Классы и объектыClasses and objects

Классы являются основным типом в языке C#.Classes are the most fundamental of C#’s types. Класс представляет собой структуру данных, которая объединяет в себе значения (поля) и действия (методы и другие функции-члены).A class is a data structure that combines state (fields) and actions (methods and other function members) in a single unit. Класс предоставляет определение для динамически создаваемых экземпляров класса, которые также именуются объектами.A class provides a definition for dynamically created instances of the class, also known as objects. Классы поддерживают механизмы наследования и полиморфизма, которые позволяют создавать производные классы, расширяющие и уточняющие определения базовых классов.Classes support inheritance and polymorphism, mechanisms whereby derived classes can extend and specialize base classes.

Новые классы создаются с помощью объявлений классов.New classes are created using class declarations. Объявление класса начинается с заголовка, в котором указаны атрибуты и модификаторы класса, имя класса, базовый класс (если есть) и интерфейсы, реализуемые этим классом.A class declaration starts with a header that specifies the attributes and modifiers of the class, the name of the class, the base class (if given), and the interfaces implemented by the class. За заголовком между разделителями { и } следует тело класса, в котором последовательно объявляются все члены класса.The header is followed by the class body, which consists of a list of member declarations written between the delimiters { and }.

Вот простой пример объявления класса с именем Point:The following is a declaration of a simple class named Point:

public class Point
{
    public int x, y;
    public Point(int x, int y) 
    {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
}

Экземпляры классов создаются с помощью оператора new, который выделяет память для нового экземпляра, вызывает конструктор для инициализации этого экземпляра и возвращает ссылку на экземпляр.Instances of classes are created using the new operator, which allocates memory for a new instance, invokes a constructor to initialize the instance, and returns a reference to the instance. Следующие инструкции создают два объекта Point и сохраняют ссылки на них в две переменные:The following statements create two Point objects and store references to those objects in two variables:

Point p1 = new Point(0, 0);
Point p2 = new Point(10, 20);

Занимаемая объектом память автоматически освобождается, когда объект становится недоступен.The memory occupied by an object is automatically reclaimed when the object is no longer reachable. В C# нет ни необходимости, ни возможности освобождать память объектов явным образом.It is neither necessary nor possible to explicitly deallocate objects in C#.

УчастникиMembers

Члены класса могут быть статическими членами или членами экземпляра.The members of a class are either static members or instance members. Статические члены принадлежат классу в целом, а члены экземпляра принадлежат конкретным объектам (экземплярам классов).Static members belong to classes, and instance members belong to objects (instances of classes).

Ниже перечислены виды членов, которые могут содержаться в классе.The following provides an overview of the kinds of members a class can contain.

  • КонстантыConstants
    • Константные значения, связанные с классом.Constant values associated with the class
  • ПоляFields
    • Переменные класса.Variables of the class
  • МетодыMethods
    • Вычисления и действия, которые может выполнять класс.Computations and actions that can be performed by the class
  • СвойстваProperties
    • Действия, связанные с чтением и записью именованных свойств класса.Actions associated with reading and writing named properties of the class
  • ИндексаторыIndexers
    • Действия, реализующие индексирование экземпляров класса, чтобы обращаться к ним как к массиву.Actions associated with indexing instances of the class like an array
  • СобытияEvents
    • Уведомления, которые могут быть созданы этим классом.Notifications that can be generated by the class
  • ОператорыOperators
    • Поддерживаемые классом операторы преобразования и выражения.Conversions and expression operators supported by the class
  • КонструкторыConstructors
    • Действия, необходимые для инициализации экземпляров класса или класса в целом.Actions required to initialize instances of the class or the class itself
  • Методы завершенияFinalizers
    • Действия, выполняемые перед окончательным удалением экземпляров класса.Actions to perform before instances of the class are permanently discarded
  • ТипыTypes
    • Вложенные типы, объявленные в классе.Nested types declared by the class

Специальные возможностиAccessibility

Каждый член класса имеет определенный уровень доступности. Он определяет, из какой области программы можно обращаться к этому члену.Each member of a class has an associated accessibility, which controls the regions of program text that are able to access the member. Существует шесть уровней доступности.There are six possible forms of accessibility. Они кратко описаны ниже.These are summarized below.

  • public
    • Доступ не ограничен.Access not limited
  • protected
    • Доступ возможен из этого класса и из классов, унаследованных от него.Access limited to this class or classes derived from this class
  • internal
    • Доступ ограничен только текущей сборкой (.exe, .dll и т. д.).Access limited to the current assembly (.exe, .dll, etc.)
  • protected internal
    • Доступ ограничен содержащим классом, классами, которые являются производными от содержащего класса, либо классами в той же сборкеAccess limited to the containing class, classes derived from the containing class, or classes within the same assembly
  • private
    • Доступ возможен только из этого класса.Access limited to this class
  • private protected
    • Доступ ограничен содержащим классом или классами, которые являются производными от содержащего типа в той же сборкеAccess limited to the containing class or classes derived from the containing type within the same assembly

Параметры типаType parameters

Определение класса может задать набор параметров типа. Список имен параметров типа указывается в угловых скобках после имени класса.A class definition may specify a set of type parameters by following the class name with angle brackets enclosing a list of type parameter names. Параметры типа можно использовать в теле класса в определениях, описывающих члены класса.The type parameters can then be used in the body of the class declarations to define the members of the class. В следующем примере для класса Pair заданы параметры типа TFirst и TSecond:In the following example, the type parameters of Pair are TFirst and TSecond:

public class Pair<TFirst,TSecond>
{
    public TFirst First;
    public TSecond Second;
}

Тип класса, для которого объявлены параметры типа, называется универсальным типом класса.A class type that is declared to take type parameters is called a generic class type. Типы структуры, интерфейса и делегата также могут быть универсальными.Struct, interface and delegate types can also be generic. Если вы используете универсальный класс, необходимо указать аргумент типа для каждого параметра типа, вот так:When the generic class is used, type arguments must be provided for each of the type parameters:

Pair<int,string> pair = new Pair<int,string> { First = 1, Second = "two" };
int i = pair.First;     // TFirst is int
string s = pair.Second; // TSecond is string

Универсальный тип, для которого указаны аргументы типа, как Pair<int,string> в примере выше, называется сконструированным типом.A generic type with type arguments provided, like Pair<int,string> above, is called a constructed type.

