第3章对象和类型.docx
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第3章对象和类型
第3章对象和类型
到目前为止，我们介绍了组成C#语言的主要内容，包括变量、数据类型和程序流语句，并简要介绍了一个只包含Main（）方法的完整小例子。
但还没有介绍如何把这些内容组合在一起，构成一个完整的程序，其关键就在于对类的处理。
这就是本章的主题。
本章的主要内容如下：
● 类和结构的区别
● 类成员
● 按值和引用传送参数
● 方法重载
● 构造函数和静态构造函数
● 只读字段
● 部分类
● 静态类
● Object类，其他类型都从该类派生而来
第4章将介绍继承以及与继承相关的特性。
提示：
本章将讨论与类相关的基本语法，但假定您已经熟悉了使用类的基本原则，例如，知道构造函数和属性的含义，因此我们只是大致论述如何把这些原则应用于C#代码。
本章介绍的这些概念不一定得到了大多数面向对象语言的支持。
例如对象构造函数是您熟悉的、使用广泛的一个概念，但静态构造函数就是C#的新增内容，所以我们将解释静态构造函数的工作原理。
3.1 类和结构
类和结构实际上都是创建对象的模板，每个对象都包含数据，并提供了处理和访问数据的方法。
类定义了每个类对象（称为实例）可以包含什么数据和功能。
例如，如果一个类表示一个顾客，就可以定义字段CustomerID、FirstName、LastName和Address，以包含该顾客的信息。
还可以定义处理存储在这些字段中的数据的功能。
接着，就可以实例化这个类的对象，以表示某个顾客，并为这个实例设置这些字段，使用其功能。
classPhoneCustomer
{
publicconststringDayOfSendingBill="Monday";
publicintCustomerID;
publicstringFirstName;
publicstringLastName;
}
结构与类的区别是它们在内存中的存储方式（类是存储在堆（heap）上的引用类型，而结构是存储在堆栈（stack）上的值类型）、访问方式和一些特征（如结构不支持继承）。
较小的数据类型使用结构可提高性能。
但在语法上，结构与类非常相似，主要的区别是使用关键字struct代替class来声明结构。
例如，如果希望所有的PhoneCustomer实例都存储在堆栈上，而不是存储在托管堆上，就可以编写下面的语句：
structPhoneCustomerStruct
{
publicconststringDayOfSendingBill="Monday";
publicintCustomerID;
publicstringFirstName;
publicstringLastName;
}
对于类和结构，都使用关键字new来声明实例：
这个关键字创建对象并对其进行初始化。
在下面的例子中，类和结构的字段值都默认为0：
PhoneCustomermyCustomer=newPhoneCustomer（）; //worksforaclass
PhoneCustomerStructmyCustomer2=newPhoneCustomerStruct（）;//worksforastruct
在大多数情况下，类要比结构常用得多。
因此，我们先讨论类，然后指出类和结构的区别，以及选择使用结构而不使用类的特殊原因。
但除非特别说明，否则就可以假定用于类的代码也适用于结构。
3.2 类成员
类中的数据和函数称为类的成员。
Microsoft的正式术语对数据成员和函数成员进行了区分。
除了这些成员外，类还可以包含嵌套的类型（例如其他类）。
类中的所有成员都可以声明为public（此时可以在类的外部直接访问它们）或private（此时，它们只能由类中的其他代码来访问）。
与VisualBasic、C++和Java一样，C#在这个方面还有变化，例如protected（表示成员仅能由该成员所在的类及其派生类访问），第4章将详细解释各种访问级别。
3.2.1 数据成员
数据成员包含了类的数据--字段、常量和事件。
数据成员可以是静态数据（与整个类相关）或实例数据（类的每个实例都有它自己的数据副本）。
通常，对于面向对象的语言，类成员总是实例成员，除非用static进行了显式的声明。
字段是与类相关的变量。
在前面的例子中已经使用了PhoneCustomer类中的字段。
一旦实例化PhoneCustomer对象，就可以使用语法Object.FieldName来访问这些字段：
PhoneCustomerCustomer1=newPhoneCustomer（）;
Customer1.FirstName="Simon";
常量与类的关联方式同变量与类的关联方式一样。
使用const关键字来声明常量。
如果它们声明为public，就可以在类的外部访问。
classPhoneCustomer
{
publicconststringDayOfSendingBill="Monday";
publicintCustomerID;
publicstringFirstName;
publicstringLastName;
}
事件是类的成员，在发生某些行为（例如改变类的字段或属性，或者进行了某种形式的用户交互操作）时，它可以让对象通知调用程序。
客户可以包含所谓"事件处理程序"的代码来响应该事件。
第7章将详细介绍事件。
3.2.2 函数成员
函数成员提供了操作类中数据的某些功能，包括方法、属性、构造函数和终结器（finalizer）、运算符以及索引器。
方法是与某个类相关的函数，它们可以是实例方法，也可以是静态方法。
实例方法处理类的某个实例，静态方法提供了更一般的功能，不需要实例化一个类（例如Console.WriteLine（）方法）。
