🗊Презентация Классы: основные понятия

Классы: основные понятия Основные элементы класса: поля, методы, конструкторы, свойства. Виды параметров методов.

Понятие объекта В реальном мире каждый предмет или процесс обладает набором статических и динамических характеристик (свойствами и поведением). Поведение объекта зависит от его состояния и внешних воздействий. Понятие объекта в программе совпадает с обыденным смыслом этого слова: объект представляется как совокупность данных, характеризующих его состояние, и функций их обработки, моделирующих его поведение. Вызов функции на выполнение часто называют посылкой сообщения объекту. При создании объектно-ориентированной программы предметная область представляется в виде совокупности объектов. Выполнение программы состоит в том, что объекты обмениваются сообщениями.

Абстрагирование и инкапсуляция При представлении реального объекта с помощью программного необходимо выделить в первом его существенные особенности и игнорировать несущественные. Это называется абстрагированием. Таким образом, программный объект — это абстракция. Детали реализации объекта скрыты, он используется через его интерфейс — совокупность правил доступа. Скрытие деталей реализации называется инкапсуляцией. Это позволяет представить программу в укрупненном виде — на уровне объектов и их взаимосвязей, а следовательно, управлять большим объемом информации. Итак, объект — это инкапсулированная абстракция с четко определенным интерфейсом.

Наследование Важное значение имеет возможность многократного использования кода. Для объекта можно определить наследников, корректирующих или дополняющих его поведение. Наследование применяется для: исключения из программы повторяющихся фрагментов кода; упрощения модификации программы; упрощения создания новых программ на основе существующих. Благодаря наследованию появляется возможность использовать объекты, исходный код которых недоступен, но в которые требуется внести изменения. Наследование позволяет создавать иерархии объектов. Иерархия представляется в виде дерева, в котором более общие объекты располагаются ближе к корню, а более специализированные — на ветвях и листьях.

Полиморфизм ООП позволяет писать гибкие, расширяемые и читабельные программы. Во многом это обеспечивается благодаря полиморфизму, под которым понимается возможность во время выполнения программы с помощью одного и того же имени выполнять разные действия или обращаться к объектам разного типа. Чаще всего понятие полиморфизма связывают с механизмом виртуальных методов.

Достоинства ООП использование при программировании понятий, близких к предметной области; возможность успешно управлять большими объемами исходного кода благодаря инкапсуляции, то есть скрытию деталей реализации объектов и упрощению структуры программы; возможность многократного использования кода за счет наследования; сравнительно простая возможность модификации программ; возможность создания и использования библиотек объектов.

Недостатки ООП некоторое снижение быстродействия программы, связанное с использованием виртуальных методов; идеи ООП не просты для понимания и в особенности для практического использования; для эффективного использования существующих объектно-ориентированных систем требуется большой объем первоначальных знаний; неграмотное применение ООП может привести к значительному ухудшению характеристик разрабатываемой программы.

Технология разработки ОО программ В процесс проектирования добавляется еще один этап - разработка иерархии классов. в предметной области выделяются понятия, которые можно использовать как классы. Кроме классов из прикладной области, появляются классы, связанные с аппаратной частью и реализацией определяются операции над классами, которые впоследствии станут методами класса. Их можно разбить на группы: - связанные с конструированем и копированем объектов - для поддержки связей между классами, которые существуют в прикладной области - позволяющие представить работу с объектами в удобном виде. Определяются функции, которые будут виртуальными. Определяются зависимости между классами. Процесс создания иерархии классов - итерационный. Например, можно в двух классах выделить общую часть в базовый класс и сделать их производными.

Понятие класса Класс является типом данных, определяемым пользователем. Он должен представлять собой одну логическую сущность, например, являться моделью реального объекта или процесса. Элементами класса являются данные и функции, предназначенные для их обработки. Все классы .NET имеют общего предка — класс object, и организованы в единую иерархическую структуру. Внутри нее классы логически сгруппированы в пространства имен, которые служат для упорядочивания имен классов и предотвращения конфликтов имен: в разных пространствах имена могут совпадать. Пространства имен могут быть вложенными. Любая программа использует пространство имен System.

