Полное руководство. С# 4.0
Шрифт:
Удачное применение полиморфизма отчасти зависит от правильного понимания той особенности, что базовые и производные классы образуют иерархию, которая про двигается от меньшей к большей специализации. При надлежащем применении ба зовый класс предоставляет все необходимые элементы, которые могут использоваться в производном классе непосредственно. А с помощью виртуальных методов в базовом классе определяются те методы, которые могут быть самостоятельно реализованы в производном классе. Таким образом, сочетая наследование с виртуальными методами, можно определить в базовом классе общую форму методов, которые будут использо ваться во всех его производных классах. Применение виртуальных методов
Для того чтобы стали понятнее преимущества виртуальных методов, применим их в классе TwoDShape. В предыдущих примерах в каждом классе, производном от класса TwoDShape, определялся метод Area. Но, по-видимому, метод Area лучше было бы сделать виртуальным в классе TwoDShape и тем самым предоставить возможность переопределить его в каждом производном классе с учетом особенностей расчета пло щади той двумерной формы, которую инкапсулирует этот класс. Именно это и сдела но в приведенном ниже примере программы. Ради удобства демонстрации классов в этой программе введено также свойство name
– value : value; } } public double Height { get { return pri_height; } set { pri_height = value < 0 ?
– value : value; } } public string name { get; set; } public void ShowDim { Console.WriteLine("Ширина и высота равны " + Width + " и " + Height); } public virtual double Area { Console.WriteLine("Метод Area должен быть переопределен"); return 0.0; } } // Класс для треугольников, производный от класса TwoDShape. class Triangle : TwoDShape { string Style; // Конструктор, используемый по умолчанию. public Triangle { Style = "null"; } // Конструктор для класса Triangle. public Triangle(string s, double w, double h) : base (w, h, "треугольник") { Style = s; } // Сконструировать равнобедренный треугольник, public Triangle(double x) : base(x, "треугольник") { Style = "равнобедренный"; } // Сконструировать копию объекта типа Triangle. public Triangle(Triangle ob) : base(ob) { Style = ob.Style; } // Переопределить метод Area для класса Triangle. pulplic override double Area { return Width * Height / 2; } // Показать тип треугольника. public void ShowStyle { Console.WriteLine("Треугольник " + Style); } } // Класс для прямоугольников, производный от класса TwoDShape. class Rectangle : TwoDShape { // Конструктор для класса Rectangle. public Rectangle(double w, double h) : base (w, h, "прямоугольник"){ } // Сконструировать квадрат. public Rectangle(double x) : base (x, "прямоугольник") { } // Сконструировать копию объекта типа Rectangle. public Rectangle(Rectangle ob) : base (ob) { } // Возвратить логическое значение true, если // прямоугольник окажется квадратом. public bool IsSquare { if(Width == Height) return true; return false; } // Переопределить метод Area для класса Rectangle. public override double Area { return Width * Height; } } class DynShapes { static void Main { TwoDShape[] shapes = new TwoDShape[5]; shapes[0] = new Triangle("прямоугольный", 8.0, 12.0); shapes[1] = new Rectangle(10); shapes[2] = new Rectangle(10, 4); shapes[3] = new Triangle(7.0); shapes[4] = new TwoDShape(10, 20, "общая форма"); for (int i=0; i < shapes.Length; i++) { Console.WriteLine("Объект — " + shapes[i].name); Console.WriteLine("Площадь равна " + shapes[i].Area); Console.WriteLine; } } }
При выполнении этой программы получается следующий результат. Объект — треугольник Площадь равна 48 Объект — прямоугольник Площадь равна 100 Объект — прямоугольник Площадь равна 40 Объект — треугольник Площадь равна 24.5 Объект — общая форма Метод Area должен быть переопределен Площадь равна 0
Рассмотрим данный пример программы более подробно. Прежде всего, метод Area объявляется как virtual в классе TwoDShape и переопределяется в классах Triangle и Rectangle по объяснявшимся ранее причинам. В классе TwoDShape ме тод Area реализован в виде заполнителя, который сообщает о том, что пользователь данного метода должен переопределить его в производном классе. Каждое переопре деление метода Area предоставляет конкретную его реализацию, соответствующую типу объекта, инкапсулируемого в производном классе. Так, если реализовать класс для эллипсов, то метод Area должен вычислять площадь эллипса.