базовых классов;Base classes

В объявлении класса можно указать базовый класс, включив имя базового класса после имени класса и параметров типа, и отделив его двоеточием.A class declaration may specify a base class by following the class name and type parameters with a colon and the name of the base class. Если спецификация базового класса не указана, класс наследуется от типа object.Omitting a base class specification is the same as deriving from type object. В следующем примере Point3D имеет базовый класс Point, а Point — базовый класс object:In the following example, the base class of Point3D is Point, and the base class of Point is object:

public class Point
{
    public int x, y;
    public Point(int x, int y) 
    {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
}
public class Point3D: Point
{
    public int z;
    public Point3D(int x, int y, int z) : 
        base(x, y) 
    {
        this.z = z;
    }
}

Класс наследует члены базового класса.A class inherits the members of its base class. Наследование означает, что класс неявно содержит все члены своего базового класса, за исключением конструкторов экземпляра, статических конструкторов и методов завершения базового класса.Inheritance means that a class implicitly contains all members of its base class, except for the instance and static constructors, and the finalizers of the base class. Производный класс может дополнить наследуемые элементы новыми элементами, но он не может удалить определение для наследуемого члена.A derived class can add new members to those it inherits, but it cannot remove the definition of an inherited member. В предыдущем примере Point3D наследует поля x и y из Point, и каждый экземпляр Point3D содержит три поля: x, y и z.In the previous example, Point3D inherits the x and y fields from Point, and every Point3D instance contains three fields, x, y, and z.

Используется неявное преобразование из типа класса к любому из типов соответствующего базового класса.An implicit conversion exists from a class type to any of its base class types. Это означает, что переменная типа класса может ссылаться как на экземпляр этого класса, так и на экземпляры любого производного класса.Therefore, a variable of a class type can reference an instance of that class or an instance of any derived class. Например, если мы используем описанные выше объявления классов, то переменная типа Point может ссылаться на Point или Point3D:For example, given the previous class declarations, a variable of type Point can reference either a Point or a Point3D:

Point a = new Point(10, 20);
Point b = new Point3D(10, 20, 30);

ПоляFields

Поле является переменной, связанной с определенным классом или экземпляром класса.A field is a variable that is associated with a class or with an instance of a class.

Поле, объявленное с модификатором static, является статическим.A field declared with the static modifier defines a static field. Статическое поле определяет строго одно место хранения.A static field identifies exactly one storage location. Независимо от того, сколько будет создано экземпляров этого класса, существует только одна копия статического поля.No matter how many instances of a class are created, there is only ever one copy of a static field.

Поле, объявленное без модификатора static, является полем экземпляра.A field declared without the static modifier defines an instance field. Каждый экземпляр класса содержит отдельные копии всех полей экземпляра, определенных для этого класса.Every instance of a class contains a separate copy of all the instance fields of that class.

В следующем примере каждый экземпляр класса Color содержит отдельную копию полей экземпляра r, g и b, но для каждого из статических полей Black, White, Red, Green и Blue существует только одна копия:In the following example, each instance of the Color class has a separate copy of the r, g, and b instance fields, but there is only one copy of the Black, White, Red, Green, and Blue static fields:

public class Color
{
    public static readonly Color Black = new Color(0, 0, 0);
    public static readonly Color White = new Color(255, 255, 255);
    public static readonly Color Red = new Color(255, 0, 0);
    public static readonly Color Green = new Color(0, 255, 0);
    public static readonly Color Blue = new Color(0, 0, 255);
    private byte r, g, b;
    public Color(byte r, byte g, byte b) 
    {
        this.r = r;
        this.g = g;
        this.b = b;
    }
}

Как показано в предыдущем примере, можно объявить поля только для чтения, используя модификатор readonly.As shown in the previous example, read-only fields may be declared with a readonly modifier. Присвоение значения полю readonly может происходить только при объявлении этого поля или в конструкторе этого класса.Assignment to a readonly field can only occur as part of the field’s declaration or in a constructor in the same class.

МетодыMethods

Метод — это член, реализующий вычисление или действие, которое может выполнять объект или класс.A method is a member that implements a computation or action that can be performed by an object or class. Доступ к статическим методам осуществляется через класс.Static methods are accessed through the class. Доступ к методам экземпляра осуществляется через экземпляр класса.Instance methods are accessed through instances of the class.

Для метода можно определить список параметров, которые представляют переданные методу значения или ссылки на переменные, а также возвращаемый тип, который задает тип значения, вычисляемого и возвращаемого методом.Methods may have a list of parameters, which represent values or variable references passed to the method, and a return type, which specifies the type of the value computed and returned by the method. Если метод не возвращает значений, для него устанавливается возвращаемый тип void.A method’s return type is void if it does not return a value.

Как и типы, методы могут иметь набор параметров типа, для которых при вызове метода необходимо указывать аргументы типа.Like types, methods may also have a set of type parameters, for which type arguments must be specified when the method is called. В отличие от типов, аргументы типа зачастую могут выводиться из аргументов вызова метода, и тогда их не обязательно задавать явным образом.Unlike types, the type arguments can often be inferred from the arguments of a method call and need not be explicitly given.

