С# в кратком изложении

ПРОГРАММИСТУ

Дж. Бишоп, Н. Хорспул

в кратком изложении Перевод с английского К.Г.Финогенова

Москва БИНОМ. Лаборатория знаний 2005

УДК 004.65 ББК 32.973 Б59

Б59

Бишоп Дж. С# в кратком изложении / Дж. Бишоп, Н. Хорспул; Пер. с англ. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. — 472 с , ил. ISBN 5-94774-211-Х (русск.) ISBN 0-321-15418-5 (англ.) Книга предназначена для обучения основам объектно-ориентированного программирования с использованием языка С# и затрагивает почти все основные средства языка, включая пространства имен, использование коллекций и программирование сетевых задач. Особенное внимание уделяется концепциям полиморфизма и расширяемости. Книга изобилует многочисленными примерами, представляющими собой функционирующие программы, и сводными таблицами с компактным описанием основных языковых средств. Ориентированная прежде всего на студентов первого года обучения, книга в равной степени адресована студентам всех уровней, для которых она будет служить прекрасным пособием, а также всем, кто работает на других языках и желает перейти на С#. УДК 004.65 ББК 32.973

Учебное издание Бишоп Джудит, Хорспул Найджел С# в кратком изложении Ведущий редактор И. Маховая. Художник Ф. Инфантэ Художественный редактор О. Лапко. Корректор И. Королёва Компьютерная верстка Л. Катуркина Подписано в печать 27.12.04. Формат 70x100'/ . Гарнитура Школьная. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 38,2. Тираж 3000 экз. Заказ 2047 Издательство «БИНОМ. Лаборатория знаний». Адрес для переписки: 119071, Москва а/я 32. Телефон (095)955-0398. E-mail: [email protected]. http://www.lbz.ru. Отпечатано с готовых диапозитивов в полиграфической фирме «Полиграфист». 160001, г. Вологда, ул. Челюскинцев, 3. © Pearson Education Limited 2004 This translation of C# Concisely, First Edition is published by arrangement with Pearson Education

ISBN 5-94774-211-Х (русск.) ISBN 0-321-15418-5 (англ.)

^ д н а р у с с к и й ЯЗЫК) БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005

@ п

К читателям

Многие книги, посвященные компьютерам, имеют такой объем, что, поднимая их, вы рискуете заработать грыжу, однако материала в них не больше, чем в бульварной газете. Академические учебники зачастую так скучны, что у вас плавятся мозги, хотя они не учат вас ничему, что могло бы пригодиться в реальной жизни. Но только не эта книга! Этот краткий курс аккумулирует в себе многолетний опыт и знания авторов. В каждую главу включены многочисленные примеры и упражнения, но что мне лично нравится больше всего —так это волшебная россыпь компактных справочных «форм», щедро разбросанная по всей книге. Широкое использование не зависящего от платформы пространства имен Views, специально разработанного для этой книги и позволяющего создавать элементы графического интерфейса пользователя, облегчает изучение материала и способствует приобретению практического опыта. Еще одним достоинством книги является включение специальной главы, посвященной отладке. Даже в невероятном предположении, что вы при создании программы никогда не вносите в нее ошибки, отладка представляет собой идеальное средство для понимания динамики работы программы; ну а для нас, простых людей, это дополнительное мощное средство локализации наших ошибок. Имея на своем столе эту книгу, вы превратите каждый рабочий день в праздничный. Эрик Мейер руководитель группы технической поддержки Microsoft WebData Team 31 июля 2003 г.

Предисловие Уилльяму и Майклу, как и всегда, а также Джанет, без любви и поддержки которых эта книга не была бы написана Дж. Бишоп Микаэле, которая в течение подготовки этой книги щедро помогала и ободряла нас; мы и представить себе не могли, что эта работа займет столько времени Н. Хорспул Написание этой книги заняло у нас целый год. Нам хотелось бы объяснить вам, будь вы преподаватель, студент или просто любознательный читатель, зачем мы взяли на себя этот труд и что вы почерпнете из этой книги.

С# — откуда и куда С# — это новый язык, разработанный Эндерсом Хейлсбергом (Anders Hejlsberg), Скоттом Уилтамутом (Scott Wiltamuth) и Питером Гоулдом (Peter Golde) в корпорации Microsoft в качестве основной среды разработки для .Net Framework и всех будущих продуктов Microsoft. C# берет свое начало в других языках, в основном, в C++, Java, Delphi, Modula-2 и Smalltalk. Про Хейлсберга следует сказать, что он был главным архитектором Turbo Pascal и Borland Delphi, и его огромный опыт способствовал весьма тщательной проработке нового языка. С одной стороны, для С# в еще большей степени, чем для упомянутых выше языков, характерна внутренняя объектная ориентация; с другой стороны, в нем реализована новая концепция упрощения объектов, что существенно облегчает освоение мира объектно-ориентированного программирования. В настоящее время С# утверждается среди языков, используемых как для разработки нового программного обеспечения, так и для обучения. Поскольку эта книга является прежде всего учебником, мы хотели бы подчеркнуть, что, по нашему мнению, С# является идеальным языком для начального обучения программированию. Некоторым препятствием здесь является консервативность: в большинстве организаций твердые позиции занял язык Java и такое его положение поддерживается новыми разработками и всей инфрастуктурой. С# также удобен для более специализированных курсов. Ввиду того что этот язык поддерживает такие современные концепции, как делегирование и перегрузку операторов, и даже делаются предложения о реализации родовых классов, С# представляется превосходной средой для таких, в частности, курсов, как «Современные методы программирования», «Структуры данных», «Сетецентрические модели вычислений» и «Распределенные системы». Использование С# может также оказаться полезным для курсов повышения квалификации с производственным

Предисловие

уклоном, к каковым относятся многие программы обучения Microsoft, поскольку обучающиеся сразу обеспечиваются реальной средой программирования. В отличие от Java, C# можно использовать только при определенных обстоятельствах. Если академическая организация принадлежит объединению Microsoft Academic Alliance (вступить куда можно за минимальную плату), то программное обеспечение будет доступно как сотрудникам, так и студентам. Язык С# (но не все его библиотеки) утвержден в качестве стандарта Европейской ассоциацией ЕСМА (в декабре 2001 г.) в результате чего появились и другие (также бесплатные) компиляторы для Windows и других платформ. Сама корпорация Microsoft выпустила три таких продукта под кодовым именем Rotor для платформ Windows, FreeBSD и Macintosh OSX. Продукты Microsoft обычно отличаются интенсивным потреблением ресурсов и требуют таких компьютеров, которые находятся за пределами возможностей многих студенческих лабораторий. В силу этого бесплатные компиляторы могут оказаться предпочтительнее. Однако в стандарте ЕСМА имеется серьезное упущение — отсутствует прикладной интерфейс Windows.Form, используемый для программирования графических интерфейсов пользователя. Мы работаем с корпорацией Microsoft над восполнением этого пробела с апреля 2002 г., и результатом этой работы явился продукт Views, небольшая экономная система графического интерфейса пользователя (GUI), основанная на языке XML. Разработаны варианты Views как для стандартных Windows-систем, так и для других платформ, воспринимающих систему Rotor. Совокупность системы Views и бесплатных компиляторов С# дает вполне жизнеспособную и технологически современную альтернативу комбинации лицензионных С# и Visual Studio корпорации Microsoft, обеспечивая при этом еще и независимость от платформы. С# несомненно имеет большое будущее как в обучении и исследованиях, так и в системных разработках. Целью этой книги является приближение этого будущего путем максимально широкого распространения языка С#.

Обзор книги Для современных учебников по программированию стала общим местом декларация использования подхода «объекты в первую очередь». Внимательное изучение учебников и докладов на образовательных конференциях по компьютерным направлениям показывает, что смысл выражения «объекты в первую очередь» довольно туманен. Более того, в этих работах редко указывается, что же понимается под второй или третьей очередью. Несомненно, настоящая книга использует подход «объекты в первую очередь», при этом, используя новаторскую методику изложения, нам удалось, надеемся, вложить в это выражение более четкий смысл. В гл. 2 мы вводим объекты действительно в первую очередь путем исполь-

8

Предисловие

зования их, а не определения для них типов. Мы основываем изложение на двух встроенных структурных типах, DateTime (структура) и Random (класс), и развиваем концепции реализации, переменных, методов и присваивания значительно более естественным путем, чем было бы возможно в случае требования первоначального определения типов. Далее в гл. 3 мы рассматриваем вопрос определения типа, возвращаясь назад и обобщая уже знакомые читателю концепции, а также развивая формализм таких понятий, как параметры и свойства. Мы приняли твердое решение оставаться на этой стадии в мире значений переменных, используя для создания объектов структуры и упоминая ссылки лишь как средство передачи параметров. Мы уверены, что лучшим педагогическим принципом является строго последовательное рассмотрение концепций, и, откладывая до гл. 7 детальное рассмотрение аппарата ссылок, мы тем самым устраняем часто возникающие недоумения по поводу использования значений переменных и ссылок на них. Ввиду такого решения обсуждение классов начинается лишь в гл. 8. С# в большей степени, чем другие современные объектно-ориентированные языки, опирается на понятие типа, причем это понятие интерпретируется одинаково, независимо от того, идет ли речь о скалярной переменной типа int, структуре или классе. Мы придерживаемся того же принципа, и откладывание обсуждения классов на более поздний этап не приводит к каким-либо неестественным программным конструкциям. На вопрос «если объекты в первую очередь, то что во вторую?» мы отвечаем в гл. 4: управляющие структуры, строки и массивы. Все они представляют собой базовые строительные блоки, используемые при разработке программ. Без этих блоков нельзя полноценно использовать более мощные объектно-ориентированные средства — коллекции и полиморфизм. Перед тем, однако, как перейти к этим полезным предметам, мы потратим две главы на то, чтобы заложить основы целенаправленного программирования. Глава 5 описывает систему Views, которую мы разработали в качестве дополнения, облегчающего обслуживание графических пользовательских интерфейсов в любой С#-программе. Имея такое инструментальное средство, вы получаете возможность быстрее разрабатывать программы, взаимодействующие с пользователем, причем независимо от платформы. В гл. 7 мы завершаем исследование ввода и вывода, рассмотрев хранение данных в файлах, а также представление файлов в С# в виде потоков данных. Гл. 6, посвященная ошибкам и процедурам отладки, почти уникальна для учебников по программированию. В этой главе описываются как стандартные, так и новые методики отладки, от выводимых на экран сообщений до контрольных вызовов. Большая часть этих методик не требует никакого дополнительного программного обеспечения кроме компилятора С#. В отдельном разделе описывается использование отладчика, а в Приложении Ж приводятся дополнительные сведения об отладочных возможностях Microsoft Visual Studio.

Предисловие

К этому моменту программисты смогут справиться с любой задачей, доступной решению на более старых языках, но в объектно-ориентированном стиле. Главы 8 и 9 завершают тему объектов рассмотрением коллекций (с которыми особенно удобно работать на С#), а также расширяемости и полиморфизма. В гл. 9 мы проводим обсуждение принципов, а затем показываем, как они могут быть реализованы с помощью любой из трех имеющихся методик — наследования, интерфейсов и абстрактных классов. В девяти первых главах книги мы рассмотрели большую часть языка С#, хотя, разумеется, остался еще целый пласт функций прикладного интерфейса пользователя (API). Какие из них особенно важны? Какие следует тщательно изучить? Книга не может считаться завершенной, если в ней на рассказывается, как выполнять рисование различных изображений. Поэтому мы посвятили гл. 10 рассмотрению API пространства имен System.Drawing, показав использование этих возможностей как независимо, так и интегрированными в систему View. Далее, неотъемлемой частью современной жизни является распределенная обработка данных, и мы посвятили несколько страниц способам, с помощью которых компьютеры могут взаимодействовать в С#. Мы показываем, как эти способы позволяют с легкостью реализовывать даже весьма сложные программы.

Наш подход Настоящая книга выполняет свои обучающие функции с помощью смеси равных долей формализма и примеров. Каждый новый структурный компонент или встроенный тип описывается сначала в виде «формы» — таблицы, в которой даются синтаксис и семантика объекта, затем приводятся простые примеры и, наконец, рассматривается полный текст работоспособной программы. Таких программ насчитывается в книге более 50; некоторые из них развиваются по мере перехода от главы к главе, демонстрируя, как новые средства позволяют получить более полное решение исходной задачи. Важными аспектами программирования являются графический интерфейс пользователя (GUI) и тестирование программ. Везде, где можно, для получения тестовых данных используется генератор случайных чисел, что позволяет должным образом испытать программы и получить разумный объем выходных данных. Никакой язык нельзя представить в виде набора изолированных друг от друга средств, и С# не является исключением. При рассмотрении некоторых средств, таких как вывод, строки, циклы и массивы, мы использовали «спиральный» подход, сначала вводя новые понятия в элементарной форме, и лишь в дальнейшем завершая их полное описание. Хороший учебник должен быть максимально интерактивным, и мы предусмотрели ряд дополнительных средств обучения как в самой книге, так и на соответствующем Web-сайте. Эти средства включают в себя:

1_0

Предисловие

• ряд приложений с перечнем ключевых прикладных интерфейсов и средств языка, объединенных в группы для облегчения поиска; • контрольные вопросники с альтернативными ответами в конце каждой главы 1 ; • разнообразные упражнения разного уровня сложности в конце большинства глав; • все примеры, доступные в сети по адресам http://www.cs.up.ac.za/ csharp или http://www.booksites.net/bishop; • полная система Views, со справочником и примерами; • дискуссионный форум для вопросов, касающихся С#, книги и Views; • набор слайдов и ответов для преподавателя.

Система Views Система Views представляет собой специальный класс для создания прикладных GUI независящим от поставщика способом с использованием спецификации XML. Система была разработана авторами в качестве проекта в рамках инициативы Rotor, организованной корпорацией Microsoft в апреле 2002 г. Система тестировалась студентами первого и второго года обучения, которые с энтузиазмом использовали ее в качестве альтернативы обычному программированию посредством API Windows.Form или Visual Studio. Последнюю версию Views можно переписать по сети с Web-сайта этой книги по адресу http://www.cs.up.ac.za/csharp или http:// www.booksites.net/bishop.

Благодарности Мы хотели бы поблагодарить за значительный практический вклад в эту книгу и в систему Views студентов Polelo Group в Университете Претории — Бэзила Уорралла (Basil Worrall), Катрину Берг (Kathrin Berg), Джони Ло (Johny Lo), Дейвида-Джона Миллера (David-John Miller), Мэнди ван Шалквик (Mandy van Schalkwyk) и Сфисо Щабалала (Sfiso Tshabalala). Глубокая благодарность Эдвину Пиру (Edwin Peer), который разработал и обслуживал Web-репозиторий, столь хорошо поддерживающий эту книгу. В Университете Виктории Джонатан Мейсон (Jonathan Mason) помог найти и устранить ошибки в программах View, Раджвиндер Пейнсар-Уэйлаведж (Rajwinder Panesar-Walawedge) отвечал за реализацию варианта View для системы Rotor, а Бернард Шольц (Bernhard Scholz) (в творческом отпуске, предоставленном Венским Техническим Университетом) Издательство сочло целесообразным дополнить русское издание книги списком правильных ответов. — Прим. ред.

Предисловие

1_1_

работал над важными программами клиентской части Views, которые будут выпущены позже. Нам хотелось бы поблагодарить корпорацию Microsoft за их щедрый дар в поддержку этой книги и системы Views, а Дж. Бишоп особо отмечает инициативу и поддержку со стороны Лианн Скотт-Уилльямс (Leanne Scott-Williams) из корпорации Microsoft (Южная Африка). Эта работа также поддерживалась грантом THRIP из южноафриканского фонда National Research Foundation. H. Хорспул также благодарит Памелу Лоз (Pamela Lauz) из Microsoft Canada за поддержку. Выполняя совместную работу при наличии 10-часовой разницы во времени, мы не могли бы выжить без превосходной интернет-поддержки, предоставленной нашими кафедрами в Университетах Претории и Виктории, а также Microsoft Research Laboratory в Кембридже и Венском Техническом Университете, где эта книга была завершена. Дж. Бишоп особо благодарит д-ра Пола Мира (Paul Meyer) и штат Адденбрукского госпиталя в Кембридже за то, что они поставили ее на ноги в тот момент, когда работа над книгой дошла до завершающих стадий. Поскольку значительная часть работы над книгой выполнялась в необычное время суток, Н. Хорспул хотел бы поблагодарить Torrefazione Italia за весьма необходимый и прекрасно приготовленный кофе, a KBSG Seattle за предоставление удачной фоновой музыки. Дж. Бишоп также ценит вклад винной индустрии Кейптауна и Late Late Show от Classic FM. Наконец, наша общая признательность нашим семьям за их терпение в течение многих часов, проведенных нами дома в работе над этим проектом, а также за стимулирующие обсуждения, в которых они, такие же компьютерно-ориентированные, как и мы сами, могли принимать участие. Мы надеемся, что наши семьи будут так же довольны получившимся результатом, как и мы сами. Джудит Бишоп Претория, Южная Африка и Кембридж, Англия Найджел Хорспул Виктория, Канада и Вена, Австрия Август 2003 г.

Введение

Изучение техники программирования — увлекательнейшее занятие. Столько надо понять перед тем, как удастся написать хотя бы простейшую программу! В первой главе мы постараемся дать именно эти начальные знания. Мы обсудим роль языков программирования и их развитие во времени. Общее направление их совершенствования — позволить программисту меньше думать о деталях и сосредоточиться на решении поставленной перед ним задачи. Для ввода программы в компьютер и ее запуска должны быть предусмотрены какие-то средства, и мы рассмотрим две имеющиеся возможности. Некоторое внимание будет также уделено разработке программного обеспечения.

1.1 Преамбула Любая достаточно развитая технология неотличима от магии. Артур К. Кларк Любой пользователь компьютера, наверное, полностью согласится с этой цитатой знаменитого писателя-фантаста. (Приведенное высказывание известно также под именем Третьего Закона Кларка.) С момента появления электронных компьютеров в начале 40-х гг. управляющее их работой программное обеспечение становилось все более сложным и изощренным. На сегодня оно достигло такой степени сложности, что его функционирование представляется недалеким от магии. Программное обеспечение компьютера приобрело такой объем, что никакой человек не может охватить его целиком. Не следует даже пытаться разобраться во всех деталях его работы. Рассмотрим, однако, некоторую аналогию. Допустим, что мы изучаем юриспруденцию. Количество законов, принятых в стране, и сложность этих законов также превышают возможности их понимания конкретным человеком. Студент-юрист и не пытается запомнить все законы. Вместо этого он постарается изучить основные принципы права, построит некоторую систему знаний, касающихся юриспруденции в целом, освоит специфический язык, используемый в текстах законов, научится рассуждать и делать заключения на основе принципов права и, возмож-

1.2 Роль языков программирования

КЗ

но, постарается приобрести глубокие знания законодательства в одной конкретной области юриспруденции (уголовное право, право собственности, налоговое право и т. д.). Изучая программное обеспечение компьютера, мы следуем тому же подходу. Мы рассматриваем базовые принципы организации программ и работы компьютера. Мы знакомимся с языком, на котором составляют программы, учимся применять принципы на практике и, возможно, становимся специалистами в одной узкой области использования программного обеспечения. В этой книге мы концентрируем наше внимание на единственном языке программирования, называемом С# (произносится «си шарп»). Мы научимся использовать язык С# для разработки простых прикладных программ. По ходу дела мы также познакомимся с некоторыми сторонами функционирования компьютеров.

1.2 Роль языков программирования Компьютер Компьютер представляет собой электронное устройство, состоящее из нескольких основных узлов. Одним из таких компонентов является память, которая хранит комбинации единиц и нолей. Эти единицы и ноли могут физически реализовываться в виде крошечных электронных устройств (в которых протекание тока в одном направлении означает единицу, а в другом — ноль, или устройство может содержать конденсатор, заряженное состояние которого означает единицу, а разряженное — ноль) или микроскопических магнитных полей (направление магнитного потока по часовой стрелке может означать единицу, а против часовой стрелки — ноль), или отражающей способности миниатюрных углублений в металлическом слое вращающегося компакт-диска, или различных состояний любого физического объекта. Возможности здесь неисчерпаемы. Компьютер содержит блоки памяти разных видов, работающие по-разному и предназначенные для выполнения различных задач. К счастью, детали функционирования памяти компьютера обычно не важны для программиста. Программа манипулирует с комбинациями единиц и нолей безотносительно к их физической реализации. Программа использует эти комбинации для обозначения чисел в двоичной форме или букв алфавита, или любой другой информации в соответствии с нашей схемой ее представления. Другим стандартным компонентом компьютера является центральный процессорный узел (central processor unit, CPU) или просто процессор. Процессор может выполнять элементарные действия над комбинациями единиц и нолей в памяти компьютера. Например, процессор может заглянуть в две ячейки компьютерной памяти, извлечь из них комбинации, представляющие два числа, сложить эти числа и сохранить результат в виде новой комбинации единиц и нолей в другой ячейке памяти.

14

Глава 1. Введение

Невероятные способности и кажущееся волшебство функционирования компьютера проистекают из способа управления процессором. Процессору необходимо сообщить, из каких ячеек памяти ему надо извлечь числа; ему следует указать, что числа надо сложить (или, возможно, умножить или вычесть, или выполнить какую-либо другую арифметическую операцию); наконец, процессор должен знать, в какую ячейку памяти отправить результат. После того, как процессор выполнит описанные операции, ему следует сообщить, что делать дальше. Последовательность действий, которые мы хотим получить от процессора, определяется длинной последовательностью единиц и нолей в памяти компьютера. На рис. 1.1 изображена реальная комбинация единиц и нолей, которая заставляет компьютер с процессором Intel Pentium извлечь два числа из конкретных ячеек компьютерной памяти, сложить эти числа и сохранить их сумму в третьей ячейке. Приведенная комбинация не очень наглядна, но это именно то, что понимает компьютер. Комбинации на рисунке изображены в виде трех строк, потому что в них заключено описание трех различных команд, которые последовательно, друг за другом, говорят процессору, что ему делать. 10100001 00000011 10100011

01101000 00000101 01110000

10111100 01101100 10111100

01000001 10111100 01000001

00000000 01000001 00000000

00000000

Рис. 1 . 1 . Двоичная программа сложения двух чисел для процессора Intel Pentium

Пропуски между группами из восьмерок единиц и нолей соответствуют организации памяти в компьютере — в компьютерах с процессором Intel Pentium (как, впрочем, и почти во всех остальных) память разделена на группы таких восьмерок, которые называются байтами или, реже, октетами. Индивидуальные единицы и ноли известны под названием битов; этот термин (bit) является сокращением от слов binary digits (двоичные разряды). Комбинация из 16 байт, показанная на рисунке, является, между прочим, маленьким фрагментом значительно более длинной компьютерной программы. Ведь крайне маловероятно, что мы захотим написать программу, которая выполнит всего лишь одно сложение и после этого завершится.

Представление данных Память компьютера организована в виде групп битов. Почти во всех используемых сегодня компьютерах эти группы состоят из 8, 16, 32, часто 64 и иногда 128 бит. С помощью двоичной системы счисления группы битов можно использовать для представления целых чисел. Например, 8-битовая группа 01101011 представляет целое число 0х2 7 + 1х26 + 1х25 + 0х2 4 + 1х23 + 0х2 2 + 1x2* + 1x2°,

1.2 Роль языков программирования

15

которое равно 0+64+32+0+8+0+2+1, или 107. Процессор компьютера с легкостью может манипулировать с числами, записанными в двоичной системе. Однако в действительности этот вопрос оказывается не таким простым, так как компьютеры должны уметь обрабатывать и отрицательные числа. Кроме того, с помощью специальной системы представления, называемой плавающей точкой, компьютеры могут обрабатывать числа, имеющие очень большую величину, например, 6,023x1023. Различные формы представления чисел будут подробнее рассмотрены в гл. 3. Хотя первые компьютеры разрабатывались исключительно для выполнения операций над числами, компьютерные программисты быстро поняли, что компьютеры могут с таким же успехом обрабатывать тексты, написанные, например, на английском языке. Достаточно назначить каждому алфавитному символу некоторое число, и память компьютера сможет хранить фрагменты текста. Обычно для кодирования символов используется таблица ASCII (American Standard Code for Information Interchange). В соответствии с этой таблицей каждому символу назначается код в диапазоне от 0 до 127; этот код удобно размещается в байте, причем остается еще один неиспользуемый бит. Согласно таблице ASCII, буква «А» (латинская) имеет код 65, буква «В» — 66 и т. д. Слово «BANANA» запишется в виде такой последовательности из 6 целых чисел: 66 65 78 65 78 65 и займет в памяти компьютера 6 последовательных байтов. Компьютеру редко приходится выполнять арифметические операции над числами, представляющими текст (пожалуй, разумным примером является прибавление 1 для получения следующей буквы алфавита). Однако символы можно перемещать с одного места на другое, а также сравнивать друг с другом. Например, поскольку компьютер может определить, что 65<66, он может упорядочить список английских слов, правильно поместив APPLE перед BANANA. Язык С# поддерживает кроме ASCII еще и расширенную кодировку символов, называемую Unicode. Согласно этой системе кодирования каждому символу назначается 16-битовое число. При наличии такого количества битов различающиеся коды можно присвоить символам многих разных языков (греческого, русского, японского и др.), а также акцентированным буквам (а, а, а и т. д.). Использование кодов символов и символьных строк будет подробнее рассмотрено в гл. 4.

