программирование. Руководство su P# a n Reference в herbert schildt полное руководство с 0 герберт шилдт
 Скачать 3.32 Mb.
|
|
ГЛАВА 18 Обобщения Эта глава посвящена обобщениям – одному из самых сложных и эффективных средств С#. Любопытно, что обобщения не вошли в первоначальную версию 1.0 и появились лишь в версии 2. 0, но теперь они являются неотъемлемой частью языка С#. Не будет преувеличением сказать, что внедрение обобщений коренным образом изменило характер С#. Это нововведение не только означало появление нового элемента синтаксиса данного языка, но и открыло новые возможности для внесения многочисленных изменений и обновлений в библиотеку классов. И хотя после внедрения обобщений прошло уже несколько лет, последствия этого важного шага до сих пор сказываются на развитии C# как языка программирования. Обобщения как языковое средство очень важны потому, что они позволяют создавать классы, структуры, интерфейсы, методы и делегаты для обработки разнотипных данных с соблюдением типовой безопасности. Как вам должно быть известно, многие алгоритмы очень похожи по своей логике независимо от типа данных, к которым они применяются. Например, механизм, поддерживающий очередь, остается одинаковым независимо от того, предназначена ли очередь для хранения элементов типа int, string, object или для класса, определяемого пользователем. До появления обобщений для обработки данных разных типов приходилось создавать различные варианты одного и того же алгоритма. А благодаря обобщениям можно сначала выработать единое решение независимо от конкретного типа данных, а затем применить его к обработке данных самых разных типов без каких‑либо дополнительных усилий. В этой главе описываются синтаксис, теория и практика применения обобщений, а также показывается, каким образом обобщения обеспечивают типовую безопасность в ряде случаев, которые раньше считались сложными. После прочтения настоящей главы у вас невольно возникнет желание ознакомиться с материалом главы 25, посвященной коллекциям, так как в ней приведено немало примеров применения обобщений в классах обобщенных коллекций. Что такое обобщения Термин обобщение , по существу, означает параметризированный тип. Особая роль параметризированных типов состоит в том, что они позволяют создавать классы, структуры, интерфейсы, методы и делегаты, в которых обрабатываемые данные указываются в виде параметра. С помощью обобщений можно, например, создать единый класс, который автоматически становится пригодным для обработки разнотипных данных. Класс, структура, интерфейс, метод или делегат, оперирующий параметри‑зированным типом данных, называется обобщенным, как, например, обобщенный класс или обобщенный метод. Следует особо подчеркнуть, что в C# всегда имелась возможность создавать обобщенный код, оперируя ссылками типа object. А поскольку класс object является базовым для всех остальных классов, то по ссылке типа object можно обращаться к объекту любого типа. Таким образом, до появления обобщений для оперирования разнотипными объектами в программах служил обобщенный код, в котором для этой цели использовались ссылки типа object. Но дело в том, что в таком коде трудно было соблюсти типовую безопасность, поскольку для преобразования типа ob j ect в конкретный тип данных требовалось приведение типов. А это служило потенциальным источником ошибок из‑за того, что приведение типов могло быть неумышленно выгколнено неверно. Это затруднение позволяют преодолеть обобщения, обеспечивая типовую безопасность, которой раньше так недоставало. Кроме того, обобщения упрощают весь процесс, поскольку исключают необходимость выполнять приведение типов для преобразования объекта или другого типа обрабатываемых данных. Таким образом, обобщения расширяют возможности повторного использования кода и позволяют делать это надежно и просто. ПРИМЕЧАНИЕ Программирующим на C++ и Java необходимо иметь в виду, что обобщения в C# не следует путать с шаблонами в C++ и обобщениями в Java, поскольку это разные, хотя и похожие средства. В действительности между этими тремя подходами к реализации обобщений существуют коренные различия. Если вы имеете некоторый опыт программирования на C++ или Java, то постарайтесь на основании этого опыта не делать никаких далеко идущих выводов о том, как обобщения'действуют в С#. Простой пример обобщений Начнем рассмотрение обобщений с простого примера обобщенного класса. В приведенной ниже программе определяются два класса. Первым из них является обобщенный класс Gen, вторым – класс Generics