданных явным образом; интерфейс не может содержать полей и обычных методов — все элементы интерфейса должны быть абстрактными; класс, в списке предков которого задается интерфейс, должен определять все его элементы, в то время как потомок абстрактного класса может не переопределять часть абстрактных методов предка (в этом случае производный класс также будет абстрактным); класс может иметь в списке предков несколько интерфейсов, при этом он должен определять все их методы.

Реализация интерфейса В C# поддерживается одиночное наследование для классов и множественное — для интерфейсов. Это позволяет придать производному классу свойства нескольких базовых интерфейсов, реализуя их по своему усмотрению. Сигнатуры методов в интерфейсе и реализации должны полностью совпадать. Для реализуемых элементов интерфейса в классе следует указывать спецификатор public. К этим элементам можно обращаться как через объект класса, так и через объект типа соответствующего интерфейса.

Пример interface Iaction { void Draw(); int Attack( int a ); void Die(); int Power { get; } } class Monster : IAction { public void Draw() { Console.WriteLine( "Здесь был " + name ); } public int Attack( int ammo_ ) { ammo -= ammo_; if ( ammo > 0 ) Console.WriteLine( "Ба-бах!" ); else ammo = 0; return ammo; } public void Die() { Console.WriteLine( "Monster " + name + " RIP" ); health = 0; } public int Power { get { return ammo * health; } }

Обращение к реализованному методу через объект типа интерфейса Удобство этого способа проявляется при присваивании объектам типа IAction ссылок на объекты различных классов, поддерживающих этот интерфейс. Например, есть метод с параметром типа интерфейса. На место этого параметра можно передавать любой объект, реализующий интерфейс: static void Act( IAction A ) { A.Draw(); } static void Main() { Monster Vasia = new Monster( 50, 50, "Вася" ); Act( Vasia ); ... }

Второй способ реализации интерфейса Явное указание имени интерфейса перед реализуемым элементом. Спецификаторы доступа не указываются. К таким элементам можно обращаться в программе только через объект типа интерфейса: class Monster : IAction { int IAction.Power { get{ return ammo * health;}} void IAction.Draw() { Console.WriteLine( "Здесь был " + name ); } } ... IAction Actor = new Monster( 10, 10, "Маша" ); Actor.Draw(); // обращение через объект типа интерфейса // Monster Vasia = new Monster( 50, 50, "Вася" ); // Vasia.Draw(); ошибка! При этом соответствующий метод не входит в интерфейс класса. Это позволяет упростить его в том случае, если какие-то элементы интерфейса не требуются конечному пользователю класса. Кроме того, этот способ позволяет избежать конфликтов при множественном наследовании

Пример Пусть класс Monster поддерживает два интерфейса: один для управления объектами, а другой для тестирования: interface Itest { void Draw(); } interface Iaction { void Draw(); int Attack( int a ); … } class Monster : IAction, Itest { void ITest.Draw() { Console.WriteLine( "Testing " + name ); } void IAction.Draw() { Console.WriteLine( "Здесь был " + name ); } ... } Оба интерфейса содержат метод Draw с одной и той же сигнатурой. Различать их помогает явное указание имени интерфейса. Обращаются к этим методам, используя операцию приведения типа: Monster Vasia = new Monster( 50, 50, "Вася" ); ((ITest)Vasia).Draw(); // результат: Здесь был Вася ((IAction)Vasia).Draw(); // результат: Testing Вася

Операция is При работе с объектом через объект типа интерфейса бывает необходимо убедиться, что объект поддерживает данный интерфейс. Проверка выполняется с помощью бинарной операции is. Она определяет, совместим ли текущий тип объекта, находящегося слева от ключевого слова is, с типом, заданным справа. Результат операции равен true, если объект можно преобразовать к заданному типу, и false в противном случае. Операция обычно используется в следующем контексте: if ( объект is тип ) { // выполнить преобразование "объекта" к "типу" // выполнить действия с преобразованным объектом }

Операция as Операция as выполняет преобразование к заданному типу, а если это невозможно, формирует результат null: static void Act( object A ) { IAction Actor = A as IAction; if ( Actor != null ) Actor.Draw(); } Обе рассмотренные операции применяются как к интерфейсам, так и к классам.

Интерфейсы и наследование Интерфейс может не иметь или иметь сколько угодно интерфейсов-предков, в последнем случае он наследует все элементы всех своих базовых интерфейсов, начиная с самого верхнего уровня. Базовые интерфейсы должны быть доступны в не меньшей степени, чем их потомки. Как и в обычной иерархии классов, базовые интерфейсы определяют общее поведение, а их потомки конкретизируют и дополняют его. В интерфейсе-потомке можно также указать элементы, переопределяющие унаследованные элементы с такой же сигнатурой. В этом случае перед элементом указывается ключевое слово new, как и в аналогичной ситуации в классах. С помощью этого слова соответствующий элемент базового интерфейса скрывается.