Сигнатура метода должна быть уникальной в пределах класса, в котором объявлен этот метод.The signature of a method must be unique in the class in which the method is declared. Сигнатура метода включает имя метода, количество параметров типа, а также количество, модификаторы и типы параметров метода.The signature of a method consists of the name of the method, the number of type parameters and the number, modifiers, and types of its parameters. Сигнатура метода не включает возвращаемый тип.The signature of a method does not include the return type.

ПараметрыParameters

Параметры позволяют передать в метод значения или ссылки на переменные.Parameters are used to pass values or variable references to methods. Фактические значения параметрам метода присваиваются на основе аргументов, заданных при вызове метода.The parameters of a method get their actual values from the arguments that are specified when the method is invoked. Существует четыре типа параметров: параметры значения, ссылочные параметры, параметры вывода и массивы параметров.There are four kinds of parameters: value parameters, reference parameters, output parameters, and parameter arrays.

Параметр значения используется для передачи входных аргументов.A value parameter is used for passing input arguments. Параметр значения сопоставляется с локальной переменной, которая получит начальное значение из значения аргумента, переданного в этом параметре.A value parameter corresponds to a local variable that gets its initial value from the argument that was passed for the parameter. Изменения параметра значения не влияют на аргумент, переданный для этого параметра.Modifications to a value parameter do not affect the argument that was passed for the parameter.

Параметры значения можно сделать необязательными, указав для них значения по умолчанию. Тогда соответствующие аргументы можно не указывать.Value parameters can be optional, by specifying a default value so that corresponding arguments can be omitted.

Ссылочный параметр используется для передачи аргументов по ссылке.A reference parameter is used for passing arguments by reference. Аргумент, передаваемый в качестве ссылочного параметра, должен представлять собой переменную с определенным значением. При выполнении метода ссылочный параметр указывает на то же место хранения, в котором размещена переменная аргумента.The argument passed for a reference parameter must be a variable with a definite value, and during execution of the method, the reference parameter represents the same storage location as the argument variable. Чтобы объявить ссылочный параметр, используйте модификатор ref.A reference parameter is declared with the ref modifier. Следующий пример кода демонстрирует использование параметров ref.The following example shows the use of ref parameters.

using System;
class RefExample
{
    static void Swap(ref int x, ref int y) 
    {
        int temp = x;
        x = y;
        y = temp;
    }
    public static void SwapExample() 
    {
        int i = 1, j = 2;
        Swap(ref i, ref j);
        Console.WriteLine($"{i} {j}");    // Outputs "2 1"
    }
}

Параметр вывода используется для передачи аргументов по ссылке.An output parameter is used for passing arguments by reference. Он похож на ссылочный параметр, однако не требует явно присваивать значение аргумента, предоставляемого вызывающим объектом.It's similar to a reference parameter, except that it doesn't require that you explicitly assign a value to the caller-provided argument. Чтобы объявить параметр вывода, используйте модификатор out.An output parameter is declared with the out modifier. В следующем примере показано использование параметров out с помощью синтаксиса, появившегося в C# 7.The following example shows the use of out parameters using the syntax introduced in C# 7.

    using System;
    class OutExample
    {
        static void Divide(int x, int y, out int result, out int remainder) 
        {
            result = x / y;
            remainder = x % y;
        }
        public static void OutUsage() 
        {
            Divide(10, 3, out int res, out int rem);
            Console.WriteLine("{0} {1}", res, rem);	// Outputs "3 1"
        }
    }
}

Массив параметров позволяет передавать в метод переменное число аргументов.A parameter array permits a variable number of arguments to be passed to a method. Чтобы объявить массив параметров, используйте модификатор params.A parameter array is declared with the params modifier. Массив параметров может быть только последним параметром в методе. Для него можно использовать только тип одномерного массива.Only the last parameter of a method can be a parameter array, and the type of a parameter array must be a single-dimensional array type. В качестве примера правильного использования массива параметров можно назвать методы Write и WriteLine, реализованные в классе System.Console.The Write and WriteLine methods of the System.Console class are good examples of parameter array usage. Ниже представлены объявления этих методов.They are declared as follows.

public class Console
{
    public static void Write(string fmt, params object[] args) { }
    public static void WriteLine(string fmt, params object[] args) { }
    // ...
}

Внутри метода массив параметров полностью идентичен обычному параметру типа массив.Within a method that uses a parameter array, the parameter array behaves exactly like a regular parameter of an array type. Но зато при вызове метода, использующего массив параметров, ему можно передать либо один аргумент типа массив, либо любое количество аргументов типа элемент для массива параметров.However, in an invocation of a method with a parameter array, it is possible to pass either a single argument of the parameter array type or any number of arguments of the element type of the parameter array. В последнем случае экземпляр массива автоматически создается и инициализируется с заданными аргументами.In the latter case, an array instance is automatically created and initialized with the given arguments. Код из этого примера...This example

Console.WriteLine("x={0} y={1} z={2}", x, y, z);

...эквивалентен следующей конструкции:is equivalent to writing the following.

string s = "x={0} y={1} z={2}";
object[] args = new object[3];
args[0] = x;
args[1] = y;
args[2] = z;
Console.WriteLine(s, args);

Тело метода и локальные переменныеMethod body and local variables

Тело метода содержит инструкции, которые будут выполнены при вызове метода.A method’s body specifies the statements to execute when the method is invoked.