Языки ассемблеров На заре эпохи компьютеров программисты действительно составляли программные предложения из битов, получая программы наподобие той, что была изображена на рис. 1.1. Эти программы вводились в память компьютера установкой в верхнее или нижнее положение переключателей на передней панели компьютера. Легко представить, какая это была медлен-

_16

Глава 1. Введение

ная и утомительная работа, и как легко было ввести в компьютер ошибочный код. Однако очень скоро компьютерные инженеры сообразили, что компьютер сам может помочь программисту. Действительно, если CPU манипулирует комбинациями единиц и нолей в памяти, а программа и состоит из таких битов, то почему бы не заставить компьютер помогать в создании его собственных программ? Первым шагом в этом направлении было изобретение языка ассемблера. Язык ассемблера представляет собой язык, который позволяет программисту использовать для передачи компьютеру указаний, какие действия ему следует исполнять, не комбинации битов, а слова, или мнемонические обозначения. Три команды языка ассемблера, соответствующие двоичным комбинациям, показанным на рис. 1.1, выглядят следующим образом: mov add mov

eax,dword p t r ds:[0041BC68h] eax,dword p t r ds:[0041BC6Ch] dword p t r ds:[0041BC70h],eax

Хотя для непосвященного эта запись выглядит так же непонятно, как и коллекция битов, однако программист, знающий язык ассемблера, может с легкостью читать и писать такого рода команды. Это просто вопрос практики. Приведенные команды говорят процессору, что он должен: переместить число из ячейки памяти 0041ВС68 в регистр с именем еах (регистры обычно используются для временного хранения чисел); прибавить число из ячейки 0041ВС6С к числу в регистре еах, оставив результат в еах; затем переместить число из еах назад в память, в ячейку ОО41ВС7О. Ячейкам памяти даются номера, и при составлении программы на языке ассемблера эти номера обычно записываются в системе счисления с основанием 16 (шестнадцатеричной системе), вместо системы с основанием 10 (десятичной системы), которую мы используем в повседневной жизни. Последовательность знаков 0041ВС68 представляет собой шестнадцатеричное число. Буква h, которой завершается каждая комбинация шестнадцатеричных цифр, используется в языке ассемблера для того чтобы можно было отличить шестнадцатеричные числа от десятичных. Мы еще столкнемся с шестнадцатеричными числами, когда будем обсуждать кодировку Unicode. Строки программы на языке ассемблера считываются, как входные данные, компьютерной программой, называемой символическим ассемблером (или для краткости просто ассемблером) и преобразуются ею в последовательности битов, которые может понять процессор. Результат этой обработки, представляющий собой длинную последовательность битов (готовую к исполнению программу), обычно сохраняется в виде компьютерного файла на жестком диске. Если мы хотим выполнить эту программу, мы пользуемся другой программой, обычно называемой загрузчиком, который копирует последовательность битов из компьютерного файла в память, а затем заставляет процессор приступить- к исполнению заключенных в программе команд.

1.2 Роль языков программирования

|7

Переход к языкам программирования Приведенный выше пример фрагмента программы на языке ассемблера обычно записывается программистом таким образом: mov

eax,b

add

еах,с

mov

а,еах

//Получить число из ячейки Ь, поместить его в //регистр еах //Прибавить число из ячейки с к содержимому //регистра еах //Сохранить содержимое регистра еах в ячейке а

Здесь для обозначения конкретных ячеек памяти использованы три символических имени (a, b и с). В каком-то другом месте программы на языке ассемблера программист должен определить, какие ячейки памяти соответствуют этим трем именам и сколько байтов должно быть в каждой ячейке. Например, программист может включить в программу следующие три директивы, которые транслятор с языка ассемблера использует для резервирования ячеек памяти: a:

.word 0

b: с:

.word 37 .word 15

#3арезервировать одно слово памяти и занести в #него число О #Аналогично, но с начальным значением 37 #Аналогично, но с начальным значением 15

Не составит большого труда представить себе более совершенный вид языка ассемблера, который позволит программисту вместо трех директив резервирования памяти и трех команд языка ассемблера, описывающих сложение, написать такого рода объявления ячеек памяти вместе с предложением, описывающим требуемые действия: int а int b int с а = b

= = = +

0; 37; 15; с;

//Объявить а, как число из 4 байтов, начально 0 //Аналогично для Ь, инициализировать числом 37 //Аналогично для с, инициализировать числом 15 //Сложить b и с, занести результат в а

Приведенные строки гораздо лаконичнее и, с точки зрения читателя-человека, нагляднее. Они являются примером языка программирования. Последняя строка, называемая в языках программирования предложением, использует для операции сложения знак « + », как и в обычных арифметических выражения. Символ « = », однако, не эквивалентен в этом предложении слову равно. Он означает изменить а, сделав его равным результату операции, указанной справа от знака равенства. Если мы будем читать это предложение вслух, мы, скорее всего, скажем «присвоить ячейке а значение b плюс с». Символ равенства «=» носит название оператора присваивания или назначения. Первые языки программирования были, в сущности, лишь слегка замаскированными языками ассемблера. Программист мог без особого труда представить себе последовательность предложения языка ассемб-

Глава 1. Введение

лера, соответствующюю каждому предложению языка программирования. Преобладала точка зрения, что язык программирования всего лишь обеспечивает программисту некоторые удобства. С течением лет, однако, языки программирования стали значительно более изощренными. Теперь уже только специалист сможет определить, какая последовательность команд языка ассемблера соответствует типичному предложению языка программирования. Но зачем нам выяснять, какую последовательность команд выполняет компьютер, реализуя действия, описанные в программном предложении? Если получается именно тот результат, который мы ожидали, то больше нем ничего и не нужно. Программист, составляя программу, пользуется языком программирования, а не предложениями языка ассемблера (и уж, тем более, не теми комбинациями битов, которые фактически выполняет процессор). По мере развития вычислительной техники были предложены тысячи различных языков программирования. Судя по всему, пока мы еще не приблизились к такому положению, когда все программисты используют один, наиболее продуктивный и естественный язык программирования. Сегодня представляется, что различные предметные области требуют различных языков программирования. Действительно, программа, с помощью которой банк управляет своим финансовым хозяйством, радикально отличается по своей природе от программы, реализующей, например, интерактивную игру. Возможно, две различные предметные области требуют различных языков программирования? Язык С# является самым современным из серии языков программирования, разработка которых началась в 50-х годах, и которые включают в себя Fortran, Algol60, Simula67, PL/1, C, Pascal, C++ и Java (приблизительно в такой временной последовательности). Совершенно ясно, что С# не будет последним изобретенным языком программирования. Однако в качестве средства для разработки программ общего назначения это на сегодня один из лучших языков. Он отличается последовательностью и полнотой, которых не было в предшествующих ему языках. C++, Java и С# заимствуют из языка Simula67 концепцию, называемую классом. Класс является базовой конструкцией объектно-ориентированного программирования (ООП). Хотя доказать это трудно, но многие считают, что программу, написанную в объектно-ориентированном стиле, впоследствии легче модифицировать, добавляя к ней новые возможности. Это качество носит названия расширяемости. Принципы ООП также способствуют повторному использованию программного обеспечения, которое позволяет программистам разрабатывать новые программные продукты, используя при этом фрагменты других программ.

Синтаксис и семантика Программы должны следовать синтаксическим правилам языка программирования. В настоящей книге синтаксические правила языка С# приводятся в виде таблиц, схожих с приведенным ниже примером из гл. 4.

1.3 О компиляции

19

Цикл while while (условие) тело цикла

{

Оценить условие, и, если оно удовлетворяется (результат оценки дает истину, true), выполнить предложения в теле цикла. Далее снова оценить условие, и если оно удовлетворяется, снова выполнить тело цикла. Повторять этот процесс до тех пор, пока условие не перестанет удовлетворяться (результат оценки дает ложь, false).

Мы будем называть такие таблицами формами, потому что они дают форму конструкций языка С#. Имя конструкции дается в заголовке формы, ниже приводится ее синтаксис, а еще ниже — краткое описание. Слова в синтаксической части, выделенные курсивом, представляют другие конструкции С#, синтаксис которых можно найти в соответствующих формах . Описание позволяет понять смысл конструкции — при изучении языков программирования для обозначения смысла языковой конструкции часто используется слово семантика. Полный список форм приведен в Приложении А.

1.3 О компиляции Компиляция программы Программа на языке С# может содержать предложения подобные следующим: int b с

a,

b,

= 23; = 3*4;

с;

//Объявить //Занести //Занести

a,

b и с,

как целочисленные

переменные

число 23 в b 12 в с

а = b + с; //Прибавить b к с и сохранить результат в а Console.WriteLine("Answer = {С}", а ) ; //Вывести результат на экран

Здесь точки обозначают опущенные предложения. Мы можем создать С#-программу, как компьютерный текстовый файл, с помощью любого текстового редактора, например, Notepad или TextEdit. Текстовый файл с исходным текстом программы должен быть преобразован в последовательность битов (машинные команды), которые будут понятны компьютеру. Процесс этого преобразования носит название компиляции, а программа, выполняющая это преобразование, называется компилятором.

А также условные обозначения элементов данной конструкции, которые при ее использовании должны быть заменены на имена конкретных идентификаторов. — Прим. перев.

20

Глава 1. Введение

Предположим, что мы создали С#-программу и сохранили ее на нашем компьютере в файле с именем myprogram.cs. Если наш компьютер управляется системой Windows, мы можем, открыв командное окно (окно MS-DOS), запустить компилятор С#, введя команду esc

myprogram.cs

Если все идет, как должно, и компилятор С# не встретился с какими-либо трудностями, он создаст новый файл с именем myprogram.exe. Этот файл называется выполнимым, потому что он содержит машинные команды, распознаваемые процессором. Если далее в окне команд ввести имя файла myprogram.ехе

(суффикс «.ехе» можно опустить при вводе имени файла в качестве команды), это заставит Windows загрузить файл myprogram.exe в память компьютера и инициировать его выполнение процессором. Командное окно, в котором будут видны команды на компиляцию и запуск программы, а затем и результат ее выполнения, может выглядеть так, как показано на рис. 1.2. • '• Command Pror» Microsoft Windows XP [Uersion 5.1.26003 Copyright 1985-2881 Microsoft Corp. C:\Docuinents and Settings\nigelh>d: E>:\>cd programs D:\prograros>cse nyprogram.es Microsoft Uisual Ctt .NET СоюрНег version 7.00.9372Л for Microsoft .NET Framework version 1.8.3785 Copyright Microsoft Corporation 2001. fill rights reserved. D :\pro grants >myprogram.exe ftnswer ж 3S D:\pro grants >

Рис. 1.2. Компиляция и запуск программы в командном окне

Если при выводе на рабочий стол Windows содержимого папки в ней не указаны расширения имен файлов, следовательно, у вас включен режим «Hide extensions for known file types» [He отображать расширения MS-DOS для файлов зарегистрированных типов]. Мы настоятельно рекомендуем отключить этот режим, чтобы избежать путаницы, когда два файла имеют одинаковое имя, но различные расширения. (В противном случае единственным указанием на то, какое имя к какому файлу относится, будут различные пиктограммы, обозначающие типы файлов.)

1.3 О компиляции

21_

Само командное окно является запускаемой нами программой (ее часто называют Command Prompt, системный запрос). В стандартной Windows-системе, работающей под управлением Windows XP, этой программе соответствует файл C:\WINDOWS\system32\cmd.exe. Command Prompt является весьма специфической программой, которая, среди прочих действий, читает команды, введенные с клавиатуры, отображает эти команды на экране в командном окне, загружает в память программы, соответствующие этим командам, и организует их запуск. Программа Command Prompt сложна, но все-таки это просто программа.

Динамичная компиляция Хотя во всех случаях исходный текст программы, чтобы ее можно было выполнить, должен быть преобразован в последовательность машинных команд, однако нет необходимости выполнять это преобразование заранее. Язык Java получил известность, в частности, использованным в нем подходом, носящим название интерпретации. Исходный текст программы на языке Java преобразуется компилятором в формат, называемый байт-кодом Java. Когда вы сохраняете откомпилированный исходный текст Java-программы, вы сохраняете как раз файл с байт-кодом. Этот файл не содержит битовых последовательностей для Intel-компьютера или компьютера любого другого рода. Файл с байт-кодом содержит команды для воображаемого компьютера, называемого виртуальной Java-машиной, а также дополнительную информацию, используемую при отладке программ и при объединении нескольких файлов с байт-кодами с целью образования более сложных программных единиц. Когда Java-программа запускается на выполнение, программа, называемая виртуальной Java-машиной, эмулирует воображаемый компьютер, читая и анализируя файлы с байт-кодами. Эмуляция заключается в извлечении комбинации битов для очередной команды воображаемого компьютера, определения того, какое действие должен выполнить воображаемый компьютер и затем выполнении этого действия. Ячейки памяти в воображаемом компьютере представляются переменными в программе виртуальной Java-машины. Этот подход, интерпретация, обладает серьезными достоинствами. В то время как команды процессора Intel действуют только на Intelкомпьютерах (и даже, возможно, лишь на определенных моделях таких компьютеров), команды байт-кодов могут исполняться на любом компьютере, для которого имеется программа виртуальной Java-машины. Главная причина широкого распространения языка Java заключается в том, что файлы байт-кодов Java можно пересылать вместе с Web-страницами (в виде апплетов Java) и исполнять их на любых компьютерах: PC, Macintosh, рабочих станциях Sun и т. д. К тому же файлы байт-кодов обладают более высокой надежностью, так как команды выполнения нежелательных действий, например, стирания важных файлов, не могут быть скрыты в такой программе. Виртуальная Java-машина перед тем, как приступить к интерпретации и выполнению любых файлов байт-кодов, проверяет их на нарушение защиты.

22

Глава 1. Введение

Интерпретация, однако, влечет за собой снижение производительности. Анализ каждой команды виртуальной машины должен производиться перед каждым выполнением этой команды, а к некоторым командам программа в одном прогоне может обращаться много миллионов раз. Интерпретация теперь уступает место методике, известной как динамичная, или оперативная компиляция. Java-программы обычно исполняются оперативными компиляторами, иногда для краткости называемыми JIT-компиляторами (от just-in-time, оперативно). Сопрограммы всегда исполняются посредством ЛТ-компиляции. Сопрограмма преобразуется компилятором С# в промежуточную форму, носящую название MSIL (от Microsoft Intermediate Language, промежуточный язык Microsoft). В примере на рис. 1.2 файл, названный myprogram.exe, в действительности не содержит машинных команд процессора Intel; он состоит из команд MSIL. Если нас интересуют эти команды, мы можем увидеть их с помощью программы с именем ildasm, поставляемой вместе с Windows. Ввод с клавиатуры команды ildasm

myprogram.exe

выведет на экран окно, подобное показанному на рис. 1.3.

• MANIFEST

.assembly myprogfarn ( " Рис. 1.3. Окно программы ildasm

Если щелчком мыши по тому или иному имени в окне выбрать интересующую нас часть программы, в окно выводится соответствующий блок MSIL-кодов в достаточно удобочитаемом виде, наподобие языка ассемблера. На рис. 1.4 представлен блок, который прибавляет 25 к произведению 3 на 4 и выводит результат на экран.

1.3 О компиляции

23

f.nethotl private tudebysig instance Moid

Go() cil nanaged

2? (8xii>) // Code size .maxstack 2 .locals init (int:32 W в. int32 U 1, Int82 0~2)

IL 8080: IL 0082: IL~8083: IL 0005: IL 8886: IL 0807: IL 8888: IL 0009: IL 880a: IL B00f: IL 6818: ILJJ81S:

ldc.i«».s stloc.1 ldc.iU.s stloc.2 ldloc.1 ldloc.2 add stloc.8 ldstf ldloc.8 box call

23 12

"flnsaer « <в>" [mscorllb}Syistew.Int32 uoid [mscQrlih}SysteBi.Consol« ::4#-iteLine( string, object)

IL_001a: ret > // end of method Tny::Go

Рис. 1.4. Код MSIL

Когда мы вводим в командном окне имя файла, например, myprogram. ехе, содержащего коды MSIL, операционная система прежде всего выясняет, к какому типу принадлежит запускаемый исполняемый файл. Если файл содержит MSIL-коды, а операционной системой является Windows, система прежде всего запускает программу, называемую .NET runtime. Именно эта программа несет ответственность за выполнение программы MSIL; она активизирует ЛТ-компилятор для обработки первого по ходу программы блока MSIL-кодов. ЛТ-компилятор транслирует MSIL-коды в эквивалентную последовательность машинных команд для нашего компьютера, например команд процессора Intel. Эта последовательность сохраняется в памяти компьютера, и программа .NET runtime передает управление на первую команду этой последовательности. Если оттранслированная часть программы должна передать управление на другую часть, MSIL-коды которой еще не оттранслированы, в действие опять вступает программа .NET runtime, которая активизирует ЛТ-компилятор, после чего передает управление на созданные им машинные команды. Каждый блок MSIL-кодов транслируется оперативно (just-in-time), непосредственно перед его выполнением. Такой подход оказывается весьма эффективным, потому что каждый блок транслируется за время выполнения программы только один раз. В то же время интерпретатор, вроде виртуальной Java-машины, будет, возможно, транслировать один и тот же блок много раз. Даже простейшая компьютерная программа содержит много деталей. Программист должен обеспечить их правильное взаимодействие, иначе программа не будет работать. Язык С# и компилятор С# были разработаны таким образом, что компилятор может надежно проверить

24

Глава 1. Введение

программу на ее внутреннюю согласованность. Если обнаруживается несогласованность, компилятор сообщает об ошибке программисту. На первых этапах разработки программы вам, возможно, придется многократно повторять попытки откомпилировать программу, внося в нее после каждой попытки исправления в соответствии с получаемыми сообщениями об ошибках. Однако после того, как программа успешно пройдет компиляцию, будет самонадеянно думать, что она лишена ошибок. Весьма вероятно, что программа содержит ошибки, которые приведут к выполнению ею непредусмотренных действий. Хороший программист обязательно всесторонне испытает программу, наблюдая ее работу в широком диапазоне входных данных.

Разработка программного обеспечения Процесс разработки программы можно представить себе в виде схемы, приведенной на рис. 1.5. Необходимо отдавать себе отчет в том, что время, потраченное еще до начала фактического программирования на всесторонний анализ поставленной задачи, относится к числу полезных затрат. Эти затраты более чем окупят себя экономией времени, которое будет потрачено на исправление ошибок. Обнаружение фатальных упущений —

Анализ задачи Пересмотр проекта Разработка программы на бумаге -—

Переработка логики программы \ Ввод и редактирование текста программы с помощью текстового редактора Исправление ошибок компиляции*) Компиляция программы Создание тестовых данных Завершение проектирования?

Рис.

1.5. Процесс разработки программного обеспечения

Даже после того, как программа будет закончена, полностью оттестирована и передана пользователям, работа по программированию обычно не завершается. Пользователи могут обнаружить дополнительные ошибки, не выявленные в процессе тестирования. Пользователи могут также потребовать усовершенствования программы или (в предположении, что разрабатывается коммерческий программный продукт) руководство компанией пожелает включить в программу дополнительные возможности, чтобы сделать разработанный продукт более конкурентоспособным. Вся эта дополнительная работа носит название программной

1.4 Интерактивные среды разработки

25

поддержки. Общий объем программной поддержки конкретного программного продукта может оказаться неограниченным. В мире все еще используются значительное количество бухгалтерских программ, разработанных во времена языков Cobol и RPG более 30 лет назад, и большинство этих программ требуют частого пересмотра в силу изменения налоговых правил или других факторов реальной жизни.

1.4 Интерактивные среды разработки Еще с самого начала компьютерной эпохи программисты для компиляции программы и ее запуска использовали команды, вводимые с клавиатуры. Для компьютеров, работающих под управлением операционной системы Unix , это и на сегодня остается обычной процедурой. Однако имеется и альтернатива этому способу — интерактивная среда разработки (IDE, от Interactive Development Environment). На компьютерах с системой Microsoft Windows в качестве такой интерактивной среды для разработки С#-программ можно использовать Visual Studio .NET. На рис. 1.6 показан рабочий кадр IDE Visual Studio .NET в процессе разработки крошечной программы. =

•

.

,'.

•

:

. ' . . . . • • •

-

.

•

•

.

.

.... ..'...V.1

• v- :

'i, ?

> !.wbinj

•

;

yj>

Л&Я

•

% ir. I««-J

i*W..._ » X!

w m X m y p t

»j

Si'1

1 u.

£ X ,,x* 1-я

.-J

Л,;' o g

>.-!?

S r a t i

Я.Ю;

fr

void

b

e

i

ii a,

ill

b,

i;

sline

»»J

//

S', r t «

1*4)

//

(tt

//

Ml

•

" b

••• c ;

CO i s o l e . « t i t s L i n e i " A ™

1. . • 1; f

fШ

»< b

lytd

t h e Bllabtt

К

i

i I i ! t

1 «ям» | ji JL

Try

Ш>

«

:^

»n:J

с 23

« O r *

RtoOH (МЦНМХ ou 8

"

rsfS'lit:

Л.

•' I (.«TttfV "

; B SJ

;:,

i

tV,*? |1СС#вЯ

;•

;

J

Orir*}

"

iv.tllm Stv.rt.--i

;:.

"

-::

. - . ,1 ,. - M V ! « - I

i2L

M ndBv|

V

'f> static

void »

:i I

Sain

Tryi)>0e

:)

jjj

Jj

» Я ;;

1*' j i 1' { tM i -i ^

.... о ^

.'.;*„'.

Рис. 1.6. IDE Visual Studio .NET

3

Под именем Unix мы понимаем все варианты этой системы, включая Linux, FreeBSD и Solaris.

26

Глава 1. Введение

Естественно было ожидать, что программисты создадут инструментальные программные средства, облегчающие труд программиста.Visual Studio является лишь одним примером таких средств. Интерактивная среда разработки типично включает в себя следующие элементы: • интерактивный текстовый редактор, обычно содержащий средства форматирования и облагораживания внешнего вида программы; • интерактивный справочник, предоставляющий информацию о языке программирования и сопутствующем программном обеспечении; • средства разработки графического интерфейса пользователя (GUI); • компилятор; • отладчик, позволяющий выполнять пробные прогоны программы с контролем ее выполнения. Среда IDE вроде Visual Studio .Net предназначена для профессиональных программистов. Хотя она сильно способствует сокращению времени, требуемого для разработки программ, сама она является довольно сложным в использовании программным средством. Перед тем, как приступить к использованию этой IDE, пользователь должен достаточно глубоко разобраться в принципах функционирования компьютера и в особенностях использования конкретной IDE. В этой книге мы будем предполагать, что для создания исходного текста программы используется простой текстовый редактор, а для ее компиляции и прогона — командное окно.

1.5 Начинаем работать на С# Как уже отмечалось, в этой книге предполагается, что вы будете компилировать и запускать программы с командной строки. Рассмотрение и использование интерактивной среды разработки является предметом более профессионального учебного курса или уделом особо любознательных и отважных читателей. Повсюду в этом разделе мы полагаем, что для разработки и запуска С#-программ используется компьютер, управляемый операционной системой Windows (имея в виду под этим названием различные варианты операционной системы, включая Windows ME, Windows NT, Windows 2000 и Windows XP).

Создание и редактирование файлов с исходным текстом Разрабатывая С#-программу, мы создаем ее в виде одного или нескольких текстовых файлов. Рассмотрим простейший случай, когда программа состоит из единственного текстового файла. Этот файл можно создать с помощью любого текстового редактора. В системах Windows стандартный текстовый редактор носит имя Notepad (Блокнот). Можно также использовать программу WordPad. Несложный поиск с помощью Web-браузера позволит обнаружить еще несколько альтернативных программ, имеющих более дружественный интерфейс. Одним из таких достойных всяческого одобрения и, к тому же, бесплатных продуктов является программа

1.5

Начинаем работать на С #

27

EditPadLite, которую можно найти по адресу http://www.EditPadLite.com. С ее помощью были созданы многие программы из этой книги. На рис. 1.7 показан кадр EditPadLite с исходным текстом простейшей Сопрограммы. Файлу следует дать имя (любое) с расширением .cs, которое является сокращением от «CSharp».

class Hello { s t a t i c void Hain() { Console.WriteLine("Surprise!

9: 1 Рис. 1.7. Редактор EditPadLite использован для создания Сопрограммы

Компиляция С#-программы При работе в системе Windows можно использовать программу Command Prompt. Обычно ее можно найти в разделе Start/Programs/Accessories (Пуск>Программы>Сеанс MS-DOS) главного меню. Запуск этой программы приводит к выводу на рабочий стол Windows окна DOS; в это окно можно вводить команды. К этим командам относятся: Команды командной строки (выборка) cd cd путь cd . . d: dir path help help команда

//Вывод имени текущего каталога //Смена текущего каталога на каталог путь //Смена текущего каталога на вышележащий каталог //Смена текущего диска на диск d: //Вывод имен файлов текущего каталога //Вывод значения переменной окружения Path //Вывод списка доступных команд //Получение информации об использовании //указанной команды

Окно Command Prompt в системе Windows позволяет пользователю вводить с клавиатуры команды, напоминающие команды Unix. Многие из этих команд устарели (поскольку восходят к старой операционной системе MS-DOS).