Описание класса [ атрибуты ] [ спецификаторы ] class имя_класса [ : предки ] тело_класса Имя класса задается по общим правилам. Тело класса — список описаний его элементов, заключенный в фигурные скобки. Атрибуты задают дополнительную информацию о классе. Спецификаторы определяют свойства класса, а также доступность класса для других элементов программы. Простейший пример описания класса: class Demo {} // пустой класс

Сквозной пример класса class Monster { public Monster() // конструктор { this.name = "Noname"; this.health = 100; this.ammo = 100; } public Monster( string name ) : this() { this.name = name; } public Monster( int health, int ammo, string name ) { this.name = name; this.health = health; this.ammo = ammo; } public int GetName() // метод { return name; } public int GetAmmo() // метод { return ammo;}

Спецификаторы класса

Элементы класса

Описание объекта (экземпляра) Класс является обобщенным понятием, определяющим характеристики и поведение множества конкретных объектов этого класса, называемых экземплярами (объектами) класса. Объекты создаются явным или неявным образом (либо программистом, либо системой). Программист создает экземпляр класса с помощью операции new: Demo a = new Demo(); Demo b = new Demo(); Для каждого объекта при его создании в памяти выделяется отдельная область для хранения его данных. Кроме того, в классе могут присутствовать статические элементы, которые существуют в единственном экземпляре для всех объектов класса. Функциональные элементы класса всегда хранятся в единственном экземпляре.

Пример создания объектов (экземпляров) class Monster { ... } class Class1 { static void Main() { Monster X = new Monster(); X.Passport(); Monster Vasia = new Monster( "Vasia" ); Vasia.Passport(); Monster Masha = new Monster( 200, 200, "Masha" ); Сonsole.Writeline(Masha); } }

Присваивание и сравнение объектов b = c Величины ссылочного типа равны, если они ссылаются на одни и те же данные (b == c, но a != b даже при равенстве их значений или если обе ссылки равны null).

Данные: поля и константы Данные, содержащиеся в классе, могут быть переменными или константами. Переменные, описанные в классе, называются полями класса. При описании полей можно указывать атрибуты и спецификаторы, задающие различные характеристики элементов: [ атрибуты ] [ спецификаторы ] [ const ] тип имя [ = начальное_значение ] Все поля сначала автоматически инициализируются нулем соответствующего типа (например, полям типа int присваивается 0, а ссылкам на объекты — значение null). После этого полю присваивается значение, заданное при его явной инициализации.

Пример класса using System; namespace CA1 { class Demo { public int a = 1; // поле данных public const double c = 1.66; // константа public static string s = "Demo"; // статическое поле класса double y; // закрытое поле данных } class Class1 { static void Main() { Demo x = new Demo(); // создание экземпляра класса Demo Console.WriteLine( x.a ); // x.a - обращение к полю класса Console.WriteLine( Demo.c ); // Demo.c - обращение к константе Console.WriteLine( Demo.s ); // обращение к статическому полю }}}

Спецификаторы полей и констант класса

Методы Метод — функциональный элемент класса, реализующий вычисления или другие действия. Методы определяют поведение класса и составляют его интерфейс. Метод — законченный фрагмент кода, к которому можно обратиться по имени. Он описывается один раз, а вызываться может столько раз, сколько необходимо. Один и тот же метод может обрабатывать различные данные, переданные ему в качестве аргументов.

