Применение абстрактных классов

Иногда требуется создать базовый класс, в котором определяется лишь самая общая форма для всех его производных классов, а наполнение ее деталями предоставляется каждому из этих классов.

Создавая собственные библиотеки классов, вы можете сами убедиться в том, что у метода зачастую отсутствует содержательное определение в контексте его базового класса.

Рассмотрим для примера класс Triangle. Он был бы неполным, если бы в нем не был переопределен метод Area(). В подобных случаях требуется какой-то способ, гарантирующий, что в производном классе действительно будут переопределены все необходимые методы. И такой способ в С# имеется. Он состоит в использовании абстрактного метода.

Абстрактный метод создается с помощью указываемого модификатора типа abstract. У абстрактного метода отсутствует тело, и поэтому он не реализуется в базовом классе. Это означает, что он должен быть переопределен в производном классе, поскольку его вариант из базового класса просто непригоден для использования. Нетрудно догадаться, что абстрактный метод автоматически становится виртуальным и не требует указания модификатора virtual. В действительности совместное использование модификаторов virtual и abstract считается ошибкой.

abstract тип имя(список_параметров);

Как видите, у абстрактного метода отсутствует тело. Модификатор abstract может применяться только в методах экземпляра, но не в статических методах (static). Абстрактными могут быть также индексаторы и свойства.

Класс, содержащий один или больше абстрактных методов, должен быть также объявлен как абстрактный, и для этого перед его объявлением class указывается модификатор abstract. А поскольку реализация абстрактного класса не определяется полностью, то у него не может быть объектов.

Когда производный класс наследует абстрактный класс, в нем должны быть реализованы все абстрактные методы базового класса. В противном случае производный класс должен быть также определен как abstract.

Используя абстрактный класс, мы можем усовершенствовать рассматривавшийся ранее класс TwoDShape. Для неопределенной двухмерной фигуры понятие площади не имеет никакого смысла, поэтому в приведенном ниже варианте класса TwoDShape метод Area() и сам класс TwoDShape объявляются как abstract. Это, конечно, означает, что во всех классах, производных от класса TwoDShape, должен быть переопределен метод Area().

// Создать абстрактный класс.

using System;

abstract class TwoDShape

{

double pri_width;

double pri_height;

// Конструктор, используемый по умолчанию.

public TwoDShape()

{

Width = Height = 0.0;

name = "null";

}

// Параметризированный конструктор.

public TwoDShape(double w, double h, string n)

{

Width = w;

Height = h;

name = n;

}

// Сконструировать объект равной ширины и высоты.

public TwoDShape(double x, string n)

{

Width = Height = x;

name = n;

}

// Сконструировать копию объекта TwoDShape.

public TwoDShape(TwoDShape ob)

{

Width = ob.Width;

Height = ob.Height;

name = ob.name;

}

// Свойства ширины и высоты объекта.

public double Width

{

get { return pri_width; }

set { pri_width = value < 0? -value: value; }

}

public double Height

{

get { return pri_height; }

set { pri_height = value < 0? -value: value; }

}

public string name { get; set; }

public void ShowDim()

{

Console.WriteLine("Ширина и высота равны " +

Width + " и " + Height);

}

// Теперь метод Area() является абстрактным.

public abstract double Area();

}

// Класс для треугольников, производный от класса TwoDShape.

class Triangle: TwoDShape

{

string Style;

// Конструктор, используемый по умолчанию.

public Triangle()

{

Style = "null";

}

// Конструктор для класса Triangle.

public Triangle(string s, double w, double h): base(w, h, "треугольник")

{

Style = s;

}

// Сконструировать равнобедренный треугольник,

public Triangle(double x): base(x, "треугольник")

{

Style = "равнобедренный";

}

// Сконструировать копию объекта типа Triangle.

public Triangle(Triangle ob): base(ob)

{

Style = ob.Style;

}

// Переопределить метод Area() для класса Triangle.

public override double Area()

{

return Width * Height / 2;

}

// Показать тип треугольника.

public void ShowStyle()

{

Console.WriteLine("Треугольник " + Style);

}

}

// Класс для прямоугольников, производный от класса TwoDShape

class Rectangle: TwoDShape

{

// Конструктор для класса Rectangle.

public Rectangle(double w, double h): base(w, h, "прямоугольник") { }

// Сконструировать квадрат.

public Rectangle(double x): base(x, "прямоугольник") { }

// Сконструировать копию объекта типа Rectangle.

public Rectangle(Rectangle ob): base(ob) { }

// Возвратить логическое значение true, если

// прямоугольник окажется квадратом.

public bool IsSquare()

{

if (Width == Height) return true;

return false;

}

// Переопределить метод Area() для класса Rectangle.

public override double Area()

{

return Width * Height;

}

}

class AbsShape

{

static void Main()

{

TwoDShape[] shapes = new TwoDShape[4];

shapes[0] = new Triangle("прямоугольный", 8.0, 12.0);

shapes[1] = new Rectangle(10);

shapes[2] = new Rectangle(10, 4);

shapes[3] = new Triangle(7.0);

for (int i = 0; i < shapes.Length; i++)

{

Console.WriteLine("Объект — " + shapes[i].name);

Console.WriteLine("Площадь равна " + shapes[i].Area());

Console.WriteLine();

}

}

}

Как показывает представленный выше пример программы, во всех производных классах метод Area() должен быть непременно переопределен, а также объявлен абстрактным.