28

Глава 1. Введение

Для командного окна существует понятие текущего каталога (текущей папки). По умолчанию имя текущего каталога выводится в начале каждого нового системного запроса в командном окне. Например, текст C:\Documents

and Settings\thomas>

говорит о том, что текущим является каталог C:\Documents and Settings\ thomas. Если подлежащий компиляции файл с исходным текстом С#-программы расположен в другом каталоге, имеет смысл именно его назначить текущим с помощью команды cd. Заметьте, что если каталог, в который вы хотите перейти, принадлежит другой файловой системе (другому логическому диску), то вы должны прежде всего перейти в эту файловую систему. Например, для перехода в каталог D:\My Work\Files надо использовать такую последовательность команд: d: cd "my. work" cd f i l e s Как видно из этого примера, Windows не различает в именах файлов прописные и строчные буквы. (Однако для систем Unix и MacOS они будут различающимися символами.) Если текущим является каталог с исходным текстом С#-программы, она должна откомпилироваться, если ввести такую команду: esc

/debug:full

hello.cs

где hello.cs является именем файла с исходным текстом. Здесь требуется сделать два пояснения. Во-первых, что собой представляет команда esc, и, во-вторых, что обозначает ключ /debug:full? Команда esc. Мнемоническое обозначение esc не является встроенной в программу Command Prompt командой, как, например, команда cd. Наша задача — активизировать компилятор С#, который представляет собой программу с именем csc.exe; именно это и попытается для нас сделать программа Command Prompt. Если имя, введенное в командной строке, не является встроенной командой, программа Command Prompt ищет на диске выполнимый файл с именем (без суффикса) esc. Но где она ищет этот файл? Выполнимые файлы ищутся только в текущем каталоге, а также в тех каталогах, которые перечислены в строке, являющейся значением переменной окружения Path. Если в ответ на нашу команду программа Command Prompt выведет такое сообщение ' e s c ' i s not recognized as an i n t e r n a l or external command, operable program or batch f i l e , ['esc' не распознано, как внутренняя или внешняя команда, выполнимая программа или командный файл]

1.5 Начинаем работать на С#

-

29

это означает, что компилятор С#, который представляет собой программу с именем csc.exe, не был обнаружен ни в одном из каталогов, перечисленных в строке, являющейся значением переменной Path. Если такое случится в компьютере в системе коллективного доступа (например, в компьютерном классе колледжа), придется поискать системного администратора и попросить его устранить возникшее затруднение. Для этого потребуется проверить правильность установки компилятора С# и если с ним все в порядке, проверить значение переменной Path. Текущую установку этой переменной можно получить с помощью команды path

введенной в командном окне (строчными или прописными буквами). Если дело в переменной Path, то обойти возникшую трудность можно с помощью указания полного пути к файлу компилятора С#. Пусть этот путь таков: С:\Program

Files\Microsoft.NET\urtinstallpath

Тогда мы можем ввести команду С:\Program

Files\Microsoft.NET\urtinstallpath\csс.exe /debug:full hello.cs

(всю на одной строке), и программа Command Prompt активизирует компилятор С#, не выполняя предварительный поиск этой программы в каталогах списка переменной Path. Ключ /debug. Вторая особенность использования компилятора С# заключается в том, что процессом компиляции можно в какой-то степени управлять путем указания соответствующих ключей в командной строке. Полный список этих ключей можно получить, введя команду esc

/help

К счастью, значения ключей, действующие по умолчанию, во всех случаях разумны, и мы, реализуя программы, описанные в этой книге, можем спокойно игнорировать все возможности настройки компилятора. Единственной настройкой, для которой можно посоветовать изменить значение, действующее по умолчанию, является режим отладки, определяемый ключом debug. Указав для ключа /debug значение full, мы требуем от компилятора С# сгенерировать дополнительную информацию, которая приводит к выводу на экран более детальных сообщений об ошибках, если они обнаруживаются в программе (что, к сожалению, является самым обычным делом). Имеется и более короткая форма приведенной выше команды:

Этот путь не является стандартным, поэтому на конкретном компьютере, возможно, придется поискать, на каком именно диске находится файл csc.exe.

30

Глава 1. Введение

esc /debug+ hello.cs

Больп1ие по объему программы обычно собираются из нескольких исходных файлов. Если наша программа состоит из файлов one.cs, two.cs и three.cs, то для получения выполнимого файла следует ввести команду esc

/debug:full

one.cs two.cs three.cs

Результирующий выполнимый файл будет назван one.cs, two.cs или three.cs, в зависимости от того, какой исходный файл содержит стартовую точку программы (которой обычно является фрагмент программы с именем Main — как будет детально объяснено в гл. 2). Если для создания программы необходимо компилировать много исходных файлов, лучше использовать IDE Visual Studio. Ввод на командной строке всех этих имен может оказаться утомительным делом, сопряженным с возможными ошибками. Если же программа состоит всего лишь из нескольких файлов, то вполне можно обойтись компиляцией с командной строки.

Запуск и выполнение откомпилированной программы Если компилятор С# не обнаружил в исходном тексте С#-программы каких-либо ошибок, он создаст выполнимый файл. В системах Windows имя по умолчанию для выполнимого файла совпадает с именем исходного файла, но суффикс .cs заменяется на .ехе. Если, например, исходный файл назван hello.cs, то выполнимый файл получит имя hello.exe. Для запуска полученной программы достаточно ввести ее имя на командной строке. Это имя можно ввести как без суффикса .ехе hello

так и с суффиксом hello.exe

Если в состав программы входили несколько исходных файлов, то запустить надо тот, в котором находится метод Main. В следующей главе мы детальнее познакомимся с методом Main и с другими частями С#-программы.

Основные понятия, рассмотренные в гл. 1 В этой вводной главе были затронуты некоторые аспекты истории языков программирования, идея языка ассемблера и собственно языков программирования, а также понятие компилятора, назначением которого является трансляция программы в двоичный код, исполняемый компьютером. Была также рассмотрена процедура подготовки выполнимой программы с помощью программ текстового редактора и компилятора, вызываемых в командном окне.

Контрольные вопросы

31

Понятия, затронутые в гл.1: программирование

язык ассемблера

двоичная система

шестнадцатеричная система

кодирование символов

оператор присваивания

интерактивная среда разработки

запуск программы

Рассмотренные операторы:

Определения и синтаксические формы: языки программирования

определение компьютера

команда esc

команды командной строки (выборка)

разработка программ

цикл while

Контрольные вопросы Контрольные вопросы в этой книге снабжены альтернативными ответами. Приводимые ниже пять вопросов позволят вам проверить усвоение вами основных понятий этой главы. 1.1. Сколько может быть различных комбинаций битов в одном байте? (а) 64

(б) 16

(в) 8

(г) 256

1.2. Если в регистре еах содержится число 7, то что, по вашему мнению, будет содержаться в этом регистре после выполнения приведенной ниже команды Intel Pentium? add

еах,еах

(а) невозможно определить

(б) 7

(в) 14

(г) 8

1.3. Какое десятичное число представляет двоичное число 0011111? (а) 63

(б) 31

(в) 111111

(г) 6

1.4. Если код ASCII буквы «А» равен 65, код «В» — 66 и т. д., какая строка текста представлена приведенной ниже последовательностью чисел:? 72

69

76

76

79

32

• (a) hello (в) OLLEH

Глава 1. Введение (б) GEKKO (г) HELLO

1.5. Если в системе Windows текущим является каталог C:\a\b\c\d, в какой каталог мы попадем после выполнения в командном окне приведенной ниже цепочки команд? cd cd cd cd

. . . . с flub

(a) C:\a\b\c\d\flub

(6) C:\a\b\c\flub

(в) C:\a\c\flub

(г) C:\c\flub

Упражнения Упражнения заключаются в том, что вы должны что-то сделать. В последующих главах упражнения потребуют от вас составления или модификации С#-программ. Поскольку мы пока еще не дошли до практического программирования, предлагаемые ниже упражнения попроще. 1.1. Для каких языков программирования есть компиляторы на вашем компьютере? Перечислите все, которые вам удастся найти. 1.2. Является ли программа Command Prompt на компьютере с системой Windows компилятором? Обоснуйте ваш ответ. 1.3. Каждый символ (буква, цифра, знак препинания и т. д.) требуют в кодировке Unicode двух байтов памяти. Оцените, сколько потребуется байтов для хранения символов, из которых состоит вся эта книга. 1.4. Распознает ли ваш текстовый редактор синтаксис языков программирования с окраской различных элементов языка в разные цвета? Можете ли вы установить такой режим для С#? 1.5. Определите, сколько памяти имеет ваш компьютер и какой объем памяти занимают ваш компилятор С#, редактор и IDE.

Использование объектов 2

Наше путешествие в мир программирования мы начнем с обзора принципов объектной ориентации, после чего перейдем к реализации этих принципов на С # . Для создания объектов мы будем использовать типы, уже существующие в языке и служащие для описания дат, изображений, строк, целых чисел и случайных последовательностей. Типы включают в себя данные и функции, и мы прежде всего остановимся на четырех видах функций — конструкторах, свойствах, операторах и методах. Будут рассмотрены ввод и вывод на уровне строк и изображений, а также базовые принципы форматирования выводимой на экран информации. С помощью нескольких примеров использования объектов в программах мы проиллюстрируем основы объектной ориентации.

2.1 Введение в объекты Что такое объект? Такой вопрос часто задается, и весьма существенно получить на него ответ. Объекты являются краеугольными камнями программ, написанных на современном языке типа С#. Такие языки предназначены для разработки объектов, взаимодействующих друг с другом предопределенным образом. В этом разделе мы рассмотрим объекты в общем виде, вместе с присущими им типами, а в следующем разделе перейдем собственно к языку С#. Неформально объект является представлением чего-то, существующего в реальном мире, с отображением и того, чем он является, и того, что он делает. Рассмотрим рис. 2.1. На этой фотографии мы можем идентифицировать многие объекты реального мира, например, суда, деревья, строения и людей. Сами эти объекты, очевидно, не могут существовать в компьютере. Функцией компьютера является обработка информации. Информация представляет собой абстрактное понятие, в то время как объекты на фотографии являются физическими объектами реального мира. Программа же сохраняет и обрабатывает информацию об объектах реального мира, причем она может это делать весьма аккуратно и чрезвычайно быстро. Для объекта на фотографии, например, судна на переднем плане, компьютер может записать и затем обновлять данные о таких деталях, 2—2047

34

Глава 2. Использование объектов

Рис. 2 . 1 . Объекты

как регистрационный номер судна, количество перевозимых им пассажиров или имя владельца. Эта информация, скорее всего, будет собрана в программе в одном месте в виде связной совокупности, и эта совокупность информации для конкретного судна может рассматриваться, как объект. Объект судна в программе является проекцией объекта реального мира, и данные в этом объекте отражают лишь незначительную долю всех деталей, которые мы обычно связываем с реальным судном. Манипуляции с объектом судна в программе могут включать в себя, например, смену владельца судна в случае его продажи. Очевидно, что объект в компьютерной программе не является объектом в физическом смысле слова. В самом деле, некоторые объекты в программе могут и не соответствовать никаким объектам реального мира, а лишь некоторым неосязаемым или абстрактным концепциям. Например, мы можем создать объект, который будет помнить, как индивидуальный пользователь предпочитает организовать изображение на компьютерном экране: будут ли значки программ расположены столбиком с левой стороны экрана или вдоль его верхней кромки, какие значки следует вывести на экран, и какой вид будет иметь курсор? Возвращаясь к рис. 2.1, представление изображенной на рисунке фотографии может храниться в памяти компьютера в виде единиц и нолей (их будет очень много!). Самой фотографии в компьютере не будет; только ее представление и некоторая дополнительная информация, необходимая для обеспечения возможности манипуляций с изображением. Эта дополнительная информация обычно включает в себя ширину, высоту и разрешение. Совокупность такой информации образует объект

2.1 Введение в объекты

35

изображения. Программа может осуществлять манипуляции с изображением, изменяя его размер, поворачивая или отражая зеркально, а также посылая его на принтер для вывода на бумагу.

Формализм объектов Рассмотрим более формальное определение объектов, поскольку оно используется в программировании. Объект Объект в программе представляет собой реализацию определенного понятия. Объект представляется совокупностью данных, связанных с понятием, и функций, к которым он имеет доступ с целью установки, изменения или удаления его собственных данных, а также данных, входящих в другие объекты.

Термины данные и функции будут далее рассмотрены во всем объеме. Для нашего объекта изображения данными будут фактические пикселы изображения, плюс его ширина, высота и разрешение, а функции, приложимые к этому объекту, будут включать в себя изменение размеров, зеркальное отражение, вращение и т. д. В качестве другого примера объекта рассмотрим дату рождения. Данными для такого объекта будут значения года, месяца и дня. В качестве функций объекта даты рождения можно предложить следующие действия: • способность вычитать его из другого объекта даты (скажем, из текущей даты), чтобы получить число лет (возраст); • сравнение с другим объектом даты с целью выяснения их равенства; • передача объекта другому объекту, который имеет возможность выводить значения данных и, таким образом, отображать их на экране. Во всех этих трех случаях объект может взаимодействовать с другими объектами через свои функции.

Типы Обычно программы должны манипулировать многими схожими объектами. Например, мы может иметь программу, осуществляющую манипуляции с сотнями разных изображений различающихся размеров. Однако все эти различные изображения схожи в том отношении, что любое из них мы можем поворачивать, зеркально отражать, изменять размеры или выводить на печать. Объекты изображений оказываются почти взаимозаменяемыми. В этом случае естественно рассматривать все эти объекты изображений, как принадлежащие типу изображения. В программировании каждый объект должен принадлежать определенному типу. В программе может быть определено несколько типов, и такая программа может содержать несколько разных видов объектов.

36

Глава 2. Использование объектов

Тип Тип предоставляет определение данных и функций, требуемых для: •

описания некоторой группы объектов или

•

выполнения специфической задачи.

Типы, содержащие и данные, и функции, могут описывать группы объектов. Примеры таких типов: • тип даты (Date на рис. 2.2), данные которого содержат значения дня (day), месяца (month) и года (year) конкретной даты, и который предоставляет функции для сложения дней (AddDays), сравнения дат (Compare) и т. д.; • тип числа (Number на рис. 2.2), данные которого содержат требуемое значение (Value), и который предоставляет обычные функции для действий над числами: сложения, вычитания, умножения, сравнения и т. д. Некоторые типы предоставляют только функции, и тогда мы не может объявлять объекты таких типов, а должны лишь использовать их функции. Примерами могут служить типы, осуществляющие: • математические операции (Math на рис. 2.2), например, извлечения квадратного корня или вычисления синуса или косинуса; • организацию ввода и вывода данных (InputOutput на рис. 2.2) для взаимодействия программы с внешним миром. Рис. 2.2 показывает в общем виде, как могут выглядеть эти типы. Каждая рамка изображает определенный тип и начинается с его имени, за которым следуют сначала данные, а затем функции. В следующем разделе мы рассмотрим, как такие типы определяются и используются конкретно в С#. Мы также увидим, почему данное «value» для типа Number выделено курсивом. Date

Number

day month year

Value

AddDays Compare

*

И

+

И

Т.Д.

Math

InputOutput

Sgrt Sin Cos

Read Write

И

И

Т.Д.

Т.Д.

Т.Д.

Рис. 2.2. Примеры типов

Теперь, чтобы получить всю картину, посмотрим, как могут выглядеть объекты, созданные для первых двух типов (рис. 2.3). Объекты типа Date имеют имена — birth [дата рождения] и marriage [дата брако-

2.1 Введение в объекты

37

сочетания], а также значения каждого данного, указанного в определении типа. Функции в объектах не показаны, потому что они используются совместно всеми объектами данного типа; следовательно, их уместнее показать в самих типах. Созданные таким образом объекты носят название экземпляров данного типа. В С# обычно имена типов начинаются с прописных букв, а имена объектов — со строчных. Date

Number

day month year

Value +

*

AddDays Compare и т.д. /

ч

я* :birth 1970 11 14

и

\

/ :marriage

-19

т.д.

4 3.14159

2000 2 25

Рис. 2.З. Объекты, созданные из типов

Объекты Number выглядят несколько иначе. У них нет имен, и на рисунке показаны лишь их значения. Дело в том, что в большинстве языков (и в С#) предусмотрены встроенные типы данных, соответствующие типам самого компьютера, в частности, числовые типы, например, целые. Такие типы называют простыми типами. Поэтому, например, тип для числа позволяет указать одно числовое значение (скажем, -19); этот тип соответствует одному из числовых типов компьютера, однако его значение может быть указано в обычной форме десятичного целого числа. Функции простого типа представлены встроенными операторами + , — и др. В гл. 3 мы рассмотрим числа в С# более подробно. Простой тип Простой тип обычно: • • • •

представляет данное, имеющее одно значение; непосредственно соответствует встроенному типу компьютера; имеет предопределенный набор значений в языке; использует встроенные операторы языка в качестве своих функций.

38

Глава 2. Использование объектов

К другим простым типам, имеющим эквиваленты в самом компьютере, относятся: • булев (или логический) тип, который принимает два значения, true (истина) и false (ложь), записываемые в виде слов, а не чисел, и которому соответствуют логические операторы вида and (И), or (ИЛИ) и др. Внутри компьютера булевы значения могут представляться одним битом; • символьный тип, который позволяет представить буквы, цифры и другие символы, в основном те, которые имеются на клавиатуре. Большая часть этих символов вводится в программу в апострофах, например, ' К ' или '8'. Внутри компьютера каждый символ занимает 1 байт, как это уже отмечалось в гл. 1. Вернувшись к рис. 2.3, мы можем заметить, что Date, очевидно, не является простым типом, поскольку содержит три значения, а также и потому, что нет предопределенного способа записи даты; в самом деле, одну и ту же дату можно записать множеством разных способов. Например, значения 14 November 1970 14/11/70 November 14, 1970 1970.11.14 являются одинаково правильными способами представления даты в зависимости от ваших потребностей или страны проживания. Поэтому в противоположность простым типам дату можно назвать структурным типом. Простые типы включены в язык, и для них предусматриваются специальные наборы символических обозначений, однако в С# имеется также и целый ряд структурных типов, например, для записи дат. Другим структурным типом является строка символов, заключаемая в двойные кавычки, например, «London» или «John Smith». Этот тип входит в группу структурных типов, потому что он включает не одно, а несколько простых значений. Однако языки обычно предоставляют операторы для объединения строки, например, + или &. Значения строк могут иметь различные представления, однако символы строки всегда хранятся в памяти в одном месте. Программисты имеют возможность определять новые структурные типы, не соответствующие ни компьютерным типам, ни каким-либо предопределенным символическим обозначениям. При этом структурный тип может иметь несколько значений, в противоположность простому типу, для которого допустимо только одно значение. Подытожим сказанное, приведя определение структурного типа.

Использование объектов

39

Структурный тип Структурный тип •

содержит данные для одного или нескольких значений, каждое из которых соответствует своему типу;

•

включает определенные пользователем данные и функции.

Приведенные выше определения типов умышленно несколько расширены по сравнению с теми, что используются в С#, поскольку важно изучать принципы программирования, а не просто язык.

2.2 Члены объектов Как мы уже видели, типы, а, следовательно, и их объекты, включают данные и функции, причем функции иногда выступают в виде операторов. Как они описываются? В этом разделе мы начнем использовать истинные обозначения С# и введем понятие формы, которая показывает, как записываются в С# те или иные конструкции, и что они обозначают. То, как они записываются, называется синтаксисом, а что они обозначают — семантикой. Форма, следовательно, будет выглядеть приблизительно таким образом: Форма для конструкции С# Синтаксис конструкции Семантика конструкции

Шрифты, используемые в формах, уже обсуждались в гл. 1.

Обращение к членам Данные и функции, входящие в тип, носят название членов, или элементов типа. Для обращения к членам типов или объектов, имеющих имена, предусмотрены специальные обозначения. К членам, обозначаемым символами операторов (например, +), обращение осуществляется иначе, в соответствии с принятой практикой написания арифметических выражений. Члены типов, используемые всеми объектами данного типа (а также другими объектами) имеют общее название статических членов. Обращение к ним осуществляется с помощью оператора «точка» (.) с указанием имени типа. Члены, которые предназначены для использования в конкретном объекте, представляющем собой экземпляр типа, называются членами экземпляра, и обращение к ним осуществляется с указанием имени объекта. Таким образом, мы имеем следующую форму:

40

Глава 2. Использование объектов

Обращение к членам тип.член объект.член тип. метод (список__параметров) объект.метод(список_параметров) объект оператор объект оператор объект

//Инфиксный (бинарный) //оператор //Префиксный (унарный) //оператор

Два первых варианта приложимы ко всем данным, а также к большинству функций. Если член является членом экземпляра, указывается объект; если член является статическим, указывается тип. Членам, являющимся методами (см. ниже), могут передаваться параметры. Два последних варианта используются в тех случаях, когда операторы (например, + или -) определены для данного типа. Детали семантики для каждого вида обращения обсуждаются ниже.

Воспользовавшись, например, рисунками 2.2 и 2.3, мы можем записать члены таким образом: birth.day marriage.year birth.AddDays(20) Math.Sqrt(x) InputOutput.Read() 6+ 3

//Дата рождения //Год бракосочетания //Добавить 20 дней к дате рождения //Вычислить квадратный корень из х //Операция чтения //Арифметическое действие над числами

Перед точкой мы указываем тип или объект, а после точки пишем имя члена. Теперь перейдем к обсуждению способов описания членов-данных и членов-функций.

Данные Данные д л я типа состоят из одного или более полей. Каждое поле специфицируется своим собственным типом, который называется объявлением поля. Поля могут объявляться по-разному, что определяет способы их использования, но пока мы ограничимся простой формой объявления: Объявление поля (упрощено) тип поле; тип поле = выражение; тип поле!, поле2, . . . Первый вариант объявляет поле данного типа. Второй вариант объявляет поле и инициализирует его выражением, которое должно давать результат того же типа. Третий вариант показывает, что допустимо объявить список полей одного типа.

2.2 Члены объектов

41

(Термин выражение, использованный в приведенной выше форме, будет объяснен позже. Здесь мы полагаем, что выражение включает значения соответствующих типов.) Какие типы можно использовать? В предыдущих разделах мы упоминали, среди прочих, типы для чисел, дат, изображений и строк. В С# эти типы являются встроенными, и им присвоены имена int, DateTime, Image и string, соответственно. Поэтому примеры объявлений могут выглядеть таким образом: int temperature; Image photol; DateTime birth, graduation, marriage; int century = 100; string taxEnd = "February";

Принято имена простых типов вроде int начинать со строчной буквы, а имена структурных типов, таких как Image — с прописной. Исключением является предопределенный тип string, хотя для него имеется синоним String. Программисты на С# предпочитают использовать обозначение string. Структуры и классы. В С# используются структурные типы двух видов — структуры (struct) и классы (class). DateTime является структурой, a Image — классом. На первых порах мы будем иметь дело в основном со структурами. Во многих отношениях обе конструкции схожи, однако классам свойственны дополнительные черты, расширяющие их возможности, именно, наследование и полиморфизм. Эти черты не используются в простых программах, и о них можно не думать при изучении основ объектно-ориентированного программирования, поэтому мы отложим знакомство с ними до следующих глав. Здесь же мы остановимся на различиях между структурами и классами, проявляющихся в способах их инициализации. Инициализация. В приведенном выше примере полей данных двум последним данным, century и taxEnd, присвоены определенные значения. А что можно сказать об остальных полях? В С# все целочисленные поля при их объявлении инициализируются нолями. Когда объявляется структура, например, DateTime, создаются ее поля, и все они инициализируются в соответствии с их типами. Поэтому если DateTime включает в себя поля дня, месяца и года (а, скорее всего, это так и есть), и все эти поля представляют собой целые числа (а это точно так), то все они будут инициализированы нулевыми значениями. Поля Image, какими бы они ни были, не могут иметь разумных значений до тех пор, пока не будет загружено конкретное изображение. Image, будучи классом, а не структурой, инициализирует свои объекты специальным значением, называемым null. Именно таким будет значение photol, пока мы не предпримем шаги к его изменению.

42

Глава 2. Использование объектов

Функции В С# используются несколько видов функций; пока мы ограничимся рассмотрением конструкторов, методов, свойств и операторов. В соответствии с темой этой главы, мы здесь остановимся на том, как эти функции используются в Сопрограммах; в гл. 3 мы обсудим, как они определяются. Конструкторы. Конструктор представляет собой функцию специального вида, которая используется для создания объекта данного структурного типа. Конструктору передаются некоторые значения, которые он вставляет в поля нового объекта. Таким образом, если мы хотим создать несколько объектов даты, мы можем написать: D a t e T i m e b i r t h = new D a t e T i m e ( 1 9 7 0 , D a t e T i m e m a r r i a g e = new D a t e T i m e ( 2 0 0 0 ,

11, 14),-//Дата 2, 2 5 ) ; / / Д а т а

рождения бракосочетания

Значения в скобках называются параметрами, и они должны перечисляться в том порядке, в каком они ожидаются конструктором. В случае DateTime этот порядок таков: год, месяц, день. Форма создания объекта выглядит таким образом: Создание объекта ТИП obj

= new ТИП (список_параметров)

Создается объект данного типа с именем, указанным полем obj и полями, инициализированными в соответствии со списком параметров.

