Применение ключевого слова static

Иногда требуется определить такой член класса, который будет использоваться не­зависимо от всех остальных объектов этого класса. Как правило, доступ к члену клас­са 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 пере­менные, так и методы. Наиболее характерным примером члена типа static служит метод Main(), который объявляется таковым потому, что он должен вызываться опе­рационной системой в самом начале выполняемой программы.

Для того чтобы воспользоваться членом типа static за пределами класса, доста­точно 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 перемен­ной 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 перемен­ным 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. Ког­да 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 примене­нием 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 отно­сится 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.

Листинг 8.31

// 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);

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 инициа­лизируется 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 пере­менной Val, поскольку она объявлена как static.

Аналогичная ошибка возникает при попытке вызвать нестатический метод из ста­тического 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 мето­ды 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 про­граммы, демонстрирующей подобную ситуацию. В этой программе поле типа static служит для хранения количества существующих объектов.

Листинг 8.32

// Использовать поле типа static для подсчета

// количества экземпляров существующих объектов.

 

using System;

 

class CountInst

{

static int count = 0;

 

// Инкременировать подсчет при создании объекта.

public CountInst()

{

count++;

}

 

// Декременировать подсчет при уничтожении объекта.

~CountInst()

{

count--;

}

 

public static int GetCount() {

return count;

}

}

 

class CountDemo

{

static void Main()

{

CountInst ob;

 

 

for(int i=0; i < 10; i++) {

ob = new CountInst();

Console.WriteLine("Текущий подсчет: " + CountInst.GetCount());

}

}

}

Выполнение этой программы приводит к следующему результату.

Текущий подсчет: 1

Текущий подсчет: 2

Текущий подсчет: 3

Текущий подсчет: 4

Текущий подсчет: 5

Текущий подсчет: 6

Текущий подсчет: 7

Текущий подсчет: 8

Текущий подсчет: 9

Текущий подсчет: 10

Всякий раз, когда создается объект типа CountInst, инкрементируется поле count типа static. Но всякий раз, когда такой объект утилизируется, поле count декре­ментируется. Следовательно, поле count всегда содержит количество существующих в настоящий момент объектов. И это становится возможным только благодаря исполь­зованию поля типа static. Аналогичный подсчет нельзя организовать с помощью переменной экземпляра, поскольку он имеет отношение ко всему классу, а не только к конкретному экземпляру объекта этого класса.

Ниже приведен еще один пример применения статических членов класса. Ранее в этой главе было показано, как объекты создаются с помощью фабрики класса. В том примере фабрика была нестатическим методом, а это означало, что фабричный метод можно было вызывать только по ссылке на объект, который нужно было предвари­тельно создать. Но фабрику класса лучше реализовать как метод типа static, что даст возможность вызывать этот фабричный метод, не создавая ненужный объект. Именно это улучшение и отражено в приведенном ниже измененном примере программы, реализующей фабрику класса.

Листинг 8.33

// Использовать статическую фабрику класса.

 

using System;

 

class MyClass

{

int a, b;

 

// создать фабрику для класса MyClass.

static public MyClass Factory(int i, int j)

{

MyClass t = new MyClass();

 

t.a = i;

t.b = j;

 

return t; // возвратить объект

}

 

public void Show()

{

Console.WriteLine("a и b: " + a + " " + b);

}

}

 

class MakeObjects

{

static void Main()

{

int i, j;

 

// Создать объекты, используя фабрику.

for(i=0, j=10; i < 10; i++, j--) {

MyClass ob = MyClass.Factory(i, j); // создать объект

ob.Show();

}

 

Console.WriteLine();

}

}

В этом варианте программы фабричный метод Factory() вызывается по имени его класса в следующей строке кода.

MyClass ob = MyClass.Factory(i, j); // создать объект

Теперь нет необходимости создавать объект класса MyClass, перед тем как пользо­ваться фабрикой этого класса.

Статические конструкторы

Конструктор можно также объявить как static. Статический конструктор, как правило, используется для инициализации компонентов, применяемых ко всему классу, а не к отдельному экземпляру объекта этого класса. Поэтому члены класса инициализируются статическим конструктором до создания каких-либо объектов этого класса. Ниже приведен простой пример применения статического конструктора.

