Полное руководство. С# 4.0

Шилдт Герберт

Рис. 11.1. Схематическое представление класса Triangle

Несмотря на то что класс TwoDShape является базовым для класса Triangle, в то же время он представляет собой совершенно независимый и самодостаточный класс. Если класс служит базовым для производного класса, то это совсем не означает, что он не может быть использован самостоятельно. Например, следующий фрагмент кода считается вполне допустимым. TwoDShape shape = new TwoDShape; shape.Width = 10; shape.Height = 20; shape.ShowDim;

Разумеется, объект класса TwoDShape никак не связан с любым из классов, произво дных от класса TwoDShape, и вообще не имеет к ним доступа.

Ниже приведена общая форма объявления класса, наследующего от базового класса. class имя_производного_класса : имя_базового_класса { // тело класса }

Для любого производного класса можно указать только один базовый класс. В C# не предусмотрено наследование нескольких базовых классов в одном производном клас се. (В этом отношении C# отличается от C++, где допускается наследование нескольких базовых классов. Данное обстоятельство следует принимать во внимание

при переносе кода C++ в С#.) Тем не менее можно создать иерархию наследования, в которой про изводный класс становится базовым для другого производного класса. (Разумеется, ни один из классов не может быть базовым для самого себя как непосредственно, так и косвенно.) Но в любом случае производный класс наследует все члены своего базового класса, в том числе переменные экземпляра, методы, свойства и индексаторы.

Главное преимущество наследования заключается в следующем: как только будет создан базовый класс, в котором определены общие для множества объектов атрибу ты, он может быть использован для создания любого числа более конкретных произ водных классов. А в каждом производном классе может быть точно выстроена своя собственная классификация. В качестве примера ниже приведен еще один класс, про изводный от класса TwoDShape и инкапсулирующий прямоугольники. // Класс для прямоугольников, производный от класса TwoDShape. class Rectangle : TwoDShape { // Возвратить логическое значение true, если // прямоугольник является квадратом. public bool IsSquare { if(Width == Height) return true; return false; } // Возвратить площадь прямоугольника. public double Area { return Width * Height; } }

В класс Rectangle входят все члены класса TwoDShape, к которым добавлен метод IsSquare, определяющий, является ли прямоугольник квадратом, а также метод Area, вычисляющий площадь прямоугольника. Доступ к членам класса и наследование

Как пояснялось в главе 8, члены класса зачастую объявляются закрытыми, чтобы исключить их несанкционированное или незаконное использование. Но наследование класса не отменяет ограничения, накладываемые на доступ к закрытым членам класса. Поэтому если в производный класс и входят все члены его базового класса, в нем все равно оказываются недоступными те члены базового класса, которые являются закры тыми. Так, если сделать закрытыми переменные класса TwoDShape, они станут недо ступными в классе Triangle, как показано ниже. // Доступ к закрытым членам класса не наследуется. // Этот пример кода не подлежит компиляции. using System; // Класс для двумерных объектов. class TwoDShape { double Width; // теперь это закрытая переменная double Height; // теперь это закрытая переменная public void ShowDim { Console.WriteLine("Ширина и высота равны " + Width + " и " + Height); } } // Класс Triangle, производный от класса TwoDShape. class Triangle : TwoDShape { public string Style; // тип треугольника // Возвратить площадь треугольника. public double Area { return Width * Height / 2; // Ошибка, доступ к закрытому // члену класса запрещен } // Показать тип треугольника. public void ShowStyle { Console.WriteLine("Треугольник " + Style); } } Класс Triangle не будет компилироваться, потому что обращаться к перемен ным Width и Height из метода Area запрещено. А поскольку переменные Width и Height теперь являются закрытыми, то они доступны только для других членов своего класса, но не для членов производных классов. **ПРИМЕЧАНИЕ** Закрытый член класса остается закрытым в своем классе. Он не доступен из кода за пределами своего класса, включая и производные классы. На первый взгляд, ограничение на доступ к частным членам базового класса из про изводного класса кажется трудно преодолимым, поскольку оно не дает во многих слу чаях возможности пользоваться частными членами этого класса. Но на самом деле это не так. Для преодоления данного ограничения в C# предусмотрены разные способы. Один из них состоит в использовании защищенных (protected) членов класса, рас сматриваемых в следующем разделе, а второй — в применении открытых свойств для доступа к закрытым данным. Как пояснялось в предыдущей главе, свойство позволяет управлять доступом к пе ременной экземпляра. Например, с помощью свойства можно ввести ограничения на доступ к значению переменной или же сделать ее доступной только для чтения. Так, если сделать свойство открытым, но объявить его базовую переменную закрытой, то этим свойством можно будет воспользоваться в производном классе, но нельзя будет получить непосредственный доступ к его базовой закрытой переменной. Ниже приведен вариант класса TwoDShape, в котором переменные Width и Height превращены в свойства. По ходу дела в этом классе выполняется проверка: являются ли положительными значения свойств Width и Height. Это дает, например, возможность указывать свойства Width и Height в качестве координат формы в любом квадранте прямоугольной системы координат, не получая заранее их абсолютные значения.

