C#图解教程第六章深入理解类

深入理解类

类成员

前两章阐述了9种类成员中的两种：字段和方法。本章将会介绍除事件(第14章)和运算符外的其他类成员，并讨论其特征。

成员修饰符的顺序

字段和方法的声明可以包括许多如public、private这样的修饰符。本章还会讨论许多其他修饰符。多个修饰符一起使用时，它们需要怎么排序呢？

[特性] [修饰符] 核心声明

修饰符
- 修饰符，必须放在核心声明前
- 多个修饰符顺序任意
特性
- 特性，必须放在修饰符和核心声明前
- 多个特性顺序任意

例如，public和static都是修饰符，可以用在一起修饰某个声明。因为它们都是修饰符，所以顺序任意。下面两行代码是语义等价的：

public static int MaxVal;
static public int MaxVal;

实例类成员

类的每个实例拥有自己的各个类成员的副本，这些成员称为实例成员。
改变一个实例字段的值不会影响任何其他实例成员中的值。
例

class D
{public int Mem1;
}
class Progarm
{static void Main(){D d1=new D();D d2=new D();d1.Mem1=10;d2.Mem1=28;Console.WriteLine("d1={0},d2={1}",d1.Mem1,d2.Mem2);}
}

静态字段

除了实例字段，类还可以拥有静态字段。

静态字段被类的所有实例共享，所有实例访问同一内存位置。因此，如果该内存位置的值被一个实例改变了，这种改变对所有实例都可见。
可以使用static修饰符将字段声明为静态

class D
{int Mem1;        //实例字段static int Mem2; //静态字段
}

例：静态字段演示

因为Mem2是静态的，类D的两个实例共享单一的Mem2字段。如果Mem2被改变了，这个改变在两个实例中都能看到
成员Mem1没有声明为static，所以每个实例都有自己的副本

class D
{int Mem1;static int Mem2;...
}
static void Main()
{D d1=new D();D d2=new D();...
}

从类的外部访问静态成员

静态成员可以使用点运算符从类的外部访问。但因为没有实例，所以必须使用类名。

类名↓
D.Mem2=5;↑成员名

静态字段示例

一个方法设置两个数据成员的值
另一个方法显示两个数据成员的值

class D
{int Mem1;static int Mem2;public void SetVars(int v1,int v2){Mem1=v1;Mem2=v2;}public void Display(string str){Console.WriteLine("{0}:Mem1={1},Mem2={2}",str,Mem1,Mem2);}
}
class Program
{static void Main(){D d1=new D(),d2=new D();d1.SetVars(2,4);d1.Display("d1");d2.SetVars(15,17);d2.Display("d2");d1.Display("d1");}
}

静态成员的生存期

之前我们已经看到了，只有在实例创建后才产生实例成员，实例销毁后实例成员也就不在存在
即使类没有实例，也存在静态成员，并可以访问

class D
{int Mem1;static int Mem2;...
}
static void Main()
{D.Mem2=5;Console.WriteLine("Mem2={0}",D.Mem2);
}

字段与类有关，与实例无关

静态成员即使没有类的实例也存在。如果静态字段有初始化语句，那么会在使用该类的任何静态成员之前初始化该字段，但没必要在程序执行的开始就初始化。

静态函数成员

如同静态字段，静态函数成员独立于任何类实例。无需类实例就可以调用静态方法
静态函数成员不能访问实例成员。只能访问静态成员

例：静态函数与静态字段

class X
{static public int A;static public void PrintValA(){Console.WriteLine("Value of A:{0}",A);}
}
class Program
{static void Main(){X.A=10;X.PrintValA();}
}

其他静态类成员类型

下表中为可以声明为static的类成员类型做了√标记

成员常量

成员常量类似本地常量，只是它被声明在类声明中而不是方法内。

class MyClass
{const int IntVal=100;//定义值为100的int类型常量
}
const double PI=3.1416; //错误：不能在类型声明之外

与本地常量类似，初始化成员常量的值在编译时必须是可计算的。

class MyClass
{const int IntVal1=100;const int IntVal2=2*IntVal1;//正确：因为IntVal的值在前一行已设置
}