Листинг 8.34

// Применить статический конструктор.

 

using System;

 

class Cons

{

public static int alpha;

public int beta;

 

// Статический конструктор.

static Cons()

{

alpha = 99;

Console.WriteLine("Внутри статического конструктора.");

}

 

// Конструктор экземпляра.

public Cons()

{

beta = 100;

Console.WriteLine("Внутри конструктора экземпляра.");

}

}

 

class ConsDemo

{

static void Main()

{

Cons ob = new Cons();

 

Console.WriteLine("Cons.alpha: " + Cons.alpha);

Console.WriteLine("ob.beta: " + ob.beta);

}

}

При выполнении этого кода получается следующий результат.

Внутри статического конструктора.

Внутри конструктора экземпляра.

Cons.alpha: 99

ob.beta: 100

Обратите внимание на то, что конструктор типа static вызывается автоматически, когда класс загружается впервые, причем до конструктора экземпляра. Из этого мож­но сделать более общий вывод: статический конструктор должен выполняться до лю­бого конструктора экземпляра. Более того, у статических конструкторов отсутствуют модификаторы доступа - они пользуются доступом по умолчанию, а следовательно, их нельзя вызывать из программы.

Статические классы

Класс можно объявлять как static. Статический класс обладает двумя основны­ми свойствами. Во-первых, объекты статического класса создавать нельзя. И во-вторых, статический класс должен содержать только статические члены. Статический класс создается по приведенной ниже форме объявления класса, видоизмененной с помо­щью ключевого слова static.

static class имя_класса { //...

В таком классе все члены должны быть объявлены как static. Ведь если класс ста­новится статическим, то это совсем не означает, что статическими становятся и все его члены.

Статические классы применяются главным образом в двух случаях. Во-первых, статический класс требуется при создании метода расширения. Методы расширения связаны в основном с языком LINQ и поэтому подробнее рассматриваются в главе 19. И во-вторых, статический класс служит для хранения совокупности связанных друг с другом статических методов. Именно это его применение и рассматривается ниже.

В приведенном ниже примере программы класс NumericFn типа static слу­жит для хранения ряда статических методов, оперирующих числовым значением. А поскольку все члены класса NumericFn объявлены как static, то этот класс также объявлен как static, чтобы исключить получение экземпляров его объектов. Таким образом, класс NumericFn выполняет организационную роль, предоставляя удобные средства для группирования логически связанных методов.

Листинг 8.35

// Продемонстрировать применение статического класса.

 

using System;

 

static class NumericFn

{

// Возвратить обратное числовое значение.

static public double Reciprocal(double num)

{

return 1/num;

}

 

// Возвратить дробную часть числового значения.

static public double FracPart(double num)

{

return num - (int) num;

}

 

// Возвратить true, если числовое значение num окажется четным.

static public bool IsEven(double num)

{

return (num % 2) == 0? true: false;

}

 

// Возвратить true, если числовое значение num окажется нечетным.

static public bool IsOdd(double num)

{

return!IsEven(num);

}

 

}

 

class StaticClassDemo

{

static void Main()

{

Console.WriteLine("Обратная величина числа 5 равна " +

NumericFn.Reciprocal(5.0));

 

Console.WriteLine("Дробная часть числа 4.234 равна " +

NumericFn.FracPart(4.234));

 

if(NumericFn.IsEven(10))

Console.WriteLine("10 – четное число.");

 

if(NumericFn.IsOdd(5))

Console.WriteLine("5 нечетное число.");

 

// Далее следует попытка создать экземпляр объекта класса

// NumericFn,что может стать причиной появления ошибки.

// NumericFn ob = new NumericFn(); // Ошибка!

}

}

Вот к какому результату приводит выполнение этой программы.

Обратная величина числа 5 равна 0.2

Дробная часть числа 4.234 равна 0.234

10 — четное число.

5 — нечетное число.

Обратите внимание на то, что последняя строка приведенной выше про­граммы закомментирована. Класс NumericFn является статическим, и поэтому любая попытка создать объект этого класса может привести к ошибке во время компиляции. Ошибкой будет также считаться попытка сделать нестатическим член класса NumericFn.

И последнее замечание: несмотря на то, что для статического класса не допускается наличие конструктора экземпляра, у него может быть статический конструктор.