Разработка кода ИС Практическая работа №5

Практическое занятие № 5

Тема: Классы

Цель работы: изучить фундаментальное понятие класса в объектно-ориентированном программировании на C#, освоить синтаксис объявления классов, определения полей, свойств, методов, конструкторов и других членов класса.

Теоретические сведения

Класс представляет собой шаблон, по которому определяется форма объекта. В нем указываются данные и код, который будет оперировать этими данными. В C# используется спецификация класса для построения объектов, которые являются экземплярами класса. Следовательно, класс, по существу, представляет собой ряд схематических описаний способа построения объекта. При этом очень важно подчеркнуть, что класс является логической абстракцией. Физическое представление класса появится в оперативной памяти лишь после того, как будет создан объект этого класса.

Классы и структуры — это, по сути, шаблоны, по которым можно создавать объекты. Каждый объект содержит данные и методы, манипулирующие этими данными.

Общая форма определения класса

При определении класса объявляются данные, которые он содержит, а также код, оперирующий этими данными. Если самые простые классы могут содержать только код или только данные, то большинство настоящих классов содержит и то и другое.

Вообще говоря, данные содержатся в членах данных, определяемых классом, а код — в функциях-членах. Следует сразу же подчеркнуть, что в C# предусмотрено несколько разновидностей членов данных и функций-членов:

Данные-члены

Данные-члены — это те члены, которые содержат данные класса — поля, константы, события. Данные-члены могут быть статическими (static). Член класса является членом экземпляра, если только он не объявлен явно как static. Давайте рассмотрим виды этих данных:

Поля (field)

Это любые переменные, ассоциированные с классом.

Константы

Константы могут быть ассоциированы с классом тем же способом, что и переменные. Константа объявляется с помощью ключевого слова const. Если она объявлена как public, то в этом случае становится доступной извне класса.

События

Это члены класса, позволяющие объекту уведомлять вызывающий код о том, что случилось нечто достойное упоминания, например, изменение свойства класса либо некоторое взаимодействие с пользователем. Клиент может иметь код, известный как обработчик событий, реагирующий на них.

Функции-члены

Функции-члены — это члены, которые обеспечивают некоторую функциональность для манипулирования данными класса. Они включают методы, свойства, конструкторы, финализаторы, операции и индексаторы:

Методы (method)

Это функции, ассоциированные с определенным классом. Как и данные-члены, по умолчанию они являются членами экземпляра. Они могут быть объявлены статическими с помощью модификатора static.

Свойства (property)

Это наборы функций, которые могут быть доступны клиенту таким же способом, как общедоступные поля класса. В C# предусмотрен специальный синтаксис для реализации чтения и записи свойств для классов, поэтому писать собственные методы с именами, начинающимися на Set и Get, не понадобится. Поскольку не существует какого-то отдельного синтаксиса для свойств, который отличал бы их от нормальных функций, создается иллюзия объектов как реальных сущностей, предоставляемых клиентскому коду.

Конструкторы (constructor)

Это специальные функции, вызываемые автоматически при инициализации объекта. Их имена совпадают с именами классов, которым они принадлежат, и они не имеют типа возврата. Конструкторы полезны для инициализации полей класса.

Финализаторы (finalizer)

Вызываются, когда среда CLR определяет, что объект больше не нужен. Они имеют то же имя, что и класс, но с предшествующим символом тильды. Предсказать точно, когда будет вызван финализатор, невозможно.

Операции (operator)

Это простейшие действия вроде + или -. Когда вы складываете два целых числа, то, строго говоря, применяете операцию + к целым. Однако C# позволяет указать, как существующие операции будут работать с пользовательскими классами (так называемая перегрузка операции).

Индексаторы (indexer)

Позволяют индексировать объекты таким же способом, как массив или коллекцию.

По сути класс представляет новый тип, который определяется пользователем. Класс определяется с помощью ключевого слова сlass:

После слова class идет имя класса и далее в фигурных скобках идет собственно содержимое класса. Например, определим в файле Program.cs класс Person, который будет представлять человека:

Однако такой класс не особо показателен, поэтому добавим в него некоторую функциональность.

Класс может хранить некоторые данные. Для хранения данных в классе применяются поля. По сути поля класса - это переменные, определенные на уровне класса.

Кроме того, класс может определять некоторое поведение или выполняемые действия. Для определения поведения в классе применяются методы.

