Полное руководство. С# 4.0

С:\Cipher зашифровать один два пейо егб С:\Cipher расшифровать пейо егб один два Данная программа отличается двумя интересными свойствами. Во-первых, обра тите внимание на то, как в ней проверяется наличие аргументов командной строки перед тем, как продолжить выполнение. Это очень важное свойство, которое можно обобщить. Если в программе принимается во внимание наличие одного или более ар гументов командной строки, то в ней должна быть непременно организована проверка факта передачи ей предполагаемых аргументов, иначе программа будет работать не правильно. Кроме того, в программе должна быть организована проверка самих ар гументов перед тем, как продолжить выполнение. Так, в рассматриваемой здесь про грамме проверяется наличие командного слова "зашифровать" или "расшифровать" в качестве первого аргумента командной строки. И во-вторых, обратите внимание на то, как программа возвращает код своего завер шения. Если предполагаемые аргументы командной строки отсутствуют или указаны неправильно, программа возвращает код 1, указывающий на ее аварийное завершение. В противном случае возвращается код 0, когда программа завершается нормально. ## Рекурсия В C# допускается, чтобы метод вызывал самого себя. Этот процесс называется рекур сией, а метод, вызывающий самого себя, — рекурсивным. Вообще, рекурсия представля ет собой процесс, в ходе которого нечто определяет самое себя. В этом отношении она чем-то напоминает циклическое определение. Рекурсивный метод отличается главным образом тем, что он содержит оператор, в котором этот метод вызывает самого себя. Рекурсия является эффективным механизмом управления программой. Классическим примером рекурсии служит вычисление факториала числа. Факто риал числа N представляет собой произведение всех целых чисел от 1 до N. Напри мер, факториал числа 3 равен 1x2x3, или 6. В приведенном ниже примере программы демонстрируется рекурсивный способ вычисления факториала числа. Для сравнения в эту программу включен также нерекурсивный вариант вычисления факториала числа.

// Простой пример рекурсии. using System;

class Factorial { // Это рекурсивный метод. public int FactR(int n) { int result; if(n==1) return 1; result = FactR(n-1) n; return result; } // Это итерационный метод. public int FactI(int n) { int t, result; result = 1; for(t=1; t <= n; t++) result = t; return result; } }

class Recursion { static void Main { Factorial f = new Factorial; Console.WriteLine("Факториалы, рассчитанные рекурсивным методом."); Console.WriteLine("Факториал числа 3 равен " + f.FactR(3)); Console.WriteLine("Факториал числа 4 равен " + f.FactR(4)); Console.WriteLine("Факториал числа 5 равен " + f.FactR(5)); Console.WriteLine; Console.WriteLine("Факториалы, рассчитанные итерационным методом."); Console.WriteLine("Факториал числа 3 равен " + f.FactR(3)); Console.WriteLine("Факториал числа 4 равен " + f.FactR(4)); Console.WriteLine("Факториал числа 5 равен " + f.FactR(5)); }

} При выполнении этой программы получается следующий результат.

Факториалы, рассчитанные рекурсивным методом. Факториал числа 3 равен 6 Факториал числа 4 равен 24 Факториал числа 5 равен 120 Факториалы, рассчитанные итерационным методом. Факториал числа 3 равен 6 Факториал числа 4 равен 24 Факториал числа 5 равен 120 Принцип действия нерекурсивного метода FactI вполне очевиден. В нем ис пользуется цикл, в котором числа, начиная с 1, последовательно умножаются друг на друга, постепенно образуя произведение, дающее факториал. А рекурсивный метод FactR действует по более сложному принципу. Если ме тод FactR вызывается с аргументом 1, то он возвращает значение 1. В противном случае он возвращает произведение FactR(n-1)*n. Для вычисления этого произве дения метод FactR вызывается с аргументом n-1. Этот процесс повторяется до тех пор, пока значение аргумента n не станет равным 1, после чего из предыдущих вызовов данного метода начнут возвращаться полученные значения. Например, когда вычисля ется факториал числа 2, то при первом вызове метода FactR происходит второй его вызов с аргументом 1. Из этого вызова возвращается значение 1, которое затем умно жается на 2 (первоначальное значение аргумента n). В итоге возвращается результат 2, равный факториалу числа 2(1x2). Было бы любопытно ввести в метод FactR опе раторы, содержащие вызовы метода WriteLine, чтобы наглядно показать уровень рекурсии при каждом вызове метода FactR, а также вывести промежуточные ре зультаты вычисления факториала заданного числа. Когда метод вызывает самого себя, в системном стеке распределяется память для новых локальных переменных и параметров, и код метода выполняется с этими новы ми переменными и параметрами с самого начала. При рекурсивном вызове метода не создается его новая копия, а лишь используются его новые аргументы. А при возврате из каждого рекурсивного вызова старые локальные переменные и параметры извле каются из стека, и выполнение возобновляется с точки вызова в методе. Рекурсивные методы можно сравнить по принципу действия с постепенно сжимающейся и затем распрямляющейся пружиной. Ниже приведен еще один пример рекурсии для вывода символьной строки в об ратном порядке. Эта строка задается в качестве аргумента рекурсивного метода DisplayRev.