下一节介绍方法。
属性是可以在客户机上访问的函数组，其访问方式与访问类的公共字段类似。
C#为读写类上的属性提供了专用语法，所以不必使用那些名称中嵌有Get或Set的偷工减料的方法。
因为属性的这种语法不同于一般函数的语法，在客户代码中，虚拟的对象被当做实际的东西。
构造函数是在实例化对象时自动调用的函数。
它们必须与所属的类同名，且不能有返回类型。
构造函数用于初始化字段的值。
终结器类似于构造函数，但是在CLR检测到不再需要某个对象时调用。
它们的名称与类相同，但前面有一个~符号。
C++程序员应注意，终结器在C#中比在C++中用得少得多，因为CLR会自动进行垃圾收集，另外，不可能预测什么时候调用终结器。
第12章将介绍终结器。
运算符执行的最简单的操作就是+和-。
在对两个整数进行相加操作时，严格地说，就是对整数使用+运算符。
C#还允许指定把已有的运算符应用于自己的类（运算符重载）。
第6章将详细论述运算符。
索引器允许对象以数组或集合的方式进行索引。
第6章介绍索引器。
1.方法
在VisualBasic、C和C++中，可以定义与类完全不相关的全局函数，但在C#中不能这样做。
在C#中，每个函数都必须与类或结构相关。
注意，正式的C#术语实际上区分了函数和方法。
在这个术语中，"函数成员"不仅包含方法，而且也包含类或结构的一些非数据成员，例如索引器、运算符、构造函数和析构函数等，甚至还有属性。
这些都不是数据成员，字段、常量和事件才是数据成员。
（1）方法的声明
在C#中，定义方法的语法与C风格的语言相同，与C++和Java中的语法也相同。
与C++的主要语法区别是，在C#中，每个方法都单独声明为public或private，不能使用public:
块把几个方法定义组合起来。
另外，所有的C#方法都在类定义中声明和定义。
在C#中，不能像在C++中那样把方法的实现代码分隔开来。
在C#中，方法的定义包括方法的修饰符（例如方法的可访问性）、返回值的类型，然后是方法名、输入参数的列表（用圆括号括起来）和方法体（用花括号括起来）。
[modifiers]return_typeMethodName（[parameters]）
{
//Methodbody
}
每个参数都包括参数的类型名及在方法体中的引用名称。
但如果方法有返回值，return语句就必须与返回值一起使用，以指定出口点，例如：
publicboolIsSquare（Rectanglerect）
{
return（rect.Height==rect.Width）;
}
这段代码使用了一个表示矩形的.NET基类System.Drawing.Rectangle。
如果方法没有返回值，就把返回类型指定为void，因为不能省略返回类型。
如果方法不带参数，仍需要在方法名的后面写上一对空的圆括号（）（就像本章前面的Main（）方法）。
此时return语句就是可选的--当到达右花括号时，方法会自动返回。
注意方法可以包含任意多个return语句：
publicboolIsPositive（intvalue）
{
if（value<0）
returnfalse;
returntrue;
}
（2）调用方法
C#中调用方法的语法与C++和Java中的一样，C#和VisualBasic的唯一区别是在C#中调用方法时，必须使用圆括号，这要比VisualBasic6中有时需要括号，有时不需要括号的规则简单一些。
下面的例子MathTest说明了类的定义和实例化、方法的定义和调用的语法。
除了包含Main（）方法的类之外，它还定义了类MathTest，该类包含两个方法和一个字段。
usingSystem;
namespaceWrox.ProCSharp.MathTestSample
{
classMainEntryPoint
{
staticvoidMain（）
{
//Trycallingsomestaticfunctions
Console.WriteLine（"Piis"+MathTest.GetPi（））;
intx=MathTest.GetSquareOf（5）;
Console.WriteLine（"Squareof5is"+x）;
//InstantiateatMathTestobject
MathTestmath=newMathTest（）; //thisisC#'swayof
//instantiatingareferencetype
//Callnon-staticmethods
math.value=30;
Console.WriteLine（
"Valuefieldofmathvariablecontains"+math.value）;
Console.WriteLine（"Squareof30is"+math.GetSquare（））;
}
}
//DefineaclassnamedMathTestonwhichwewillcallamethod
classMathTest
{
publicintvalue;
publicintGetSquare（）
{
returnvalue*value;
}
publicstaticintGetSquareOf（intx）
{
returnx*x;
}
publicstaticdoubleGetPi（）
{
return3.14159;
}
}
}
运行mathTest示例，会得到如下结果：
cscMathTest.cs
Microsoft（R）VisualC#Compilerversion9.00.20404
forMicrosoft（R）.NETFrameworkversion3.5
Copyright（C）MicrosoftCorporation.Allrightsreserved.