Demo, в котором используется класс Gen. // Простой пример обобщенного класса, using System; //В приведенном ниже классе Gen параметр типа Т заменяется // реальным типом данных при создании объекта типа Gen. class Gen Т ob; // объявить переменную типа Т // Обратите внимание на то, что у этого конструктора имеется параметр типа public Gen(T о) { ob = о; } // Возвратить переменную экземпляра ob, которая относится к типу Т. public Т GetObO { return ob; } // Показать тип Т. public void ShowTypeO { Console.WriteLine("К типу T относится " + typeof (Т)); } } // Продемонстрировать применение обобщенного класса, class GenericsDemo { static void Main() { // Создать переменную ссылки на объект Gen типа int. Gen // Создать объект типа Gen // Показать тип данных, хранящихся в переменной iOb. iOb.ShowType(); // Получить значение переменной iOb. int v = iOb.GetOb(); Console.WriteLine("Значение: " + v) ; Console.WriteLine(); // Создать объект типа Gen для строк. Gen // Показать тип данных, хранящихся в переменной strOb. strOb.ShowType(); // Получить значение переменной strOb. string str = strOb.GetOb (); Console.WriteLine("Значение: " + str); Эта программа дает следующий результат. К типу Т относится' System.Int32 Значение: 102 К типу Т относится System.String Значение: Обобщения повышают эффективность. Внимательно проанализируем эту программу. Прежде всего обратите внимание на объявление класса Gen в приведенной ниже строке кода: class Gen где Т – это имя параметра типа. Это имя служит в качестве метки‑заполнителя конкретного типа, который указывается при создании объекта класса Gen. Следовательно, имя Т используется в классе Gen всякий раз, когда требуется параметр типа. Обратите внимание на то, что имя Т заключается в угловые скобки (< >). Этот синтаксис можно обобщить: всякий раз, когда объявляется параметр типа, он указывается в угловых скобках. А поскольку параметр типа используется в классе Gen, то такой класс считается обобщенным. В объявлении класса Gen можно указывать любое имя параметра типа, но по традиции выбирается имя Т. К числу других наиболее употребительных имен параметров типа относятся V и Е. Вы, конечно, вольны использовать и более описательные имена, например TValue или ТКеу. Но в этом случае первой в имени параметра типа принято указывать прописную букву Т. Далее имя Т используется для объявления переменной ob, как показано в следующей строке кода. Т ob; // объявить переменную типа Т Как пояснялось выше, имя параметра типа Т служит меткой‑заполнителем конкретного типа, указываемого при создании объекта класса Gen. Поэтому переменная ob будет иметь тип, привязываемый к Т при получении экземпляра объекта класса Gen. Так, если вместо Т указывается тип string, то в экземпляре данного объекта переменная ob будет иметь тип string. А теперь рассмотрим конструктор класса Gen. public Gen(T о) { ob = о; } Как видите, параметр о этого конструктора относится к типу Т. Это означает, что конкретный тип параметра о определяется типом, привязываемым к Т при создании объекта класса Gen. А поскольку параметр о и переменная экземпляра ob относятся к типу Т, то после создания объекта класса Gen их конкретный тип окажется одним и тем же. С помощью параметра типа Т можно также указывать тип, возвращаемый методом, как показано ниже на примере метода GetOb (). public Т GetOb() { return ob; } Переменная ob также относится к типу Т, поэтому ее тип совпадает с типом, возвращаемым методом GetOb (). Метод ShowType () отображает тип параметра Т, передавая его оператору typeof. Но поскольку реальный тип подставляется вместо Т при создании объекта класса Gen, то оператор typeof получит необходимую информацию о конкретном типе. В классе Generics Demo демонстрируется применение обобщенного класса Gen. Сначала в нем создается вариант класса Gen для типа int. Gen Внимательно проанализируем это объявление. Прежде всего обратите внимание на то, что тип int указывается в угловых скобках после имени класса Gen. В этом случае int служит аргументом типа, привязанным к параметру типа Т в классе Gen. В данном объявлении создается вариант класса Gen, в котором тип Т заменяется типом int везде, где он встречается. Следовательно, после этого объявления int становится типом переменной ob и возвращаемым типом метода GetOb (). В следующей строке кода переменной iOb присваивается ссылка на экземпляр объекта класса Gen для варианта типа int. iOb = new Gen Обратите внимание на то, что при вызове конструктора класса Gen указывается также аргумент типа int. Это