Пример переопределения interface IBase { void F( int i ); } interface Ileft : IBase { new void F( int i ); /* переопределение метода F */ } interface Iright : IBase { void G(); } interface Iderived : ILeft, IRight {} class A { void Test( IDerived d ) { d.F( 1 ); // Вызывается ILeft.F ((IBase)d).F( 1 ); // Вызывается IBase.F ((ILeft)d).F( 1 ); // Вызывается ILeft.F ((IRight)d).F( 1 ); // Вызывается IBase.F } } Метод F из интерфейса IBase скрыт интерфейсом ILeft, несмотря на то, что в цепочке IDerived — IRight — IBase он не переопределялся.

Особенности реализации интерфейсов Класс, реализующий интерфейс, должен определять все его элементы, в том числе унаследованные. Если при этом явно указывается имя интерфейса, оно должно ссылаться на тот интерфейс, в котором был описан соответствующий элемент. Интерфейс, на собственные или унаследованные элементы которого имеется явная ссылка, должен быть указан в списке предков класса. Класс наследует все методы своего предка, в том числе те, которые реализовывали интерфейсы. Он может переопределить эти методы с помощью спецификатора new, но обращаться к ним можно будет только через объект класса.

Стандартные интерфейсы .NET В библиотеке классов .NET определено множество стандартных интерфейсов, задающих желаемое поведение объектов. Например, интерфейс IComparable задает метод сравнения объектов на «больше-меньше», что позволяет выполнять их сортировку. Реализация интерфейсов IEnumerable и IEnumerator дает возможность просматривать содержимое объекта с помощью foreach, а реализация интерфейса ICloneable — клонировать объекты. Стандартные интерфейсы поддерживаются многими стандартными классами библиотеки. Например, работа с массивами с помощью foreach возможна оттого что тип Array реализует интерфейсы IEnumerable и IEnumerator. Можно создавать и собственные классы, поддерживающие стандартные интерфейсы, что позволит использовать объекты этих классов стандартными способами.

Сравнение объектов Интерфейс IComparable определен в пространстве имен System. Он содержит всего один метод CompareTo, возвращающий результат сравнения двух объектов — текущего и переданного ему в качестве параметра: interface IComparable { int CompareTo( object obj ) } Метод должен возвращать: 0, если текущий объект и параметр равны; отрицательное число, если текущий объект меньше параметра; положительное число, если текущий объект больше параметра.

Пример реализации интерфейса class Monster : IComparable { public int CompareTo( object obj ) // реализация интерфейса { Monster temp = (Monster) obj; if ( this.health > temp.health ) return 1; if ( this.health < temp.health ) return -1; return 0; } ... } class Class1 { static void Main() { const int n = 3; Monster[] stado = new Monster[n]; stado[0] = new Monster( 50, 50, "Вася" ); stado[1] = new Monster( 80, 80, "Петя" ); stado[2] = new Monster( 40, 10, "Маша" ); Array.Sort( stado ); // сортировка стала возможной }}

Параметризованные интерфейсы class Program { class Elem : IComparable<Elem> { string data; int key; ... public int CompareTo( Elem obj ) { return key - obj.key; } } static void Main(string[] args) { List<Elem> list = new List<Elem>(); for ( int i = 0; i < 10; ++i ) list.Add( new Elem() ); ... list.Sort(); ... } }

Клонирование объектов Клонирование — создание копии объекта. Копия объекта называется клоном.

Виды клонирования При присваивании одного объекта ссылочного типа другому копируется ссылка, а не сам объект (рис. а). Если необходимо скопировать в другую область памяти поля объекта, можно воспользоваться методом MemberwiseClone, который объект наследует от класса object. При этом объекты, на которые указывают поля объекта, в свою очередь являющиеся ссылками, не копируются (рис. б). Это называется поверхностным клонированием. Для создания полностью независимых объектов необходимо глубокое клонирование, когда в памяти создается дубликат всего дерева объектов (рис. в). Алгоритм глубокого клонирования весьма сложен, поскольку требует рекурсивного обхода всех ссылок объекта и отслеживания циклических зависимостей. Объект, имеющий собственные алгоритмы клонирования, должен объявляться как наследник интерфейса ICloneable и переопределять его единственный метод Clone.