// Использовать открытые свойства для установки и // получения значений закрытых членов класса. using System;

// Класс для двумерных объектов. class TwoDShape { double pri_width; // теперь это закрытая переменная double pri_height; // теперь это закрытая переменная // Свойства ширины и высоты двумерного 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 void ShowDim { Console.WriteLine("Ширина и высота равны " + Width + " и " + Height); }

}

// Класс для треугольников, производный от // класса TwoDShape. class Triangle : TwoDShape { public string Style; // тип треугольника // Возвратить площадь треугольника. public double Area { return Width * Height / 2; } // Показать тип треугольника. public void ShowStyle { Console.WriteLine("Треугольник " + Style); }

}

class Shapes2 { static void Main { Triangle t1 = new Triangle; Triangle t2 = new Triangle; t1.Width = 4.0; t1.Height = 4.0; t1.Style = "равнобедренный"; t2.Width = 8.0; t2.Height = 12.0; t2.Style = "прямоугольный"; Console.WriteLine("Сведения об объекте t1: "); t1.ShowStyle; t1.ShowDim; Console.WriteLine("Площадь равна " + t1.Area); Console.WriteLine; Console.WriteLine("Сведения об объекте t2: "); t2.ShowStyle ; t2.ShowDim; Console.WriteLine("Площадь равна " + t2.Area); }

} В этом варианте свойства Width и Height предоставляют доступ к закрытым чле нам pri_width

и pri_height класса TwoDShape, в которых фактически хранятся значения ширины и высоты двумерного объекта. Следовательно, значения членов pri_width и pri_height класса TwoDShape могут быть установлены и получены с помощью соответствующих открытых свойств, несмотря на то, что сами эти члены по- прежнему остаются закрытыми. Базовый и производный классы иногда еще называют суперклассом и подклассом соответственно. Эти термины происходят из практики программирования на Java. То, что в Java называется суперклассом, в C# обозначается как базовый класс. А то, что в Java называется подклассом, в C# обозначается как производный класс. Оба ряда тер минов часто применяются к классу в обоих языках программирования, но в этой книге по-прежнему употребляются общепринятые в C# термины базового и производного классов, которые принято употреблять и в C++. ### Организация защищенного доступа Как пояснялось выше, открытый член базового класса недоступен для производно го класса. Из этого можно предположить, что для доступа к некоторому члену базо вого класса из производного класса этот член необходимо сделать открытым. Но если сделать член класса открытым, то он станет доступным для всего кода, что далеко не всегда желательно. Правда, упомянутое предположение верно лишь отчасти, посколь ку в C# допускается создание защищенного члена класса. Защищенный член является открытым в пределах иерархии классов, но закрытым за пределами этой иерархии. Защищенный член создается с помощью модификатора доступа protected. Если член класса объявляется как protected, он становится закрытым, но за исключением одного случая, когда защищенный член наследуется. В этом случае защищенный член базового класса становится защищенным членом производного класса, а значит, до ступным для производного класса. Таким образом, используя модификатор доступа protected, можно создать члены класса, являющиеся закрытыми для своего класса, но все же наследуемыми и доступными для производного класса. Ниже приведен простой пример применения модификатора доступа protected.