В теле метода можно объявлять переменные, относящиеся к выполнению этого метода.A method body can declare variables that are specific to the invocation of the method. Такие переменные называются локальными переменными.Such variables are called local variables. В объявлении локальной переменной нужно указать имя типа и имя переменной. Также можно задать ее начальное значение.A local variable declaration specifies a type name, a variable name, and possibly an initial value. Следующий пример кода объявляет локальную переменную i с нулевым начальным значением, и еще одну локальную переменную j без начального значения.The following example declares a local variable i with an initial value of zero and a local variable j with no initial value.

using System;
class Squares
{
    public static void WriteSquares() 
    {
        int i = 0;
        int j;
        while (i < 10) 
        {
            j = i * i;
            Console.WriteLine($"{i} x {i} = {j}");
            i = i + 1;
        }
    }
}

C# требует, чтобы локальной переменной было явно присвоено значение, прежде чем можно будет получить это значение.C# requires a local variable to be definitely assigned before its value can be obtained. Например, если в предложенное выше объявление i не включить начальное значение, компилятор сообщит об ошибке при последующем использовании i, поскольку для i нет явно присвоенного значения.For example, if the declaration of the previous i did not include an initial value, the compiler would report an error for the subsequent usages of i because i would not be definitely assigned at those points in the program.

Метод может использовать инструкцию return, чтобы вернуть управление вызывающему объекту.A method can use return statements to return control to its caller. Если метод возвращает void, в нем нельзя использовать инструкцию return с выражением.In a method returning void, return statements cannot specify an expression. В методе, выходное значение которого имеет любой другой тип, инструкции return должны содержать выражение, которое вычисляет возвращаемое значение.In a method returning non-void, return statements must include an expression that computes the return value.

Статические методы и методы экземпляраStatic and instance methods

Метод, объявленный с модификатором static, является статическим методом.A method declared with a static modifier is a static method. Статический метод не работает с конкретным экземпляром и может напрямую обращаться только к статическим членам.A static method does not operate on a specific instance and can only directly access static members.

Метод, объявленный без модификатора static, является методом экземпляра.A method declared without a static modifier is an instance method. Метод экземпляра работает в определенном экземпляре и может обращаться как к статическим методам, так и к методам этого экземпляра.An instance method operates on a specific instance and can access both static and instance members. В методе можно напрямую обратиться к экземпляру, для которого этот метод был вызван, используя дескриптор this.The instance on which an instance method was invoked can be explicitly accessed as this. Использование this в статическом методе приводит к ошибке.It is an error to refer to this in a static method.

Следующий класс Entity содержит статические члены и члены экземпляра.The following Entity class has both static and instance members.

class Entity
{
    static int nextSerialNo;
    int serialNo;
    public Entity() 
    {
        serialNo = nextSerialNo++;
    }
    public int GetSerialNo() 
    {
        return serialNo;
    }
    public static int GetNextSerialNo() 
    {
        return nextSerialNo;
    }
    public static void SetNextSerialNo(int value) 
    {
        nextSerialNo = value;
    }
}

Каждый экземпляр Entity содержит серийный номер (и может содержать другие данные, которые здесь не показаны).Each Entity instance contains a serial number (and presumably some other information that is not shown here). Конструктор объекта Entity (который рассматривается как метод экземпляра) задает для нового экземпляра следующий доступный серийный номер.The Entity constructor (which is like an instance method) initializes the new instance with the next available serial number. Поскольку конструктор является членом экземпляра, он может обращаться как к полю экземпляра serialNo, так и к статическому полю nextSerialNo.Because the constructor is an instance member, it is permitted to access both the serialNo instance field and the nextSerialNo static field.

Статические методы GetNextSerialNo и SetNextSerialNo могут обращаться к статическому полю nextSerialNo, но прямое обращение из них к полю экземпляра serialNo приводит к ошибке.The GetNextSerialNo and SetNextSerialNo static methods can access the nextSerialNo static field, but it would be an error for them to directly access the serialNo instance field.

В следующем примере показано использование класса Entity.The following example shows the use of the Entity class.

using System;
class EntityExample
{
    public static void Usage() 
    {
        Entity.SetNextSerialNo(1000);
        Entity e1 = new Entity();
        Entity e2 = new Entity();
        Console.WriteLine(e1.GetSerialNo());            // Outputs "1000"
        Console.WriteLine(e2.GetSerialNo());            // Outputs "1001"
        Console.WriteLine(Entity.GetNextSerialNo());    // Outputs "1002"
    }
}

Обратите внимание, что статические методы SetNextSerialNo и GetNextSerialNo вызываются для класса, а метод экземпляра GetSerialNo вызывается для экземпляров класса.Note that the SetNextSerialNo and GetNextSerialNo static methods are invoked on the class whereas the GetSerialNo instance method is invoked on instances of the class.

Виртуальные, переопределяющие и абстрактные методыVirtual, override, and abstract methods

Если объявление метода экземпляра включает модификатор virtual, такой метод называется виртуальным методом.When an instance method declaration includes a virtual modifier, the method is said to be a virtual method. Если модификатор virtual отсутствует, метод считается невиртуальным.When no virtual modifier is present, the method is said to be a nonvirtual method.

При вызове виртуального метода могут быть вызваны разные его реализации в зависимости от того, какой тип среды выполнения имеет экземпляр, для которого вызван этот метод.When a virtual method is invoked, the run-time type of the instance for which that invocation takes place determines the actual method implementation to invoke. При вызове невиртуального метода решающим фактором является тип во время компиляции для этого экземпляра.In a nonvirtual method invocation, the compile-time type of the instance is the determining factor.