与本地常量类似，不能在成员常量声明后给它赋值

class MyClass
{const int IntVal//错误：声明时必须初始化IntVal=100;     //错误：不允许赋值
}

与C和C++不同，在C#中没有全局变量。每个常量都必须声明在类型内。

常量与静态量

成员常量比本地常量更有趣，因为它们表现得像静态值。它们对类的每个实例都是“可见的”，而且即使没有类的实例也可以用。与真正的静态量不同，常量没有自己的存储位置，而是在编译时被编译器替换。常量类似C和C++中的#define。
正因为常量在内存没有存储位置，所以它也不能作为左值（被赋值）。
static静态量是有自己的存储位置的。

例：常量示例

class X
{public const double PI=3.1416;
}
class Program
{static void Main(){Console.WriteLine("pi={0}",X.PI);}
}

虽然常量成员表现得像一个静态量，但不能将常量声明为static

static const double PI=3.14;//错误：不能将常量声明为static

属性

属性代表类的实例或类中的一个数据项成员。使用属性看起来像写入或读取一个字段，它们语法相同。

与字段类似，属性有如下特征

它是命名的类成员
它有类型
它可以被赋值和读取

然而和字段不同，属性是一个函数成员

它不为数据存储分配内存
它是执行代码

属性是指定的一组两个匹配的、称为访问器的方法

set访问器为属性赋值
get访问器从属性获取

属性声明和访问器

set访问器
- 拥有一个单独的、隐式的值参，名称为value，与属性的类型相同
- 拥有一个返回类型void
get访问器
- 没有参数
- 拥有一个与属性类型相同的返回类型

访问器的其他重点

get访问器的所有执行路径必须包含一条return语句，返回一个属性类型的值
访问器set、get顺序任意，除这两个访问器外在属性上不允许有其他方法

属性示例

例：名为C1的类，包含一个名为MyValue的属性

属性本身没有任何存储。访问器决定如何处理发进来的数据，以及什么数据发出去。示例中，属性使用TheRealValue字段作为存储
set访问器接受它的输入参数value，并把值赋给字段TheRealValue
get访问器只是返回字段TheRealValue的值

class C1
{private int TheRealValue;//字段：分配内存public int MyValue       //属性：不分配内存{set{TheRealValue=value;}get{return TheRealValue;}}
}

使用属性

要写入属性，在赋值语句的左边使用属性名
要读取属性，把属性名用在表达式中
属性根据是写入还是读取，隐式调用访问器。（不能显示调用访问器）

int MyValue
{get{...}set{...}
}
...
MyValue=5;
z=MyValue;

属性和关联字段

正如下文C1示例中的。一种常见的方式是在类中将字段声明为private以封装字段，并声明一个public属性来控制从类的外部对该字段的访问。
和属性关联的字段常被称为后备字段、后备存储。

例：使用public的MyValue来控制对private的TheRealValue的访问

class C1
{private int TheRealValue=10;//字段：分配内存public int MyValue          //属性：不分配内存{set{TheRealValue=value;}get{return TheRealValue;}}
}
class Program
{static void Main(){C1 c=new C1();Console.WriteLine("MyValue:{0}",c.MyValue);c.MyValue=20;Console.WriteLine("MyValue:{0}",c.MyValue);}
}

属性和它后备字段的命名有两种约定。
约定一：属性使用Pascal大小写，字段使用Camel大小写。虽然这违反了“仅使用大小写区分不同标识符是坏习惯”。但胜在简单，有意义。
约定二：属性使用Pascal大小写，字段使用Camel大小写并在开头加"_"号。

private int firstField;
public int FirstField
{get{return firstField;}set{firstField=value;}
}
private int _secondField;
public int SecondField
{get{return _secondField;}set{_secondField=value;}
}

执行其他计算

属性访问器不仅对后备字段传进传出数据。也可以执行任何计算。
例：通过set属性访问器限制Hour的最大值为24

int Hour=12;
int MyValue
{set{Hour=value>24?24:value;}get{return Hour;}
}

上面示例中，演示的条件运算符，将在第8章详细阐述。
条件运算符是一种三元运算符，计算问号前的表达式，如果表达式结果为true，则返回问号后第一个表达式，否则，返回冒号后的表达式。

