Стандартные интерфейсы .Net

Пользовательские и стандартные интерфейсы. Структуры

Интерфейсы

В объектно-ориентированном программировании иногда требуется определить, что класс должен делать, а не как он будет это делать. Такой подход может быть реализован с помощью абстрактного класса, при этом в абстрактном классе часть методов может быть реализована, часть нет. Кроме этого в С# предусмотрена возможность полностью отделить структуру класса от его реализации. Это делается с помощью интерфейса.

Интерфейс - это "крайний случай" абстрактного класса, в котором не предусмотрена ни одна реализация члена класса. Таким образом, интерфейс описывает функциональность классов, но не определяет способа ее реализации. Каждый класс, наследуя интерфейс, может реализовать его элементы по-своему. Так достигается полиморфизм - объекты разных классов по-разному реагируют на вызовы одного и того же метода.

Синтаксис интерфейса:

[атрибуты] [спецификаторы] interface имя_интерфейса : [предки]

{

//объявление функциональных членов интерфейса без реализации

…

}

Для интерфейса могут быть указаны спецификаторы new, public, internal и private. Спецификатор new применяется для вложенных интерфейсов и имеет такой же смысл, как и соответствующий спецификатор метода класса. По умолчанию интерфейс доступен только из сборки, в которой он описан (internal).

Все функциональные члены интерфейса по умолчанию являются открытыми (public) и абстрактными (abstract), поэтому при описании метода указывается только типа возвращаемого им значения и сигнатуры.

В качестве функциональных членов в интерфейсе можно объявлять сигнатуры методов, свойств, индексаторов и событий (для Windows-приложений). Интерфейсы не могут содержать члены данных, конструкторы, деструкторы или операторные методы (методы, переопределяющие операции). Ни один член интерфейса не может быть объявлен статическим.

Напомним, что класс может наследовать один базовый класс и несколько интерфейсов. Класс, наследующий интерфейс, должен реализовать его в полном объеме. Т.к. функциональные члены, объявленные внутри интерфейса, являются открытыми, то их реализация также должна быть открытой. Кроме того, сигнатура функционального члена в реализации должна в точности совпадать с сигнатурой, заданной в определении интерфейса.

В качестве примера рассмотрим интерфейс IDemo и его реализацию для классов DemoPoint и DemoLine из предыдущей лекции:

//определение интерфейса

interface IDemo

{

void Show(); //объявление метода

double Dlina(); //объявление метода

int X {get;} //объявление свойства, доступного только для чтения

int this [int i]{get;set;} //объявление индексатора, доступного для чтения-записи

}

//класс DemoPoint наследует интерфейс IDemo

class DemoPoint:IDemo

{

protected int x;

protected int y;

public DemoPoint ( int x, int y)

{

this.x=x; this.y=y;

}

public void Show() //реализация метода, объявленного в интерфейсе

{

Console.WriteLine("точка на плоскости: ({0}, {1})",x, y);

}

public double Dlina() //реализация метода, объявленного в интерфейсе

{

return Math.Sqrt(x*x+y*y);

}

public int X //реализация свойства, объявленного в интерфейсе

{

get

{

return x;

}

}

public int this [int i] //реализация индексатора, объявленного в интерфейсе

{

get

{

if (i==0) return x;

else if (i==1) return y;

else throw new Exception ("недопустимое значение индекса");

}

set

{

if (i==0) x=value;

else if (i==1) y=value;

else throw new Exception ("недопустимое значение индекса");

}

}

}

//класс DemoShape наследует класс DemoPoint и интерфейс IDemo

class DemoShape : DemoPoint, IDemo

{

protected int z;

public DemoShape(int x, int y, int z):base(x, y)

{

this.z=z;

}

// реализация метода, объявленного в интерфейсе, с сокрытием одноименного метода из

//базового класса

public new void Show()

{

Console.WriteLine("точка в пространстве: ({0}, {1}, {2})", x, y, z);