Виртуальный метод можно переопределить в производном классе.A virtual method can be overridden in a derived class. Если объявление метода экземпляра содержит модификатор override, этот метод переопределяет унаследованный виртуальный метод с такой же сигнатурой.When an instance method declaration includes an override modifier, the method overrides an inherited virtual method with the same signature. Изначальное объявление виртуального метода создает новый метод, а переопределение этого метода создает специализированный виртуальный метод с новой реализацией взамен унаследованного виртуального метода.Whereas a virtual method declaration introduces a new method, an override method declaration specializes an existing inherited virtual method by providing a new implementation of that method.

Абстрактным методом называется виртуальный метод без реализации.An abstract method is a virtual method with no implementation. Абстрактный метод объявляется с модификатором abstract. Его можно объявить только в классе, который также объявлен абстрактным.An abstract method is declared with the abstract modifier and is permitted only in a class that is also declared abstract. Абстрактный метод должен обязательно переопределяться в каждом производном классе, не являющемся абстрактным.An abstract method must be overridden in every non-abstract derived class.

Следующий пример кода объявляет абстрактный класс Expression, который представляет узел дерева выражений, а также три производных класса: Constant, VariableReference и Operation, которые реализуют узлы дерева выражений для констант, ссылок на переменные и арифметических операций.The following example declares an abstract class, Expression, which represents an expression tree node, and three derived classes, Constant, VariableReference, and Operation, which implement expression tree nodes for constants, variable references, and arithmetic operations. (Они похожи на типы дерева выражений, но их нельзя путать.)(This is similar to, but not to be confused with the expression tree types).

using System;
using System.Collections.Generic;
public abstract class Expression
{
    public abstract double Evaluate(Dictionary<string,object> vars);
}
public class Constant: Expression
{
    double value;
    public Constant(double value) 
    {
        this.value = value;
    }
    public override double Evaluate(Dictionary<string,object> vars) 
    {
        return value;
    }
}
public class VariableReference: Expression
{
    string name;
    public VariableReference(string name) 
    {
        this.name = name;
    }
    public override double Evaluate(Dictionary<string,object> vars) 
    {
        object value = vars[name];
        if (value == null) 
        {
            throw new Exception("Unknown variable: " + name);
        }
        return Convert.ToDouble(value);
    }
}
public class Operation: Expression
{
    Expression left;
    char op;
    Expression right;
    public Operation(Expression left, char op, Expression right) 
    {
        this.left = left;
        this.op = op;
        this.right = right;
    }
    public override double Evaluate(Dictionary<string,object> vars) 
    {
        double x = left.Evaluate(vars);
        double y = right.Evaluate(vars);
        switch (op) {
            case '+': return x + y;
            case '-': return x - y;
            case '*': return x * y;
            case '/': return x / y;
        }
        throw new Exception("Unknown operator");
    }
}

Четыре приведенных выше класса можно использовать для моделирования арифметических выражений.The previous four classes can be used to model arithmetic expressions. Например, с помощью экземпляров этих классов выражение x + 3 можно представить следующим образом.For example, using instances of these classes, the expression x + 3 can be represented as follows.

Expression e = new Operation(
    new VariableReference("x"),
    '+',
    new Constant(3));

Метод Evaluate экземпляра Expression вызывается для вычисления данного выражения и создает значение double.The Evaluate method of an Expression instance is invoked to evaluate the given expression and produce a double value. Этот метод принимает аргумент Dictionary, который содержит имена переменных (в качестве ключей записей) и значения переменных (в качестве значений записей).The method takes a Dictionary argument that contains variable names (as keys of the entries) and values (as values of the entries). Так как Evaluate — абстрактный метод, то в неабстрактных классах, производных от Expression, необходимо переопределить Evaluate.Because Evaluate is an abstract method, non-abstract classes derived from Expression must override Evaluate.

В Constant реализация метода Evaluate просто возвращает хранимую константу.A Constant's implementation of Evaluate simply returns the stored constant. В VariableReference реализация этого метода выполняет поиск имени переменной в словаре и возвращает полученное значение.A VariableReference's implementation looks up the variable name in the dictionary and returns the resulting value. В Operation реализация этого метода сначала вычисляет левый и правый операнды (рекурсивно вызывая их методы Evaluate), а затем выполняет предоставленную арифметическую операцию.An Operation's implementation first evaluates the left and right operands (by recursively invoking their Evaluate methods) and then performs the given arithmetic operation.

В следующей программе классы Expression используются для вычисления выражения x * (y + 2) с различными значениями x и y.The following program uses the Expression classes to evaluate the expression x * (y + 2) for different values of x and y.

using System;
using System.Collections.Generic;
class InheritanceExample
{
    public static void ExampleUsage() 
    {
        Expression e = new Operation(
            new VariableReference("x"),
            '*',
            new Operation(
                new VariableReference("y"),
                '+',
                new Constant(2)
            )
        );
        Dictionary<string,object> vars = new Dictionary<string, object>();
        vars["x"] = 3;
        vars["y"] = 5;
        Console.WriteLine(e.Evaluate(vars));		// Outputs "21"
        vars["x"] = 1.5;
        vars["y"] = 9;
        Console.WriteLine(e.Evaluate(vars));		// Outputs "16.5"
    }
}   

Перегрузка методовMethod overloading

Перегрузка метода позволяет использовать в одном классе несколько методов с одинаковыми именами, если они имеют уникальные сигнатуры.Method overloading permits multiple methods in the same class to have the same name as long as they have unique signatures. Когда при компиляции встречается вызов перегруженного метода, компилятор использует принцип разрешения перегрузки, чтобы определить, какой из методов следует вызвать.When compiling an invocation of an overloaded method, the compiler uses overload resolution to determine the specific method to invoke. Разрешение перегрузки выбирает из методов тот, который лучше всего соответствует предоставленным аргументам, или возвращает ошибку, если не удается выбрать конкретный подходящий метод.Overload resolution finds the one method that best matches the arguments or reports an error if no single best match can be found. В следующем примере показано, как работает разрешение перегрузки.The following example shows overload resolution in effect. Комментарий к каждому вызову метода UsageExample подсказывает, какой из методов будет вызван для этой строки.The comment for each invocation in the UsageExample method shows which method is actually invoked.