只读和只写属性

只有get访问器的属性称为只读属性。只读属性是一种安全的，把一项数据从类或类的实例中传出，而不允许太多访问方法
只有set访问器的属性称为只写属性，只写属性是一种安全的，把一项数据从类的外部传入类，而不允许太多访问方法
两个访问器中至少要定义一个

属性与公共字段

按照推荐的编码实践，属性比公共字段更好

属性是函数型成员而不是数据成员，允许你处理输入和输出，而公共字段不行
属性可以只读或只写，字段不行
编译后的变量和编译后的属性语义不同

计算只读属性示例

例：类RightTriangle（直角三角形）的只读属性Hypotenuse（斜边）

它有两个公有字段，表示直角三角形的两个直角边长度。这些字段可以被写入、读取
第三边由属性Hypotenuse表示，是只读属性，其返回值基于另外两边长度

class RightTriangle
{public double A=3;public double B=4;public double Hypotenuse{get{return Math.Sqrt((A*A)+(B*B));}}
}
class Program
{static void Main(){var c=new RightTriangle();Console.WriteLine("Hypotenuse:{0}",c.Hypotenuse);}
}

自动实现属性

因为属性经常关联到后备字段，C#提供了自动实现属性(automatically implemented property)，允许只声明属性而不声明后备字段。编译器为你创建隐藏的后备字段，并且字段挂接到get和set访问器上。
自动属性的要点如下

不声明后备字段-编译器根据属性类型分配存储
不能提供访问器的方法体-它们必须被简单地声明为分号。get相当于简单的内存读，set相当于简单的写
除非通过访问器，否则不能访问后备字段。因为不能用其他方法访问，所以实现只读和只写属性没有意义，因此使用自动属性必须同时提供读写访问器。

例：自动属性

class C1
{public int MyValue          //属性：分配内存{set;get;}
}
class Program
{static void Main(){C1 c=new C1();Console.WriteLine("MyValue:{0}",c.MyValue);c.MyValue=20;Console.WriteLine("MyValue:{0}",c.MyValue);}
}

除方便以外，自动属性使你在倾向于使用公有字段的地方很容易用属性将其替代。

静态属性

属性也可以声明为static。静态属性的访问器和静态成员一样，具有以下特点

不能访问类的实例成员–它们能被实例成员访问
不管类是否有实例，它们都存在
当从类的外部访问时，必需使用类名引用

例：静态属性

class Trivial
{public static int MyValue{get;set;}public void PrintValue(){Console.WriteLine("Value from inside:{0}",MyValue);}
}
class Program
{static void Main(){Console.WriteLine("Init Value:{0}",Trival.MyValue);Trival.MyValue=10;Console.WriteLine("New Value:{0}",Trival.MyValue);var tr=new Trivial();tr.PrintValue();}
}

实例构造函数

实例构造函数是一个特殊的方法，它在创建类的每个新实例时执行。

构造函数用于初始化类实例的状态
如果希望从类的外部创建类的实例，需要将构造函数声明为public

class MyClass
{         和类名相同↓public MyClass(){     ↑没有返回类型...}
}

构造函数的名称与类相同
构造函数不能有返回值

例：使用构造函数初始化TimeOfInstantiation字段为当前时间

class MyClass
{DateTime TimeOfInstantiation;...public MyClass(){TimeOfInstantiation=DateTime.Now;}...
}

在学完静态属性后，我们可以仔细看看初始化TimeOfInstantiation那一行。DateTime类(实际上它是一个结构，但由于还没介绍结构，你可以先把它当成类)是从BCL中引入的，Now是类DateTime的静态属性。Now属性创建一个新的DateTime类实例，将其初始化为系统时钟中的当前日期和时间，并返回新DateTime实例的引用。

带参数的构造函数

构造函数可以带参数。参数语法和其他方法完全相同
构造函数可以被重载

例：有3个构造函数的Class

class Class1
{int Id;string Name;public Class1(){Id=28;Name="Nemo";}public Class1(int val){Id=val;Name="Nemo";}public Class1(String name){Name=name;}public void SoundOff(){Console.WriteLine("Name{0},Id{1}",Name,Id);}
}
class Program
{static void Main(){CLass1 a=new Class1(),b=new Class1(7),c=new Class1("Bill");a.SoundOff();b.SoundOff();c.SoundOff();}
}