У программы из рассматриваемого здесь примера имеется еще одна примечатель ная особенность. Обратите внимание на то, что в методе Main двумерные формы объявляются в виде массива объектов типа TwoDShape, но элементам этого массива присваиваются ссылки на объекты классов Triangle, Rectangle и TwoDShape. И это вполне допустимо, поскольку по ссылке на базовый класс можно обращаться к объ екту производного класса. Далее в программе происходит циклическое обращения к элементам данного массива для вывода сведений о каждом объекте. Несмотря на всю свою простоту, данный пример наглядно демонстрирует преимущества наследования и переопределения методов. Тип объекта, хранящийся в переменной ссылки на базо вый класс, определяется во время выполнения и соответственно обусловливает даль нейшие действия. Так, если объект является производным от класса TwoDShape, то для получения его площади вызывается метод Area. Но интерфейс для выполнения этой операции остается тем же самым независимо от типа используемой двумерной формы. Применение абстрактных классов
Иногда требуется создать базовый класс, в котором определяется лишь самая об щая форма для всех его производных классов, а наполнение ее деталями предостав ляется каждому из этих классов. В таком классе определяется лишь характер методов, которые должны быть конкретно реализованы в производных классах, а не в самом ба зовом классе. Подобная ситуация возникает, например, в связи с невозможностью по лучить содержательную реализацию метода в базовом классе. Именно такая ситуация была продемонстрирована в варианте класса TwoDShape из предыдущего примера, где метод Area был просто определен как заполнитель. Такой метод не вычисляет и не выводит площадь двумерного объекта любого типа.
Создавая собственные библиотеки классов, вы можете сами убедиться в том, что у метода зачастую отсутствует содержательное определение в контексте его базового класса. Подобная ситуация разрешается двумя способами. Один из них, как показано в предыдущем примере, состоит в том, чтобы просто выдать предупреждающее со общение. Такой способ может пригодиться в определенных ситуациях, например при отладке, но в практике программирования он обычно не применяется. Ведь в базовом классе могут быть объявлены методы, которые должны быть переопределены в произ водном классе, чтобы этот класс стал содержательным. Рассмотрим для
примера класс Triangle. Он был бы неполным, если бы в нем не был переопределен метод Area. В подобных случаях требуется какой-то способ, гарантирующий, что в производном классе действительно будут переопределены все необходимые методы. И такой способ в С# имеется. Он состоит в использовании абстрактного метода.Абстрактный метод создается с помощью указываемого модификатора типа abstract. У абстрактного метода отсутствует тело, и поэтому он не реализуется в ба зовом классе. Это означает, что он должен быть переопределен в производном классе, поскольку его вариант из базового класса просто непригоден для использования. Не трудно догадаться, что абстрактный метод автоматически становится виртуальным и не требует указания модификатора virtual. В действительности совместное исполь зование модификаторов virtual и abstract считается ошибкой.
Для определения абстрактного метода служит приведенная ниже общая форма. abstract тип имя(список_параметров);
Как видите, у абстрактного метода отсутствует тело. Модификатор abstract мо жет применяться только в методах экземпляра, но не в статических методах (static). Абстрактными могут быть также индексаторы и свойства.
Класс, содержащий один или больше абстрактных методов, должен быть также объявлен как абстрактный, и для этого перед его объявлением class указывается мо дификатор abstract. А поскольку реализация абстрактного класса не определяется полностью, то у него не может быть объектов. Следовательно, попытка создать объект аб страктного класса с помощью оператора new приведет к ошибке во время компиляции.
Когда производный класс наследует абстрактный класс, в нем должны быть реа лизованы все абстрактные методы базового класса. В противном случае производный класс должен быть также определен как abstract. Таким образом, атрибут abstract наследуется до тех пор, пока не будет достигнута полная реализация класса.