Синтаксис метода [ атрибуты ] [ спецификаторы ] тип имя_метода ( [ параметры ] ) тело_метода Спецификаторы: new, public, protected, internal, protected internal, private, static, virtual, sealed, override, abstract, extern. Метод класса имеет непосредственный доступ к его полям. Пример: class Demo { double y; // закрытое поле класса public void Sety( double z ) { // открытый метод класса y = z; } } … Demo x = new Demo(); // где-то в методе другого класса x.Sety(3.12); … // вызов метода

Примеры методов public void Sety(double z) { y = z; } public double Gety() { return y; }

Параметры методов Параметры определяют множество значений аргументов, которые можно передавать в метод. Список аргументов при вызове как бы накладывается на список параметров, поэтому они должны попарно соответствовать друг другу. Для каждого параметра должны задаваться его тип, имя и, возможно, вид параметра. Имя метода вкупе с количеством, типами и спецификаторами его параметров представляет собой сигнатуру метода — то, по чему один метод отличают от других. В классе не должно быть методов с одинаковыми сигнатурами. Метод, описанный со спецификатором static, должен обращаться только к статическим полям класса. Статический метод вызывается через имя класса, а обычный — через имя экземпляра.

Пример class Demo { public int a = 1; public const double c = 1.66; static string s = "Demo"; double y; public double Gety() { return y; } // метод получения y public void Sety( double y_ ){ y = y_; } // метод установки y public static string Gets() { return s; } // метод получения s } class Class1 { static void Main() { Demo x = new Demo(); x.Sety(0.12); // вызов метода установки y Console.WriteLine(x.Gety()); // вызов метода получения y Console.WriteLine(Demo.Gets()); // вызов метода получения s // Console.WriteLine(Gets()); // вариант вызова из того же }} // класса

Вызов метода Вычисляются выражения, стоящие на месте аргументов. Выделяется память под параметры метода. Каждому из параметров сопоставляется соответствующий аргумент. При этом проверяется соответствие типов аргументов и параметров и при необходимости выполняется их преобразование. При несоответствии типов выдается диагностическое сообщение. Выполняется тело метода. Если метод возвращает значение, оно передается в точку вызова; если метод имеет тип void, управление передается на оператор, следующий после вызова.

Пример передачи параметров class Class1 { static int Max(int a, int b) // выбор макс. значения { if ( a > b ) return a; else return b; } static void Main() { int a = 2, b = 4; int x = Max( a, b ); // вызов метода Max Console.WriteLine( x ); // результат: 4 short t1 = 3, t2 = 4; int y = Max( t1, t2 ); // пар-ры совместимого типа Console.WriteLine( y ); // результат: 4 int z = Max( a + t1, t1 / 2 * b ); // выражения Console.WriteLine( z ); // результат: 5 }}

Способы передачи параметров и их типы Способы передачи параметров: по значению и по ссылке. При передаче по значению метод получает копии значений аргументов, и операторы метода работают с этими копиями. При передаче по ссылке (по адресу) метод получает копии адресов аргументов и осуществляет доступ к аргументам по этим адресам. В С# четыре типа параметров: параметры-значения; параметры-ссылки (ref); выходные параметры (out); параметры-массивы (params). Ключевое слово предшествует описанию типа параметра. Если оно опущено, параметр считается параметром-значением. Пример: public int Calculate( int a, ref int b, out int c, params int[] d ) …

Пример: параметры-значения и ссылки ref using System; namespace ConsoleApplication1 { class Class1 { static void P( int a, ref int b ) { a = 44; b = 33; Console.WriteLine( "внутри метода {0} {1}", a, b ); } static void Main() { int a = 2, b = 4; Console.WriteLine( "до вызова {0} {1}", a, b ); P( a, ref b ); Console.WriteLine( "после вызова {0} {1}", a, b ); }}}

Пример: выходные параметры out using System; namespace ConsoleApplication1 { class Class1 { static void P( int x, out int y ) { x = 44; y = 33; Console.WriteLine( "внутри метода {0} {1}", x, y ); } static void Main() { int a = 2, b; // инициализация b не требуется P( a, out b ); Console.WriteLine( "после вызова {0} {1}", a, b ); }}}

Правила применения параметров Для параметров-значений используется передача по значению. Этот способ применяется для исходных данных метода. При вызове метода на месте параметра, передаваемого по значению, может находиться выражение (а также его частные случаи — переменная или константа). Должно существовать неявное преобразование типа выражения к типу параметра. Параметры-ссылки и выходные параметры передаются по адресу. Этот способ применяется для передачи побочных результатов метода. При вызове метода на месте параметра-ссылки ref может находиться только имя инициализированной переменной точно того же типа. Перед именем параметра указывается ключевое слово ref. При вызове метода на месте выходного параметра out может находиться только имя переменной точно того же типа. Ее инициализация не требуется. Перед именем параметра указывается ключевое слово out.

