Класс System.Object и иерархия типов

Диаграмма, показанная на рис. 3, связывает типы платформы.NET с точки зрения отношения наследования.

Рис. 3. Иерархия типов платформы.NET

Все типы в.NET Framework наследуются (прямо или косвенно) от класса System.Object[11] (в C# для этого типа используется псевдоним object). Тип System.ValueType является предком всех типов значений (включая числовые типы, пользовательские структуры и перечисления). Массивы наследуются от класса System.Array, а класс System.Delegate является предком всех делегатов.

Рассмотрим элементы класса System.Object (в алфавитном порядке).

public virtual bool Equals(object obj)

Данный метод определяет, равен ли объект obj текущему объекту. Реализация Equals() по умолчанию обеспечивает равенство ссылок для ссылочных типов и побитовое равенство для типов значений. Пользовательский тип может переопределять метод Equals(). При этом должны выполняться такие правила:

1. x.Equals(x) == true.

2. x.Equals(y) == y.Equals(x).

3. (x.Equals(y) & y.Equals(z)) == true x.Equals(z) == true.

4. Вызовы метода x.Equals(y) возвращают одинаковое значение до тех пор, пока объекты x и y остаются неизменными.

5. x.Equals(null) == false, если x!= null.

6. Метод Equals() не должен генерировать исключений.

Типы, переопределяющие метод Equals(), должны также переопределять метод GetHashCode() (и наоборот); в противном случае коллекции-словари могут работать неправильно. Если применяется перегрузка операции равенства для заданного типа, то этот тип также должен переопределять и метод Equals(). Реализация Equals() должна возвращать те же результаты, что и перегруженная операция равенства.

public static bool Equals(object a, object b)

Метод определяет, равны ли экземпляры a и b. Если оба аргумента равны null, метод возвращает true. Если только один аргумент равен null, возвращается false. Если оба аргумента не равны null, возвращается a.Equals(b).

protected virtual void Finalize()

Метод Finalize() позволяет объекту попытаться освободить ресурсы и выполнить другие операции очистки, перед тем как объект будет утилизирован в процессе сборки мусора.

public virtual int GetHashCode()

Метод GetHashCode() играет роль хеш-функции для определённого типа. Этот метод можно использовать в алгоритмах хеширования и таких структурах данных, как хеш-таблицы. Реализация метода GetHashCode() по умолчанию не гарантирует уникальность возвращаемых кодов. Пользовательские типы могут переопределять данный метод для эффективного вычисления хеш-функции. Если два объекта при сравнении оказались равны, методы GetHashCode() этих объектов должны возвращать одинаковые значения. Однако если при сравнении оказалось, что объекты не равны, методы GetHashCode() не обязательно должны возвращать разные значения.

public Type GetType()

Данный метод возвращает объект System.Type для текущего экземпляра. Объект System.Type содержит метаданные, связанные с классом текущего экземпляра.

protected object MemberwiseClone()

Метод MemberwiseClone() применяется для создания неполной копии объекта. Метод создаёт новый объект (конструктор при этом не вызывается), а затем копирует в него нестатические поля текущего объекта. Если поле относится к типу значения, выполняется побитовое копирование полей. Если поле относится к ссылочному типу, копируются ссылки, а не объекты, на которые они указывают. Следовательно, ссылки в исходном объекте и его клоне указывают на один и тот же объект.

public static bool ReferenceEquals(object a, object b)

Этот статический метод возвращает значение true, если параметр a соответствует тому же экземпляру, что и параметр b, или же оба они равны null; в противном случае метод возвращает false.

public virtual string ToString()

Метод ToString() возвращает строку, которой представлен текущий объект. Метод может быть переопределён в производном классе для возврата адекватных значений для данного типа.