默认构造函数

如果在类的声明中没有显式的提供实例构造函数，那么编译器会提供一个隐式的默认构造函数，它有以下特征。

没有参数
方法体为空

只要你声明了构造函数，编译器就不再提供默认构造函数。

例：显式声明了两个构造函数的Class2

class Class2
{public Class2(int Value){...}public Class2(string Value){...}
}
class Program
{static void Main(){Class2 a=new Class2();//错误！没有无参数的构造函数...}
}

因为已经声明了构造函数，所以编译器不提供无参数的默认构造函数
在Main中试图使用无参数的构造函数创建实例，编译器产生一条错误信息

静态构造函数

实例构造函数初始化类的每个新实例，static构造函数初始化类级别的项。通常，静态构造函数初始化类的静态字段。

初始化类级别的项
- 在引用任何静态成员之前
- 在创建类的任何实例之前
静态构造函数在以下方面与实例构造函数类似
- 静态构造函数的名称和类名相同
- 构造函数不能返回值
静态构造函数在以下方面和实例构造函数不同
- 静态构造函数声明中使用static
- 类只能有一个静态构造函数，而且不能带参数
- 静态构造函数不能有访问修饰符

class Class1
{static Class1{...}
}

关于静态构造函数还有其他要点

类既可以有静态构造函数也可以有实例构造函数
如同静态方法，静态构造函数不能访问类的实例成员，因此也不能是一个this访问器
不能从程序中显式调用静态构造函数，系统会自动调用它们，在：
- 类的任何实例被创建前
- 类的任何静态成员被引用前

静态构造函数示例

class RandomNumberClass
{private static Random RandomKey;static RandomNumberClass(){RandomKey=new Random();}public int GetRandomNumber(){return RandomKey.Next();}
}
class Program
{static void Main(){var a=new RandomNumberClass();var b=new RandomNumberClass();Console.WriteLine("Next Random #:{0}",a.GetRandomNumber());Console.WriteLine("Next Random #:{0}",b.GetRandomNumber());}
}

对象初始化语句

对象初始化语句扩展了创建语法，允许你在创建新的对象实例时，设置字段和属性的值。

例：

new Point {X=5,Y=6};

创建对象的代码必须能够访问初始化的字段和属性。如上例中，X和Y必须是public
初始化发生在构造方法执行之后，因为构造方法中设置的值可能会在对象初始化中重置为不同的值

public class Point
{public int X=1;public int Y=2;
}
class Program
{static void Main(){var pt1=new Point();var pt2=new Point(X=5,Y=6);Console.WriteLine("pt1:{0},{1}",pt1.X,pt1.Y);Console.WriteLine("pt2:{0},{1}",pt2.X,pt2.Y);}
}

析构函数

析构函数(destructor)执行在类的实例被销毁前需要的清理或释放非托管资源行为。非托管资源通过Win32 API获得文件句柄，或非托管内存块。使用.NET资源无法得到它们，因此如果坚持使用.NET类，就无需为类编写析构函数。
因此，我们等到第25章再描述析构函数。

readonly修饰符

字段可用readonly修饰。其作用类似于将字段声明为const，一旦值被设定就不能改变。

const字段只能在字段声明语句中初始化，而readonly字段可以在下列任意位置设置它的值
- 字段声明语句，类似const
- 类的任何构造函数。如果是static字段，初始化必须在静态构造函数中完成
const字段的值必须在编译时决定，而readonly字段值可以在运行时决定。这种增加的自由性允许你在不同环境或构造函数中设置不同的值
和const不同，const的行为总是静态的，而readonly字段有以下两点
- 它可以是实例字段，也可以是静态字段
- 它在内存中有存储位置

例：Shape类，两个readonly字段

字段PI在它的声明中初始化
字段NumberOfSides根据调用的构造函数被设置为3或4

class Shape
{readonly double PI=3.1416;readonly int NumberOfSides;public Shape(double side1,double side2){// 矩形NumberOfSides=4;...}public Shape(double side1,double side2,double side3){// 三角形NumberOfSides=3;...}
}

this关键字

this关键字在类中使用，表示对当前实例的引用。它只能被用在下列类成员的代码块中。

实例构造函数
实例方法
属性和索引器的实例访问器

静态成员不是实例的一部分，所以不能在静态函数成员中使用this。换句话说，this用于下列目的：

用于区分类的成员和本地变量或参数
作为调用方法的实参

例：MyClass类，在方法内使用this关键字区分两个Var1

class MyClass
{int Var1=10;public int ReturnMaxSum(int Var1){          参数  字段↓    ↓return Var1>this.Var1?Var1:this.Var1;}
}
class Program
{static void Main(){var mc=new MyClass();Console.WriteLine("Max:{0}",mc.ReturnMaxSum(30));Console.WriteLine("Max:{0}",mc.ReturnMaxSum(5));}
}