using System;
class OverloadingExample
{
    static void F() 
    {
        Console.WriteLine("F()");
    }
    static void F(object x) 
    {
        Console.WriteLine("F(object)");
    }
    static void F(int x) 
    {
        Console.WriteLine("F(int)");
    }
    static void F(double x) 
    {
        Console.WriteLine("F(double)");
    }
    static void F<T>(T x) 
    {
        Console.WriteLine("F<T>(T)");
    }
    static void F(double x, double y) 
    {
        Console.WriteLine("F(double, double)");
    }
    public static void UsageExample()
    {
        F();            // Invokes F()
        F(1);           // Invokes F(int)
        F(1.0);         // Invokes F(double)
        F("abc");       // Invokes F<string>(string)
        F((double)1);   // Invokes F(double)
        F((object)1);   // Invokes F(object)
        F<int>(1);      // Invokes F<int>(int)
        F(1, 1);        // Invokes F(double, double)
    }
}

Как видно из этого примера, вы всегда можете выбрать конкретный метод, явным образом приведя типы аргументов к соответствующим типам параметров, и (или) явно предоставив аргументы нужного типа.As shown by the example, a particular method can always be selected by explicitly casting the arguments to the exact parameter types and/or explicitly supplying type arguments.

Другие функции-членыOther function members

Все члены класса, содержащие исполняемый код, совокупно называются функции-члены.Members that contain executable code are collectively known as the function members of a class. В предыдущем разделе мы рассмотрели основные варианты методов, используемых как функции-члены.The preceding section describes methods, which are the primary kind of function members. В этом разделе описываются другие типы функций-членов, поддерживаемые в языке C#: конструкторы, свойства, индексаторы, события, операторы и методы завершения.This section describes the other kinds of function members supported by C#: constructors, properties, indexers, events, operators, and finalizers.

Ниже приведен универсальный класс с именем MyList<T>, который реализует расширяемый список объектов.The following shows a generic class called MyList<T>, which implements a growable list of objects. Этот класс содержит несколько наиболее распространенных типов функций-членов.The class contains several examples of the most common kinds of function members.

Примечание

В этом примере создается класс MyList, который отличается от стандартного System.Collections.Generic.List<T> в .NET.This example creates a MyList class, which is not the same as the .NET standard System.Collections.Generic.List<T>. Здесь показаны основные понятия, необходимые для этого руководства, но они не заменят собой этот класс.It does illustrate the concepts needed for this tour, but is not a replacement for that class.

public class MyList<T>
{
    // Constant
    const int defaultCapacity = 4;

    // Fields
    T[] items;
    int count;

    // Constructor
    public MyList(int capacity = defaultCapacity) 
    {
        items = new T[capacity];
    }

    // Properties
    public int Count => count; 

    public int Capacity 
    {
        get { return items.Length; }
        set 
        {
            if (value < count) value = count;
            if (value != items.Length) 
            {
                T[] newItems = new T[value];
                Array.Copy(items, 0, newItems, 0, count);
                items = newItems;
            }
        }
    }

    // Indexer
    public T this[int index] 
    {
        get 
        {
            return items[index];
        }
        set 
        {
            items[index] = value;
            OnChanged();
        }
    }
    
    // Methods
    public void Add(T item) 
    {
        if (count == Capacity) Capacity = count * 2;
        items[count] = item;
        count++;
        OnChanged();
    }
    protected virtual void OnChanged() =>
        Changed?.Invoke(this, EventArgs.Empty);

    public override bool Equals(object other) =>
        Equals(this, other as MyList<T>);

    static bool Equals(MyList<T> a, MyList<T> b) 
    {
        if (Object.ReferenceEquals(a, null)) return Object.ReferenceEquals(b, null);
        if (Object.ReferenceEquals(b, null) || a.count != b.count)
            return false;
        for (int i = 0; i < a.count; i++) 
        {
            if (!object.Equals(a.items[i], b.items[i])) 
            {
                return false;
            }
        }
    return true;
    }

    // Event
    public event EventHandler Changed;

    // Operators
    public static bool operator ==(MyList<T> a, MyList<T> b) => 
        Equals(a, b);

    public static bool operator !=(MyList<T> a, MyList<T> b) => 
        !Equals(a, b);
}

КонструкторыConstructors

C# поддерживает конструкторы экземпляров и статические конструкторы.C# supports both instance and static constructors. Конструктор экземпляра является членом, который реализует действия для инициализации нового экземпляра класса.An instance constructor is a member that implements the actions required to initialize an instance of a class. Статический конструктор является членом, который реализует действия для инициализации самого класса при первоначальной его загрузке.A static constructor is a member that implements the actions required to initialize a class itself when it is first loaded.

Конструктор объявляется в виде метода без возвращаемого типа, имя которого совпадает с именем класса, в котором он определен.A constructor is declared like a method with no return type and the same name as the containing class. Если объявление конструктора содержит модификатор static, создается статический конструктор.If a constructor declaration includes a static modifier, it declares a static constructor. В противном случае это объявление считается конструктором экземпляра.Otherwise, it declares an instance constructor.