}

// реализация метода, объявленного в интерфейсе, с сокрытием одноименного метода из

//базового класса

public new double Dlina()

{

return Math.Sqrt(x*x+y*y+z*z);

}

// реализация индексатора, объявленного в интерфейсе, с сокрытием одноименного

// индексатора из базового класса

public new int this [int i]

{

get

{

if (i==0) return x;

else if (i==1) return y;

else if (i==2) return z;

else throw new Exception ("недопустимое значение индекса");

}

set

{

if (i==0) x=value;

else if (i==1) y=value;

else if (i==2) z=value;

else throw new Exception ("недопустимое значение индекса");

}

}

}

class Program

{

static void Main()

{

//создание массива интерфейсных ссылок

IDemo []a =new IDemo[4];

//заполнение массива

a[0]=new DemoPoint(0,1);

a[1]=new DemoPoint(-3, 0);

a[2]=new DemoShape(3,4,0);

a[3]= new DemoShape(0,5, 6);

//просмотр массива

foreach (IDemo x in a)

{

x.Show();

Console.WriteLine("Dlina={0:f2}",x.Dlina());

Console.WriteLine("x="+x.X);

x[1]+=x[0];

Console.Write("новые координаты - ");

x.Show();

Console.WriteLine();

}

}

}

Обратите внимание, что в интерфейсе IDemo было объявлено свойство Х, доступное только для чтения. Наследуя интерфейс IDemo, класс DemoPoint определил реализацию данного свойства. Класс DemoShape, наследуя класс DemoPoint и IDemo, не предложил собственной реализации свойства Х, поэтому при обращении к объекту типа DemoShape вызывается реализация данного свойства, определенная в базовом классе.

Задания.

1. Добавьте в интерфейс IDemo свойство Y, которое позволит обращаться для чтения к значению поля у. Реализуйте работу с данным свойством в классах DemoPoint и DemoShape.
2. Добавьте свойство Z для обращения к полю z класса DemoShape. Подумайте, куда именно нужно добавить определение данного свойства и почему.

Стандартные интерфейсы .Net

В библиотеке классов .Net определено множество стандартных интерфейсов, задающих желаемую функциональность объектов. Например, интерфейс IComparable задает метод сравнения объектов по принципу больше и меньше, что позволяет переопределить соответствующие операции в рамках класса, наследующего интерфейс IComparable. Реализация интерфейсов IEnumerable и IEnumerator дает возможность просматривать содержимое объекта с помощью оператора foreach.

Можно создавать собственные классы, реализующие стандартные интерфейсы, что позволит использовать объекты этих классов стандартными способами.

Более подробно рассмотрим стандартный интерфейс IComparable.

Интерфейс IComparable определен в пространстве имен System и содержит единственный метод CompareTo, возвращающий результат сравнения двух объектов - текущего и переданного ему в качестве параметра:

interface IComparable

{

int CompareTo(object obj);

}

Реализация данного метода должна возвращать:

1. 0 - если текущий объект и параметр равны;
2. отрицательное число, если текущий объект меньше параметра;
3. положительное число, если текущий объект больше параметра.

В качестве примера рассмотрим реализацию классом DemoPoint стандартного интерфейса IComparable.

// класс DemoPoint реализует стандартный интерфейс IComparable

class DemoPoint:IComparable

{

protected int x;

protected int y;

public DemoPoint ( int x, int y)

{

this.x=x; this.y=y;

}

public void Show()

{

Console.WriteLine("точка на плоскости: ({0}, {1})",x, y);

}

public double Dlina()

{

return Math.Sqrt(x*x+y*y);

}

//реализация метода CompareTo

public int CompareTo (object obj)

{

DemoPoint b=(DemoPoint) obj; //преобразуем к типу DemoPoint

//определяем критерии сравнения текущего объекта с параметром в

// зависимости от удаленности точки от начала координат

if (this.Dlina()==b.Dlina()) return 0;

else if (this.Dlina()>b.Dlina()) return 1;

else return -1;