Конечно, возможность создавать ссылки на объекты типа TwoDShape по-прежнему существует, и это было сделано в приведенном выше примере программы, но объявлять объекты типа TwoDShape уже нельзя. Именно поэтому массив shapes сокращен в методе Main() до 4 элементов, а объект типа TwoDShape для общей двухмерной формы больше не создается.

Обратите также внимание на то, что в класс TwoDShape по-прежнему входит метод ShowDim() и что он не объявляется с модификатором abstract. В абстрактные классы вполне допускается (и часто практикуется) включать конкретные методы, которые могут быть использованы в своем исходном виде в производном классе. А переопределению в производных классах подлежат только те методы, которые объявлены как abstract.

Предотвращение наследования с помощью ключевого слова sealed

Несмотря на всю эффективность и полезность наследования, иногда возникает потребность предотвратить его. Допустим, что имеется класс, инкапсулирующий последовательность инициализации некоторого специального оборудования, например медицинского монитора. В этом случае требуется, чтобы пользователи данного класса не могли изменять порядок инициализации монитора, чтобы исключить его неправильную настройку. Но независимо от конкретных причин в C# имеется возможность предотвратить наследование класса с помощью ключевого слова sealed.

Для того чтобы предотвратить наследование класса, достаточно указать ключевое слово sealed перед определением класса. Как и следовало ожидать, класс не допускается объявлять одновременно как abstract и sealed, поскольку сам абстрактный класс реализован не полностью и опирается в этом отношении на свои производные классы, обеспечивающие полную реализацию.

sealed class А

{

//...

}

// Следующий класс недопустим.

class В: A (// ОШИБКА! Наследовать класс А нельзя

//...

}

Как следует из комментариев в приведенном выше фрагменте кода, класс В не может наследовать класс А, потому что последний объявлен как sealed.

И еще одно замечание: ключевое слово sealed может быть также использовано в виртуальных методах для предотвращения их дальнейшего переопределения. Допустим, что имеется базовый класс В и производный класс D. Метод, объявленный в классе В как virtual, может быть объявлен в классе D как sealed. Благодаря этому в любом классе, наследующем от класса предотвращается переопределение данного метода. Подобная ситуация демонстрируется в приведенном ниже фрагменте кода.

class В

{

public virtual void MyMethod() { /*... */ }

}

class D: В

{

// Здесь герметизируется метод MyMethod() и

// предотвращается его дальнейшее переопределение.

sealed public override void MyMethod() { /*... */ }

}

class X: D

{

// Ошибка! Метод MyMethodO герметизирован!

public override void MyMethod() { /*... */ }

}

Класс object (Глава 11. Наследование 369)

В C# предусмотрен специальный класс object, который неявно считается базовым классом для всех остальных классов и типов, включая и типы значений. Иными словами, все остальные типы являются производными от object. Это, в частности, означает, что переменная ссылочного типа object может ссылаться на объект любого другого типа. Кроме того, переменная типа object может ссылаться на любой массив, поскольку в C# массивы реализуются как объекты. Формально имя object считается в C# еще одним обозначением класса System.Object, входящего в библиотеку классов для среды.NET Framework.

В классе object определяются методы, приведенные в табл. 11.1. Это означает, что они доступны для каждого объекта.

Некоторые из этих методов требуют дополнительных пояснений. По умолчанию метод Equals(object) определяет, ссылается ли вызывающий объект на тот же самый объект, что и объект, указываемый в качества аргумента этого метода, т.е. он определяет, являются ли обе ссылки одинаковыми. Метод Equals(object) возвращает логическое значение true, если сравниваемые объекты одинаковы, в противном случае — логическое значение false. Он может быть также переопределен в создаваемых классах. Это позволяет выяснить, что же означает равенство объектов для создаваемого класса. Например, метод Equals(object) можно определить таким образом, чтобы в нем сравнивалось содержимое двух объектов.

Метод GetHashCode() возвращает хеш-код, связанный с вызывающим объектом. Этот хеш-код можно затем использовать в любом алгоритме, где хеширование применяется в качестве средства доступа к хранимым объектам. Следует, однако, иметь в виду, что стандартная реализация метода GetHashCode() не пригодна на все случаи применения.

Как упоминалось в главе 9, если перегружается оператор ==, то обычно приходится переопределять методы Equals(object) и GetHashCode(), поскольку чаще всего требуется, чтобы метод Equals(object) и оператор == функционировали одинаково. Когда же переопределяется метод Equals(object), то следует переопределить и метод GetHashCode(), чтобы оба метода оказались совместимыми.

Метод ToString() возвращает символьную строку, содержащую описание того объекта, для которого он вызывается. Кроме того, метод ToString() автоматически вызывается при выводе содержимого объекта с помощью метода WriteLine(). Этот метод переопределяется во многих классах, что позволяет приспосабливать описание к конкретным типам объектов, создаваемых в этих классах. Ниже приведен пример применения данного метода.

// Продемонстрировать применение метода ToString()

using System;

class MyClass

{

static int count = 0;

int id;

public MyClass()

{

id = count;

count++;

}

public override string ToString()

{

return "Обьект #" + id + "типа MyClass";

}

}

class Test

{

static void Main()

{

MyClass ob1 = new MyClass();

MyClass ob2 = new MyClass();

MyClass ob3 = new MyClass();

Console.WriteLine(ob1);

Console.WriteLine(ob2);

Console.WriteLine(ob3);

}

}

Объект #0 типа MyClass

Объект #1 типа MyClass

Объект #2 типа MyClass