Так как System.Object является предком любого типа, переменной типа object можно присвоить любую переменную. Если для ссылочных типов при этом происходит только присваивание указателей, для типов значений выполняется специальная операция, называемая операцией упаковки (boxing)[12]. При упаковке в динамической памяти создаётся объект, содержащий значение переменной и информацию о её типе. Упакованный объект можно подвергнуть обратному преобразованию – операции распаковки (unboxing).

int i = 123;

object o = i; // операция упаковки

int j = (int)o; // операция распаковки

По форме операция распаковка выглядит как приведение типов, однако таковой не является. Следующий код при выполнении генерирует исключение:

object o = 123; // операция упаковки литерала int

short j = (short)o; // генерируется InvalidCastException

При распаковке необходимо указывать точный тип упакованного объекта:

short j = (short)(int)o; // распаковка, затем приведение типов

Структуры

Структура – это пользовательский тип значения, поддерживающий всю функциональность класса, кроме наследования. Пользовательская структура в простейшем случае позволяет инкапсулировать несколько полей различных типов. Но элементами структуры могут быть не только поля, а и методы, свойства, события, константы. Структуры также могут реализовывать интерфейсы.

Синтаксис определения структуры следующий:

модификаторы struct имя-структуры

{

элементы-структуры

}

При описании экземплярных полей структуры следует учитывать, что они не могут быть инициализированы при объявлении (для статических полей инициализация при объявлении возможна). Как и класс, структура может содержать конструкторы. В структуре можно объявить статический конструктор или экземплярный конструктор с параметрами, причём в теле конструктора необходимо инициализировать все поля структуры. Ещё одно отличие структуры от класса – в структуре указатель на экземпляр this доступен не только для чтения, но и для записи.

Рассмотрим пример структуры для представления точки в пространстве:

public struct Point3D

{

public readonly double X, Y, Z;

public Point3D(double x, double y, double z = 0.0)

{

X = x;

Y = y;

Z = z;

}

public Point3D(Point3D point)

{

this = point;

}

}

Если в типе объявляется поле-структура, все элементы структуры получат значения по умолчанию. Аналогичная ситуация будет при объявлении локальной переменной-структуры и вызове конструктора структуры без параметров[13]. Без вызова конструктора поля переменной-структуры не инициализированы.

// поля p1 не инициализированы, их надо установить до использования

Point3D p1;

// поля p2 инициализированы значениями 0.0

Point3D p2 = new Point3D();

// поля p3 инициализированы значениями 2.0, 3.0, 0.0

Point3D p3 = new Point3D(2.0, 3.0);

Локальные переменные структурного типа размещаются в стеке приложения. Структурные переменные можно присваивать друг другу, при этом выполняется копирование данных структуры на уровне полей. Все структуры наследуются от класса System.ValueType. Класс ValueType переопределяет некоторые методы класса Object. В частности, переопределяется метод Equals() для сравнения объектов путём сравнения их полей.

Перечисления

Перечисление – это тип, содержащий в качестве элементов именованные целочисленные константы. Рассмотрим синтаксис определения перечисления:

модификаторы enum имя-перечисления [: тип-элемента]

{

элемент-перечисления-1 [= значение-элемента],

...

элемент-перечисления-N [= значение-элемента]

}

Перечисление может предваряться модификатором доступа. Если указан тип-элемента, то он определяет тип каждого элемента перечисления. Допустимы типы byte, sbyte, short, ushort, int, uint, long, ulong (причём нужно использовать именно псевдоним типа C#). По умолчанию применяется тип int. Для элементов перечисления область видимости указать нельзя. Значением элемента перечисления должна быть целочисленная константа. Если значение не указано, элемент будет на единицу большее предыдущего элемента (первый элемент принимает значение 0). Заданные значения элементов перечисления могут повторяться.

Приведём примеры перечислений:

public enum Season { Winter, Spring, Summer, Autumn }

public enum ErrorCode: byte

{

First = 1,

Fourth = 4

}

После описания перечисления можно объявить переменную соответствующего типа:

Season s = Season.Spring;

Console.WriteLine(s); // выводит на печать Spring

Переменные перечисления поддерживают следующие операции: ==,!=, <, >, <=, >=, бинарные + и – (с ограничением на тип операндов и результата), ^, &, |, ~, ++, --. При помощи явного преобразования типов переменной перечисления можно присвоить значение, которое в перечислении не описано:

Season p = Season.Winter + 3;

int x = Season.Autumn - Season.Summer;

Season r = Season.Autumn - 2;

Season s = (Season)30;

Класс System.Enum является базовым для всех перечислений. Табл. 4 содержит описание некоторых методов класса System.Enum.