索引器

假如我们定义一个Employee类，它带有3个string型字段，如果不用索引器，我们用字段名访问它们。

class Employee
{public string LastName;public string FirstName;public string CityOfBirth;
}
class Program
{static void Main(){var emp1=new Employee();emp1.LaseName="Doe";emp1.FirstName="Jane";emp1.CityOfBirth="Dallas";}
}

如果能使用索引访问它们将会很方便，好像该实例是字段的数组一样。

    static void Main(){var emp1=new Employee();emp1[0]="Doe";emp1[1]="Jane";emp1[2]="Dallas";}

什么是索引器

索引器是一组get和set访问器，与属性类似。

索引器和属性

索引器和属性在很多方法类似

和属性一样，索引器不用分配内存来存储
索引器通常表示多个数据成员

可以认为索引器是为类的多个数据成员提供get、set属性。通过索引器，可以在许多可能的数据成员中进行选择。索引器本身可以是任何类型。

关于索引器的注意事项

和属性一样，索引器可以只有一个访问器，也可以两个都有
索引器总是实例成员，因此不能声明为static
和属性一样，实现get、set访问器的代码不必一定关联到某字段或属性。这段代码可以什么都不做，只要get访问器返回某个指定类型值即可

声明索引器

索引器没有名称。在名称的位置，关键词是this
参数列表在方括号中
参数列表中至少声明一个参数

Return Type this [Type param1,...]
{get{...}set{...}
}

声明索引器类似于声明属性。

索引器的set访问器

当索引器被用于赋值时，set访问器被调用，并接受两项数据

一个隐式参数，名为value，value持有要保存的数据
一个或多个索引参数，表示数据应该保存在哪里

下图例表明set访问器有如下语义

它的返回类型为void
它使用的参数列表和索引器声明中的相同
它有一个名为value的隐式参数，值参类型和索引类型相同

索引器的get访问器

get访问器方法体内的代码必须检查索引参数，确定它表示哪个字段，并返回字段值。
get访问器有如下语义

它的参数列表和索引器声明中的相同
它返回与索引器相同类型的值

关于索引器的补充

和属性一样，不能显示调用get、set访问器。取而代之，当索引器用在表达式中取值时，将自动调用get访问器。索引器被赋值时，自动调用set访问器。
在“调用”索引器时，要在方括号中提供参数。

   索引   值↓    ↓
emp[0]="Doe";           //调用set访问器
string NewName=emp[0];  //调用get访问器

为Employee示例声明索引器

下面代码为示例中的类Employee声明了一个索引器

索引器需要去写string类型的值，所以string必须声明为索引器的类型。它必须声明为public，以便从类外部访问
3个字段被强行索引为整数0-2，所以本例中方括号中间名为index的形参必须为int型
在set访问器方法体内，代码确定索引指的是哪个字段，并把隐式变量value赋给它。在get访问器方法体内，代码确定索引指的哪个字段，并返回该字段的值

class Employee
{public string LastName;public string FirstName;public string CityOfBirth;public string this[int index]{set{switch(index){case 0:LaseName=value;break;case 1:FirstName=value;break;case 2:CityOfBirth=value;break;default:throw new ArgumentOutOfRangeException("index");}}get{switch(index){case 0:return LaseName;case 1:return FirstName;case 2:return CityOfBirth;default:throw new ArgumentOutOfRangeException("index");}}}
}

另一个索引器示例

例：为类Class1的两个int字段设置索引

class Class1
{int Temp0;int Temp1;public int this[int index]{get{return(index==0?Temp0:Temp1;)}set{if(index==0){Temp0=value;}else{Temp1=value;}}}
}
class Example
{static void Main(){var a=new Class1();Console.WriteLine("Values -- T0:{0},T1:{1}",a[0],a[1]);a[0]=15;a[1]=20;Console.WriteLine("Values--T0:{0},T1:{1}",a[0],a[1]);}
}

