🗊Презентация Курс «С#. Программирование на языке высокого уровня». Интерфейсы. Контейнерные классы. Лекция 9

Курс «С#. Программирование на языке высокого уровня» Павловская Т.А.

Лекция 9. Интерфейсы. Контейнерные классы Описание и использование интерфейсов. Применение стандартных интерфейсов .NET для сравнения, перебора, сортировки и клонирования объектов. Понятие контейнера (коллекции). Использование стандартных коллекций .NET.

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 интерфейса аналогичен синтаксису класса: [ атрибуты ] [ спецификаторы ] interface имя [ : предки ] тело_интерфейса [ ; ]

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; } }

Область применения интерфейсов 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 же чаще используются для задания общих свойств объектов различных иерархий.

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 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.

Интерфейс IComparable

Интерфейс IComparer

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.

Клонирование объектов. Интерфейс ICloneable

Интерфейс ICloneable

Поверхностное клонирование

Глубокое клонирование