Ключевое слово this Чтобы обеспечить работу метода с полями того объекта, для которого он был вызван, в метод автоматически передается скрытый параметр this, в котором хранится ссылка на вызвавший функцию объект.

Использование явного this В явном виде параметр this применяется: // чтобы возвратить из метода ссылку на вызвавший объект: class Demo { double y; public Demo T() { return this; } // для идентификации поля, если его имя совпадает с именем // параметра метода: public void Sety( double y ) { this.y = y; } }

Конструкторы Конструктор предназначен для инициализации объекта. Он вызывается автоматически при создании объекта класса с помощью операции new. Имя конструктора совпадает с именем класса. Свойства конструкторов: Конструктор не возвращает значение, даже типа void. Класс может иметь несколько конструкторов с разными параметрами для разных видов инициализации. Если программист не указал ни одного конструктора или какие-то поля не были инициализированы, полям значимых типов присваивается нуль, полям ссылочных типов — значение null. Конструктор, вызываемый без параметров, называется конструктором по умолчанию.

Пример класса с конструктором class Demo { public Demo( int a, double y ) // конструктор { this.a = a; this.y = y; } int a; double y; } class Class1 { static void Main() { Demo a = new Demo( 300, 0.002 ); // вызов конструктора Demo b = new Demo( 1, 5.71 ); // вызов конструктора … } }

Пример класса с двумя конструкторами class Demo { public Demo( int a ) // конструктор 1 { this.a = a; this.y = 0.002; } public Demo( double y ) // конструктор 2 { this.a = 1; this.y = y; } ... } ... Demo x = new Demo( 300 ); // вызов конструктора 1 Demo y = new Demo( 5.71 ); // вызов конструктора 2

Сквозной пример класса class Monster { public Monster() // конструктор { this.name = "Noname"; this.health = 100; this.ammo = 100; } public Monster( string name ) : this() { this.name = name; } public Monster( int health, int ammo, string name ) { this.name = name; this.health = health; this.ammo = ammo; } public int GetName() // метод { return name; } public int GetAmmo() // метод { return ammo;}

Свойства Свойства служат для организации доступа к полям класса. Как правило, свойство определяет методы доступа к закрытому полю. Синтаксис свойства: [ спецификаторы ] тип имя_свойства { [ get код_доступа ] [ set код_доступа ] } При обращении к свойству автоматически вызываются указанные в нем блоки чтения (get) и установки (set). Может отсутствовать либо часть get, либо set, но не обе одновременно. Если отсутствует часть set, свойство доступно только для чтения (read-only), если отсутствует get - только для записи (write-only).

Пример описания свойств public class Button: Control { private string caption; // поле, с которым связано свойство public string Caption { // свойство get { return caption; } // способ получения свойства set // способ установки свойства { if (caption != value) { caption = value; } }} ...

Сквозной пример класса class Monster { public Monster() // конструктор { this.name = "Noname"; this.health = 100; this.ammo = 100; } public Monster( string name ) : this() { this.name = name; } public Monster( int health, int ammo, string name ) { this.name = name; this.health = health; this.ammo = ammo; } public int GetName() // метод { return name; } public int GetAmmo() // метод { return ammo;}

Рекурсивные методы

Характеристики рекурсии

Перегрузка методов

Операции класса

Общие правила описания операций класса

Унарные операции

Пример унарной операции класса

Бинарные операции

Пример бинарных операций класса

Операции преобразования типа

Применение операций преобразования