}

}

class Program

{

static void Main()

{

//создаем массив ссылок

DemoPoint []a =new DemoPoint[4];

a[0]=new DemoPoint(5,-1);

a[1]=new DemoPoint(-3, 3);

a[2]=new DemoPoint(3,4);

a[3]= new DemoPoint(0,1);

//сортируем массив точек, при этом в качестве критерия сортировки будет

//использоваться собственная реализация метода CompareTo

Array.Sort(a);

Console.WriteLine();

foreach (DemoPoint x in a)

{

x.Show();

Console.WriteLine("Dlina={0:f2} ",x.Dlina());

}

}

}

Задание. Измените метод CompareTo так, чтобы метод Sort сортировал массив точек по убыванию расстояния между точкой и началом координат.

Обратите внимание на то, что во время реализации метода CompareTo в качестве параметра передавалась ссылка на объект типа object. Напомним, что класс object является корневым классом для всех остальных в С#. Поэтому он может ссылаться на объект любого типа. Но чтобы потом получить доступ к членам объекта произвольного класса, нужно выполнить приведение типов.

Используя собственную реализацию метода CompareTo можно перегрузить операции отношения. Напомним, что операции отношения должны перегружаться парами: < и >, <= и >=, == и !=.

В следующем примере для класса DemoPoint перегрузим операции == и != таким образом, чтобы при сравнении двух объектов возвращалось значение true, если точки находятся на равном удалении от начала координат, в противном случае - false.

class DemoPoint:IComparable

{

protected int x;

protected int y;

public DemoPoint ( int x, int y)

{

this.x=x; this.y=y;

}

public void Show()

{

Console.WriteLine("точка на плоскости: ({0}, {1})",x, y);

}

public double Dlina()

{

return Math.Sqrt(x*x+y*y);

}

public int CompareTo (object obj)

{

DemoPoint b=(DemoPoint) obj;

if (this.Dlina()==b.Dlina()) return 0;

else if (this.Dlina()>b.Dlina()) return 1;

else return -1;

}

public static bool operator ==(DemoPoint a, DemoPoint b)

{

return (a.CompareTo(b)==0);

}

public static bool operator !=(DemoPoint a, DemoPoint b)

{

return (a.CompareTo(b)!=0);

}

}

class Program

{

static void Main()

{

DemoPoint a =new DemoPoint(-3,0);

DemoPoint b=new DemoPoint(0,3);

if (a==b) Console.WriteLine("равно удалены от начала координат");

else Console.WriteLine("не равно удалены от начала координат");

}

}

Задание. Перегрузите в классе DemoPoint следущие пары операций:

1. > и <, так чтобы при сравнении двух объектов возвращалось значение true, если первая точка расположена дальше от начала координат, чем вторая, иначе false.
2. >= и <=, так чтобы при сравнении двух объектов возвращалось значение true если первая точка расположена не ближе к началу координат, чем вторая, иначе false.

Структуры

Классы, как вы уже знаете, являются ссылочными данными. Это означает, что к экземплярам классов можно обратиться только через ссылку. В С# реализован тип данных, аналогичный классу, но который в отличие от классов является размерным типом. Таким типом является структура.

Так как структура является размерным типом, то экземпляр структуры хранит значение своих элементов, а не ссылки на них, и располагается в стеке данных, а не в куче. В связи с этим фактом структура не может участвовать в иерархии наследования, а может только реализовывать интерфейсы. Кроме того, структуре запрещено:

1. определять конструктор по умолчанию, поскольку он определен неявно и присваивает всем своим элементам значения по умолчанию (нули соответствующего типа);
2. определять деструктор, поскольку это бессмысленно.