索引器重载

类可以有任意多个参数列表不同的索引器。（返回类型不同，不是重载）

例：下面示例有3个索引器

class Myclass
{public string this[int index]{get{...}set{...}}public string this[int index1,int index2]{get{...}set{...}}public int this[float index1]{get{...}set{...}}
}

访问器的访问修饰符

本章中，你已看到了两种带get、set访问器的函数成员：属性和索引器。默认情况下，成员的两个访问器的访问级别和成员自身相同。也就是说，如果一个属性有public访问级别，那么它的两个访问器也是public的。

不过，你可以为两个访问器分配不同访问级别。例如，下面代码演示了一个常见且重要的例子–set访问器声明为private，get访问器声明为public。(get之所以是public，是因为属性的访问级别就是public)

注意：在这段代码中，尽管可以从类的外部读取该属性，但却只能在类的内部设置它。这是非常重要的封装工具。

class Person
{public string Name{get;private set;}public Person(string name){Name=name;}
}
class Program
{static public void Main(){var p=new Person("Capt,Ernest Evans");Console.WriteLine("Person's name is {0}",p.Name);}
}

访问器的访问修饰符有几个限制。最重要的限制如下。

仅当成员（属性或索引器）既有get访问器也有set访问器时，其访问器才能有访问修饰符
虽然两个访问器都必须出现，但它们中只能有一个有访问修饰符
访问器的访问修饰符必须比成员的访问级别有更严格的限制性，即访问器的访问级别必须比成员的访问级别低，详见下图

例如，如果一个属性的访问级别是public，在图里较低的4个级别中，它的访问器可以使用任意一个。但如果属性的访问级别是protected，则其访问器唯一能使用的访问修饰符是private。

分部类和分部类型

类的声明可以分割成几个分部类的声明

每个分部类的声明都含有一些类成员的声明
类的分部类声明可以在同一文件中也可以在不同文件中

每个局部声明必须标为partial class，而不是class。分部类声明看起来和普通类声明相同。

类型修饰符partial不是关键字，所以在其他上下文中，可以把它用作标识符。但直接用在关键字class、struct或interface前时，它表示分部类型。

例：分部类

Visual Studio为标准的Windows程序模板使用了这个特性。当你从标准模板创建ASP.NET项目、Windows Forms项目或Windows Persentation Foudation(WPF)项目时，模板为每个Web页面、表单、WPF窗体创建两个类文件。

一个文件的分部类包含由VS生成的代码，声明了页面上的组件。你不应该修改这个文件中的分部类，因为如果修改页面组件，VS会重新生成
另一个文件包含的分部类可用于实现页面或表单组件的外观和行为
除了分部类，还有另外两种分部类型
- 局部结构(第10章)
- 局部接口(第15章)

分部方法

分部方法是声明在分部类中不同部分的方法。
分部方法的两个部分如下

定义分部方法声明
- 给出签名和返回类型
- 声明的实现部分只是一个分号
实现分部方法声明
- 给出签名和返回类型
- 是以正常形式的语句块实现

关于分部方法需要了解的重要内容如下

定义声明和实现声明的签名和返回类型必须匹配。签名和返回类型有如下特征
- 返回类型必须是void
- 签名不能包括访问修饰符，这使分部方法是隐式私有的
- 参数列表不能包含out参数
- 在定义声明和实现声明中都必须包含上下文关键字partial，直接放在关键字void前
可以有定义部分而没有实现部分。这种情况下，编译器把方法的声明以及方法内部任何对方法的调用都移除。不能只有实现部分而没有定义部分。

下面是一个名为PrintSum的分部方法的示例

因为分部方法是隐式私有的，PrintSum不能从类的外部调用。方法Add是调用PrintSum的公有方法

partial class MyClass
{必须是void↓partial void PrintSum(int x,int y);//定义分部方法public void Add(int x,int y){PrintSum(x,y);}
}
partial class MyClass
{partial void PrintSum(int x,int y)//实现分部方法{Console.WriteLine("Sum i {0}",x+y);}
}
class Program
{static void Main(){var mc=new MyClass();mc.Add(5,6);}
}