Структуры

Определение структуры Структура — тип данных, аналогичный классу, отличия: является значимым, а не ссылочным типом данных; не может участвовать в иерархиях наследования, может только реализовывать интерфейсы; в структуре запрещено определять конструктор по умолчанию, поскольку он определен неявно и присваивает всем ее элементам нули соответствующего типа; в структуре запрещено определять деструкторы, поскольку это бессмысленно. Область применения структур: типы данных, имеющие небольшое количество полей, с которыми удобнее работать как со значениями, а не как со ссылками (снижаются накладные расходы на динамическое выделение памяти)

Синтаксис структуры [ атрибуты ] [ спецификаторы ] struct имя_структуры [ : интерфейсы ] тело_структуры [ ; ] Спецификаторы доступа - public, internal и private (последний — только для вложенных структур). Интерфейсы, реализуемые структурой, перечисляются через запятую. Тело структуры может состоять из констант, полей, методов, свойств, событий, индексаторов, операций, конструкторов и вложенных типов.

Пример структуры struct Complex { public double re, im; public Complex( double re_, double im_ ) { re = re_; im = im_; } public static Complex operator + ( Complex a, Complex b ) { return new Complex( a.re + b.re, a.im + b.im ); } public override string ToString() { return ( string.Format( "({0,2:0.##}; {1,2:0.##})", re, im ) ); } } class Class1 { static void Main() { Complex a = new Complex( 1.2345, 5.6 ); Console.WriteLine( "a = " + a ); Complex [] mas = new Complex[4]; … }}

Описание элементов структур поскольку структуры не могут участвовать в иерархиях, для их элементов не могут использоваться спецификаторы protected и protected internal; структуры не могут быть абстрактными (abstract), к тому же по умолчанию они бесплодны (sealed); методы структур не могут быть абстрактными и виртуальными; переопределяться (то есть описываться со спецификатором override) могут только методы, унаследованные от базового класса object; параметр this интерпретируется как значение, поэтому его можно использовать для ссылок, но не для присваивания; при описании структуры нельзя задавать значения полей по умолчанию.

Перечисления

Определение перечисления Перечисление – набор связанных констант: enum Menu { Read, Write, Append, Exit }; enum Радуга { Красный, Оранжевый, Желтый, Зеленый, Синий, Фиолетовый }; enum Nums { two = 2, three, four, ten = 10, eleven, fifty = ten + 40 }; enum Flags : byte { b0, b1, b2, b3 = 0x04, b4 = 0x08, b5 = 0x10, b6 = 0x20, b7 = 0x40 }; Имена перечисляемых констант внутри каждого перечисления должны быть уникальными, а значения могут совпадать. Все перечисления являются потомками базового класса System.Enum

Преимущества перечислений перед описанием именованных констант: связанные константы нагляднее; компилятор выполняет проверку типов; интегрированная среда разработки подсказывает возможные значения констант. С переменными перечисляемого типа можно выполнять: арифметические операции (+, –, ++, ––), логические поразрядные операции (^, &, |, ~), сравнения (<, <=, >, >=, ==, !=) получать размер в байтах (sizeof).

При использовании переменных перечисляемого типа в целочисленных выражениях и операциях присваивания требуется явное преобразование типа. Переменной перечисляемого типа можно присвоить любое значение, представимое с помощью базового типа. enum Flags : byte { b0, b1, b2, b3 = 0x04, b4 = 0x08, b5 = 0x10, b6 = 0x20, b7 = 0x40 }; Flags a = Flags.b2 | Flags.b4; ++a; int x = (int) a; Flags b = (Flags) 65;

Делегаты

Определение делегата Делегат — это вид класса, предназначенный для хранения ссылок на методы. Делегат, как и любой другой класс, можно передать в качестве параметра, а затем вызвать инкапсулированный в нем метод. Делегаты используются для поддержки событий, а также как самостоятельная конструкция языка. Описание делегата задает сигнатуру методов, которые могут быть вызваны с его помощью: [ атрибуты ] [ спецификаторы ] delegate тип имя([ параметры ]) Пример описания делегата: public delegate void D ( int i ); Базовым классом делегата является класс System.Delegate

Использование делегатов Делегаты применяются в основном для следующих целей: получения возможности определять вызываемый метод не при компиляции, а динамически во время выполнения программы; обеспечения связи между объектами по типу «источник — наблюдатель»; создания универсальных методов, в которые можно передавать другие методы (поддержки механизма обратных вызовов).