Таблица 4

Некоторые методы System.Enum

Имя метода	Категория	Описание
GetName()	статический	Возвращает строку с именем элемента для указанного типа и значения перечисления
GetNames()	статический	Возвращает массив строк с именами элементов для указанного типа перечисления
GetUnderlyingType()	статический	Возвращает тип перечисления
GetValues()	статический	Возвращает массив значений элементов для указанного типа перечисления
HasFlag()	экземплярный	Возвращает true, если перечисление содержит заданные флаги (т.е. набор значений)
IsDefined()	статический	Возвращает true, если указанный элемент содержится в заданном типе перечисления
Parse()	статический	Конвертирует строку с именем элемента в переменную перечисления
TryParse<Enum>()	статический	Делает попытку конвертирования строки в переменную перечисления

Интерфейсы

В языке C# запрещено множественное наследование классов. Тем не менее, существует концепция, позволяющая имитировать множественное наследование. Эта концепция интерфейсов. Интерфейс представляет собой набор объявлений свойств, индексаторов, методов и событий. Класс или структура могут реализовывать интерфейс. В этом случае они берут на себя обязанность предоставить полную реализацию элементов интерфейса (хотя бы пустыми методами).

Для объявления интерфейса используется ключевое слово interface. Интерфейс содержит только заголовки методов, свойств и событий. Для свойства указываются только ключевые слова get и (или) set. При объявлении элементов интерфейса не могут использоваться следующие модификаторы: abstract, public, protected, internal, private, virtual, override, static. Считается, что все элементы интерфейса имеют public-уровень доступа:

public interface IFlyable

{

void Fly(); // метод

double Speed { get; set; } // свойство

}

Чтобы указать, что тип реализует некий интерфейс, используется синтаксис имя-типа: имя-интерфейса при записи заголовка типа. Если класс является производным от некоторого базового класса, то имя базового класса указывается перед именем реализуемого интерфейса.

Элементы интерфейса допускают явную и неявную реализацию. При неявной реализации тип должен содержать открытые экземплярные элементы, имена и сигнатура которых соответствуют элементам интерфейса. При явной реализации элемент типа называется по форме имя-интерфейса.имя-элемента, а указание любых модификаторов для элемента при этом запрещается.

public class Falcon: IFlyable

{

// неявная реализация интерфейса IFlyable

public void Fly() { Console.WriteLine("Falcon flies"); }

public double Speed { get; set; }

}

public class Eagle: IFlyable

{

// обычный метод

public void PrintType() { Console.WriteLine("Eagle"); }

// явная реализация интерфейса IFlyable

void IFlyable.Fly() { Console.WriteLine("Eagle flies"); }

double IFlyable.Speed { get; set; }

}

Если тип реализует некоторые элементы интерфейса явно, то такие элементы будут недоступны через переменную типа. Допустимо объявить переменную интерфейса, которая может содержать значение любого типа, реализующего интерфейс (для структур будет выполнена операция упаковки). Через переменную интерфейса можно вызывать только элементы интерфейса.

Eagle eagle = new Eagle(); // обычное создание объекта

eagle.PrintType(); // у объекта доступен только этот метод

IFlyable x = eagle; // переменная интерфейса

x.Fly(); // получили доступ к элементам интерфейса

x.Speed = 60;

Все неявно реализуемые элементы интерфейса по умолчанию помечаются в классе как sealed. А значит, наследование классов не ведёт к прямому наследованию реализаций:

public interface ISimple

{

void M();

}

public class Base: ISimple

{

public void M() { Console.Write("Base.M()"); }

}

public class Descendant: Base

{

public void M() { Console.Write("Descendant.M()"); }

}

Base x = new Base();

Descendant y = new Descendant();

ISimple xi = x, yi = y;

x.M(); // печатает "Base.M()"

y.M(); // печатает "Descendant.M()"

xi.M(); // печатает "Base.M()"

yi.M(); // печатает "Base.M()"

Чтобы осуществить наследование реализаций, требуется при неявной реализации использовать модификаторы virtual и override (при явной реализации использование этих модификаторов невозможно):

public class Base: ISimple

{

public virtual void M() { Console.Write("Base.M()"); }

}

public class Descendant: Base

{

public override void M() { Console.Write("Descendant.M()"); }

}

Подобно классам, интерфейсы могут наследоваться от других интерфейсов. При этом наследование интерфейсов может быть множественным. Один класс может реализовывать несколько интерфейсов – имена интерфейсов перечисляются после имени класса через запятую.