Синтаксис структуры:

[атрибуты][спецификаторы] struct имя_структуры [: интерфейсы]

{

тело_структуры

}

Спецификаторы структуры имеют такой же смысл, как и для класса. Однако из спецификаторов доступа допускается использовать только public, internal и для вложенных структур еще и private. Кроме того, структуры не могут быть абстрактными, поскольку по умолчанию они бесплодны.

Интерфейсы, реализуемые структурой, перечисляются через запятую.

Тело структуры может содержать: константы, поля, конструкторы, методы, свойства, индексаторы, операторные методы, вложенные типы и события.

При описании структуры задавать значение по умолчанию можно только для статических полей. Остальным полям с помощью конструктора по умолчанию будут присвоены нули для полей размерных типов и null для полей ссылочных типов.

Параметр this интерпретируется как значение, поэтому его можно использовать для ссылок, но не для присваивания.

Так как структуры не могут участвовать в иерархии, то для ее членов недопустимо использовать спецификаторы protected и protected internal. Методы структур не могут быть абстрактными и виртуальными. А переопределяться могут только те методы, которые унаследованы от базового класса object.

Рассмотрим пример структуры SPoint, реализующей стандартный интерфейс IComparable. В данной структуре определены:

1. поля x и у;
2. конструктор, в который передаются заданные координаты точки;
3. метод Dlina, который позволяет вычислить расстояние от точки до начала координат;
4. перегружен метод ToString базового класса object;
5. реализован метод CompareTo стандартного интерфейса IComparable;
6. перегружены операции == и !=.

//описание структуры

struct SPoint: IComparable

{

public int x, y;

public SPoint (int x, int y)

{

this.x=a; this.y=y;

}

public double Dlina() //метод

{

return Math.Sqrt(x*x+y*y);

}

public override string ToString()

{

return "("+x.ToString()+", "+y.ToString()+")";

}

public int CompareTo (object obj)

{

SPoint b=(SPoint) obj;

if (this.Dlina()==b.Dlina()) return 0;

else if (this.Dlina()>b.Dlina()) return 1;

else return -1;

}

public static bool operator ==(SPoint a, SPoint b)

{

return (a.CompareTo(b)==0);

}

public static bool operator !=(SPoint a, SPoint b)

{

return (a.CompareTo(b)!=0);

}

}

class Program

{

static void Main()

{

//создание и заполнение массива структур

SPoint []a =new SPoint[4];

a[0]=new SPoint(-3,0);

a[1]=new SPoint(-0, 3);

a[2]=new SPoint(3,4);

a[3]= new SPoint(0,1);

//сравнение двух структур

if (a[0]==a[1])

Console.WriteLine("точки {0} и {1} равноудалены от начала координат\n",

a[0].ToString(),a[1].ToString());

else Console.WriteLine("точки {0} и {1} не равноудалены от начала координат\n",

a[0].ToString(),a[1].ToString());

Array.Sort(a); //сортировка массива структур

//просмотр массива структур

foreach (SPoint x in a)

{

Console.WriteLine("Точка: "+x.ToString());

Console.WriteLine("удалена от начала координат на расстояние равное: "+x.Dlina());

Console.WriteLine();

}

}

}

Как видно из примера, экземпляр структуры, как и экземпляр класса, создаются с помощью оператора new, но это не обязательно. Если оператор new не используется, то структура все равно создается, но не инициализируется. По этой причине следующая последовательность команд будет ошибочна:

SPoint one;

Console.WriteLine(one.ToString());

Если при объявлении структуры не был вызван конструктор, то поля нужно инициализировать вручную:

SPoint one;

one.x=100; one.y=100;

Console.WriteLine(one.ToString());

Так как структуры являются размерными типами, то присваивание одной структуры другой создает копию экземпляра структуры. Этот факт является важным отличием структуры от класса. В результате выполнения следующего фрагмента программы мы убедимся, что структуры one и two не зависят друг от друга.