Использование знака равенства указывает, что содержимое правой части назначается имени объекта, указанного в левой части. Назначение является очень важным понятием программирования, и мы еще им займемся. Объекты можно также создавать посредством их методов, как будет показано ниже для класса Image. Методы. Метод типа может быть использован для изменения значений полей, для выполнения внешних действий, например, вывода чего-то на экран, а также для вычисления результата. Например, в типе DateTime предусмотрен метод для сложения числа лет. В качестве примера использования этого метода мы можем написать: marriage.AddYears(25);

//Прибавить

25 лет

к дате

бракосочетания

Метод носит имя AddYears. Он использован применительно к объекту marriage, и ему передается значение 25, с которым он может работать. Число 25 является параметром метода AddYears. To, что этот метод применяется к объекту, указывается с помощью оператора «точка». В результате этой операции будет изменено значение поля, принадлежащего объекту marriage.

2.2 Члены объектов

43

В разделе 2.1 и на рис. 2.2 было упоминание типа для ввода и вывода. В С# этот тип представляет собой класс с именем Console. Одним из его методов является WriteLine; он используется для вывода значений на экран. Для вывода на экран значения объекта birth мы можем написать Console.WriteLine (birth);

Это предложение активизирует метод WriteLine класса Console с параметром birth. Другая категория методов создает объект для объявленного поля. В приведенном ниже предложении метод FromFile считывает изображение из файла в программу. Image photol = Image.FromFile("Photo.jpg"); Построение предложения здесь такое же, как и в предыдущем примере (WriteLine); в нем используется вариант формата обращения тип.член, обсуждавшийся в начале этого раздела. Свойства. Свойства позволяют нам отыскивать значения полей данных управляемым способом и, возможно, настраивать их. В С# поля по умолчанию объявляются частными (закрытыми) по отношению к объекту. Часто нам надо сделать их значения доступными, но в то же время контролировать вносимые изменения. Например, дню месяца нельзя присвоить значение 32. Если, однако, поле связано со свойством, тогда свойство может ограничить действия, выполняемые над полем. Например, тип DateTime не предоставляет нам непосредственный доступ к каким-либо полям, но имеет много свойств, позволяющих нам обращаться к этим полям. Примерами таких свойств являются Day, DayOfWeek, Year и др. Свойства, как и методы, применяются к объектам с помощью оператора «точка», а их имена начинаются с прописной буквы; параметров у них нет, поэтому нет и скобок. Используя приведенный выше пример создания объекта, можно с помощью свойства Year получить значение поля year: Console.WriteLine(birth.Year) ;

которое будет равно 1970. Другим интересным свойством DateTime является Now, которое позволяет получить текущие дату и время. Написав Console.WriteLine(DateTime.Now);

мы выведем на экран текущие дату и время, например, 2002/07/13 08:55:20 РМ

44

Глава 2. Использование объектов

Для изображений предусмотрены свойства, отображающие размеры, и их можно вывести на экран следующим образом: Console.WriteLine(photol.Width); Console.WriteLine(photol.Height) ;

Операторы. Операторы обозначаются с помощью символов, и приводят к вызову метода, который выполняет действие над двумя объектами, указываемое оператором. Для каждого типа может быть определено много операторов, в том числе и с вполне очевидным смыслом. Например, можно написать: temperature + 5 birth.Year - graduaiton.Year graduation - b i r t h photol.Width < photol.Height

+ 1

Здесь мы видим примеры операторов плюс (+), минус (-), меньше чем (<) и точка (.), однако используются они в различных контекстах. В первых двух примерах обрабатываются целые числа; семантика целочисленных операторов нам знакома из арифметики и работы с калькулятором. Если temperature имеет значение, скажем, 25, тогда temperature+5 составляет 30 и т. д. В третьем примере знак минус используется с переменными graduation и birth, которые предварительно были объявлены, как объекты типа DateTime. Что означает вычитание одного объекта из другого? Если оператор вычитания определен для типа DateTime, в его определение будет включена спецификация типа результата. В данном случае вычитание одного объекта DateTime из другого приводит к созданию объекта иного типа, которому присваивается значение разности в часах. Такой результат может нас не устраивать, и его придется подвергнуть дополнительным преобразованиям, чтобы получить значение в годах. В последнем примере сравниваются два целых числа (ширина и высота) и возвращается значение true или false, которое далее можно проанализировать, как это подробно обсуждается в гл. 4. В этом же примере, кстати, снова используется оператор «точка».

Пространства имен Завершая этот раздел, взглянем на то, как типы сгруппированы в С#. Современный язык типа С# предоставляет программисту для использования в программах богатый выбор предопределенных типов. Некоторые из них являются абсолютно необходимыми, например, типы, позволяющие читать и записывать данные, или те, которые предоставляют компоненты для дружественного интерфейса, к которому привыкли пользователи компьютера. Тип Math, который упоминался ранее, также входит в эту категорию. Никому не придет в голову программировать вычисление квадратного корня с помощью числового ряда — мы ожидаем, что язык предоставит нам

2.3 Структура программ

45

более простое средство. Другие типы, например, DateTime, можно рассматривать, как не столь уж необходимые, однако они весьма полезны и позволяют программисту экономить массу времени и усилий. Типов так много (тысячи!), что в целях упорядочивания они логически подразделяются на пространства имен. Пространство имен в С# представляет собой совокупность связанных типов. Некоторые пространства имен, например, System, очень велики и могут включать более 100 разного рода типов; другие пространства имен, например, System.Timers, содержат всего по несколько типов. Типы DateTime и Math входят в пространство имен System. Использование пространств имен (также называемых пакетами, библиотеками или интерфейсами прикладного программирования, API от Application Programming Interface) — это практическая реализация концепции повторного использования, принципа, чрезвычайно поощряемого в современной программной инженерии. Если язык предоставляет некоторый набор типов, имеет прямой смысл использовать их в своих программах. В настоящей главе мы рассмотрим методику программирования с использованием исключительно предопределенных типов. Это даст нам возможность отложить на время рассмотрение вопроса о создании собственных типов, чем мы займемся в гл. 3.

Сводка терминологии На рис. 2.4 собраны термины объектной ориентации в С#, так или иначе затронутые на предыдущих страницах. Такие слова, как «Программа», «Типы» и «Данные» касаются понятий, определенных в настоящем разделе. Линии показывают, как из одних понятий составляются другие, а слова рядом с линиями, набранные курсивом, поясняют, каким образом достигается это объединение. Например, типы включают в себя данные и функции, а сами функции могут быть любого из четырех перечисленных на рисунке видов. Говоря о типах, мы даем примеры из языка С#, поскольку эти термины уже упоминались. Рисунок 2.4 — это только начало; нам еще многому предстоит научиться. По мере движения вперед мы будем возвращаться к этому рисунку и детализировать его содержимое. Рассмотрим теперь программные элементы более подробно на базе реального С# : примера.

2.3 Структура программ Классы Фундаментальным термином объектной ориентации является понятие класса. Класс — это тип, разделяющий многие атрибуты структурного типа, и именно так мы его до сих пор использовали. Класс является наиболее мощной из всех категорий типов в С# и для получения определенных особенностей поведения необходимо использовать именно его. Многие из этих особенностей нам понадобятся лишь позже, но об одной стоит

46

Глава 2. Использование объектов программа состоит из

• простые

например

типы структурные

содержат

например

группируются в данные

struct

пространства имен

функции

находятся в

подразделяются на

поля содержат

class

конструкторы

имеют

параметры

методы —

константы

свойства

переменные

операторы

Р и с . 2 . 4 . Термины, с которыми мы уже сталкивались при описании объектов

сказать уже сейчас. Класс представляет собой структурную единицу программы. Внутри такого класса мы, как и раньше, можем определить данные и функции, но нам также необходимо определить метод Main, который используется программой .NET runtime для запуска программы. Класс, используемый в качестве программы, должен иметь форму, приведенную ниже. При описании структуры программы мы будем пользоваться такими соглашениями: фигурная скобка, открывающая описание класса, ставится на той же строке программы, что и имя класса; завершающая скобка выровнена на первую букву слова class. Встречается и другое соглашение, когда открывающая скобка ставится на отдельной строке и также под словом class. Вам может понадобиться настроить вашу среду программирования под принятое вами соглашение, если ее редактор автоматически включает в программу отступы не так, как вам хочется. Класс в качестве простой программы using System; class имя_класса { s t a t i c void Main() { . . . предложения

Программе назначено имя имякласса. Ее класс определен между двумя фигурными скобками { }. Ее поведение описывается в предложениях метода Main.

2.3 Структура программ

47

Пример 2.1. Первая программа Рассмотрим первую законченную программу, хранящуюся в файле с именем Welcome.cs. Суффикс «cs» обозначает программу С#, и именно в таком качестве он воспринимается средами разработки и компиляторами. Для удобства ссылок мы снабдили каждую строку номером; эти номера не являются частями С#-программ. О результате работы программы можно судить по строкам 5 и 6. На экран выводится приветственное сообщение, а следующее предложение программы позволяет получить и вывести на экран текущее время. При реальном запуске программы вы увидите: Welcome t o C# I t i s now 2 0 0 2 / 0 7 / 1 3 0 8 : 5 5 : 2 0 PM Файл Welcome.cs

1 2

using System;

3 4 5 6

class Welcome { static void Main() { Console.WriteLine("Welcome to C#"); Console.WriteLine("It is now " + DateTime.Now);

7 8

} }

Анализируя программу, мы обнаруживаем следующие важные моменты: 1. Программа начинается с заявления, что она собирается использовать пространство имен System, конкретно классы Console и DateTime, как это видно в строках 5 и 6. 2. В строке 3 объявляется класс Welcome вместе с его содержимым вслед за открывающей фигурной скобкой. Имена файла и программы (т. е. имя класса) не обязательно должны совпадать, хотя обычно они или одинаковы, или схожи. 3. В строке 4 вводится метод Main, являющийся стартовой точкой (точкой входа) нашей программы. Когда мы потребуем от системы С# запустить программу, управление будет передано именно в эту точку. 4. Содержательные действия программы ограничиваются двумя выводами на экран некоторого текста. Вывод осуществляется с помощью метода Console.WriteLine; в качестве параметра используются текстовые строки и свойство DateTime (для получения текущего времени). 5. В строке 6 мы используем оператор + для указания на то, что наша строка и текущее время должны быть выведены на одной строке экрана. В следующем разделе мы вернемся к этому вопросу. 6. И класс Welcome, и метод Main начинаются с фигурных скобок, поэтому мы завершаем их ответными фигурными скобками в строках 7 и 8.

48

Глава 2. Использование объектов

Пример 2.2. Включение в программу метода Go Чтобы сделать нашу программу более интересной, мы можем добавить предложения к методу Main. Однако программа будет более структурированной, если мы оставим метод Main настолько простым, насколько это возможно, и добавим второй метод, назвав его Go. Этот метод активизируется в методе Main, и именно в него мы поместим новые предложения. Получившаяся структура приведена ниже. Изменения программы заключаются в следующем: 1. Предложения WriteLine перемещаются в новый метод Go (теперь строки 6 и 7). 2. В метод Main включено предложение, WelcomeFromGo и запускающее метод Go.

создающее

объект

Файл WelcomeFromGo.cs I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II 12 13

using

System;

class

WelcomeFromGo {

void

Go() { Console.WriteLine("Welcome to C# from Go"); Console.WriteLine("It is now " + DateTime.Now);

} static void Main() { new WelcomeFromGo () .Go (); } }

До самого конца настоящей книги мы будем использовать для программ структуру примера 2.2. Заметим, что вывод этой программы почти не будет отличаться от предыдущего: Welcome t o C# from Go I t i s now 2 0 0 2 / 0 7 / 1 3 0 8 : 5 5 : 2 0 PM

Заметьте, что метод Go является произвольным добавлением, не конструкцией С # . Мы используем комбинацию Main — Go потому, что помещение объявления полей и вызовов методов в статический метод Main приводит к некоторым ограничениям их использования. Этот вопрос подробно будет рассмотрен в гл. 8.

Структура программы Так же, как документ на любом языке состоит из предложений этого языка, С#-программа состоит из предложений языка программирования. Эти предложения могут быть разных типов, и они будут рассматриваться

2.3 Структура программ

49

нами по мере углубления в возможности языка. В С# предложение заканчивается точкой с запятой, и обычно для каждого предложения выделяется отдельная строка текста программы. Наличие в каждом предложении завершающего символа точки с запятой позволяет помещать на одну строку текста несколько предложений языка, но такая программа будет выглядеть очень странно. Часто наоборот, предложение не помещается на одной строке и мы вынуждены переносить его часть на следующую строку. В дальнейшем мы увидим много примеров такой ситуации. В этих случаях точка с запятой обозначает конец многострочного предложения. Легко заметить, что все приведенные до сих пор программы использовали для наглядности отступы. Когда в тексте программы начинается описание языковой конструкции, например, класса или метода, эта строка выступает в качестве заголовка, а все следующее далее содержимое класса или метода сдвигается вправо включением нескольких пробелов. Когда конструкция заканчивается (обычно с помощью закрывающей фигурной скобки) выравнивание строк возвращается к предыдущему уровню. Многие среды программирования помогут вам писать программу, автоматически выравнивая ее строки таким образом. Отступы существенно повышают наглядность программы и облегчают ее чтение, по существу нисколько ее не усложняя. Еще одна форма структурирования программы — пустая строка; такие строки обычно включаются в текст программы между методами или для выделения важных частей внутри метода. Структурное оформление программы очень важно, и к нему следует привыкать с самого начала обучения.

Ключевые слова и идентификаторы Программа состоит из слов разного рода. Среди них есть слова, которые по правилам языка С# имеют вполне определенный смысл и не могут использоваться иначе. Такие слова называются ключевыми; в наших программах можно найти такие ключевые слова: using new

class static

void -

В С# определены около 80 ключевых слов, выполняющих в программе разнообразные функции. Эти слова перечислены в Приложении Б. Каждая программа определяет свои собственные слова для используемых в ней данных, методов и свойств; эти слова называются идентификаторами. В наших программах встречались такие идентификаторы: WelcomeFromGo

Go

Кроме идентификаторов, введенных нами, в наших программах использовались идентификаторы, определенные в языке С # : System DateTime

Console Now

WriteLine Main

50

Глава 2. Использование объектов

Идентификаторы имеют специфический формат. Они должны представлять собой слитные слова, начинаться с буквы и не совпадать с какими-либо ключевыми словами. Если в идентификатор входит более одного слова, принято внутренние слова начинать с прописных букв, что облегчает чтение программы. Имеются и другие соглашения относительно использования прописных букв. Как правило, все идентификаторы, за исключением имен полей, начинаются с прописных букв. В приведенной выше программе полей не было, но ранее мы с ними встречались: birth temperature

graduation century

marriage photol

Заметьте, что часто свойству дается то же имя, что и полю, но начинают его с прописной буквы. Так, Year является свойством для поля year (к которому можно обратиться только посредством его свойства).

Операторы и символы Наконец, можно заметить, что в программе используются различные специальные символы. По мере изложения материала число таких символов будет увеличиваться. В программе примера 2.2 мы видим: • фигурные скобки { } для того чтобы начать и закончить описание класса или метода (три пары); •

кавычки " " для определения строк;

•

символы-операторы, например + (строка 7);

•

точка с запятой для завершения предложения;

•

точка для выбора члена объекта или типа;

•

круглые скобки ( ) вокруг параметров для методов, как в строках 6 и 7 (даже если параметры отсутствуют, как в строках 5 и 10).

Пример 2.3. Число дней до конца года Пусть нам надо определить число дней, оставшихся от настоящего момента до конца года. Мы знаем, что существует предопределенный тип для дат, и мы можем создать два объекта этого типа, один для текущей даты, а второй — для последнего дня года. Дата для конца года создается с помощью свойства Year для поля year текущей даты с указанием 12 для месяца и 31 для дня. ' Ключевой частью программы является вычисление, которое выполняется путем вычитания из одного объекта DateTimes другого, а затем воздействия свойством Days на результат вычитания. Файл TimeDifference.cs

using System; class TimeDifference

2.3 Структура программ ///<summary> ///Программа Time Difference

51_ Bishop & Horspool June 2002

///Вычисляет число дней, оставшихся до конца года ///Демонстрирует вывод нескольких строк текста, ///а также использование свойств и операторов /// void Go () { Console.WriteLine("The Time Difference Program"); DateTime now=DateTime.Now; DateTime endOfYear = new DateTime(now.Year, 12, 31); Console.WriteLine(endOfYear) ; Console.WriteLine (now); Console .WriteLine ("Days till the end of the year are " ) ; Console.WriteLine((endOfYear - now).Days); } static void Main() { new TimeDifference().Go();

Вывод программы может выглядеть следующим образом: The Time Difference Program 2002/12/31 08:55:20 PM 2002/08/04 08:55:20 PM Days till the end of the year are 149

В следующем разделе будет показано, как сделать этот вывод более наглядным. Мы сделали предположение (правильное), что значения DateTime и int можно вывести на экран. В следующей главе, в разделе 3.6, мы рассмотрим вопрос о форматировании выводимых значений, чтобы они удовлетворяли правилам, принятым в данной стране или просто нашим предпочтениям.

Комментарии Если программа содержит более нескольких строк, то ее необходимо снабдить пояснениями на простом английском (или любом другом) языке. Даже если текст программы вполне ясен, в начале программы должны быть описаны ее назначение и способ использования. С# предоставляет три различных способа включения в программу комментариев: 1. Комментарии XML. Такие комментарии начинаются с трех знаков /// и тега (как, например, <summary> в примере 2.3), далее следуют строки комментария, начинающиеся теми же знаками ///, и, наконец, последняя строка содержит тот же тег со знаком / (). Комментарии XML позволяют вставлять пояснения почти во что угодно, и в последующих главах мы еще столк-

52

Глава 2. Использование объектов

немея с такими примерами. Пока что отметим, что большинство наших программ и классов будут начинаться с такого рода тегов с кратким изложением существа комментируемой программы (summary в переводе с английского — краткое изложение, резюме). 2. Многострочные комментарии. Такие комментарии начинаются и заканчиваются парами знаков /* и */• Любой текст между этими знаками игнорируется, независимо от количества строк в нем. 3. Комментарии к той же строке. Такие комментарии начинаются с двух знаков // и продолжаются до конца строки. Их можно использовать для пояснения данного предложения одним-двумя словами: DateTime

now = DateTime.Today;//Today — это

свойство

Комментируя программу, мы стараемся достичь оптимального соотношения объема и содержания комментариев, чтобы они были полезны и не повторяли программные предложения. Комментарии, так же, как и сама программа, нуждаются в обновлении: если текст программы претерпел изменения, возможно, надо изменить и комментарии к нему. Пример 2.4. Анализ программы

Мы уже рассмотрели значительное число понятий С# и можем приступить к выделению в программе составляющих ее элементов. Целью этого упражнения будет проверка того, насколько мы усвоили разницу между типами и объектами, данными и функциями и т. д. Итак, вот небольшая, но достаточно любопытная программа. Файл Fetchlmage.cs using System; using System.Drawing; using System.Windows.Forms; public class Fetchlmage : Form { ///<summary> ///Программа Fetch Image // /

Bishop & Horspool June 2002

ill

///Демонстрирует простой способ вывода изображений /// Image pic; protected override void OnPaint(PaintEventArgs e) { this.Width = 500; this.Height = 400; e.Graphics.Drawlmage(pic,30,30); } public Fetchlmage (){ pic = new Bitmap("photo.jpg"); } static void Main() {

2.3 Структура программ

53

Application.Run(new Fetchlmage());

Если файл с именем «photo.jpg» находится в нужном месте, программа выведет на экран изображение, содержащееся в этом файле. Наша задача — рассмотреть каждые слово и символ в программе и классифицировать их в соответствии с материалом, изложенным в этом и предыдущем разделах. Заметим, что в программе определены не все идентификаторы. Это нормальная практика в С#: смысл идентификаторов должен быть определен по контексту. Вывод программы показан на рис. 2.5, а понятия перечислены в табл. 2.1. Однако откуда мы узнали, как анализировать программу, работающую с графикой, когда об этом еще ничего не говорилось? Очень просто: синтаксис позволяет нам понять, что происходит в программе. Например, в предложении е.Graphics.Drawlmage(pic, 30,30) ;

е и Graphics должны быть объектами или классами, потому что к ним применен оператор «точка». Использование прописных или строчных букв в начале идентификаторов дает нам ключ к пониманию того, что е является объектом, a Graphics типом. Обозначение Drawlmage, сопровож-

Рис. 2.5. Вывод программы Fetchlmage

54

Глава 2. Использование объектов

даемое параметрами в скобках, должно быть методом. Точно также мы можем заключить, что в предложении Application.Run(new

Fetchlmage());

Application является классом, Run методом, a Fetchlmage не метод, а конструктор, потому что перед ним стоит ключевое слово new. В качестве упражнения вы можете выполнить такой же анализ примера 2.3. Таблица 2 . 1 . Элементы в программе Fetchlmage Понятие

Соответствующие элементы в программе

Ключевые слова

using, p u b l i c , c l a s s , void, s t a t i c , new

Пространства имен

System,

Типы

Fetchlmage, Form, Image, PaintEventArgs, Graphics, Bitmap, Application

XML-комментарий

Для резюме (summary)

Объекты

this,

Вызовы методов

Drawlmage()

Объявление методов

OnPaint () , Main ()

Значения

30,

Свойства

Width,

Конструкторы

Fetchlmage()

Вызовы конструкторов

Bitmap(),

protected,

System.Drawing,

pic,

30,

override,

System.Windows.Forms

e

"photo.jpg" Height

Fetchlmage()

2.4 Строки, вывод и форматирование В этом разделе мы рассмотрим вопросы вывода из программы ее результатов. Этот процесс называется выводом, хотя часто используются термины «запись», «печать» или «отображение на. экране». В примере 2.2 первым предложением вывода было Console.WriteLine("Welcome

to

C# f r o m G o " ) ;

Класс Console предоставляет различные методы для ввода и вывода, и наиболее удобным для вывода является метод WriteLine. To, что мы хотим вывести, указывается в скобках в качестве параметра. В приведенном предложении параметр является строкой. Когда мы посылаем строку методу WriteLine, она появляется на экране, или «консоли». Слово консоль является устаревшим названием экрана, и оно сохранилось, в частности, как имя этого класса С#.

2.4 Строки, вывод и форматирование

55

Строки В С# для описания строковых переменных имеется класс с именем string. Строковые переменные, или просто строки, состоят из символов, заключенных в кавычки, что позволяет использовать всю совокупность символов, как одну переменную, вроде, например, переменной типа int. Однако строки отличаются тем, что в них нетрудно получить доступ к индивидуальным символам. Работа со строками будет подробно освещена в гл. 4. Здесь строки будут нас интересовать только с точки зрения возможностей вывода. Значения строковых переменных не могут занимать в программе более одной строки текста, поэтому, если строка должна быть длинной, ее приходится разбивать на части и делать из нее две или больше строк. Эти строки могут быть снова объединены в одну переменную с помощью оператора плюс, который называют оператором сцепления (конкатенации). Рассмотрим, например, следующее предложение: Console.WriteLine

("Welcome to C# " + "from Go") ;

Здесь указаны две строки, которые будут сцеплены вместе перед вызовом метода WriteLine. Результат будет в точности таким же, как и раньше: Welcome

t o C# from Go

В С# предусмотрена возможность вывода на экран специальных символов, которые нельзя ввести с клавиатуры. Имеются два вида таких символов: escape-символы и символы Unicode, которые будут рассмотрены в гл. 4.

Предложения вывода Мы уже сталкивались с методом WriteLine. Строго говоря, WriteLine не является предложением: это метод, и когда мы вызываем этот метод, мы используем предложение вызова метода. Однако часто, когда имеют в виду этот вызов, говорят о «предложении вывода». Вывод является обобщающим термином, обозначающим как то, что мы отображаем на экране, так и процесс этого отображения. Класс Console имеет еще один метод, Write, который схож с WriteLine, но отличается тем, что не завершает строку вывода; он предназначен для использования после него еще одного вызова Write или WriteLine. В качестве примера модифицируем программу 2.3, где были строки C o n s o l e . W r i t e L i n e ("Days t i l l Console.WriteLine((endOfYear

t h e end of t h e year - now).Days);

are" ) ;

Если их записать в форме C o n s o l e . W r i t e ("Days t i l l t h e e n d of t h e y e a r Console.WriteLine((endOfYear - now).Days);

are " ) ;

56

Глава 2. Использование объектов

то вывод этого фрагмента программы преобразуется следующим образом: Days t i l l

the end of

the year are 149

В основном, однако, метод Write используется, когда имеется целая группа предложений вывода и они включают в себя не только строки, но и объекты.