MathTest.exe
Piis3.14159
Squareof5is25
Valuefieldofmathvariablecontains30
Squareof30is900
从代码中可以看出，MathTest类包含一个字段和一个方法，该字段包含一个数字，该方法计算数字的平方。
这个类还包含两个静态方法，一个返回pi的值，另一个计算作为参数传入的数字的平方。
这个类有一些功能并不是C#程序设计的好例子。
例如，GetPi（）通常作为const字段来执行，而好的设计应使用目前还没有介绍的概念。
C++和Java开发人员应很熟悉这个例子的大多数语法。
如果您有VisualBasic的编程经验，只需把MathTest类看作一个执行字段和方法的VisualBasic类模块。
但无论使用什么语言，都要注意两个要点。
（3）给方法传递参数
参数可以通过引用或值传递给方法。
在变量通过引用传递给方法时，被调用的方法得到的就是这个变量，所以在方法内部对变量进行的任何改变在方法退出后仍旧发挥作用。
而如果变量是通过值传送给方法的，被调用的方法得到的是变量的一个副本，也就是说，在方法退出后，对变量进行的修改会丢失。
对于复杂的数据类型，按引用传递的效率更高，因为在按值传递时，必须复制大量的数据。
在C#中，所有的参数都是通过值来传递的，除非特别说明。
这与C++是相同的，但与VisualBasic相反。
但是，在理解引用类型的传递过程时需要注意。
因为引用类型的对象只包含对象的引用，它们只给方法传递这个引用，而不是对象本身，所以对底层对象的修改会保留下来。
相反，值类型的对象包含的是实际数据，所以传递给方法的是数据本身的副本。
例如，int通过值传递给方法，方法对该int的值所作的任何改变都没有改变原int对象的值。
但如果数组或其他引用类型（如类）传递给方法，方法就会使用该引用改变这个数组中的值，而新值会反射到原来的数组对象上。
下面的例子ParameterTest.cs说明了这一点：
usingSystem;
namespaceWrox.ProCSharp.ParameterTestSample
{
classParameterTest
{
staticvoidSomeFunction（int[]ints,inti）
{
ints[0]=100;
i=100;
}
publicstaticintMain（）
{
inti=0;
int[]ints={0,1,2,4,8};
//Displaytheoriginalvalues
Console.WriteLine（"i="+i）;
Console.WriteLine（"ints[0]="+ints[0]）;
Console.WriteLine（"CallingSomeFunction..."）;
//Afterthismethodreturns,intswillbechanged,
//butiwillnot
SomeFunction（ints,i）;
Console.WriteLine（"i="+i）;
Console.WriteLine（"ints[0]="+ints[0]）;
return0;
}
}
}
结果如下：
cscParameterTest.cs
Microsoft（R）VisualC#Compilerversion9.00.20404
forMicrosoft（R）.NETFrameworkversion3.5
Copyright（C）MicrosoftCorporation.Allrightsreserved.
ParameterTest.exe
i=0
ints[0]=0
CallingSomeFunction...