SPoint one=new SPoint(); //вызов конструктора по умолчанию

SPoint two=new SPoint(1,1); //вызов собственного конструктора

Console.WriteLine(one.ToString());

Console.WriteLine(two.ToString());

one=two;

one.x=100;

Console.WriteLine(one.ToString());

Сonsole.WriteLine(two.ToString());

Как при решении практических задач выбрать, что использовать - класс или структуру? Если создаваемые типы данных содержат небольшое количество полей, с которыми удобнее работать как со значениями, а не как со ссылками, то расходы на выделение динамической памяти для небольших объектов снизят быстродействие программы, поэтому такие типы данных эффективнее реализовывать через структуры. Во всех остальных случаях эффективнее использовать классы. Однако передача структуры в методы по значению потребует и дополнительного времени, и дополнительной памяти для создания копии. В таких случаях эффективнее использовать классы.

Практикум

Замечания.

1. Во всех задачах данного раздела подразумевается, что исходная информация хранится в текстовом файле input.txt, каждая строка которого содержит полную информацию о некотором объекте, результирующая информация должна быть записана в файл output.txt.
2. Для хранения данных внутри программы организовать массив структур.
3. В типе структура реализуется метод CompareTo интерфейса IComparable, перегружается метод ToString базового класса object и необходимые операции отношения, поля данных и дополнительные методы продумайте самостоятельно.

1. На основе данных входного файла составить список студентов группы, включив следующие данные: ФИО, год рождения, домашний адрес, какую школу окончил. Вывести в новый файл информацию о студентах, окончивших заданную школу, отсортировав их по году рождения.
2. На основе данных входного файла составить список студентов группы, включив следующие данные: ФИО, номер группы, результаты сдачи трех экзаменов. Вывести в новый файл информацию о студентах, успешно сдавших сессию, отсортировав по номеру группы.
3. На основе данных входного файла составить багажную ведомость камеры хранения, включив следующие данные: ФИО пассажира, количество вещей, общий вес вещей. Вывести в новый файл информацию о тех пассажирах, средний вес багажа которых превышает заданный, отсортировав их по количеству вещей, сданных в камеру хранения.
4. На основе данных входного файла составить автомобильную ведомость, включив следующие данные: марка автомобиля, номер автомобиля, фамилия его владельца, год приобретения, пробег. Вывести в новый файл информацию об автомобилях, выпущенных ранее определенного года, отсортировав их по пробегу.
5. На основе данных входного файла составить список сотрудников учреждения, включив следующие данные: ФИО, год принятия на работу, должность, зарплата, рабочий стаж. Вывести в новый файл информацию о сотрудниках, имеющих зарплату ниже определенного уровня, отсортировав их по рабочему стажу.
6. На основе данных входного файла составить инвентарную ведомость склада, включив следующие данные: вид продукции, стоимость, сорт, количество. Вывести в новый файл информацию о той продукции, количество которой менее заданной величины, отсортировав ее по количеству продукции на складе.
7. На основе данных входного файла составить инвентарную ведомость игрушек, включив следующие данные: название игрушки, ее стоимость (в руб.), возрастные границы детей, для которых предназначена игрушка. Вывести в новый файл информацию о тех игрушках, которые предназначены для детей от N до M лет, отсортировав их по стоимости.
8. На основе данных входного файла составить список вкладчиков банка, включив следующие данные: ФИО, № счета, сумма, год открытия счета. Вывести в новый файл информацию о тех вкладчиках, которые открыли вклад в текущем году, отсортировав их по сумме вклада.
9. На основе данных входного файла составить список студентов, включающий фамилию, факультет, курс, группу, 5 оценок. Вывести в новый файл информацию о тех студентах, которые имеют хотя бы одну двойку, отсортировав их по курсу.
10. На основе данных входного файла составить список студентов, включающий ФИО, курс, группу, результат забега. Вывести в новый файл информацию о студентах, показавших три лучших результата в забеге. Если окажется, что некоторые студенты получили такие же высокие результаты, то добавить их к списку победителей.