// Вывести символьную строку в обратном порядке, используя рекурсию. using System;

class RevStr { // Вывести символьную строку в обратном порядке. public void DisplayRev(string str) { if(str.Length > 0) DisplayRev(str.Substring(1, str.Length-1)); else return; Console.Write(str[0]); } }

class RevStrDemo { static void Main { string s = "Это тест"; RevStr rsOb = new RevStr; Console.WriteLine("Исходная строка: " + s); Console.Write("Перевернутая строка: "); rsOb.DisplayRev(s); Console.WriteLine; } } Вот к какому результату приводит выполнение этого кода.

Исходная строка: Это тест Перевернутая строка: тсет отЭ Всякий раз, когда вызывается метод DisplayRev, в нем происходит проверка длины символьной строки, представленной аргументом str. Если длина строки не равна нулю, то метод DisplayRev вызывается рекурсивно с новой строкой, кото рая меньше исходной строки на один символ. Этот процесс повторяется до тех пор, пока данному методу не будет передана строка нулевой длины. После этого начнет ся раскручиваться в обратном порядке механизм всех рекурсивных вызовов метода DisplayRev. При возврате из каждого такого вызова выводится первый символ строки, представленной аргументом str, а в итоге вся строка выводится в обратном порядке. Рекурсивные варианты многих процедур могут выполняться немного медленнее, чем их итерационные эквиваленты из-за дополнительных затрат системных ресурсов на неоднократные вызовы метода. Если же таких вызовов окажется слишком много, то в конечном итоге может быть переполнен системный стек. А поскольку параметры и локальные переменные рекурсивного метода хранятся в системном стеке и при каж дом новом вызове этого метода создается их новая копия, то в какой-то момент стек может оказаться исчерпанным. В этом случае возникает исключительная ситуация, и общеязыковая исполняющая среда (CLR) генерирует соответствующее исключение. Но беспокоиться об этом придется лишь в том случае, если рекурсивная процедура выполняется неправильно. Главное преимущество рекурсии заключается в том, что она позволяет реализовать некоторые алгоритмы яснее и проще, чем итерационным способом. Например, ал горитм быстрой сортировки довольно трудно реализовать итерационным способом. А некоторые задачи, например искусственного интеллекта, очевидно, требуют именно рекурсивного решения. При написании рекурсивных методов следует непременно указать в соответству ющем месте условный оператор, например if, чтобы организовать возврат из мето да без рекурсии. В противном случае возврата из вызванного однажды рекурсивного метода может вообще не произойти. Подобного рода ошибка весьма характерна для реализации рекурсии в практике программирования. В этом случае рекомендуется пользоваться операторами, содержащими вызовы метода WriteLine, чтобы сле дить за происходящим в рекурсивном методе и прервать его выполнение, если в нем обнаружится ошибка. ## Применение ключевого слова static Иногда требуется определить такой член класса, который будет использоваться не зависимо от всех остальных объектов этого класса. Как правило, доступ к члену клас са организуется посредством объекта этого класса, но в то же время можно создать член класса для самостоятельного применения без ссылки на конкретный экземпляр объекта. Для того чтобы создать такой член класса, достаточно указать в самом начале его объявления ключевое слово static. Если член класса объявляется как static, то он становится доступным до создания любых объектов своего класса и без ссылки на какой-нибудь объект. С помощью ключевого слова static можно объявлять как пере менные, так и методы. Наиболее характерным примером члена типа static служит метод Main, который объявляется таковым потому, что он должен вызываться опе рационной системой в самом начале выполняемой программы. Для того чтобы воспользоваться членом типа static за пределами класса, доста точно указать имя этого класса с оператором-точкой. Но создавать объект для этого не нужно. В действительности член типа static оказывается доступным не по ссылке на объект, а по имени своего класса. Так, если требуется присвоить значение 10 перемен ной count типа static, являющейся членом класса Timer, то для этой цели можно воспользоваться следующей строкой кода.