Используя абстрактный класс, мы можем усовершенствовать рассматривавшийся ранее класс TwoDShape. Для неопределенной двухмерной фигуры понятие площади не имеет никакого смысла, поэтому в приведенном ниже варианте класса TwoDShape метод Area и сам класс TwoDShape объявляются как abstract. Это, конечно, озна чает, что во всех классах, производных от класса TwoDShape, должен быть переопреде лен метод Area. // Создать абстрактный класс. using System; abstract class TwoDShape { double pri_width; double pri_height; // Конструктор, используемый по умолчанию. public TwoDShape { Width = Height = 0.0; name = "null"; } // Параметризированный конструктор. public TwoDShape(double w, double h, string n) { Width = w; Height = h; name = n; } // Сконструировать объект равной ширины и высоты. public TwoDShape(double х, string n) { Width = Height = x; name = n; } // Сконструировать копию объекта TwoDShape. public TwoDShape(TwoDShape ob) { Width = ob.Width; Height = ob.Height; name = ob.name; } // Свойства ширины и высоты объекта. public double Width { get { return pri_width; } set { pri_width = value < 0 ?
– value : value; } } public double Height { get { return pri_height; } set { pri_height = value < 0 ?
– value : value; } } public string name { get; set; } public void ShowDim { Console.WriteLine("Ширина и высота равны " + Width + " и " + Height); } // Теперь метод Area является абстрактным. public abstract double Area; } // Класс для треугольников, производный от класса TwoDShape. class Triangle : TwoDShape { string Style; // Конструктор, используемый по умолчанию. public Triangle { Style = "null"; } // Конструктор для класса Triangle. public Triangle(string s, double w, double h) : base(w, h, "треугольник") { Style = s; } // Сконструировать равнобедренный треугольник, public Triangle(double х) : base(x, "треугольник") { Style = "равнобедренный"; } // Сконструировать копию объекта типа Triangle. public Triangle(Triangle ob) : base(ob) { Style = ob.Style; } // Переопределить метод Area для класса Triangle. public override double Area { return Width * Height / 2; } // Показать тип треугольника. public void ShowStyle { Console.WriteLine("Треугольник " + Style); } } // Класс для прямоугольников, производный от класса TwoDShape class Rectangle : TwoDShape { // Конструктор для класса Rectangle. public Rectangle(double w, double h) : base(w, h, "прямоугольник"){ } // Сконструировать квадрат. public Rectangle(double x) : base(x, "прямоугольник") { } // Сконструировать копию объекта типа Rectangle. public Rectangle(Rectangle ob) : base(ob) { } // Возвратить логическое значение true, если // прямоугольник окажется квадратом. public bool IsSquare { if(Width == Height) return true; return false; } // Переопределить метод Area для класса Rectangle. public override double Area { return Width * Height; } } class AbsShape { static void Main { TwoDShape[] shapes = new TwoDShape[4]; shapes[0] = new Triangle("прямоугольный", 8.0, 12.0); shapes[1] = new Rectangle(10); shapes[2] = new Rectangle(10, 4); shapes[3] = new Triangle(7.0); for (int i=0; i < shapes.Length; i++) { Console.WriteLine("Объект — " + shapes[i].name); Console.WriteLine("Площадь равна " + shapes[i].Area); Console.WriteLine ; } } }
Как показывает представленный выше пример программы, во всех производных классах метод Area должен быть непременно переопределен, а также объявлен аб страктным. Убедитесь в этом сами, попробовав создать производный класс, в котором не переопределен метод Area. В итоге вы получите сообщение об ошибке во время компиляции. Конечно, возможность создавать ссылки на объекты типа TwoDShape по- прежнему существует, и это было сделано в приведенном выше примере программы, но объявлять объекты типа TwoDShape уже нельзя. Именно поэтому массив shapes сокращен в методе Main до 4 элементов, а объект типа TwoDShape для общей двух мерной формы больше не создается.
Обратите также внимание на то, что в класс TwoDShape по-прежнему входит метод ShowDim и что он не объявляется с модификатором abstract. В абстрактные клас сы вполне допускается (и часто практикуется) включать конкретные методы, которые могут быть использованы в своем исходном виде в производном классе. А переопре делению в производных классах подлежат только те методы, которые объявлены как abstract. Предотвращение наследования с помощью ключевого слова sealed
Несмотря на всю эффективность и полезность наследования, иногда возникает по требность предотвратить его. Допустим, что имеется класс, инкапсулирующий по следовательность инициализации некоторого специального оборудования, например медицинского монитора. В этом случае требуется, чтобы пользователи данного класса не могли изменять порядок инициализации монитора, чтобы исключить его непра вильную настройку. Но независимо от конкретных причин в C# имеется возможность предотвратить наследование класса с помощью ключевого слова sealed.