Вывод объектов Теперь рассмотрим вывод объектов. Мы уже видели во второй из приведенных выше программ, что для вывода можно использовать предложения вида Console.WriteLine(endOfYear) ; Console.WriteLine(now) ; Console .WriteLine ("Days till the end of the year Console.WriteLine((endOfYear - now).Days);

are

");

где endOfYear и now являются объектами DateTime. В С# в каждом типе определен специальный метод с именем ToString. Метод ToString преобразует значение объекта в формат строки разумным образом. Этот метод вызывается автоматически, когда объекты указываются в качестве параметров вызовов WriteLine. Мы можем видоизменить приведенные выше строки, добавив поясняющие надписи и сделав вывод более наглядным: Console .WriteLine ("The end of t h i s year i s " + endOfYear); Console.WriteLine("Today's date i s " + now); Console.WriteLine("There are " + (endOfYear - now).Days) + " days u n t i l l the end of the year");

Этот фрагмент выведет на экран следующее: The e n d o f t h i s y e a r i s 2 0 0 2 / 1 2 / 3 1 0 8 : 5 5 : 2 0 PM T o d a y ' s d a t e i s 2 0 0 2 / 0 8 / 0 4 0 8 : 5 5 : 2 0 PM There a r e 14 9 d a y s u n t i l l t h e e n d o f t h e y e a r

Класс Console организует вывод строка за строкой. Как мы уже видели в примере 2.4, на экран можно выводить не только строки, но и изображения. В этом случае надо использовать другой класс, по имени Graphics, и метод Drawlmage. Вывод на экран фотографии мы выполнили с помощью такого предложения: е.Graphics.Drawlmage(pic,30,30);

Вывод выражений Одним из важнейших достоинств программирования является возможность без труда выполнять различные вычисления. В языках программирования предусматриваются те же арифметические операции, как и в каль-

2,5 Переменные, присваивание и ввод

57

куляторах, так что плюс обозначается знаком +, минус знаком —, умножение знаком *, а деление знаком /. Для того, чтобы вычисления выполнялись в требуемом порядке, можно использовать круглые скобки. В С# такие вычисления носят название выражений. Примеры выражений: 120 * 1.6

Перевод 120 миль в километры

74.5 / 80.0 * 100

Отношение величины к числу 80 в процентах

(12 + 15 + 17) / 3

Среднее из трех чисел

2 4 * 60

Число минут в сутках

39.95 * .1.14

Сумма плюс 14% налога

2002 - 1970 + 1

Число лет между двумя годами

Выражения будут обсуждаться подробнее в следующей главе. Здесь мы только хотим заметить, что их можно использовать в предложениях вывода. В С# предусмотрено средство, которое автоматически преобразует числа в строки; эти строки перед выводом на экран можно сцепить с поясняющими фразами. Таким образом, допустимо использовать такое предложение (ниже приведен его вывод): Console.WriteLine("Graduated

in

"

+ (2003

+ 3) ) ;

Graduated in 2006 Здесь необходимо поместить выражение в скобки, чтобы С# мог различить знак +, используемый для указания сцепления, и арифметический знак +. Без скобок мы получили бы следующий вывод: Graduated in 20033 Другими словами, символьные изображения каждого числа (2003 и 3) последовательно добавляются к строке "Graduated in". Это, разумеется, не то, что нам нужно; круглые скобки заставляют программу в первую очередь выполнить арифметическое сложение.

2.5 Переменные, присваивание и ввод Недостатком приведенных выше вычислений является то, что они абсолютно фиксированы. Все значения непосредственно включены в программу, и сколько бы раз программа не выполнялась, мы всегда будем иметь один и тот же результат. Важнейшей чертой большинства программ, с которой сталкиваются даже люди, далекие от программирования, является возможность вводить в программу некоторые данные и, тем самым, изменять вывод программы. Другими словами, в дополнение к выводу значений мы хотим иметь возможность их ввода. Возникает вопрос: ввода куда?

58

Глава 2. Использование объектов

Переменные Если мы собираемся вводить в программу данные, мы должны прочитать их и сохранить в каком-то известном месте памяти, чтобы в дальнейшем можно было ссылаться на это место в выражениях и предложениях вывода. В процессе составления программы происходит выделение памяти под поля данных. Эти поля могут содержать переменные или константы. Последние отличаются лишь тем, что после присвоения им определенных значений эти значения нельзя изменять. На рис. 2.6 показано расположение в памяти нескольких переменных. Мы предположили, что целые числа (5, 1970 и др.) выражены в десятичной система, а строка ("The time in") состоит из символов, как это обычно и бывает. Размеры рамок вокруг переменных роли не играют. hoursDifference messagel birth

5 The time in 1970 11 25

Рис. 2.6. Несколько объявленных переменных

Переменные перед их использованием должны быть объявлены. Инициализировать переменные, т. е. присвоить им начальные значения, можно одновременно с объявлением. Ниже приведены несколько примеров объявлений вместе с инициализацией:. int temperature = 30; int age = 21; int secondsInHour = 60*60; string resulttext = "";//Инициализация string placeOfBirth = "London, UK";

пустой

строкой

Назначение Знак равенства в приведенных выше примерах инициализации называется оператором присваивания. Его действие заключается в том, что значение с правой стороны оператора присваивается переменной, указанной с левой стороны. Смысл переменных заключается в том, что их значения могут изменяться в процессе выполнения программы. Для того чтобы изменить значение переменной, ей надо присвоить новое значение. Старое значение при этом затирается, и переменная приобретает новое значение. Например, предложения i n t mass = 63; Console.WriteLine(mass);

2.5 Переменные, присваивание и ввод int mass = 65; Console.WriteLine(mass);

приведут к выводу 63 65

Более интересна ситуация, когда с правой стороны знака равенства написано выражение: double tempC, tempF;//Температура tempC = 30; tempF = (tempC*9.0/5.0)+32;

по Цельсию и Фаренгейту

В результате выполнения этого фрагмента в tempF будет записано число 86. Более детально выражения и некоторые специальные операторы присваивания будут рассмотрены в гл. 3.

Присваивание строкам Операция присваивания применима и к строкам; со строками можно также использовать оператор +. Таким образом, для образования полного имени человека можно написать: string

fullName

= "James

"

+ "Smith";

Основное правило при использовании присваиваний заключается в том, что тип переменной с левой стороны должен соответствовать типу значения с правой стороны. Отсюда следует, что строкам нельзя присваивать числовые значения и наоборот. Позже мы узнаем, каким образом выполняются некоторые преобразования, однако приведенное выше фундаментальное правило действует во всех случаях.

Присваивание значений объектам Нашей основной целью является освоение методов работы в объектно-ориентированный среде. Ранее мы уже выполняли присваивание значений объектам в процессе их создания, как, например, в этом предложении из примера 2.3: DateTime

endOfYear

= new DateTime(now.Year,12,31);

Здесь создается новый объект (в правой части предложения), который сохраняется в поле памяти с именем endOfYear. В качестве другого примера рассмотрим предложение Console.WriteLine((endOfYear

-

now).Days;

60

Глава 2. Использование объектов

Тот же результат можно получить, введя дополнительную переменную и операцию присваивания: int days = (endOfYear - now).Days; Console.WriteLine (days); Вторая форма может оказаться удобнее, если мы собираемся использовать переменную days еще и в другом месте программы. Рассмотренные понятия проиллюстрированы в следующем примере. Пример 2.5. Время начала совещания

Компания имеет офисы в Лондоне и Нью-Йорке. Разница во времени составляет летом 5 часов, причем в Лондоне заданный час наступает раньше. Лондонские менеджеры хотят проводить телефонную конференцию каждый вторник в 14.00. Нам надо узнать, в какое время мероприятие начнется в Нью-Йорке; наша программа вычислит это время. Как и в предыдущей программе примера 2.3 для количества дней до конца года, мы предусматриваем две переменные для времени. У нас также есть название города с головным офисом (пусть это будет Нью-Йорк) и временная разница (равная -5). Для определения времени начала совещания мы используем свойство UtcNow типа DateTime, которое дает нам время в Лондоне (находящемся на Гринвичском меридиане). Для удобства мы копируем лондонское время в переменную. С#-программа для вывода результата этих вычислений использует четыре предложения вывода. Структура программы содержит внешний метод Go; его использование обосновывалось в разделе 2.3. Файл TimeMeeting.cs using System; class TimeMeeting { ///<summary> ///Программа Time Meeting

Bishop & Horspool April 2002

///Вычисляет время в конкретном городе ///по заданной разнице во времени по отношению к другому городу /// ///Демонстрирует использование переменных типов string и int /// void Go () { string city = "New York";//Город int offset = -5;//Разница во времени относительно Лондона //(Гринвич, Utc) int startTime = 14;//14.00 или 2 часа дня Console.WriteLine("The Time Meeting Program"); DateTime now = DateTime.UtcNow; DateTime meeting = new DateTime (now.Year,now.Month,now.Day,startTime,0,0); Console.WriteLine("The meeting in London is "

2.5 Переменные, присваивание и ввод

61_

+ " scheduled for " + meeting) ; Console.WriteLine(city + " is " + offset + " hours different");

DateTime offsetMeeting = meeting.AddHours(offset); Console.WriteLine("The meeting in "+city+" will be at " + offsetMeeting); } static void Main() { new TimeMeeting().Go();

После компиляции и запуска программы в консольном окне появятся следующие строки: The The New The

Time Meeting Program m e e t i n g i n London i s s c h e d u l e d f o r 2002/08/05 1 4 : 0 0 : 0 0 York i s -5 hours different m e e t i n g i n New York w i l l be a t 2002/08/05 0 9 : 0 0 : 0 0

Вывод информации о времени получился не очень привлекательным, и мы теперь рассмотрим альтернативные методы вывода для типов вроде DateTime.

Форматирование вывода В С# предусмотрены специальные средства для форматирования чисел и других простых значений с целью их вывода. Эти средства будут рассмотрены в следующей главе. При выводе структурированных объектов могут иметься альтернативные способы представления полей. Например, формат даты и времени 2002/12/31 08:55:20 РМ может нас не устраивать. Поэтому типы часто предоставляют несколько различных методов ToString. В тип DateTime включены альтернативы для длинных и коротких дат. В этом классе также имеются расширенные средства передачи параметра методу ToString, который в этом случае имеет возможность управления форматом даты. Эти средства проиллюстрированы в примере 2.6. Итак, мы видим, что вывод объектов может осуществляться по-разному, но решение о том, каким должен быть состав средств вывода, остается за типом. Пример 2.6. Даты в различных форматах В этом примере мы рассмотрим некоторые возможности альтернативного форматирования даты и времени, предоставляемые типом DateTime. Первый способ управления выводом заключается в использовании одной из альтернатив методу ToString. Этот метод вызывается автоматически, если объект типа DateTime комбинируется со строкой и передается методам Write или WriteLine. Дополнительные методы приведены ниже; их следует вызывать явным образом, используя обычный оператор «точка».

62

Глава 2. Использование объектов

ToShortDateString() ToLongDateString()

//Короткая дата без времени //Длинная дата без времени

Второй способ предполагает использование одного из многих символических параметров для метода ToString. Например, ToString("f") ToString("g")

//Длинная дата и короткое время //Короткая дата и короткое время

Эти вызовы дадут тот же вывод даты, но вторая группа выведет также и время. М ы повторяем программу TimeMeeting и добавляем новые предложения вывода для демонстрации использования этих методов и форматирующих параметров. Результаты этой модификации можно увидеть, сравнив выводы обеих программ. Файл TimeFormat.cs using System; class TimeFormat { ///<summary> ///Программа Time Format ///

Bishop & Horspool June 2002

ill

///Выводит время в различных форматах ///Демонстрирует использование различных форм ToString /// void Go () { Console.WriteLine("The Time Format Program"); DateTime now = DateTime.Now; DateTime endOfYear = new DateTime(now.Year, 12, 31) ; Console.WriteLine("Today is " + now"); Console.WriteLine("End of year is " + endOfYear); Console.WriteLine("As a. short date " + now.ToShortDateString() ) ; Console.WriteLine("As a long date " + now.ToLongDateString() ) ; Console. WriteLine ("As a long date and short time " + now.ToString("f")); Console.WriteLine("As a short date and short time " + now.ToString("g")); Console .Write ("Days till the end of the year are " ) ; Console.WriteLine((endOfYear - now).Days); } static void Main() { new TimeFormat (). Go ();

2.5 Переменные, присваивание и ввод

63

Вывод программы выглядит следующим образом: The Time Format Program Today i s 2002/08/05 13:41:17 End of Year i s 2002/12/31 00:00:00 As a short date 2002/08/05 [Короткая дата] As a long date 05 August 2002 [Длинная дата] As a long date and short time 05 August 2002 01:41 PM [Длинная дата и короткое время] As a short date and short time 2002/08/05 01:41 PM [Короткая дата и короткое время] Days t i l l the end of the year are 147 Написав какую-либо программу, даже такую примитивную, как в предыдущем примере, мы должны оценить, что же у нас получилось, и найти как ограничения, так и способы совершенствования программы. Очевидно, нашу программу можно сделать гораздо более универсальной. Лондонское время совещания может измениться, а разница во времени летом и зимой может быть различной. Даже названия городов могут варьироваться, если программу использует другое отделение компании или вообще другая компания. В этом случае и разница во времени будет иной. К счастью, используя тип DateTime, мы можем работать с интервалами времени, переходящими чрез границу суток, хотя можно спорить, есть ли в этом практический смысл в деловых приложениях. Итак, в целом мы можем предложить массу расширений нашей маленькой программы. Для реализации этих расширений мы должны познакомиться с другой конструкцией С# — вводом.

Предложения ввода Рассмотрим теперь вопрос о том, как можно считать в программу данные, находящиеся вне ее. Взаимодействие пользователя с программой является фундаментальным действием при ее использовании, и вполне оправданно рассмотреть этот вопрос как можно раньше. Предложения ввода являются в некотором роде двойниками предложений вывода, однако их действие решительно отличается: они образуют значения, которые затем могут быть сохранены в переменных. Поэтому, в отличие от предложений вывода, предложения ввода используются в конструкциях присваивания. Типы с левой и правой сторон операции присваивания должны совпадать, поэтому строки можно прочитать только в строковые переменные, а целые числа — в целочисленные переменные. Сложность заключается в том, что класс Console предоставляет лишь метод для чтения строк с именем ReadLine, и любые целые числа необходимо преобразовывать с помощью специального метода, предусмотренного в типе int и имеющего имя Parse. Этот процесс показан в следующей форме.

64

Глава 2. Использование объектов

Простые предложения ввода =

строковая_переменная другая

переменная

=

Console.ReadLine(); Parse(Console.ReadLineО);

тип.

В первом варианте данные читаются до конца строки и копируются в строковую переменную stringvar. Второй вариант используется для других типов переменных; данные читаются до конца строки, после чего к строке применяется метод Parse для указанного типа, и строка, если это возможно, преобразуется в значение этого типа.

Оба способа чтения строки используют ReadLine, из чего следует, что вводимая информация должна умещаться на одной строке текста. На рис.2.7 изображен этот процесс в действии для двух переменных предыдущего примера. string city = Console.ReadLine(); London

int offset

= int.Parse( Console.ReadLine()

Поток данных L

о

n

d

о

n

5

Рис. 2.7. Процесс чтения

На рис. 2.7 показано, как программа управляет процессом чтения. Вводимые строки преобразуются в значения предоставляемых программой переменных. Первый вызов ReadLine получает строку «London» и отправляет ее в переменную city. Второй вызов ReadLine получает строку «5». Эта строка затем преобразуется1 в целое число и сохраняется в переменной offset. Преобразование может выполняться и над другими типами переменных, не только над целыми числами. Например, мы можем прочитать и преобразовать дату. Строка даты должна быть в одном из стандартных форматов, например 2002/8/15. Если предоставленные для чтения данные оказываются не того типа, программа сигнализирует об ошибке и остановится. Этот эффект будет проявляться главным образом при вводе чисел, поскольку строки могут включать что угодно и не имеют каких-либо ограничений по содержимому. Если при чтении второй строки данных рис. 2.7 мы ввели бы с клавиатуры четыре буквы «five» вместо одной цифры «5», возникла бы ошибка. Извлечение из предложения языка отдельных элементов и преобразование их при необходимости в требуемую форму («синтаксический анализ») обозначается в английском языке словом parse, от чего и получил имя соответствующий метод. — Прим. перев.

2.5 Переменные, присваивание и ввод

65

В гл. 6 мы остановимся на том, как можно восстановить выполнение программы при такого рода ошибках и дать возможность пользователю повторить ввод. Пока же наши действия при ошибке будут заключаться в повторном запуске программы и вводе всех данных заново. Данные, прочитанные в память, стираются, когда программа прекращает свое выполнение (так называемая «сборка мусора»). При повторном запуске программы ее переменные заново инициализируются указанными в программе начальными значениями.

Пример 2.7. Определение времени с чтением Мы хотим модифицировать программу примера 2.5 определения времени начала совещания в Нью-Йорке и Лондоне, чтобы она могла использоваться и другими отделениями компании. Пока что мы даже не уверены, что наше совещание можно провести всюду в 14.00 лондонского времени, но мы хотели бы посмотреть, возможно ли это для Берлина (один час вперед), Сан-Франциско (восемь часов назад) и Перта (семь часов вперед). Изменим программу так, чтобы она могла прочитать название города и разницу во времени, и затем будем запускать программу для каждого нового отделения. Заметьте, что в случае отставания времени от лондонского, оно вводится в виде отрицательного значения. Программа очень похожа на предыдущую, но в ней используются некоторые из рассмотренных выше возможностей. Предложения ввода уже обсуждались; здесь они позволяют получить исходные данные, которые используются при вычислениях и выводе результата. Особо надо отметить, что для создания дружественной пользователю программы ввод должен всегда предваряться тем или иным запросом в форме предложения Write (но не WriteLine). В этом случае ответ пользователя будет вводиться на той же строке. Файл TimeReading.cs

using System; class TimeReading { ///<summary> ///Программа Time Reading

Bishop & Horspool April 2002

/ // ill " ///По-прежнему вычисляет время в конкретном городе по ///заданной разнице во времени по отношению к другому ///городу, но использует операцию ввода, что позволяет задать ///второй город во время выполнения ///Демонстрирует ввод переменных string и int /// void Go () { Console.WriteLine ("The Time Reading Program"); 3—2047

66

Глава 2. Использование объектов string city;//Город int offset;//Разница во времени int startTime • 14;г//14.00 или 2 часа дня DateTime now = DateTime.UtcNow; //Введем характеристики второго города Console.Write("City? " ) ; city = Console.ReadLine(); Console.Write("Offset from London? " ) ; offset = int.Parse(Console.ReadLine()); DateTime meeting = new DateTime (now.Year,now.Month,now.Day,startTime, 0,0) ; Console.WriteLine("The meeting in London is " + " scheduled for " + meeting) ; Console.WriteLine(city + " is " + offset + " hours different"); DateTime offsetMeeting = meeting.AddHours(offset); Console.WriteLine("The meeting in "+city+" will be at " + offsetMeeting.ToShortTimeString() ) ; } static void Main() { new TimeReading().Go();

Для демонстрации работы программы ее следует запустить несколько раз. В приведенном ниже выводе данные, введенные пользователем, показаны более светлым шрифтом. The Time Reading Program City? NewYork Offset from London? -5 The meeting in London is scheduled for 2002/08/05 New York is -5 hours different The meeting in New York will be at 09:00 AM The Time Reading Program City? Berlin Offset from London? 1 The meeting in London is scheduled for 2002/08/05 Berlin 1 hours different The meeting in Berlin will be at 03:00 PM The Time Reading Program City? Perth Offset from London? 7 The meeting in London is scheduled for 2002/08/05 Perth is 7 hours different The meeting in Perth will be at 09:00 PM

14:00:00

14:00:00

14:00:00

2.6 Основы API C#

67

The Time Reading Program City? San Francisco Offset from London? -8 The meeting in London i s scheduled for 2002/08/05 14:00:00 San Francisco i s -8 hours d i f f e r e n t The meeting in San Francisco w i l l be a t 06:00 AM Программа, безусловно, полезна, но запускать программу заново для получения каждого нового набора данных представляется довольно неудобным. Хотелось бы сделать так, чтобы программа сама могла воспринимать и обрабатывать многократные запросы. Как этого добиться, будет показано в последующих главах.

2.6 Основы API С# Аббревиатура API является сокращением от Application Programming Interface, интерфейс прикладного программирования, и используется, как и эквивалентный ему термин «пространство имен», для описания группы связанных классов, структур и т. д. В этой главе мы имели дело со следующими API: System System.Drawing System.Windows.Forms

Два последних интерфейса использовались только в примере 2.4 для вывода фотографии, и мы ими заниматься пока не будем. Однако мы использовали ряд важных классов, включенных в System, и теперь мы рассмотрим некоторые из них, не всесторонне, но достаточно детально, чтобы ими можно было пользоваться в следующих главах. DateTime Форма для структуры DateTime приведена ниже. Из нее можно получить более точную информацию о данных и функциях, которые мы уже использовали. Весьма полезными могут быть методы DaysInMonth и IsLeapYear. Далее мы видим, что в DateTime описаны два оператора вычитания; второй определяет разность двух дат и возвращает значение типа TimeSpan. Мы с этим типом пока не сталкивались. TimeSpan хранит время в днях, часах и еще меньших единицах. Если нам нужен ответ в годах, нам придется самим разделить результат на 365 (или 366).

Глава 2. Использование объектов

68 Структура DateTime (сокращено) //******* ***конструкторы** **********

DateTime(int год, int месяц, int день); DateTime (int год, int месяц, int день, int час, int минута, int секунда) ; //**********Статические свойства********** static DateTime Now;

//Текущие дата и время

static DateTime Today;

//Текущие дата и время //00:00:00)

(время равно

static DateTime UtcNow; //Текущие дата и время по Гринвичу (UTC) //***********Свойства экземпляра************ int Day int Month int Year int Hour int Minute int Second int Millisecond int DayOfYear //************Статические методы************* static

int

static

bool

static

int

Compare(DateTime tl,

DateTime t2)

Equals(DateTime tl,

DateTime t2)

DaysInMonth(int год,

static

DateTime Parse(string

static

bool

IsLeapYear(int

int месяц)

s)

год)

static DateTime operator - (DateTime d, TimeSpan t) static TimeSpan operator -(DateTime dl, DateTime o\2) static DateTime operator +( DateTime d, TimeSpan t) static bool operator ==(DateTime dl, DateTime d2) //************* *Методы экземпляра* * ************ int CompareTo(object значение) override bool Equals(object значение) string ToStringO string ToString(string формат) string ToShortDateString() ; string ToLongDateString() ; Во всех перечисленных категориях имеются много других членов. Для получения полной информации обратитесь к интерактивному справочнику или полному учебнику по API.

2.6 Основы API C #

69

В приведенной форме указаны четыре метода, выполняющие сравнение в общем виде и сравнение на равенство. Если d l и d2 являются экземплярами типа DateTime, эти методы можно вызвать следующим образом: DateTime.Equals(dl,d2) ; dl.Equals(d2); d2.Equals(dl);

//Вызов статического метода " //Вызов метода для экземпляра dl //Вызов метода для экземпляра d2

Здесь все три выражения дают один и тот же результат. Однако в типе DateTime определены также операторы для сравнения на равенство, которые облегчают чтение программы. Таким образом, вместо любого из приведенных выше выражений можно просто написать dl

== d2

Тип DateTime предоставляет также операторы сравнения, и мы можем использовать выражение вида dl

< d2

которое вернет true или false в зависимости от соотношения величин d l и d2, или применить один из методов Compare или CompareTo, действие которых слегка различается. Они возвращают отрицательное целое число, если первый операнд меньше второго, 0, если они равны, и положительное целое число, если первый операнд больше. Например, можно написать if

(dl.CompareTo(d2) < 0) { //dl описывает более раннюю дату,

чем d2

Очевидно, что операторы использовать проще, если, конечно, они определены. Операторы сравнения будут рассмотрены подробнее в разделах 3.4 и 4.1.

string и int В API отсутствует определение string. Это связано с тем, что почти все типы в С#, имена которых начинаются со строчных букв, имеют псевдонимы, т. е. другие типы с теми же именами. Реальный класс для string называется String; поскольку он входит в пространство имен System, он также называется System.String. Форма этого типа будет приведена в гл. 4. Если, однако, мы поищем в API определение int, то окажется, что, в отличие от string, типу int соответствует структура-псевдоним с другим именем — Int32. При этом Int32 (или int) предоставляет поля и методы, перечисленные в приведенной ниже форме.

Глава 2. Использование объектов

70

Структура int или int32 (сокращено) //Статические поля const i n t MinValue //-2 147 483 648 const i n t MaxValue // 2 147 483 647 //Статические методы s t a t i c i n t Parse(string s ) ; //Методы экземпляра s t r i n g ToStringO; Во всех перечисленных категориях имеется много других членов. Для получения полной информации обратитесь к интерактивному справочнику или полному учебнику по API. В дополнение к перечисленному, для целых чисел определены все обычные операторы. Random

Мы сначала ввели понятие типов неформальным образом, а затем, в этом разделе, начали описывать их спецификацию. Сделаем наоборот — сначала специфицируем тип, а затем приведем пример его использования. Рассмотрим класс случайных чисел. Его форма приведена ниже. Мы можем представить себе использование класса Random для моделирования выбрасывания игральной кости: Random throw = new Random();//Создаем экземпляр throw i n t d i c e = throw.Next(1,б);//Бросаем кость и получаем число //очков в dice Класс Random (сокращено) //Конструкторы Random () Random(int затравка); //Методы экземпляра int Next () ; i n t Next(int макс_значение) ; i n t Next(int мин_значение, int макс_значение) ; double NextDouble() ; Конструкторы возвращают случайные объекты, которые образуют последовательность псевдослучайных чисел. Методы Next возвращают следующее число в последовательности, возможно, между заданными значениями. NextDouble возвращает число в диапазоне от 0.0 до 1.0.

В приводимом ниже примере случайные числа типа Random используются в качестве объектов вместе с всеми остальными рассмотренными к настоящему моменту типами API.