Конструкторы экземпляров можно перегружать, и для них можно указать необязательные параметры.Instance constructors can be overloaded and can have optional parameters. Например, класс MyList<T> объявляет один конструктор экземпляра с одним необязательным параметром int.For example, the MyList<T> class declares one instance constructor with a single optional int parameter. Конструкторы экземпляров вызываются с помощью оператора new.Instance constructors are invoked using the new operator. Следующий пример кода выделяет два экземпляра MyList<string> с помощью конструкторов класса MyList: один с необязательным аргументом, а второй — без.The following statements allocate two MyList<string> instances using the constructor of the MyList class with and without the optional argument.

MyList<string> list1 = new MyList<string>();
MyList<string> list2 = new MyList<string>(10);

В отличие от других членов конструкторы экземпляров не наследуются, и класс не имеет конструкторов экземпляров, кроме объявленных в самом этом классе.Unlike other members, instance constructors are not inherited, and a class has no instance constructors other than those actually declared in the class. Если в классе не объявлен конструктор экземпляра, для него автоматически создается пустой конструктор без параметров.If no instance constructor is supplied for a class, then an empty one with no parameters is automatically provided.

СвойстваProperties

Свойства естественным образом дополняют поля.Properties are a natural extension of fields. И те, и другие являются именованными членами со связанными типами, и для доступа к ним используется одинаковый синтаксис.Both are named members with associated types, and the syntax for accessing fields and properties is the same. Однако свойства, в отличие от полей, не указывают места хранения.However, unlike fields, properties do not denote storage locations. Вместо этого свойства содержат методы доступа, в которых описаны инструкции для выполнения при чтении или записи значений.Instead, properties have accessors that specify the statements to be executed when their values are read or written.

Свойство объявляется так же, как поле, за исключением того, что объявление заканчивается не точкой с запятой, а парой разделителей { и }, между которыми указаны акцессоры get для чтения и (или) set для записи.A property is declared like a field, except that the declaration ends with a get accessor and/or a set accessor written between the delimiters { and } instead of ending in a semicolon. Свойство, для которого определены акцессоры get и set, является свойством для чтения и записи. Если в свойстве есть только акцессор get, оно является свойством только для чтения, и если только акцессор set — свойством только для записи.A property that has both a get accessor and a set accessor is a read-write property, a property that has only a get accessor is a read-only property, and a property that has only a set accessor is a write-only property.

Акцессор get оформляется как метод без параметров, у которого тип возвращаемого значения совпадает с типом, установленным для этого свойства.A get accessor corresponds to a parameterless method with a return value of the property type. Во всех ситуациях, кроме использования в качестве назначения в операторе присваивания, для вычисления значения свойства вызывается акцессор get.Except as the target of an assignment, when a property is referenced in an expression, the get accessor of the property is invoked to compute the value of the property.

Акцессор get имеет вид метода с одним именованным параметром и без возвращаемого типа.A set accessor corresponds to a method with a single parameter named value and no return type. Если же свойство используется в качестве назначения в операторе присваивания или в качестве операнда для операции ++ или --, вызывается акцессор set с аргументом, содержащим новое значение.When a property is referenced as the target of an assignment or as the operand of ++ or --, the set accessor is invoked with an argument that provides the new value.

Класс MyList<T> объявляет два свойства: Count (только для чтения) и Capacity (только для записи).The MyList<T> class declares two properties, Count and Capacity, which are read-only and read-write, respectively. Пример использования этих свойств приведен ниже.The following is an example of use of these properties:

MyList<string> names = new MyList<string>();
names.Capacity = 100;   // Invokes set accessor
int i = names.Count;    // Invokes get accessor
int j = names.Capacity; // Invokes get accessor

Как и в отношении полей и методов, C# поддерживает свойства экземпляра и статические свойства.Similar to fields and methods, C# supports both instance properties and static properties. Статические свойства объявляются с модификатором static, а свойства экземпляра — без него.Static properties are declared with the static modifier, and instance properties are declared without it.

Акцессоры свойства могут быть виртуальными.The accessor(s) of a property can be virtual. Если объявление свойства содержит модификатор virtual, abstract или override, этот модификатор применяется к акцессорам свойства.When a property declaration includes a virtual, abstract, or override modifier, it applies to the accessor(s) of the property.

ИндексаторыIndexers

Индексатор является членом, позволяющим индексировать объекты так, как будто они включены в массив.An indexer is a member that enables objects to be indexed in the same way as an array. Индексатор объявляется так же, как свойство, но после имени члена в нем следует список параметров, заключенный между разделителями [ и ].An indexer is declared like a property except that the name of the member is this followed by a parameter list written between the delimiters [ and ]. Эти параметры доступны в акцессорах индексатора.The parameters are available in the accessor(s) of the indexer. Как и свойства, можно объявить индексаторы для чтения и записи, только для чтения или только для записи. Кроме того, поддерживаются виртуальные акцессоры индексатора.Similar to properties, indexers can be read-write, read-only, and write-only, and the accessor(s) of an indexer can be virtual.

Класс MyList<T> объявляет один индексатор для чтения и записи, который принимает параметр int.The MyList<T> class declares a single read-write indexer that takes an int parameter. Индексатор позволяет индексировать экземпляры MyList<T> значениями с типом int.The indexer makes it possible to index MyList<T> instances with int values. Например:For example:

MyList<string> names = new MyList<string>();
names.Add("Liz");
names.Add("Martha");
names.Add("Beth");
for (int i = 0; i < names.Count; i++) 
{
    string s = names[i];
    names[i] = s.ToUpper();
}

Индексаторы можно перегружать, то есть в одном классе можно объявить несколько индексаторов, если у них различаются количество или типы параметров.Indexers can be overloaded, meaning that a class can declare multiple indexers as long as the number or types of their parameters differ.