i=0
ints[0]=100
注意，i的值保持不变，而在ints中改变的值在原来的数组中也改变了。
注意字符串是不同的，因为字符串是不能改变的（如果改变字符串的值，就会创建一个全新的字符串），所以字符串无法采用一般引用类型的行为方式。
在方法调用中，对字符串所作的任何改变都不会影响原来的字符串。
这一点将在第8章详细讨论。
（4）ref参数
通过值传送变量是默认的，也可以迫使值参数通过引用传送给方法。
为此，要使用ref关键字。
如果把一个参数传递给方法，且这个方法的输入参数前带有ref关键字，则该方法对变量所作的任何改变都会影响原来对象的值：
staticvoidSomeFunction（int[]ints,refinti）
{
ints[0]=100;
i=100; //thechangetoiwillpersistafterSomeFunction（）exits
}
在调用该方法时，还需要添加ref关键字：
SomeFunction（ints,refi）;
在C#中添加ref关键字等同于在C++中使用&语法指定按引用传递参数。
但是，C#在调用方法时要求使用ref关键字，使操作更明确（因此有助于防止错误）。
最后，C#仍要求对传递给方法的参数进行初始化，理解这一点也是非常重要的。
在传递给方法之前，无论是按值传递，还是按引用传递，变量都必须初始化。
（5）out关键字
在C风格的语言中，函数常常能从一个例程中输出多个值，这是使用输出参数实现的，只要把输出值赋给通过引用传递给方法的变量即可。
通常，变量通过引用传送的初值是不重要的，这些值会被函数重写，函数甚至从来没有使用过它们。
如果可以在C#中使用这种约定，就会非常方便。
但C#要求变量在被引用前必须用一个初值进行初始化。
尽管在把输入变量传递给函数前，可以用没有意义的值初始化它们，因为函数将使用真实、有意义的值初始化它们，但是这样做是没有必要的，有时甚至会引起混乱。
但有一种方法能够简化C#编译器所坚持的输入参数的初始化。
编译器使用out关键字来初始化。
在方法的输入参数前面加上out关键字时，传递给该方法的变量可以不初始化。
该变量通过引用传送，所以在从被调用的方法中返回时，方法对该变量进行的任何改变都会保留下来。
在调用该方法时，还需要使用out关键字，与在定义该方法时一样：
staticvoidSomeFunction（outinti）
{
i=100;
}
publicstaticintMain（）
{
inti;//notehowiisdeclaredbutnotinitialized
SomeFunction（outi）;
Console.WriteLine（i）;
return0;
}
out关键字是C#中的新增内容，在VisualBasic和C++中没有对应的关键字，该关键字的引入使C#更安全，更不容易出错。
如果在函数体中没有给out参数分配一个值，该方法就不能编译。
（6）方法的重载
C#支持方法的重载--方法的几个有不同签名（方法名相同、但参数的个数和类型不同）的版本，但不支持C++或VisualBasic中的默认参数。
为了重载方法，只需声明同名但参数个数或类型不同的方法即可：
classResultDisplayer
{
voidDisplayResult（stringresult）
{
//implementation
}
voidDisplayResult（intresult）
{
//implementation
}
}
因为C#不直接支持可选参数，所以需要使用方法重载来达到此目的：
classMyClass
{
intDoSomething（intx） //want2ndparameterwithdefaultvalue10
{
DoSomething（x,10）;
}
intDoSomething（intx,inty）
{
//implementation
}
}
在任何语言中，对于方法重载来说，如果调用了错误的重载方法，就有可能出现运行错误。
第4章将讨论如何使代码避免这些错误。
现在，知道C#在重载方法的参数方面有一些小区别即可：
● 两个方法不能仅在返回类型上有区别。
● 两个方法不能仅根据参数是声明为ref还是out来区分。
2.属性
属性（property）不太常见，因为它们表示的概念是C#从VisualBasic中提取的，而不是从C++/Java中提取的。
属性的概念是：
它是一个方法或一对方法，在客户机代码看来，它们是一个字段。
例如Windows窗体的Height属性。
假定有下面的代码：
//mainFormisoftypeSystem.Windows.Form
mainForm.Height=400;
执行这段代码，窗口的高度设置为400，因此窗口会在屏幕上重新设置大小。
在语法上，上面的代码类似于设置一个字段，但实际上是调用了属性访问器，它包含的代码重新设置了窗体的大小。
在C#中定义属性，可以使用下面的语法：
publicstringSomeProperty
{
get
{
return"Thisisthepropertyvalue";
}
set
{
//dowhateverneedstobedonetosettheproperty
}
}
get访问器不带参数，且必须返回属性声明的类型。
也不应为set访问器指定任何显式参数，但编译器假定它带一个参数，其类型也与属性相同，并表示为value。
例如，下面的代码包含一个属性ForeName，它设置了一个字段foreName，该字段有一个长度限制。
privatestringforeName;
publicstringForeName
{
get
{
returnforeName;
}
set
{
if（value.Length>20）
//codeheretotakeerrorrecoveryaction
//（eg.throwanexception）
else
foreName=value;
}
}
注意这里的命名模式。
我们采用C#的区分大小写模式，使用相同的名称，但公共属性采用Pascal大小写命名规则，而私有属性采用camel大小写命名规则。
一些开发人员喜欢使用前面有下划线的字段名_foreName，这会为识别字段提供极大的便利。
VisualBasic6程序员应注意，C#不区分VisualBasic6中的Set和Let，在C#中，写入访问器总是用关键字set标识。
（1）只读和只写属性
在属性定义中省略set访问器，就可以创建只读属性。
因此，把上面例子中的ForeName变成只读属性：
privatestringforeName;
publicstringForeName
{
get
{
returnforeName;
}
}
同样
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