// Продемонстрировать применение модификатора доступа protected. using System;

class В { protected int i, j; // члены, закрытые для класса В, // но доступные для класса D public void Set(int a, int b) { i = a; j = b; } public void Show { Console.WriteLine(i + " " + j); }

}

class D : В { int k; // закрытый член // члены i и j класса В доступны для класса D public void Setk { k = i * j; } public void Showk { Console.WriteLine(k); }

}

class ProtectedDemo { static void Main { D ob = new D; ob.Set(2, 3); // допустимо, поскольку доступно для класса D ob.Show; // допустимо, поскольку доступно для класса D ob.Setk; // допустимо, поскольку входит в класс D ob.Showk; // допустимо, поскольку входит в класс D } } В данном примере класс В наследуется классом D, а его члены i и j объявлены как protected, и поэтому они доступны для метода Setk. Если бы члены i и j класса В были объявлены как private, то они оказались бы недоступными для класса D, и при веденный выше код нельзя было бы скомпилировать. Аналогично состоянию public и private, состояние protected сохраняется за членом класса независимо от количества уровней наследования. Поэтому когда про изводный класс используется в качестве базового для другого производного класса, лю бой защищенный член исходного базового класса, наследуемый первым производным классом, наследуется как защищенный и вторым производным классом. Несмотря на всю свою полезность, защищенный доступ пригоден далеко не для всех ситуаций. Так, в классе TwoDShape из приведенного ранее примера требовалось, чтобы значения его членов Width и Height были доступными открыто, поскольку нужно было управлять значениями, которые им присваивались, что было бы невоз можно, если бы они были объявлены как protected. В данном случае более подходя щим решением оказалось применение свойств, чтобы управлять доступом, а не пре дотвращать его. Таким образом, модификатор доступа protected следует применять в том случае, если требуется создать член класса, доступный для всей иерархии клас сов, но для остального кода он должен быть закрытым. А для управления доступом к значению члена класса лучше воспользоваться свойством. ## Конструкторы и наследование В иерархии классов допускается, чтобы у базовых и производных классов были свои собственные конструкторы. В связи с этим возникает следующий резонный вопрос: какой конструктор отвечает за построение объекта производного класса: конструктор базового класса, конструктор производного класса или же оба? На этот вопрос можно ответить так: конструктор базового класса конструирует базовую часть объекта, а кон структор производного класса — производную часть этого объекта. И в этом есть своя логика, поскольку базовому классу неизвестны и недоступны любые элементы произ водного класса, а значит, их конструирование должно происходить раздельно. В при веденных выше примерах данный вопрос не возникал, поскольку они опирались на автоматическое создание конструкторов, используемых в C# по умолчанию. Но на практике конструкторы определяются в большинстве классов. Ниже будет показано, каким образом разрешается подобная ситуация. Если конструктор определен только в производном классе, то все происходит очень просто: конструируется объект производного класса, а базовая часть объекта автома тически конструируется его конструктором, используемым по умолчанию. В качестве примера ниже приведен переработанный вариант класса Triangle, в котором опре деляется конструктор, а член Style делается закрытым, так как теперь он устанавли вается конструктором.

// Добавить конструктор в класс Triangle. using System;

// Класс для двумерных объектов. class TwoDShape { double pri_width; double pr.i_height; // Свойства ширины и длины 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 void ShowDim { Console.WriteLine("Ширина и длина равны " + Width + " и " + Height); }

}

// Класс для треугольников, производный от класса TwoDShape. class Triangle : TwoDShape { string Style; // Конструктор. public Triangle(string s, double w, double h) { Width = w; // инициализировать член базового класса Height = h; // инициализировать член базового класса Style = s; // инициализировать член производного класса } // Возвратить площадь треугольника. public double Area { return Width * Height / 2; } // Показать тип треугольника. public void ShowStyle { Console.WriteLine("Треугольник " + Style); }