СобытияEvents

Событие — это член, с помощью которого класс или объект предоставляют уведомления.An event is a member that enables a class or object to provide notifications. Объявление события выглядит так же, как объявление поля, но содержит ключевое слово event и обязано иметь тип делегата.An event is declared like a field except that the declaration includes an event keyword and the type must be a delegate type.

В классе, который объявляет член события, это событие действует, как обычное поле с типом делегата (если это событие не является абстрактным и не объявляет акцессоры).Within a class that declares an event member, the event behaves just like a field of a delegate type (provided the event is not abstract and does not declare accessors). Это поле хранит ссылку на делегат, который представляет добавленные к событию обработчики событий.The field stores a reference to a delegate that represents the event handlers that have been added to the event. Если обработчики событий отсутствуют, это поле имеет значение null.If no event handlers are present, the field is null.

Класс MyList<T> объявляет один член события с именем Changed, который обрабатывает добавление нового элемента.The MyList<T> class declares a single event member called Changed, which indicates that a new item has been added to the list. Событие Changed вызывается виртуальным методом OnChanged, который сначала проверяет, не имеет ли это событие значение null (это означает, что обработчики отсутствуют).The Changed event is raised by the OnChanged virtual method, which first checks whether the event is null (meaning that no handlers are present). Концепция создания события в точности соответствует вызову делегата, представленного этим событием. Это позволяет обойтись без особой языковой конструкции для создания событий.The notion of raising an event is precisely equivalent to invoking the delegate represented by the event—thus, there are no special language constructs for raising events.

Клиенты реагируют на события посредством обработчиков событий.Clients react to events through event handlers. Обработчики событий можно подключать с помощью оператора += и удалять с помощью оператора -=.Event handlers are attached using the += operator and removed using the -= operator. Следующий пример кода подключает обработчик события Changed к событию MyList<string>.The following example attaches an event handler to the Changed event of a MyList<string>.

class EventExample
{
    static int changeCount;
    static void ListChanged(object sender, EventArgs e) 
    {
        changeCount++;
    }
    public static void Usage() 
    {
        MyList<string> names = new MyList<string>();
        names.Changed += new EventHandler(ListChanged);
        names.Add("Liz");
        names.Add("Martha");
        names.Add("Beth");
        Console.WriteLine(changeCount);		// Outputs "3"
    }
}

Для более сложных сценариев, требующих контроля над базовым хранилищем события, в объявлении события можно явным образом предоставить акцессоры add и remove. Они будут действовать примерно так же, как акцессор set для свойства.For advanced scenarios where control of the underlying storage of an event is desired, an event declaration can explicitly provide add and remove accessors, which are somewhat similar to the set accessor of a property.

ОператорыOperators

Оператор является членом, который определяет правила применения определенного выражения к экземплярам класса.An operator is a member that defines the meaning of applying a particular expression operator to instances of a class. Вы можете определить операторы трех типов: унарные операторы, двоичные операторы и операторы преобразования.Three kinds of operators can be defined: unary operators, binary operators, and conversion operators. Все операторы объявляются с модификаторами public и static.All operators must be declared as public and static.

Класс MyList<T> объявляет два оператора: operator == и operator !=. Это позволяет определить новое значение для выражений, которые применяют эти операторы к экземплярам MyList.The MyList<T> class declares two operators, operator == and operator !=, and thus gives new meaning to expressions that apply those operators to MyList instances. В частности, эти операторы определяют, что равенство двух экземпляров MyList<T> проверяется путем сравнения всех содержащихся в них объектов с помощью определенных для них методов Equals.Specifically, the operators define equality of two MyList<T> instances as comparing each of the contained objects using their Equals methods. Следующий пример кода использует оператор == для сравнения двух экземпляров MyList<int>.The following example uses the == operator to compare two MyList<int> instances.

MyList<int> a = new MyList<int>();
a.Add(1);
a.Add(2);
MyList<int> b = new MyList<int>();
b.Add(1);
b.Add(2);
Console.WriteLine(a == b);  // Outputs "True" 
b.Add(3);
Console.WriteLine(a == b);  // Outputs "False"

Первый Console.WriteLine выводит True, поскольку два списка содержат одинаковое число объектов с одинаковыми значениями в том же порядке.The first Console.WriteLine outputs True because the two lists contain the same number of objects with the same values in the same order. Если бы в MyList<T> не было определения operator ==, первый Console.WriteLine возвращал бы False, поскольку a и b указывают на различные экземпляры MyList<int>.Had MyList<T> not defined operator ==, the first Console.WriteLine would have output False because a and b reference different MyList<int> instances.

Методы завершенияFinalizers

Метод завершения является членом, который реализует действия для завершения существования экземпляра класса.A finalizer is a member that implements the actions required to finalize an instance of a class. Методы завершения не могут иметь параметры, не могут содержать модификаторы доступа и их нельзя вызвать явным образом.Finalizers cannot have parameters, they cannot have accessibility modifiers, and they cannot be invoked explicitly. Метод завершения для экземпляра вызывается автоматически в процессе сборки мусора.The finalizer for an instance is invoked automatically during garbage collection.

Сборщик мусора имеет широкую степень свободы в выборе времени уничтожения объектов и вызова методов завершения.The garbage collector is allowed wide latitude in deciding when to collect objects and run finalizers. В частности, время вызова методов завершения не является детерминированным, и эти методы могут выполняться в любом потоке.Specifically, the timing of finalizer invocations is not deterministic, and finalizers may be executed on any thread. По этим и некоторым другим причинам методы завершения следует использовать в классах только в крайнем случае, когда невозможны другие решения.For these and other reasons, classes should implement finalizers only when no other solutions are feasible.

Уничтожение объектов лучше контролировать с помощью инструкции using.The using statement provides a better approach to object destruction.