Итак, добавим в класс Person поля и методы:

В данном случае в классе Person определено поле name, которое хранит имя, и поле age, которое хранит возраст человека. В отличие от переменных, определенных в методах, поля класса могут иметь модификаторы, которые указываются перед полем. Так, в данном случае, чтобы все поля были доступны вне класса Person поля определены с модификатором public.

При определении полей мы можем присвоить им некоторые значения, как в примере выше в случае переменной name. Если поля класса не инициализированы, то они получают значения по умолчанию. Для переменных числовых типов это число 0.

Также в классе Person определен метод Print(). Методы класса имеют доступ к его поля, и в данном случае обращаемся к полям класса name и age для вывода их значения на консоль. И чтобы этот метод был виден вне класса, он также определен с модификатором public.

После определения класса мы можем создавать его объекты. Для создания объекта применяются конструкторы. По сути конструкторы представляют специальные методы, которые называются так же как и класс, и которые вызываются при создании нового объекта класса и выполняют инициализацию объекта. Общий синтаксис вызова конструктора:

Сначала идет оператор new, который выделяет память для объекта, а после него идет вызов конструктора.

Если в классе не определено ни одного конструктора (как в случае с нашим классом Person), то для этого класса автоматически создается пустой конструктор по умолчанию, который не принимает никаких параметров.

Теперь создадим объект класса Person:

Для создания объекта Person используется выражение new Person(). В итоге после выполнения данного выражения в памяти будет выделен участок, где будут храниться все данные объекта Person. А переменная tom получит ссылку на созданный объект, и через эту переменную мы можем использовать данный объект и обращаться к его функциональности.

Обращение к функциональности класса

Для обращения к функциональности класса - полям, методам (а также другим элементам класса) применяется точечная нотация точки - после объекта класса ставится точка, а затем элемент класса:

Например, обратимся к полям и методам объекта Person:

Консольный вывод данной программы:

Кроме полей класс может определять для хранения данных константы. В отличие от полей из значение устанавливается один раз непосредственно при их объявлении и впоследствии не может быть изменено. Кроме того, константы хранят некоторые данные, которые относятся не к одному объекту, а ко всему классу в целом. И для обращения к константам применяется не имя объекта, а имя класса:

Здесь в классе Person определена константа type, которая хранит название класса:

Название класса не зависит от объекта. Мы можем создать много объектов Person, но название класса от этого не должно измениться - оно относится ко всем объектам Person и не должно меняться. Поэтому название типа можно сохранить в виде константы.

Стоит отметить, что константе сразу при ее определении необходимо присвоить значение.

Подобно обычным полям мы можем обращаться к константам класса внутри этого класса. Например, в методе Print значение константы выводится на консоль.

Однако если мы хотим обратиться к константе вне ее класса, то для обращения необходимо использовались имя класса:

Таким образом, если необходимо хранить данные, которые относятся ко всему классу в целом, то можно использовать константы.

Обычно классы помещаются в отдельные файлы. Нередко для одного класса предназначен один файл. И Visual Studio предоставляет по умолчанию встроенные шаблоны для добвления класса.

Для добавления класса нажмем в Visual Studio правой кнопкой мыши на название проекта:

В появившемся контекстном меню выберем пункт Add - New Item... (или Add - Class...)

В открывшемся окне добавления нового элемента убедимся, что в центральной части с шаблонами элементов у нас выбран пункт Class. А внизу окна в поле Name введем название добавляемого класса - пусть он будет назваться Person:

В качестве названия класса можно вводить как Person, так и Person.cs. И после нажатия на кнопку добавления в проект будет добавлен новый класс:

В файле Person.cs определим следующий код:

Здесь определен класс Person с одним полем name и методом Print.

В файле Program.cs, который представляет основной файл программы используем класс Person:

Таким образом, мы можем определять классы в отдельных файлах и использовать их в программе.

Задание:

Спроектируйте класс, наполните его, продемонстрируйте работоспособность класса.

1. Класс «Шар». Реализовать ввод и вывод полей данных, вычисление объема, диаметра и площади поверхности, а также вывод информации об объекте.

2. Класс «Куб». Реализовать ввод и вывод полей данных, вычисление объема, площади поверхности, длины диагонали, а также вывод информации об объекте.

3. Класс «Сфера» Реализовать вычисление объема, диаметра и площади поверхности, а также вывод информации об объекте.

Контрольные вопросы:

1. Что такое инкапсуляция?

2. Что такое наследование?

3. Что такое полиморфизм?

4. Что такое абстракция?