2.6 Основы API C#

7f

Пример 2.8. Ваш счастливый день Предположим, что мы хотим получить от программы дату счастливого дня. Чтобы выбрать этот день случайным образом, мы просим пользователя ввести счастливое число. Введенное число дает начало индивидуальной последовательности случайных чисел. Затем с помощью этой последовательности мы генерируем номера дня и месяца. На первый взгляд, это можно сделать следующим образом: int int

luckyDay = г.Next (1,31); luckyMonth = r.Next (1,12);

Однако в этом случае мы можем получить неправильную пару чисел, например, 31 и 4 (31 апреля) или 29 и 2 (29 февраля). Последнее иногда допустимо, а иногда — нет. Поскольку все это просто игра, мы можем устранить ошибки, начав с марта и получая даты, не превышающие 30. Позже, в гл. 4, мы рассмотрим способы обработки специальных случаев и сможем модифицировать эту программу, чтобы она покрывала весь год. Итак, программа Lucky Day [Счастливый день]. Файл Lucky.cs using System; class Lucky { ///<summary> ///Программа Lucky Day

Bishop & Horspool Aug 2002

iii

///Определяет счастливый день ///Демонстрирует использование случайных чисел /// void Go () { Console.WriteLine("The Lucky Day Program\n"); Console.Write("What is your lucky number? " ) ; int luckyNumber = int.Parse(Console.ReadLine()); Random r = new Random(luckyNumber); int luckyDay = r.Next(1,30); int luckyMonth = r.Next(3,12); DateTime luckyDate = new DateTime (DateTime.Now.Year,luckyMonth,luckyDay); Console.WriteLine("Your lucky day will be " + luckyDate.DayOfWeek + " " + luckyDate.ToString("M" ) ) ; } static void Main() { new Lucky () .Go () ;

Возможный вывод программы будет выглядеть следующим образом: The Lucky Day Program What is your lucky number? 7 6 Your lucky day will be Saturday 13 April

72

Глава 2. Использование объектов

Весьма полезно проанализировать программу, обращая внимание на типы и данные. Мы используем пять различных типов: Lucky (класс, образующий программу), Console, int, Random и DateTime. В программу входят, как обычно, два метода Go и Main, а также ряд общедоступных методов, именно, WriteLine, Write, ReadLine, Parse, Next и ToString. К полям относятся luckyNumber, luckyDay, luckyMonth, luckyDate и г. Поля объявляются по мере возникновения в них необходимости; сможете ли вы переписать программу, перенеся объявление полей в начало класса? В программе также используются несколько свойств и конструкторов. Сможете ли вы их найти? Наконец, следует заметить, что работу программы нельзя проверить при однократном запуске. Запустите программу несколько раз и убедитесь в том, что она генерирует различные даты, хотя, разумеется, не в январе и феврале, поскольку мы исключили эти месяцы из рассмотрения.

Основные понятия, рассмотренные в гл. 2 В этой главе были рассмотрены следующие понятия (некоторые из них повторно): программа

структура программы

класс

метод

параметр

предложение

комментарий

сцепление (конкатенация)

ввод и вывод

структура

свойство

простое выражение

идентификатор

тип

переменная

объявление переменной

инициализация

оператор

присваивание (назначение)

член (элемент)

Рассмотрены следующие определения, синтаксические формы и API: объект

тип

простой тип

структурный тип

обращение к членам

объявление поля (простое)

создание экземпляра объекта

класс простой программы

простые предложения ввода

структура DateTime (сокращенно)

структуры int или Int32 (сокращенно)

класс Random (сокращенно)

Контрольные вопросы

73

Рассмотрены следующие операторы и знаки пунктуации:

Явным образом использовались следующие ключевые слова С # : using string int

.

class new

Демонстрировались следующие формы комментариев в программе:

Контрольные вопросы 2.1. Вспомните определения, данные в этой главе. Тип: (а) определяет данные (б) представляет числовое и функции значение (в) состоит из объектов (г) является либо структурой, либо классом 2.2. Вспомнив определения и принятые правила использования строчных и прописных букв, приведенные в этой главе, ответьте, обращением к чему является конструкция Part.Member: (а) к свойству объекта (б) к методу класса (в) к свойству класса (г) к полю объекта 2.3. Для сцепления двух строк мы используем: (a) concat (в) &

(б) + (г) ничего

2.4. Прочитать целое число с клавиатуры можно с помощью: (а) Console.ReadLine() (б) int.Parse(Console.ReadLine()) (в) int.Parse.Console.ReadLine() (г) Parse(Console.ReadLine())

2.5. Если требуется прочитать с клавиатуры две строки, они должны: (а) разделяться точкой с запятой (в) быть заключены в кавычки

(б) разделяться пробелами (г) вводиться на отдельных строках

74

Глава 2. Использование объектов

2.6. В конструкции DateTime.Today Today является: (а) свойством

(б) методом

(в) конструктором

(г) полем

2.7. Если endOfYear endOfYear-now?

и now являются переменными, каков тип

(a) DateTime (в) TimeSpan

(б) int (г) невозможно определить

2.8. Если test является объектом Random, какое выражение вернет значение между 0 и 100? (a) Next.test (100) (в) t e s t (0,100)

(б) test.Next(100) (г) t e s t (next (100) )

2.9. Чтобы получить доступ к классу Console, с какой директивы мы начинаем программу? (a) access Console; (в) using Console;

(б) import Console; (r) using System;

2.10. Для создания и запуска объекта, представляющего собой программу с именем Test, как описано в этой книге, какое предложение мы используем? (a) new Test (). Go ();

(б) new Test();

(в) Go (new Test ());

(г) Go .Test () .Main () ;

Упражнения Выполните эти упражнения на основе подхода, описанного в разделе 2.2, т. е. используя не конкретные операторы и конструкции С # , а общие принципы объектного ориентирования. Представьте свои ответы в виде связного текста или простых блок-схем. 2.1. Игра «Морские гонки». Фирма UPUV Games Inc. решила разработать компьютерную игру с использованием в качестве рабочего поля рис. 2.1, где игроки выступают в качестве капитанов морских судов. Составьте список типов, которые необходимо определить в игре, вместе с входящими в них данными и функциями. Для некоторых типов покажите, как будут выглядеть о дин-два объекта этих типов. 2.2. Даты. Считая, что у нас есть один структурный тип Date и два простых типа Integer и String, сконструируйте новый структурный тип для студента, записавшегося на прослушивание четырех курсов в университете. Продумайте состав данных этого типа с произвольной степенью подробности и включите в состав типа по крайней мере две функции, обслуживающие объекты студентов. Начертите диаграмму типа и изобразите два объекта времени, заполнив их значениями.

Упражнения

75

2.3. Видеокамеры. Разработайте тип для объекта киносъемки, включающий полезную информацию, которую способны фиксировать современные видеокамеры, например дату и скорость фильма. 2.4. Детский сад. У ребенка в детском саду имеются такие характеристики, как имя, фамилия, группа (например, кролики, собачки, рыбки и голуби), а также дата рождения. Создайте тип ребенка Child, содержащий всю эту информацию о ребенке и разработайте методы, полезные для обслуживания этой информации. Одним из методов должна быть функция, возвращающая год выпуска ребенка из детского сада, считая, например, что ребенок находится в детском саду до возраста 6 лет. Начертите диаграмму типа и изобразите два объекта этого типа с их значениями. 2.5. Главы книги. В следующих нескольких главах мы займемся разработкой программы, которая содержит информацию об учебнике. Начните с определения типа главы книги Chapter, в котором хранятся название главы и число страниц в ней. Включите в тип функцию, возвращающую первую страницу главы. Можете ли вы на основании проработанного материала придумать такую функцию? Используя настоящую книгу в качестве тестовых данных, создайте объекты для первых четырех частей. Следующие упражнения требуют анализа и модификации программ этой главы. 2.6. Анализ программы Lucky. Рассмотрев программу примера 2.8, выделите в ней составляющие элементы, как это было сделано для примера 2.4. 2.7. Правильное время. Программа из примера 2.3 выводит дату конца года с временем, соответствующим моменту запуска программы. Модифицируйте ее так, чтобы переменная endOfYear содержала в качестве времени 23:59. Подсказка: вам придется создать дополнительный конструктор, показанный в форме DateTime (раздел 2.6). 2.8. Расширение возможностей программы вычисления времени начала совещания. На основании перечня недостатков программы, приведенного в конце примера 2.6, разработайте модификацию этого примера. Опишите новые возможности в комментариях к программе и измените текст программы соответственно. 2.9. Другое изображение. Найдите какое-нибудь изображение и запустите программу Fetchlmage для вывода его на экран. Подгоняется ли размер окна на экране под размер вашего изображения? А теперь напишите с самого начала несколько новых программ. 2.10. Получение книг из библиотеки. Книги можно брать из библиотеки на 14 дней. Составьте программу, которая считывает имя абонента и выводит короткую квитанцию с указанием текущей даты и даты,

76

Глава 2. Использование объектов

когда книга должна быть возвращена. Текущую дату получите с помощью соответствующего свойства DateTime. 2.11. Проверка программы получения книг из библиотеки. Измените программу из упражнения 2.10, чтобы она вводила текущую дату (вместо того, чтобы получать ее с помощью свойства DateTime), а затем выполните тестирование вашей программы, вводя различные даты и проверяя, дает ли программа правильный ответ. Проверить следует те даты, которые повлекут переход в следующий месяц и даже год. 2.12. Конечный срок. Конечный срок выполнения задания указывается в виде даты и времени. Составьте программу, которая вводит все элементы конечного срока и выводит информацию о том, сколько часов осталось для выполнения задания. Вашей программе понадобится использование класса TimeSpan, который был упомянут в спецификации DateTime в разделе 2.6. 2.13. Часы зала заседания. Банк установил четверо часов в своем зале заседаний в Лондоне, которые показывают время в местах нахождения крупнейших бирж, именно, в Лондоне, Нью-Йорке, Токио и Гонконге. Разница зимнего времени в этих точках по отношению к времени по Гринвичу составляет 0, 5, -9 и - 8 . Составьте программу, которая читает время в Лондоне (в любом удобном для вас формате), создает по одному объекту времени для каждого города и выводит их вместе с названиями соответствующих городов. Объясните, почему вы не можете выполнить эти действия в таком порядке: создать объекты, прочитать время, изменить время в объектах, вывести результаты. 2.14. Часы зала заседания для любого момента времени. Измените программу из упражнения 2.13 так, чтобы время в Лондоне выбиралось с помощью датчика случайных чисел.

Внутри объектов 3

В главе 2 мы знакомились с основами программирования на примерах использования объектов, а теперь займемся вопросами определения новых типов объектов. Мы рассмотрим последовательно каждый компонент типа, начав с полей, конструкторов и свойств, и перейдя затем к предложениям, выражениям и простым типам, из которых составляются методы и операторы. Использование нового для нас вида предложения — простого цикла позволит привести и обсудить интересные примеры с большим объемом вывода.

3.1 Структура типа Объекты объявляются с помощью типов. В гл. 2 мы использовали предопределенные типы, такие как int, а также типы, принадлежащие пространствам имен, например, DateTime. В этой главе мы научимся создавать собственные структурные типы. При наличии такой возможности язык программирования становится открытым, приобретая способность бесконечно наращиваться. Действительно, в дополнение к сотням встроенных в API типов (вроде DateTime, Console и Random), мы можем определить неограниченное количество собственных типов. Давайте посмотрим на элементы, составляющие тип, с точки зрения создания нового типа.

Данные Данные новых типов состоят из полей существующих типов. Эти типы могут быть как типами API, например, int или string, так и ранее объявленными нами типами. Предложим, например, тип для описания информации об экзаменах, включая их даты. Состав данных такого типа может выглядеть следующим образом: struct Exam {//Экзамен s t r i n g course;//Предмет int weight;//Процентный вклад в суммарную оценку s t r i n g lecturer;//Лектор DateTime date;//Дата экзамена s t r i n g venue;//Место проведения экзамена s t a t i c int totalNoOfExams=0;//Общее число экзаменов

78

Глава 3. Внутри объектов

Мы здесь показали данные для простоты в виде полей; ниже мы увидим, как можно сделать их доступными через свойства. Теперь переменную типа Exam можно объявить следующим образом: Exam COSExam = new Exam( "COS110", 10, "Dr B r a i n " , new D a t a T i m e ( 2 0 0 3 , 4 / 2 0 ) , "ELB4.2");

Одно из полей типа Exam объявлено с атрибутом static, что означает, что оно будет существовать в единственном экземпляре для всех объектов типа Exam. В переменной totalNoOfExams мы записываем общее число экзаменов в системе с учетом всех объектов. Более того, мы в процессе создания не назначаем этому полю какого-либо значения, поскольку его вычисляет сам тип.

Функции Функции-члены новых типов значительно более интересны, так как с их помощью мы задаем фактические правила поведения объектов. Поведение описывается посредством предложений, и до сих пор мы использовали лишь очень ограниченный набор предложений. Наиболее важными были следующие типы предложений, с которыми мы имели дело: •

ввода;

•

вывода;

• вызова метода; • присваивания. В этой главе мы детально обсудим перечисленные предложения, а также познакомимся с предложением простого цикла. Остальные предложения будут рассмотрены в гл. 4. Теперь обратимся к тому, каким образом функции определяются, а также как проектировать и группировать функции с целью получения связного и практически полезного набора при разработке нового типа. Ранее мы определили четыре-вида функций — конструкторы, свойства, методы и операторы. Каждый из этих видов играет определенную роль в конструировании и использовании типа.

Конструкторы Каждый тип должен иметь конструктор. Конструктор представляет собой последовательность предложений с тем же именем, что и сам тип; конструктор вызывается, когда создаются объекты этого типа. Например, предложение

3.1 Структура типа DateTime

meeting

= new

DateTime(now.Year, now.Month, now.Day, s t a r t T i m e ,

0,

0);

вызывает конструктор DateTime. Тип может иметь несколько конструкторов, однако у них обязательно должны различаться списки параметров (список параметров функции называется ее сигнатурой). Другой конструктор DateTime используется в предложении DateTime

endOfYear

= new

DateTime(now.Year,

12,

31);

Для того чтобы познакомиться с внутренним устройством конструктора, рассмотрим конструктор для типа Exam, определенного выше. Exam(string с, i n t w, string course = c; weight = w; l e c t u r e r = 1; date = d; venue = v; t o t a l += 1;

1, DateTime d, string

v)

{

Для конструктора типично копирование предоставляемых ему параметров в поля объекта; этим могут ограничиваться его функции. Поскольку параметры и поля относятся к одним и тем же данным, принято именовать параметры начальными буквами названий полей (если, конечно, при этом не возникает конфликтов имен). Если конструкторы инициализируют поля объекта, то как это соотносится с инициализацией, которая может иметь место при объявлении полей? Оказывается, существуют определенные правила относительно структур и инициализации полей, сведенные в табл. 3.1. Табл. 3 . 1 . Инициализация полей структуры Понятие

Структуры

Поля экземпляра

Инициализировать при объявлении нельзя

Статические поля

Инициализировать при объявлении можно

Если есть конструктор

Должны инициализироваться все поля (а не некоторые)

Если конструктора нет

Полям придаются значения по умолчанию для типа, например, 0 для чисел и null для строк

Другими словами, значения полей экземпляров структуры должны устанавливаться внутри конструктора, а не там, где эти поля объявляются. Продолжая наш пример, предположим, что имеется, ряд экзаменов, место проведения которых (venue) к моменту истечения срока неизвестно. Тогда можно предусмотреть второй конструктор такого рода:

80

Глава 3. Внутри объектов

Exam (string с, i n t w, string 1, DateTime d) { course = c; weight = w; lecturer = 1; date = d; venue = "To be announced";//Будет объявлено позже t o t a l += I ;

Между конструкторами не будет конфликта, так как один требует пять параметров, а другой только четыре. Соответствующие предложения создания объектов могут выглядеть таким образом: Exam c o m p u t e r s Exam m a t h s

= new Exam("COS110", 5 0 , " P r o f Watson", new D a t e T i m e ( 2 0 0 3 , 1 1 , 1 3 ) ) ; = new Exam("MATH152", 8 0 , " D r J a m e s " , new D a t e T i m e ( 2 0 0 3 , 1 1 , 1 8 ) , "OldHall");

Другой структурный тип С#, класс, предоставляет конструктор по умолчанию для классов, который также оставляет все поля в неинициализированном виде. Это по-прежнему означает 0 или 0.0 для чисел и null для большинства других объектов.

Методы и свойства Рассматривая методы в принципе, мы можем завершить наш пример Exam, добавив несколько разумных методов пока без их содержимого: public TimeSpan DaysToExam() {...} public .override string ToStringO {...}

Первый метод прочитает поле date объекта и вычислит, сколько дней осталось до даты экзамена. Второй метод будет использоваться для вывода значений на печать. Он замещает другой метод с тем же именем, предоставляемый классом System по умолчанию, и вызывается непосредственно из предложений Console.WriteLine. В методе требуется указать модификатор overide [заместить], потому что он замещает существующий метод. Модификатор public требуется для обоих методов, чтобы они были видны и, соответственно, могли быть вызваны из программных строк, находящихся вне данной структуры. Почему только два метода? Дело в том, что большинство полезных функций в этом типе, как и во многих других, будут предоставлены свойствами. Свойства в первую очередь возвращают значения полей, однако они могут также использоваться для их установки. В результате мы можем постулировать наличие в нашем типе следующих свойств, хотя мы еще даже не умеем объявлять свойства: public public

string Course int Weight

3.2 Поля и свойства public public public public

81

string Lecturer DateTime Date string Venue s t a t i c int Total

Доступность. Заметьте, что для обоих методов, а также для всех свойств мы использовали модификатор public. Этот модификатор обеспечивает видимость определяемых элементов вне типа. Если не указать public при объявлении поля, оно будет рассматриваться как private для данного типа, т. е. закрытое для внешнего мира. Данные, объявленные в структуре (course, weight и т. д.) не имеют модификатора public и, следовательно, будут по умолчанию закрыты. Обычно так и поступают: данные объявляют закрытыми (private), а методы и свойства — открытыми (public).

План объявления типа Все элементы типа могут быть объявлены в любом порядке, однако по этому поводу имеются некоторые соглашения. Обычно мы сначала описываем данные, затем конструкторы, далее методы и операторы. Поэтому общий план структуры выглядит так, как это показано в приведенной ниже форме. Форма для определения класса будет такой же, только ключевое слово struct следует заменить на class. Определение структуры модификаторы struct идентификатор_класса { объявления_полей конструкторы объявления_свойств объявления_методов объявления_ опера торов другие_объявления

Элементы типа могут следовать в любом порядке, хотя обычно следуют плану, приведенному в этой форме. Другие объявления включают события и индексаторы, о которых речь будет идти позже.

3.2 Поля и свойства Важнейшей частью любого типа являются его данные, которые представляются в виде объявленных для них полей. Как было видно из общего обсуждения типов в гл. 2, поля могут содержать переменные (чаще всего) или константы (довольно редко). Отличием языка С# от большинства других языков является наличие понятия свойства. Свойство отражает

82

Глава 3. Внутри объектов

ту или иную черту (аспект) класса. Часто, хотя не всегда, это просто значение поля с почти идентичным именем. Если бы мы сделали поле доступным для всех остальных объектов, тогда они могли бы читать это поле и записывать в него. Введя в класс свойство, мы защищаем поле, контролируя доступ к нему извне. Такая методика носит название инкапсуляции. Синтаксис определения свойств приведен ниже в виде формы. Определение свойства public

ТИП идентификатор_свойства {

get

{предложения,

включающие

return

имя; }

set

{предложения,

включающие присваивание для члена

имя;}

Тело метода get определяет, что происходит, когда используется идентификатор свойства, например, с правой стороны операции присваивания или в качестве аргумента метода. Тело метода set определяет, что происходит, когда используется идентификатор свойства, например, с левой стороны операции присваивания. В определении свойства должен присутствовать хотя бы один из методов (или оба).

Ключевые слова get и set показывают, что для этого поля возможна операция присваивания. После того, как свойство объявлено, его можно использовать вместо поля, которое оно защищает. Мы видели уже много примеров таких действий в гл. 2 применительно к встроенным типам. Теперь рассмотрим пример в предположении, что мы уже определили тип Exam. Свойство для изменения поля venue будет определено таким образом: public get set

s t r i n g Venue {//Место проведения экзамена { return venue; }//Получить место проведения экзамена { venue = value; }//Установить место проведения экзамена

} •

Слово value [значение] имеет в этом контексте вполне определенный смысл. Оно соответствует значению выражения с правой стороны операции присваивания для свойства Venue. Примеры использования этого свойства: //Распечатаем место проведения экзамена по компьютерам Console.WriteLine("The exam i s in " + COSExam.Venue); //Теперь изменим место проведения экзамена venue COSExam.Venue - "HSB3.10";

Если мы определяем свойство без компонента set, то изменения соответствующей этому свойству переменной запрещаются. Пусть, например, мы желаем предотвратить изменение названия экзамена. Тогда мы определим соответствующее свойство таким образом: public string Course { get {return course;}//Получить название курса

3.2 Поля и свойства

83

Теперь воспользуемся всеми полученными нами знаниями относительно данных и функций для создания нового типа. Пример 3.1. Тип StarLord

Важнейшим этапом составления компьютерной игры является определение персонажей, которые будут бороться друг с другом за верховную власть. Предположим, что мы пишем программу для такой игры. Мы начнем с определения типа ее персонажей. Назовем этот тип StarLord [Повелитель звезд] и представим его в виде такой структуры С#: Файл Star Lords, cs using System; ///<summary> ///Персонажи StarLord // /

Bishop & Horspool May 2002

til

///Персонажам свойственны определенные характеристики ///и возможность бороться с другими Повелителями звезд /// public struct StarLord { string name; //Имя int strength, //Сила int points; //Баллы static Random r = new Random();//Случайное число public StarLord(string n, int s) { name = n; strength = s; points = s; } public string Name { get {return name;} } public int Points { get {return points;} set {points = value;} } public int Strength { get {return strength;} } public void Attack(StarLord opponent) { int damage - r.Next(strength/3+points/2);//Повреждение opponent.Points -= damage;//Уменьшение баллов оппонента } public override string ToStringO { return name + " at " + points;

Мы уже достаточно изучили типы, чтобы понимать, что можно объявить два объекта StarLord следующим образом:

84

Глава 3. Внутри объектов

StarLord

lordl,

Iord2;

после чего инициализировать их предложениями: lordl Iord2

= new S t a r L o r d ( " D a r t h " , 1 4 ) ; = new S t a r L o r d ( " B i l b o " , 1 0 ) ;

Заметьте, что поле points инициализируется конструктором, хотя для этого поля в конструкторе нет отдельного параметра. Два объекта могут затем взаимодействовать посредством определенного в StarLord метода Attack: lordl.Attack(Iord2);

В методе Attack выполняются следующие предложения: int damage = r.Next (strength/3+points/2); opponent.Points -= damage;

Степень повреждения вычисляется исходя из текущей силы персонажа и его текущего числа баллов. Полученная величина затем вычитается из числа баллов оппонента. В нашем примере объектом является lordl (с именем Darth), а оппонентом, указанным в качестве параметра метода Attack — Iord2 (с именем Bilbo). В классе StarLord предусмотрены три свойства: Name, Points и Strength. Свойства защищают переменные, так что name и strength можно только прочитать (get), однако points можно как читать, так и изменять (get и set).

Статические свойства и свойства экземпляра Мы уже видели в описаниях API в разделе 2.6, что некоторые свойства объявляются, как статические (static). Это означает, что они приложимы ко всем объектам данного типа. В типе Exam поле totalNoOfExams объявлено статическим и, скорее всего, будет иметь соответствующее ему статическое свойство. Другой пример: предположим, что мы хотим вести учет количества Повелителей звезд во вселенной. Тогда мы добавим к типу StarLord следующую переменную вместе с соответствующим ей свойством: static public get

int count = 0; static int Count { {return count;}

}

которое будет вызываться так:

Внутри объектов

85

Console.WriteLine("There are "+StarLord.Count+" StarLords now"); Разумеется, и конструктор следует изменить так, чтобы при создании каждого нового Повелителя звезд выполнялся инкремент переменной count. Пример 3.2. Тип Time Хотя мы в гл. 2 интенсивно использовали тип DateTime, нетрудно предугадать, что в ряде случаев более удобным может оказаться облегченный вариант этого типа, например, для работы только со временем (без даты). Получив представление о конструкторах и свойствах и проработав пример StarLord, мы вполне способны определить такой тип. Этот пример показывает, что могут существовать различные модели, приводящие к нескольким типам с различными способами обращения к данным. Прежде всего, определим данные: int

hour,

min;//4ac,

минута

По умолчанию эти поля закрыты (pivate). Чтобы открыть к ним доступ, их следовало объявить таким образом: public

int

hour, min;

Однако это разрешит неконтролируемый и, возможно, противоречивый доступ к переменным hour и min. Альтернативой будет объявление объекта постоянным, чтобы после создания объекта его нельзя было изменить. Результатом изменений будут новые объекты. Это приводит к такому конструктору: public Time (int h, i n t m) { hour = h; min = m; и двум свойствам: public Hour { get {return hour; } public Min { get {return min;}

которые допускают доступ к соответствующим полям только для чтения. В чем еще нуждается тип? Ему нужна описывающая его структура и почти всегда метод ToString. В результате мы имеем такой полный вариант простого типа для времени:

86

Глава 3. Внутри объектов

Файл Times.cs struct Time { ///<summary> ///Простой класс Time // / ///Сохраняет часы и минуты ///Не проверяет задаваемое время ///Объекты, будучи созданы, не могут быть /// int hour, min //Час, минута public Time (int h, int m) { hour = h; min = m; } public int Hour { get {return hour;} } public int Min { get {return min;) } public override string ToStringO { return hour + ":" + min;

изменены

Пусть мы хотим создать время, изменить час на 12 и вывести оба времени. Нельзя написать: Time a = new Time (someHour, Console.WriteLine(a); a.Hour = 12; Console.WriteLine(a);

someMin);

потому что Hour — это свойство без компонента set. Вместо этого напишем так: Time a = new Time (someHour, someMin); Console.WriteLine(a); a = new Time(12, a.Min); Console.WriteLine(a);

или даже еще лучше так: Time a = new Time(someHour, someMin); Console.WriteLine (a); Time b = new Time (12, a.Min); Console.WriteLine(b);

где а и b теперь существуют независимо и могут изменяться как угодно.