необходимо потому, что переменная (в данном случае – iOb), которой присваивается ссылка, относится к типу Gen iOb = new Gen Переменная iOb относится к типу Gen Затем в программе отображается тип переменной ob в объекте iOb – тип System. Int 32. Это структура .NET, соответствующая типу int. Далее значение переменной ob получается в следующей строке кода. int v = iOb.GetOb (); Возвращаемым для метода GetOb () является тип Т, который был заменен на тип int при объявлении переменной iOb, и поэтому метод GetOb () возвращает значение того же типа int. Следовательно, данное значение может быть присвоено переменной v типа int. Далее в классе GenericsDemo объявляется объект типа Gen Gen В этом объявлении указывается аргумент типа string, поэтому в объекте класса Gen вместо Т подставляется тип string. В итоге создается вариант класса Gen для типа string, как демонстрируют остальные строки кода рассматриваемой здесь программы. Прежде чем продолжить изложение, следует дать определение некоторым терминам. Когда для класса Gen указывается аргумент типа, например int или string, то создается так называемый в C# закрыто сконструированный тип. В частности, Gen В C# чаще определяются такие понятия, как открытый и закрытый типы. Открытым типом считается такой параметр типа или любой обобщенный тип, для которого аргумент типа является параметром типа или же включает его в себя. А любой тип, не относящийся к открытому, считается закрытым. Сконструированным типом считается такой обобщенный тип, для которого предоставлены все аргументы типов. Если все эти аргументы относятся к закрытым типам, то такой тип считается закрыто сконструированным. А если один или несколько аргументов типа относятся к открытым типам, то такой тип считается открыто сконструированным. Различение обобщенных типов по аргументам типа Что касается обобщенных типов, то следует иметь в виду, что ссылка на один конкретный вариант обобщенного типа не совпадает по типу с другим вариантом того же самого обобщенного типа. Так, если ввести в приведенную выше программу следующую строку кода, то она не будет скомпилирована. iOb = strOb; // Неверно! Несмотря на то что обе переменные, iOb и strOb, относятся к типу Gen Повышение типовой безопасности с помощью обобщений В связи с изложенным выше возникает следующий резонный вопрос: если аналогичные функциональные возможности обобщенного класса Gen можно получить и без обобщений, просто указав объект как тип данных и выполнив надлежащее приведение типов, то какая польза от того, что класс Gen делается обобщенным? Ответ на этот вопрос заключается в том, что обобщения автоматически обеспечивают типовую безопасность всех операций, затрагивающих класс Gen. В ходе выполнения этих операций обобщения исключают необходимость обращаться к приведению типов и проверять соответствие типов в коде вручную. Для того чтобы стали более понятными преимущества обобщений, рассмотрим сначала программу, в которой создается необобщенный аналог класса Gen. // Класс NonGen является полным функциональным аналогом // класса Gen, но без обобщений. using System; , class NonGen { object ob; // переменная ob теперь относится к типу object // Передать конструктору ссылку на объект типа object, public NonGen(object о) { ob = о; } // Возвратить объект типа object, public object GetOb() { return ob; } // Показать тип переменной ob. public void ShowTypeO { Console.WriteLine("Тип переменной ob: " + ob.GetType()); } } // Продемонстрировать применение необобщенного класса, class NonGenDemo { static void Main() { NonGen iOb; // Создать•объект класса NonGen. iOb = new NonGen(102); // Показать тип данных, хранящихся в переменной iOb. iOb.ShowType(); // Получить значение переменной iOb. //На этот раз потребуется приведение типов, int v = (int) iOb.GetObO; Console.WriteLine("Значение: " + v); Console.WriteLine(); // Создать еще один объект класса NonGen и // сохранить строку в переменной it. NonGen strOb = new NonGen("Тест на необобщенность"); // Показать тип данных, хранящихся в переменной strOb. strOb.ShowType(); // Получить значение переменной strOb. //Ив этом случае требуется приведение типов. String str = (string) strOb.GetOb(); Console.WriteLine("Значение: " + str); // Этот код компилируется, но он принципиально неверный! iOb = strOb; // Следующая строка кода приводит к исключительной // ситуации во время выполнения. // v = (int) iOb.GetObO; // Ошибка при выполнении! } } При выполнении этой программы получается следующий результат. Тип переменной ob: System.Int32 Значение: 102 |