Обратный вызов (callback)

Передача делегата через список параметров namespace ConsoleApplication1 { public delegate double Fun( double x ); // объявление делегата class Class1 { public static void Table( Fun F, double x, double b ) { Console.WriteLine( " ----- X ----- Y -----" ); while (x <= b) { Console.WriteLine( "| {0,8} | {1,8} |", x, F(x)); x += 1; } } public static double Simple( double x ) { return 1; } static void Main() { Table( Simple, 0, 3 ); Table( Math.Sin, -2, 2 ); // new Fun(Math.Sin) Table( delegate (double x ){ return 1; }, 0, 3 ); }}}

Операции Делегаты можно сравнивать на равенство и неравенство. Два делегата равны, если они оба не содержат ссылок на методы или если они содержат ссылки на одни и те же методы в одном и том же порядке. С делегатами одного типа можно выполнять операции простого и сложного присваивания. Делегат, как и строка string, является неизменяемым типом данных, поэтому при любом изменении создается новый экземпляр, а старый впоследствии удаляется сборщиком мусора. Использование делегата имеет тот же синтаксис, что и вызов метода. Если делегат хранит ссылки на несколько методов, они вызываются последовательно в том порядке, в котором были добавлены в делегат.

События

Определение события Событие — элемент класса, позволяющий ему посылать другим объектам (наблюдателям) уведомления об изменении своего состояния. Чтобы стать наблюдателем, объект должен иметь обработчик события и зарегистрировать его в объекте-источнике

Пример class Subj { // -------------- Класс-источник события --------------------- public event EventHandler Oops; // Описание события станд. типа public void CryOops() { // Метод, инициирующий событие Console.WriteLine( "OOPS!" ); if ( Oops != null ) Oops( this, null ); } } class Obs { // --------------- Класс-наблюдатель -------------------------- public void OnOops( object sender, EventArgs e ) { // Обработчик соб-я Console.WriteLine( «Оййй!" ); } } class Class1 { static void Main() { Subj s = new Subj(); Obs o1 = new Obs(); Obs o2 = new Obs(); s.Oops += o1.OnOops; // регистрация обработчика s.Oops += o2.OnOops; // регистрация обработчика s.CryOops(); } }

Механизм событий События построены на основе делегатов: с помощью делегатов вызываются методы-обработчики событий. Поэтому создание события в классе состоит из следующих частей: описание делегата, задающего сигнатуру обработчиков событий; описание события; описание метода (методов), инициирующих событие. Синтаксис события: [ атрибуты ] [ спецификаторы ] event тип имя

Пример public delegate void Del( object o ); // объявление делегата class A { public event Del Oops; // объявление события ... }

Обработка событий выполняется в классах-получателях сообщения. Для этого в них описываются методы-обработчики событий, сигнатура которых соответствует типу делегата. Каждый объект (не класс!), желающий получать сообщение, должен зарегистрировать в объекте-отправителе этот метод. Событие — это удобная абстракция для программиста. На самом деле оно состоит из закрытого статического класса, в котором создается экземпляр делегата, и двух методов, предназначенных для добавления и удаления обработчика из списка этого делегата. Внешний код может работать с событиями единственным образом: добавлять обработчики в список или удалять их, поскольку вне класса могут использоваться только операции += и -=. Тип результата этих операций — void, в отличие от операций сложного присваивания для арифметических типов. Иного способа доступа к списку обработчиков нет.

Пример public delegate void Del(); // объявление делегата class Subj // класс-источник { public event Del Oops; // объявление события public void CryOops() // метод, инициирующий событие { Console.WriteLine( "OOPS!" ); if ( Oops != null ) Oops(); } } class ObsA // класс-наблюдатель { public void Do(); // реакция на событие источника { Console.WriteLine( "Вижу, что OOPS!" ); } } class ObsB // класс-наблюдатель { public static void See() // реакция на событие источника { Console.WriteLine( "Я тоже вижу, что OOPS!" ); } }

class Class1 { static void Main() { Subj s = new Subj(); // объект класса-источника ObsA o1 = new ObsA(); // объекты ObsA o2 = new ObsA(); // класса-наблюдателя s.Oops += new Del( o1.Do ); // добавление s.Oops += new Del( o2.Do ); // обработчиков s.Oops += new Del( ObsB.See ); // к событию s.CryOops(); // инициирование события } }

Еще немного про делегаты и события Делегат можно вызвать асинхронно (в отдельном потоке), при этом в исходном потоке можно продолжать вычисления. Анонимный делегат (без создания класса-наблюдателя): s.Oops += delegate ( object sender, EventArgs e ) { Console.WriteLine( "Я с вами!" ); }; Делегаты и события обеспечивают гибкое взаимодействие взаимосвязанных объектов, позволяющее поддерживать их согласованное состояние. События включены во многие стандартные классы .NET, например, в классы пространства имен Windows.Forms, используемые для разработки Windows-приложений.