3.3 Числовые типы

87

3.3 Числовые типы Из семейства языков С язык С# унаследовал 11 числовых типов. Их можно сгруппировать следующим образом: • целые со знаком (sbyte, short, int, long), • целые без знака (byte, ushort, uint, ulong), • действительные с плавающей точкой (float, double), • действительные с фиксированной точкой (decimal). Из всех этих типов в каждодневном программировании чаще других используются int и double, наиболее удобные представители целых и действительных чисел. Числовые типы имеют некоторые общие характеристики: 1. Каждая из четырех групп допускает различные способы представления чисел в компьютере, в смысле расположения битов. Расположение битов влияет на значения, которые мы можем или, наоборот, не можем использовать, и на ошибки, возникающие из-за недостаточной точности представления числа. 2. Каждый тип характеризуется размером и использует для хранения числа определенное количество битов от 8 до 96. Размер влияет также на диапазон хранимых чисел. 3. Каждый тип прямо соответствует структурному типу в пространстве имен System; следствия этого обсуждаются в гл. 8. 4. Значения одного типа обычно могут быть преобразованы в другой, если только второй тип может содержать в себе все значения первого. Так, короткое (short) значение может сохраняться в длинной (long) переменной, но не наоборот, если только не использовать явно указанное преобразование; в последнем случае возможны ошибки. См. ниже о преобразованиях. В табл. 3.2 приведены характеристики пяти типов с примерами. В таблице содержится значительный объем информации. Рассмотрим ее более подробно.

Целочисленные типы Мы обсудим здесь три целочисленных типа — byte, int и long. Тип byte описывает числа без знака, а типы int и long — со знаком. Число типа byte сохраняется в 8 битах и не имеет знака (т. е. все его Q возможные значения считаются положительными), давая 2 = 2 5 6 комбинаций нулей и единиц. Поскольку одна из этих комбинаций характеризует 0, максимальное значение равно 255. Значения типа byte используются в тех случаях, когда мы пишем системную программу, манипулирующую с числами в компьютере на уровне отдельных байтов.

88

Глава 3. Внутри объектов

Таблица 3.2. Характеристики некоторых числовых типов

Тип

Число битов

Диапазон значений

Приблизительное число десятичных разрядов

byte

8

0 ... 255

3

int

32

-2147483648 ... 2147483647

10

long

64

±9 х 10'

double

64

±5 х Ю

decimal

96

8

324

18 ... ±1.7 х 10™ 26

±1.0 х 10' ... ±7.9 х Ю

26

15 ... 16 28

Примеры 128 255 10654 -18765

10000000 -1234567890 -16.56 8Е-06 49.99М -9999.9999М

В большинстве программ, работающих с целыми числами, используется тип int. Этот тип позволяет задать в целом числе до 10 десятичных разрядов, что довольно много. Из-за того, что числа могут иметь как положительные, так и отрицательные значения, максимальное абсолютное О

31

значение числа составляет I , что как раз и соответствует значениям, приведенным в табл. 3.2. Количество положительных значений на 1 меньше количества отрицательных, так как одна из комбинаций битов отводится под 0. Если сравнить тип int с типом sbyte (signed byte, байт со знаком), то мы увидим, в типе sbyte используется та же система представления. Его 8 бит дают 256 различных комбинаций, и они используются для представления чисел в диапазоне от —128 до 127 плюс еще 0. Тип long находится в той же группе целых чисел со знаком, что и int, но в таблице для наглядности диапазон этих чисел указан приблизительно в виде степени десяти. Наличие в числе 64 битов дает 2 различных значений (помните, что половина этих чисел отрицательна, а другая половина — положительна, включая 0), а это приблизительно составляет 10 1 8 .

Типы с плавающей точкой Мы включили в нашу таблицу тип long, потому что поучительно его сравнение с типом double. Оба эти типа содержат одно и то же число битов, однако дают сильно различающиеся диапазоны значений и число десятичных разрядов. Так происходит потому, что числа типа double представляются в памяти совершенно не так, как long. Их представление состоит из двух компонентов со знаком, мантиссы и показателя степени (порядка). Мантиссой называется число, начинающееся с цифры, за которой идет десятичная точка, а за ней — оставшаяся часть числа. Показатель степени указывает, где в действительности среди представленных цифр числа должна стоять десятичная точка. Такое представление носит название представления с плавающей точкой. Хотя в компьютере все числа записываются

3.3

Числовые типы

89

в двоичной форме, формат с плавающей точкой в огромной степени расширяет возможный диапазон представляемых чисел. Это можно увидеть из табл. 3.3, где приведено несколько примеров таких чисел с указанием их десятичного представления. Т а б л и ц а 3 . 3 . Примеры чисел с плавающей точкой Число (а) 5.0 (b) 0.005 (с) -0.005 (d) 5000.0 (е) 500300.0 (f) 50030000000000000000.0 (g) 0.00000000000000000005 (h) 5003000000000.0000077 (i) 5.0E60 (i) 5.0E-60

Мантисса 0.5 0.5 -0.5 0.5 0.5003 0.5003 0.5 0.5003 0.5 0.5

Порядок 1 _о -2 4 6 20 -19 13 61 -59

Пример (а) совсем простой, однако заметьте, что если вы хотите записать число типа double, оно должно содержать десятичную точку; числа без десятичной точки рассматриваются, как целые. Примеры (b)-(g) таблицы иллюстрируют преимущества представления с плавающей точкой: нули в начале или в конце числа не записываются в мантиссу, а учитываются в значении порядка. В результате в мантиссе оказывается больше места для значащих цифр, независимо от того, каков порядок всего числа. Это проиллюстрировано в примере (f), где показано число с 20 десятичными цифрами. В табл. 3.2 указано, что числа double могут содержать лишь 15-16 разрядов, но это относится только к значащим цифрам. Такое же число, как в примере (f), представлено в примере (е), но с другим значением порядка. В примере (g) единственная значащая цифра 5 не смогла бы попасть в 16-разрядное число, но в формате с плавающей точкой она прекрасно помещается. Тем не менее, и плавающая точка не всесильна, и иногда число теряет в точности. В примере (h) все 20 разрядов числа являются значащими, однако реально в памяти могут быть представлены лишь 15 или 16 разрядов. Последние несколько разрядов пропадают, и все число попадет к пользователю с погрешностью по отношению к тому числу, которое было реально введено. Примеры (i) и (j) демонстрируют формат Е (сокращение от слова exponent, показатель степени), с помощью которого мы можем записать число с указанием его порядка. Этот формат удобен в тех случаях, когда справа или слева от десятичной точки имеется много нолей. Например, число из примера (f) можно записать в программе, как 5.003Е20. Его же можно записать и иначе, например, 50.03Е19, если такая запись для пользователя более наглядна. В конце главы читатель найдет несколько контрольных вопросов по поводу формата с плавающей точкой.

90

Глава 3. Внутри объектов

Типы с фиксированной точкой Последний тип, показанный в табл. 3.2, decimal, интересен в том отношении, что, как и типы с плавающей точкой, он представляет действительные числа, но, в отличие от них, позволяет делать это абсолютно точно, без погрешности. В этом типе всегда 28 десятичных разрядов. Однако диапазон возможных значений значительно уже. Числа типа decimal должны записываться в программах с завершающей буквой «М». Такие числа используются в основном в финансовых вычислениях. Например, можно написать decimal taxRate = 12.50М;//Ставка налога

Некоторые другие типы также требуют указания при числе различных букв, чтобы отличить их от более распространенных типов. Например, при записи числа, которое должно иметь тип float (а не double), необходимо использовать букву F вместо Е, например, 3.145F0. С другой стороны, буква L, обозначающая тип long, не является обязательной.

3.4 Выражения Мы подошли к одному из наиболее существенных разделов программирования: как записывать выражения. Выражения уже упоминались вскользь в конце раздела 2.4. Здесь мы рассмотрим этот вопрос более подробно. Выражения являются представлением на компьютерном языке математических формул, однако между ними имеются несколько различий. Правила, касающиеся того, какие типы переменных можно комбинировать, и какие при этом получаются результаты, сильнее связаны с фактическим представлением данных в компьютере, чем с математикой, и эти правила необходимо понимать и помнить. Далее, в дополнение к числовым выражениям, имеются и другие их виды, например, выражения отношения, строковые и битовые. Наконец, имеются предложения выражений, к которым, в частности, принадлежит операция присваивания.

Числовые операторы Операторы используются для построения выражений, в которых участвуют числа, поля и функции. С# предоставляет как операторы, соответствующие обычным арифметическим обозначениям, так и некоторые новые. К первой группе относятся операторы -\— * и /. Оператор * используется для обозначения умножения. Поскольку выражения всегда пишутся на одной строке, оператор / используется для обозначения деления. Часто для обеспечения правильного порядка выполнения действий в выражении используются скобки. Примеры выражений: c o s t * exchangeRate temp * 9.0 / 5 - 32 (b * b - 4 * а * с)

/

(2

* a)

3.4 Выражения

Для каждого из типов данных можно использовать каждый из перечисленных выше операторов. Что произойдет, если мы смешаем в одном выражении данные разного типа? Простой ответ заключается в том, что результат повышается до типа с большим диапазоном значений. Для типов int, long и double правила повышения сведены в следующую таблицу: Повышение типа (сокращено) Если один из операндов имеет тип double, результат будет типа double, в противном случае, если один из операндов имеет тип long, результат будет типа long, в противном случае результат будет типа int.

Для операций над типом byte результат всегда преобразуется в int. Для данных типа decimal результат будет иметь тип decimal, за исключением того, что числа с плавающей точкой не могут смешиваться с числами типа decimal без преобразования (преобразование будет описано ниже/. Важный сопутствующий результат этих правил заключается в том, что деление целых чисел дает целый результат. Поэтому, например, получается: 7 / 3 3 / 4

= 2 = 0

Таким образом, если мы включим в программу дробь, равную одной второй, в виде 1/2, фактически будет использовано значение 0. Наконец, оператор % вычисляет остаток от деления (операция деления по модулю). Предположим, что нам надо преобразов'ать число минут в часы и минуты. Это можно сделать таким образом: int totalMins, hours, mins;//Полное число минут, часы, минуты totalMins = int.Parse(Console.ReadLine());//Введем полное число //минут hours = totalMins / 60;//Целочисленное деление mins = totalMins % 60;//Получим остаток Console.WriteLine(totalMins + " minutes = " + hours + " hours, " + mins

+ " minutes");

Введя значение 429, м ы получим: 429 minutes

= 7 hours,

9 minutes

а введя значение -429, получим 1

Полный перечень этих правил приведен в спецификации ЕСМА С# Language Specification, разд. 14.2.6.

92

Глава 3. Внутри объектов

-429 minutes = -7 hours, -9 minutes Заметьте, что 7x60+9 = 429, а -7x60-9 = -429. В общем виде, если х и у — два числа, тогда операции деления и получения остатка удовлетворяют условию: (х/у) ху +

(х%у) =

х

Завершая обсуждение оператора %, заметим, что 7% -2 дает 1, а -7%-2 дает - 1 . Другими словами, остаток всегда имеет знак левого операнда. Обратите внимание на то, что оператор % можно использовать со всеми числовыми типами, не только с целыми. Пример 3.3. Автобус-челнок Автобус-челнок, перевозящий пассажиров между городом и аэропортом, покидает аэропорт каждые полчаса. Указав время в часах и минутах, мы хотели бы узнать время отправления следующего автобуса. Наша привычка оперировать с часами и минутами настолько развита, что эту задачу ничего не стоит решить в уме, однако для компьютера она потребует некоторого объема вычислений. Задача разбивается на две части: представление времени и выполнение вычислений для следующего автобуса. Поскольку в примере 3.2 мы уже разработали простой тип для описания времени, начнем с него. Мы можем создать объект типа времени: Time

now

= new

Time (h,

m) ;

где h и m вводятся с клавиатуры и соответствуют свойствам now.Hour и now.Min. Вычисления оказываются довольно запутанными: int nextBusInMins = (now.TimeInMins+30)/30*30;

Здесь требуются некоторые объяснения. Если N — целое число, то N/30 дает целочисленный результат деления на 30. Тогда N/30*30 дает другое целое число, кратное 30, но, вероятно, меньшее, чем N, поскольку при делении обычно выполняется округление в меньшую сторону. Выражение будет равно N только когда N кратно 30. Выражение (N+30)/30*30 даст следующее число, кратное 30. Теперь рассмотрим пример с единицами времени. Пусть время равно 9:45. Мы можем получить от объекта это время, выраженное в минутах (для выполнения этой операции к типу Time было добавлено новое свойство), т. е. 9x60+45 = 585. Добавление к числу минут числа 30 даст 615. Целочисленное деление на 30 даст 20. Умножение этого результата на 30 даст 600 минут, или 10 часов, т. е. время 10:00. Из этого времени мы конструируем новый объект с помощью второго конструктора:

3.4

Выражения

93

public Time(int t) { hour = t / 60; min = t % 60;

Тогда следующим предложением программы будет: Time nextBus = new Time(nextBusInMins); Мы можем внести в программу усовершенствование, позволяющее обобщить ее на любой интервал движения автобуса, не только 30 минут. Предположим, что летом автобусы отправляются с интервалами 20 минут. Нам не хотелось бы просматривать весь текст программы и отыскивать места, в которых встречается число 30. Вместо этого мы заменяем константу 30 на имя поля, объявляя это поле константой. В приводимом ниже примере эта константа имеет имя interval. Имея два объекта времени, мы можем вывести на экран требуемую информацию. Текст программы приведен ниже. Файл Shuttle.cs using System; class ShuttleBus { ///<summary> ///Программа Shuttle Bus Bishop & Horspool Aug 2002 /// == ========== ///Вычисляет время подхода следующего автобуса в начале или ///середине часа ///Демонстрирует определение структур, а также использование ///свойств и арифметических операторов, включая деление по ///модулю /// const int interval = 30; void Go() { Console.WriteLine("What is the time? " ) ; Console.Write("Hour: " ) ; int hours = int.Parse(Console.ReadLineО);//Введем часы Console.Write("Min: " ); int mins » int.Parse(Console.ReadLine());//Введем минуты Time now = new Time(hours,mins) ; int nextBusInMins = (now.TimelnMins + interval) /interval*interval; Time nextBus = new Time(nextBusInMins); Console.WriteLine("Time is " + now + " and the next bus is at " + nextBus) ; } static void Main() { new ShuttleBus () .Go () ;

94

Глава 3. Внутри объектов

struct Time { ///<summary> ///Простой класс Time III

///Сохраняет часы и минуты; не проверяет введенное время ///Объекты, будучи созданы, не могут быть изменены /// int hour, min;//4acbi, минуты public Time (int h, int m) { hour = h; min • m; } public Time(int t) { hour = t / 60; min = t % 60; } public int Hour { get {return hour;} } public int Min { get {return min;} } public int TimelnMins { get {return hour * 60 + min;} } public override string ToStringO { return hour + ":" + min;

Чтобы проверить программу, мы вводим, например, 9:14. Вывод программы будет таким: What i s t h e time? Hour: 9 Min: 14 Time i s 9:14 and t h e

next bus

is

at

9:30

Для исчерпывающего тестирования программы мы должны вводить разные значения времени, и среди них те, которые приведут к пересечению характерных временных границ. Набор тестовых данных может иметь следующий состав: 9 9 9 9 9 10 23

14 29 30 45 59 00 35

3.4 Выражения

95

Что случится в последнем случае? Если мы прочитаем описание типа Time, мы увидим, что в нем фактически не выполняется никаких проверок значений, поэтому в этом случае мы получим результат 24:00.

Выражения отношения Следующей полезной операцией над числами является их сравнение. С этой целью большинство языков предоставляют целый набор операторов сравнения, именно, = = != < > <= >=

равно не равно меньше чем больше чем меньше чем или равно больше чем или равно

Результатом такого сравнения двух значения будет значение типа bool, причем это значение может быть либо true [истина], либо false [ложь]. Подробное обсуждение типа bool, имеющего собственный набор операторов, проводится в гл. 4. Здесь мы только отметим, что с помощью перечисленных выше операций можно сравнивать числовые значения. Такого рода сравнения будут использованы ниже для управления циклами. Для каждого из числовых типов существует каждый из перечисленных операторов. Если в одном предложении сравнения смешиваются разные числовые типы, тогда используется оператор более «высокого» типа: Типы результата сравнения Если один из операндов имеет тип double, выполняется сравнение типов double, в противном случае, если один из операндов имеет тип long, выполняется сравнение типов long, в противном случае выполняется сравнение типов int.

Учитывая, что типы с плавающей точкой могут представлять данные неточно, лучше избегать сравнения чисел этих типов на равенство. Обычно оказывается достаточным применить сравнение на неравенство. Примеры условных выражений: i < 10 t.Year == 2003 DateTime.Now != first x >= у Для числовых типов предусмотрены два специальных оператора, ++ и — . Их можно использовать для прибавления или вычитания единицы из переменной, участвующей в выражении. Очень часто, однако, они исполь-

96

Глава 3. Внутри объектов

зуются не внутри выражений, а в качестве самостоятельных предложений, например, так:

mass--;

Результат таких записей заключается в том, что единица вычитается из значения переменной (или прибавляется к нему). Приведенные выше предложения эквивалентны следующим: i = i+1; mass = mass-1; Фактически имеются две формы операторов ++ и — . Можно написать как х++ (постфиксная форма), так и ++х (префиксная форма), и то же самое для оператора — . Если эти операторы используются в качестве самостоятельных предложений, нет никакой разницы между префиксной и постфиксной формой этих операторов. (В программах этой книги операторы инкремента и декремента всегда используются в виде самостоятельных предложений.) Ниже мы увидим примеры использования этих операторов в циклах.

Операторы присваивания Наряду с простым оператором присваивания =, имеется возможность комбинирования этого оператора с каждым из других арифметических операторов с образованием составных операторов присваивания. Для чисел это будут следующие операторы: +=

Во всех случаях смысл такой записи будет в выполнении указанной арифметической операции над числами, стоящими в правой и левой частях выражения и в присваивании результата этой операции левому операнду выражения. Таким образом, в предложениях i += 2; mass -= 5;

выполняется прибавление 2 к i и вычитание 5 из mass, соответственно. Эти операторы являются просто сокращенными записями, но они экономят время на ввод программы и весьма популярны среди программистов на С#.

3.4 Выражения

97

Другим расширением присваивания является множественное присваивание. Допустимо написать в одной строке September = a p r i l

= June = november = 30;

Оператор присваивания, как будет объяснено ниже, является правоассоциативным, поэтому указанные в примере операции присваивания будут выполняться справа налево.

Приоритет и ассоциативность Наконец, мы должны рассмотреть понятие приоритета (старшинства) применительно к рассмотренным операторам. Приоритет определяет, в каком порядке выполняются операторы. В обычных математических выражениях умножение всегда выполняется перед вычитанием, в каком бы порядке эти действия не были указаны в выражении, поэтому 10-3*2 дает в результате 4, а не 14. К счастью, в С# операторы действуют точно таким же образом. В табл. 3.4 перечислены операторы формально принятых в С# групп. Первая группа имеет наивысший приоритет; далее приоритет снижается. Т а б л и ц а 3 . 4 . Приоритет операторов и ассоциативность Группа

Операторы 1 х.у

f(x)

Ассоциативность

Первичные

(х)

++ —

new

Справа налево

Унарный

-

Мультипликативные

*

Аддитивные

+ -

Слева направо

Отношения

< > < = > =

Слева направо

Равенства

==

Слева направо

Присваивания

= *=

Справа налево /

%

Слева направо

!• /=

%= += - =

Справа налево

Здесь х обозначает переменную или выражение; у обозначает поле или функцию; f обозначает функцию.

Ассоциативность определяет порядок выполнения операций по отношению к операторам одной группы. Все бинарные операторы левоассоциативные (за исключением присваивания). Унарные операторы, например, точка или new, правоассоциативные. Поэтому выражения, включающие несколько операторов плюс, выполняются слева направо (левоассоциативный оператор). То же относится и к оператору минус, что соответствует нашим привычкам. Например, 1 0 - 4 - 1 + 3 4—2047

98

Глава 3. Внутри объектов

даст 8. Мы и не ожидаем, что это выражение будет вычисляться, как 10

-

(4

-

(1

+ 3)

что даст 10. На практике арифметические операторы на вызывают особых затруднений, однако следует проявлять осторожность, когда эти операторы взаимодействуют с группами первичных операторов или операторов отношения. В табл. 3.5 приведены некоторые примеры, которые помогут яснее представить себе рассмотренные понятия. Таблица 3.5. Примеры действия приоритетов Вычисляется, как

Выражение 1 + 2 / 3 + 4

1

х+у > p+q

(х

today.Hour

+ (2 + у)

/ 3) >

(р + q)

(today.Hour)

+ 10

+ 4

+ 10

Преобразования Мы уже несколько раз упоминали преобразования типов. Понять принцип преобразований в С# очень легко. Значение может быть неявным образом повышено к следующему старшему типу. Такое неявное преобразование выполняется при смешивании в выражении различных значений. Правила преобразования были перечислены в разделе 3.4. Желая выполнить обратное преобразование, старшего типа в младший, мы должны использовать явное преобразование. Правила для него таковы: Явное преобразование (идентификатор_ типа) checked

выражение

({идентификатор типа)

выражение)

Выражение вычисляется и преобразуется в указанный тип, возможно, с потерей информации. Действительные числа при преобразовании в целые значения округляются вниз (в сторону ноля). Если тип не может содержать результирующее значение и включена проверка (модификатор checked), возникает ошибка, называемая OverflowException [исключение переполнения]. Помещение модификатора checked перед преобразованием приводит к возникновению исключения даже если режим проверки выключен в компиляторе.

Поэтому если в программе описаны следующие переменные: i n t i = 6; double x e 3.14; double у - 5.003000000008Е+15; double z;

3.5 Простые циклы

99

то приведенные ниже операции присваивания приведут к результатам, описанным в комментариях: z i i i i

= = = = =

i;//Всегда правильно — значение равно б. О х;//Ошибка компиляции — требуется явное преобразование у;//Ошибка компиляции — требуется явное преобразование (int) х;//Правильно — значение равно 3 (int) у;//Ошибка выполнения, если включен режим проверки //(checked), неопределенное значение в противном //случае

Значение i в последнем случае при выключенной проверке будет равно —1244672188, что не имеет никакого отношения к значению у, за исключением того, что некоторые биты величины у будут рассматриваться, как целое число. Такого же рода результат получится, например, при смешивании целых и байтов, или любых двух числовых типов, требующих указания явного преобразования . Очевидно, что проверка преобразований числовых типов является важной операцией, и вам следует убедиться, что режим проверки включен в той среде, в которой вы работаете. Альтернативой этому является явное указание модификатора checked, как это показано в приведенной выше форме. Операция явного преобразования и модификатор checked используют круглые скобки вокруг выражения, к которому они применяются и, как было показано в табл. 3.4, рассматриваются как первичные операторы.

3.5 Простые циклы Выражения составляют основную часть любой программы, однако они становятся особенно полезны, если повторяются многократно. Именно в этом случае особенно ярко проявляется истинное могущество такой машины, как компьютер. Люди не любят выполнять нудные повторяющиеся операции, компьютер справляется с ними гораздо лучше. Поэтому мы приступаем к рассмотрению очень простой структуры, выполняющей циклическую работу. Простой цикл управляется переменной-счетчиком, начальное значение которой показывает, сколько раз нам надо выполнить заданную операцию. Есть и более сложные циклы; мы рассмотрим их в следующей главе. Ключевом словом, позволяющим организовать циклическое выполнение, является слово for, поэтому такие циклы известны под названием «циклы for». Ниже приводится форма для таких циклов.

Полный перечень этих правил приведен в спецификации ЕСМАС# Language Specification, разд. 14.2.6.

100

Глава 3. Внутри объектов

Цикл for (простой)

for

(int счетчик = начало; счетчик <= предел; тело цикла

счетчик ++) {

Переменная счетчик пробегает значения от начало до предел, а предложения, формирующие тело цикла, повторяются предел-начало+'\ раз. Выражение счетчик++ может быть заменено любым другим выражением, которое изменяет значение переменной счетчик, например, счетчик+=2 или счетчик—.