Timer.count = 10; Эта форма записи подобна той, что используется для доступа к обычным перемен ным экземпляра посредством объекта, но в ней указывается имя класса, а не объекта. Аналогичным образом можно вызвать метод типа static, используя имя класса и оператор-точку. Переменные, объявляемые как static, по существу, являются глобальными. Ког да же объекты объявляются в своем классе, то копия переменной типа static не создается. Вместо этого все экземпляры класса совместно пользуются одной и той же переменной типа static. Такая переменная инициализируется перед ее примене нием в классе. Когда же ее инициализатор не указан явно, то она инициализируется нулевым значением, если относится к числовому типу данных, пустым значением, если относится к ссылочному типу, или же логическим значением false, если отно сится к типу bool. Таким образом, переменные типа static всегда имеют какое-то значение. Метод типа static отличается от обычного метода тем, что его можно вызывать по имени его класса, не создавая экземпляр объекта этого класса. Пример такого вызова уже приводился ранее. Это был метод Sqrt типа static, относящийся к классу System.Math из стандартной библиотеки классов С#. Ниже приведен пример программы, в которой объявляются переменная и метод типа static.

// Использовать модификатор static. using System;

class StaticDemo { // Переменная типа static. public static int Val = 100; // Метод типа static. public static int ValDiv2 { return Val/2; } }

class SDemo { static void Main { Console.WriteLine("Исходное значение переменной " + "StaticDemo.Val равно " + StaticDemo.Val); StaticDemo.Val = 8; Console.WriteLine("Текущее значение переменной" + "StaticDemo.Val равно " + StaticDemo.Val); Console.WriteLine("StaticDemo.ValDiv2: " + StaticDemo.ValDiv2); } } Выполнение этой программы приводит к следующему результату.

Исходное значение переменной StaticDemo.Val равно 100 Текущее значение переменной StaticDemo.Val равно 8 StaticDemo.ValDiv2: 4 Как следует из приведенного выше результата, переменная типа static инициа лизируется до создания любого объекта ее класса. На применение методов типа static накладывается ряд следующих ограничений. * В методе типа static должна отсутствовать ссылка this, поскольку такой метод не выполняется относительно какого-либо объекта. * В методе типа static допускается непосредственный вызов только других методов типа static, но не метода экземпляра из того самого же класса. Дело в том, что методы экземпляра оперируют конкретными объектами, а метод типа static не вызывается для объекта. Следовательно, у такого метода отсутствуют объекты, которыми он мог бы оперировать. * Аналогичные ограничения накладываются на данные типа static. Для метода типа static непосредственно доступными оказываются только другие данные типа static, определенные в его классе. Он, в частности, не может оперировать переменной экземпляра своего класса, поскольку у него отсутствуют объекты, которыми он мог бы оперировать. Ниже приведен пример класса, в котором недопустим метод ValDivDenom типа static.

class StaticError { public int Denom = 3; // обычная переменная экземпляра public static int Val = 1024; // статическая переменная / Ошибка! Непосредственный доступ к нестатической переменной из статического метода недопустим. / static int ValDivDenom { return Val/Denom; // не подлежит компиляции! } } В данном примере кода Denom является обычной переменной, которая недоступна из метода типа static. Но в то же время в этом методе можно воспользоваться пере менной Val, поскольку она объявлена как static. Аналогичная ошибка возникает при попытке вызвать нестатический метод из ста тического метода того же самого класса, как в приведенном ниже примере.

using System;

class AnotherStaticError { // Нестатический метод. void NonStaticMeth { Console.WriteLine("В методе NonStaticMeth."); } / Ошибка! Непосредственный вызов нестатического метода из статического метода недопустим. / static void staticMeth { NonStaticMeth; // не подлежит компиляции! } } В данном случае попытка вызвать нестатический метод (т.е. метод экземпляра) из статического метода приводит к ошибке во время компиляции. Следует особо подчеркнуть, что из метода типа static нельзя вызывать мето ды экземпляра и получать доступ к переменным экземпляра его класса, как это обычно делается посредством объектов данного класса. И объясняется это тем, что без указания конкретного объекта переменная или метод экземпляра оказываются недоступными. Например, приведенный ниже фрагмент кода считается совершенно верным.

class MyClass { // Нестатический метод. void NonStaticMeth { Console.WriteLine("В методе NonStaticMeth."); } / Нестатический метод может быть вызван из статического метода по ссылке на объект. / public static void staticMeth(MyClass ob) { ob.NonStaticMeth; // все верно! } } В данном примере метод NonStaticMeth вызывается из метода staticMeth по ссылке на объект ob типа MyClass. Поля типа static не зависят от конкретного объекта, и поэтому они удобны для хранения информации, применимой ко всему классу. Ниже приведен пример про граммы, демонстрирующей подобную ситуацию. В этой программе поле типа static служит для хранения количества существующих объектов.