Например, цикл for

( i n t 1 = 1 ; i<=10;

i++){...}

будет повторяться 10 раз, а переменная i будет последовательно принимать значения от 1 до 10. Для того чтобы вывести строку три раза, можно воспользоваться следующим циклом: for

(int i = l ; i<=3; Console.WriteLine("Hip

Hip Hooray"

Вывод этого фрагмента: Hip Hip Hooray Hip Hip Hooray Hip Hip Hooray

Первый класс программ, естественным образом использующих циклы — это программы вывода таблиц. Воспользуемся в качестве основы примером из гл. 2. Пример 3.4. Таблица значений времени начала совещания Нам хотелось бы представить в форме таблицы все возможные значения времени начала совещания в течение дня. Воспользовавшись примером 2.7, мы можем модифицировать его так, чтобы на экран выводилась таблица вроде следующей: London 08:00 AM 09:00 AM 10:00 AM 11:00 AM 12:00 PM 01:00 PM 02:00 PM 03:00 PM 04:00 PM 05:00 PM 06:00 PM

New York 03:00 AM 04:00 AM 05:00 AM 06:00 AM 07:00 AM 08:00 AM 09:00 AM 10:00 AM 11:00 AM 12:00 PM 01:00 PM

3.5 Простые циклы

101

Вспомним, что в исходной программе были два предложения для создания двух объектов после ввода значений, но до вывода результата. Предложения имели следующий вид: DateTime meeting = new DateTime(now.Year, now.Month, now.Day, s t a r t T i m e , 0, 0 ) ; DateTime offsetMeeting - meeting.AddHours(offset); При разнице во времени, равной —5, созданные объекты имели состав, показанный на рис. 3.1. Обратите внимание на то, что мы показали на рисунке поля объектов, эквивалентные свойствам, к которым у нас есть доступ, но не сами свойства. meeting

offsetMeeting

year = 2003 month = 10 day = 7 hour = 14 min = 0 sec = 0

year = 2003 month = 10 day = 7 hour = 9 min = 0 sec = 0

Рис. З . 1 . Объекты DateTime Для образования таблицы нам требуется несколько таких пар значений. Но нужно ли иметь несколько объектов? Ответ будет отрицательным. Мы можем объявить объекты вне цикла, а затем изменять их значения в каждом шаге цикла. Цикл for, соответствующий приведенной выше таблице, будет иметь следующий вид: for

(int hour=8; hour<=18; hour++)

Другими словами, часы будут изменяться от 8 до 18, что соответствует интервалу от 8am до 6pm в 12-часовом формате времени. Создание объекта времени начала совещания изменится: meeting

= new

DateTime(now.Year,

now.Month,

now.Day,

hour,

0,

0);

Легко сообразить, что значения полей объектов, изображенных на рис. 3.1, в каждом шаге цикла будут изменяться, получая новое значение для переменной hour. Данные для второго столбца таблицы извлекаются из объекта offsetMeeting

=

meeting.AddHours(offset);

который уже имеет информацию о текущем времени, в которой следует модифицировать лишь значение часов.

102

Глава 3. Внутри объектов Полный текст программы приведен ниже.

Файл TimeLoop.cs using System; class TimeLoop { ///<summary> ///Программа Time Looping / // ill"

Bishop & Horspool August 2002

•

///Предоставляет таблицу перевода времени в одном городе ///в значение времени в другом ///Демонстрирует простой цикл loop /// void Go () { string city;//Город int offset;//Разница во времени DateTime now = DateTime.UtcNow; //Введем характеристики второго города Console.WriteLine("Table of times in London and " ) ; Console.Write("City? " ) ; city = Console.ReadLine(); Console.Write ("Offset from London? ") ; offset = int.Parse(Console.ReadLine()); Console.WriteLine("London "+city); DateTime meeting, offsetMeeting;//Время в Лондоне, время в //другом городе for(int hour=8; hour<=18; hour++) { meeting = new DateTime (now.Year, now.Month, now.Day, hour, 0, 0 ) ; offset.Meeting = meeting.AddHours(offset); Console.WriteLine(meeting.ToShortTimesString()+" "+ offsetMeeting.ToShortTimeString()); static void Main() { new TimeLoop (). Go ()

Полный вывод программы: Table of times in London and City? New York [Город?] Offset from London? -5 London New York 08:00 AM 03:00 AM 04:00 AM 09:00 AM 05:00 AM 10:00 AM 06:00 AM 11:00 AM 07:00 AM 12:00 PM 08:00 AM 01:00 PM

3.5 Простые циклы 02:00 РМ

09:00 AM

03:00 04:00

10:00 AM 1 1 : 0 0 AM

РМ РМ

05:00 РМ

12:00 РМ

06:00

01:00 РМ

РМ

103

Пример 3.5. Главы книги Нас попросили найти полное количество страниц в книге из четырех глав, а также вывести ее оглавление. В качестве входных данных нам дадут названия глав и число страниц в каждой. Этот пример потребует от нас более серьезной проработки формы и использования цикла. Для того чтобы сконцентрировать свое внимание на организации цикла, мы не объявляем тип для глав, хотя это следовало бы сделать. Хотя на первый взгляд вывод содержания не имеет никакого отношения к вычислению времени начала совещания, все же воспользуемся примером 3.4 в качестве основы для нашего алгоритма. В обоих случаях организация цикла потребует наличия следующих секций: •

начальные установки;

•

цикл;

•

тело цикла — ввод, процесс, вывод, модификация;

•

завершающие действия.

Если мы хотим определить число страниц, мы должны начать с того, что инициализировать текущее число страниц числом 1. Следует также присвоить 1 номеру главы. Правило по умолчанию С#, назначающее нулевое значение, здесь не годится. Эти действия составят секцию начальных установок. Далее следует цикл по всем главам. Внутри цикла мы должны считывать название главы и число страниц в ней. Эти действия составят секцию ввода в теле цикла. В примере 3.4 в качестве ввода фактически выступало создание нового значения объекта времени. Очевидно, должна быть также секция вывода в теле цикла, потому что мы должны напечатать название главы и номер ее первой страницы. Начальная страница для данной главы у нас уже будет, но в конце каждого шага цикла мы должны вычислить начальную страницу следующей главы или номер последней страницы книги, если текущая глава оказывается последней. Наконец, нам надо вывести результаты этого процесса, т. е. объем всей книги. Вооруженные этой разработкой, мы можем теперь без труда написать всю программу по секциям. Помимо номера первой страницы, который мы знаем, мы должны предусмотреть номер текущей главы. Начальные установки: int int int int

chapNumber;//Номер главы pages;//Число страниц startingPage = 1;//Начальная страница LastChapter = 4;//Последняя глава

104

Глава 3. Внутри объектов

Цикл: for

(int

i - 1 ; i<=lastChapter; i++) {

Ввод: //Для chapNumber прочитать chapName (см. ниже) и pages Вывод: //Вывести название главы и номер ее первой страницы Модификация: startingPage

+= pages;

Завершающие действия: Console.WriteLine(Total

pages = " + (startingPage-1);

Мы здесь опускаем детали объявлений и структуру класса и методов, чтобы сконцентрировать внимание на логике всего процесса. Мы также сократили предложения ввода и вывода до комментариев, потому что они могут на практике оказаться весьма запутанными, а здесь нам надо только осознать суть этих секций. Будет ли такая программа работать правильно? Попробуем протестировать ее с некоторыми предварительными данными: Introduction Basics Advanced Concepts Conclusion

18 30 43 5

Для тестирования программы мы выписываем все переменные, с которыми мы имеем дело, и последовательно модифицируем их, моделируя выполнение программы, как если бы мы были компьютером. Переменные: startingPage chapNumber

1 19 49 92 97 I

Вывод: Chapter I Introduction Chapter 1 Basics Chapter 1 Advanced Concepts Chapter 1 Conclusion Total pages is 96

1 19 49 92

3.5 Простые циклы

105

Очевидно, что программа работает неверно. В выводе каждой главе присваивается номер 1. Где же ошибка? М ы установили значение chapNumber в секции начальных установок, полагая, что эта переменная будет модифицироваться после обработки каждой главы, как и переменная startingPage. Однако соответствующее предложение отсутствует в секции модификации. Легко сообразить, что номер главы у нас совпадает со значением переменной цикла. Таким образом, м ы можем исключить переменную i, использованную нами в качестве счетчика цикла, и воспользоваться вместо нее переменной chapNumber: for

(chapNumber = 1; chapNumber <=lastChapter; chapNumber + + ) {

внеся соответствующие изменения в другие места программы. Если после этого протестировать программу, все будет правильно, а программа выдаст результат, показанный ниже. Теперь м ы готовы к рассмотрению полного текста программы. Файл BookChapters.cs using System; class BookChapters { ///<summary> ///Программа Book Chapters

Bishop

& Horspool May 2002

///Формирует оглавление книги и ///определяет полное число страниц ///Демонстрирует использование циклов /// void Go () { string chapName;//Название главы int pages;//Число страниц в ней int startingPage = 1;//Начальная страница int LastChapter = 4;//Номер последней главы for (int chapNumber = 1; chapNumber <=lastChapter; chapNumber + + ) { Console.Write("Chapter "+chapNumber+" name: " ) ; chapName=Console.ReadLine() ; Console.WriteLine("Chapter "+chapNumber+" pages: " ) ; pages = int.Parse(Console.ReadLine()) Console.WriteLine("\t\t\tChapter "+ chapNumber+"\t"+chapName+"\t"+startingPage); startingPage +=pages; } Console.WriteLine("Total pages = "+startingPage-l); } static void Main() { new BookChapters () .Go ();

Глава 3. Внутри объектов

106

Типичный прогон программы с приведенными ранее данными Introduction Basics Advanced Concepts Conclusion

18 30 43 5

даст следующий результат: Chapter 1 name: Introduction Chapter 1 pages: 18 Chapter Chapter 2 name: Basics Chapter 2 pages 30 Chapter Chapter 3 name: Advanced Concepts Chapter 3 pages: 4 3 Chapter Chapter 4 name: Conclusion Chapter 4 pages: 5 Chapter Total pages = 96

1 Introduction 1 2 Basics 19 3 Advanced Concepts 49 4 Conclusion 92

Мы предусмотрели в программе, чтобы ее вывод был сдвинут вправо и отделен тем самым от вводимых данных. Для этого использовались символы табуляции. В следующем разделе мы увидим, как можно более изящно выровнять вывод. Позже, в гл. 4 мы рассмотрим вопрос о вводе данных не с клавиатуры, а из файла, что сделает вывод программы еще более аккуратным. Существуют множество вариантов организации циклов, как и много приемов, позволяющих составлять эффективные программы с повторениями. Мы вернемся к этому вопросу в следующем разделе, хотя детальное рассмотрение циклов мы отложим до гл. 4. Обратимся теперь к форматированию вывода чисел и строк.

3.6 Форматирование вывода Хотя организовать цикл в программе предыдущего раздела было достаточно просто, с выводом ее результатов определенно возникают проблемы. Нам хотелось бы, чтобы выводимые числа аккуратно выравнивались. Может также возникнуть необходимость вывода значения типа double, и тогда нам нужно средство контроля числа выводимых разрядов после десятичной точки. К счастью, С# предоставляет простой и мощный способ управления форматом вывода. Вместо того, чтобы сцеплять все элементы, выводимые в одну строку экрана, в единую символьную строку, мы можем использовать их, как отдельные элементы, но в начало вызова WriteLine вклю-

3.6 Форматирование вывода

107

чить форматирующую строку. Форматирующая строка содержит всю информацию о выводимых элементах текста и плюс к этому шаблон для каждой указываемой далее переменной, причем каждый шаблон может содержать спецификацию формата. Например, форматированный вывод аккуратно выровненной таблицы значений корней из целых чисел можно выполнить таким предложением вывода: Console.WriteLine("{О,4}{1,8:f2}",

n , Math.Sqrt(n));

которое означает «взять нулевой выводимый элемент и записать его с выравниванием вправо в четырех столбцах, после чего взять первый выводимый элемент и записать его с выравниванием вправо в следующих восьми столбцах в формате с фиксированной точкой и двумя десятичными знаками». В результате получится красивая ровная таблица, приведенная ниже. Видно, что десятичные точки выровнялись, и каждое значение корня включает два десятичных знака после точки, даже если они равны 0. Table 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

of

square

roots

0.00 3.16 4.47 5.48 6.32 7.07 7.75 8.37 8.94 9.49 10.00

Форматирующий параметр Форматирующий параметр является первым параметром вызова Write или WriteLine, которая имеет, таким образом, альтернативную форму: Предложение вывода с форматированием Console.WriteLine

("текст{форматО}текст{формат1}текст. элементО, элемент!, . . . ) ;

Элементами вывода могут быть любые переменные С#, для которых может существовать спецификация формата. Спецификации формата форматО, формат1,... описаны ниже. Текстовые вставки текст не обязательны. В качестве формата может также выступать отдельная символьная строка.

Эта форма WriteLine отличается от предыдущей тем, что она имеет более одного параметра, именно, формат, за которым следует список выводимых элементов. Предыдущая форма WriteLine имела только один параметр, который представлял собой строку, составленную путем сцеп-

108

Глава 3. Внутри объектов

ления всех выводимых элементов, которые явно или неявно преобразовывались в строки. Для правильной работы метод WriteLine должен содержать столько же спецификаций формата, сколько затем указано выводимых элементов. Спецификации формата заключаются в фигурные скобки и нумеруются от ноля. Форматы и элементы должны соответствовать друг другу. А что будет, если они не соответствуют? Ниже описаны возможные случаи при выполнении такого предложения: Console.WriteLine(format,a,b,с,d); 1. Все форматы соответствуют элементам — выводятся четыре элемента. string

format

=

"{0}

{1}

{2}

{3}"

2. Указан другой порядок — в строке формата спецификации не обязательно должны следовать по порядкутгомеров элементов вывода; изменение порядка спецификаций иногда оказывается удобным. Предложение string

format

=

"{0}

{2}

{1}

{3}"

выведет элементы в таком порядке: а, с, b, d. 3. Слишком мало спецификаций — будут выведены только элементы, отвечающие имеющимся спецификациям, поэтому e n d напечатаны не будут. string

format

= "{0}

{1}"

4. Повторяющиеся номера — если мы повторяем номер элемента, он будет выведен повторно. Предложение string

format

-

"{0}

{1}

{1}

{3}"

выведет элементы a, b, b и d, а элемент с будет опущен. 5. Слишком много спецификаций — будет возбуждена ошибка. s t r i n g

format

=

"{0}

{1}

{2}

{3}

{4}"

Поскольку в списке элементов нет элемента, соответствующего {4}, эта спецификация не может быть реализована, и С# остановит программу.

Спецификации формата Каждая спецификация, заключенная в фигурные скобки, может содержать значительный объем информации о том, каким образом должен быть напечатан данный элемент. Для спецификаций предусмотрен собственный синтаксис, описанный в приведенной ниже форме.

3.6 Форматирование вывода

109

Спецификация формата {N,M:s} N указывает на позицию элемента в списке выводимых переменных после того, как строка формата будет передана в метод Write; позиции элементов нумеруются от 0. М задает ширину области, в которую будет помещено форматированное значение. Если М отсутствует или отрицательно, значение будет выровнено влево, в противном случае — вправо. s является необязательной строкой форматирующих кодов, которые используются для управления форматированием чисел, даты и времени, денежных знаков и т. д.

Целое число N задает позицию печатаемого элемента в списке этих элементов, причем 0 относится к первому элементу списка, и всегда должен присутствовать. При выводе целых чисел и строк нас интересует только параметр ширины М. Последний описатель s часто отсутствует; если он указан, в нем задается тип форматирования и число. Так, в нашем примере с квадратными корнями мы использовали такой формат: {I,8:f2} Другой тип форматирования обсуждается в конце этого раздела; полный список приведен в Приложении В.

Выравнивание строк и чисел Параметр М, определяющий ширину поля вывода, помогает повысить наглядность выводимой информации. Посмотрим, как можно выровнять числа в таблице, отражающей оглавление книги. Мы использовали для вывода следующее предложение: Console.WriteLine("\t\t\tChapter "+chapNumber+"\t" +chapName+"\t"+startingPage); Перепишем его с включением форматирующей строки: Console.WriteLine(format,chapNumber,cnapName,startingPage); В такой форме легче понять, что именно будет выведено на экран. Если форматирующую строку объявить таким образом: string

format

= "\t\t\tChapter

{0,2}

на экране появится следующая таблица: Chapter Chapter Chapter Chapter

I 2 3 4

Introduction Basics Advanced Concepts Conclusion

I 19 49 92

{l}\t\t{2,3}

Глава 3. Внутри объектов

110

Используя выравнивание вправо для двух числовых элементов, мы смогли вывести их столбиком. Если число страниц в книге достигает тысячи, последний формат надо изменить на {2,4}.

Форматирование других типов данных Мы видели в гл. 2, что с помощью класса DateTime можно выполнять форматирование дат. В дополнение к формату {N,M} для целых чисел и {N,M:Fd} для действительных, имеется удобный формат для денежных единиц. При форматировании денежных единиц следует использовать {N,M:C}; сумма будет напечатана с двумя десятичными позициями после точки (автоматически), а перед суммой будет поставлен знак денежной единицы той страны, где расположен компьютер. Если, например, компьютер так настроен, что знаком денежной единицы считается знак доллара $, мы можем написать: Console.WriteLine("Your

new salary

is

{0:C}",salary*l.04);

что при зарплате 10000 долларов выведет: Your

new s a l a r y

is

$10,400.00

Если настройки компьютера отличаются, то же предложение могло вывести Your

new s a l a r y

is

R10 400,00//Сумма

в южноафриканских

рэндах

Другими словами, форматирование денежных единиц, как и форматирование дат, приспосабливается к местоположению компьютера в соответствии с настройками операционной системы. В С#, если требуется вывести денежные документы определенным образом, мы можем заместить настройки компьютера, и тогда вывод не будет зависеть от того, на каком компьютере выполняется программа. Способ вывода денежных документов определяется классом с именем NumberFormatlnfo. Создав объект этого класса, мы можем установить его свойства, например те, которые перечислены в приводимой ниже форме. Класс NumberFormatlnfo (сокращено) //Конструктор NumberFormatlnfo() //Свойства CurrencyDecimalSeparator CurrencyGroupSeparator CurrencySymbol и много других свойств Для изменения формата денежных единиц различных стран объект NumberFormatlnfo используется с методом String.Format.

3.7

Методы и параметры

щ

Например, NumberFormatlnfo f = new NumberFormatlnfо(); f. CurrencyDecimalSeparator = ", " ; f.CurrencyGroupSeparator = " "; f.CurrencySymbol = "R";

Далее с помощью метода Format класса String м ы создаем строку из формата, спецификатора формата и значения: Console.WriteLine( String.Format(f,"Your

new s a l a r y

is

{0:C}",salary*l.04));

Эта строка выведет: Your

new s a l a r y

is

RIO 4 0 0 , 0 0

даже на компьютере долларовой зоны. Метод String.Format, входящий в класс String, подключает указанный формат (в данном случае формат f) к спецификации формата и списку переменных.

Выбор форматов Ваше право выбрать, будете ли вы пользоваться форматами или сцеплением строк в предложениях вывода. Форматы необходимы в случаях выравнивания вправо, управления числом десятичных знаков после точки, а также вывода денежных единиц и дат. Однако для форматов есть и еще одна область применения. Иногда нам требуется вывести данные единообразно из разных частей программы. В этом случае можно определить единый формат строки, поместив его в такое место, где он будет доступен отовсюду. Изменение этого формата сразу изменит вывод из всех мест программы. В разделе 3.8 мы покажем, как это делается.

3.7 Методы и параметры Мы продолжаем развивать тему содержимого объекта. Если взглянуть еще раз на форму с определением структуры, приведенную в разделе 3.1, то мы увидим, что нам еще надо выяснить, как определяются методы, операторы и другие функции. В этой главе мы будем иметь дело с методами; операторы и функции отложим до гл. 9. Мы уже широко использовали методы, определенные в типах, предоставляемых различными пространствами имен С#. К этим типам относятся int, string, Console, DateTime, Math и Random. В качестве примеров использования этих методов можно привести следующие предложения: offsetMeeting

= meeting.AddHours(offset);

Глава 3. Внутри объектов

112

totalMins = int.Parse(Console.ReadLine()); int damage = r.Next(strength/3+points/2); Console.WriteLine(meeting.ToShortTimeString()+" "+ offsetMeeting.ToShortTimeStringO): string

s

=

string.Format(f,"{0:C}",amount);

В каждом случае вызов метода сопровождается скобками даже при отсутствии параметров, как в случае ReadLine(). Именно таким способом мы отличаем вызов метода от использования свойства.

Объявление метода Теперь мы можем обсудить, каким образом объявляется наш собственный метод. Рассмотрим общую форму объявления метода: Объявление метода (упрощено) модификатор_доступа тип_метода идентификатор_метода (параметры) { предложения и объявления переменных return выражение //Если типизированный метод //Параметры тип идентификатор, тип идентификатор, Метод объявляется с указанием своего типа. В этом плане метод может быть типизированным (с именем некоторого типа) или нетипизированным (типа void). Как и все члены, метод может быть закрытым (private) или открытым (public). По умолчанию назначается атрибут private. Методы могут содержать только переменные, но не константы. Если метод типизирован, в нем должно быть хотя бы одно предложение .return с выражением, результат вычисления которого имеет тот же тип, что и тип самого метода. Нетипизированный метод может иметь предложения return без выражений.

В качестве примера рассмотрим метод, который мы включили в тип StarLord в примере 3.1. public void Attack(StarLord opponent) { int damage = r.Next(strength/3+points/2) ; opponent.Points -= damage; Метод объявлен с атрибутом public и является открытым. Он имеет тип void, т. е. не4 возвращает значения, и требует один параметр. Внутри себя метод Attack объявляет переменную с именем damage и выполняет одно предложение присваивания. Другим примером метода того же рода мог бы быть метод, выполняющий начальную установку значений баллов и силы: public void Renew (int strength = s;

s,

int p) {

3.7

Методы и параметры points

113

= р;

Этот метод очень похож на конструктор, но инициализирует лишь некоторые поля объекта. Переменные в методе не инициализированы и им следует явным образом присвоить значения перед их использованием. Переменные имеют область видимости, которая действует только внутри метода; каждое объявленное в методе имя имеет смысл только внутри этого метода.

Типизированные методы Типизированные методы широко используются в С#; их отличительной чертой является то, что они возвращают значение. Хорошим примером типизированного метода будет метод для преобразования температуры из одной шкалы в другую (например, из градусов по Цельсию в градусы по Фаренгейту): public double Fahrenheit(double r e t u r n c*9.0/5 + 32;

с)

{

Типизированный метод обязательно должен содержать предложение return, следовательно, перед завершением он создает значение. Это требование соответствует правилам его вызова. Теперь формализуем вызов метода.

Вызов метода 3 Мы уже знакомы с вызовом методов . Форма вызова такова: Вызов метода (упрощено) идентмфикатор_метода (список_аргументов) Значения аргументов передаются параметрам метода; осуществляется вход в метод, и его предложения выполняются до конца метода или до предложения return.

Нетипизированные (типа void) методы вызываются, как предложения: они не могут быть частью выражений. Типизированные методы вызываются, как часть выражения, но их можно также вызывать и как предложения, однако в этом случае их возвращаемое значение теряется. Примеры вызова методов: lordl.Attack(Iord2) ; lord2.Renew(10, 10) ; f = Fahrenheit(tempToday+5) ;

В С# для вызова метода официально используется термин invoke [возбуждать, активизировать], а само действие именуется invocation [возбуждение, активизация]. Термины calling и call [вызов] имеют тот же смысл.

114

Глава 3. Внутри объектов

В каждом случае выполняется вычисление параметров, и их значения передаются параметрам метода. Формальные параметры внутри метода всегда выступают, как переменные. Их значения могут изменяться, как и значения других переменных, но все эти изменения не возвращаются из метода в программу, когда метод завершает свое выполнение (за исключением параметров out и ref, см. ниже). Вы можете задать вопрос, почему Attack и Renew были объявлены, как члены объектов, в то время как Fahrenheit существует сам по себе. Ответ на этот вопрос будет дан в следующем подразделе.

Разработка метода В объектно-ориентированном программировании методы используются в нескольких различных контекстах. 1. Функции объекта. Открытые методы обеспечивают видимые снаружи функциональные возможности объекта. Обычно они выполняют вычисления, основанные на параметрах и собственных полях объекта, а также и посредством того или иного взаимодействия с внешним миром. В С# типы обычно содержат не так много методов такого рода, как в других языках, потому что все простые функции, осуществляющие чтение или модификацию данных, реализуются в виде свойств. Если вы посмотрите состав объектов любого API C#, то вы увидите, что свойств у класса обычно оказывается больше, чем методов. 2. Структурирование программы. Методы внутри программы позволяют раздробить логическую структуру программы на меньшие по размеру и более обозримые фрагменты. Разделение на методы может быть линейным, если программа должна выполнить последовательный ряд действий, каждое из которых инкапсулируется в отдельный метод. Каждый из этих методов вызывается только однажды из главной программы Main или метода Go. Если внимательно подойти к выбору имен методов, главная программа становится более наглядной, и ее легче расширять и обслуживать. Типичная структуризация такого рода может выглядеть так: AcquireData() ; //получение данных Analyze(); //анализ данных ProduceReport() ; //подготовка отчета 3. Обеспечение функциональных возможностей. Часто используемые программные фрагменты внутри объекта (например, вычисления типа преобразования из шкалы Цельсия в шкалу Фаренгейта) можно оформить в виде метода, и тогда их внутреннее функционирование молено протестировать только однажды, после чего быть уверенным, что при вызове они будут работать правильно. Все эти принципы будут проиллюстрированы в последующих примерах.

3.7 Методы и параметры

115

Статические методы Мы в этой книге построили изложение С# на примерах использования существующих типов, что дало нам возможность продемонстрировать большое количество методов разного рода в различных контекстах. Еще одна классификация методов заключается в разделении всех методов на статические и методы экземпляра. Как и статические поля, статические методы объявляются с ключевым словом static и существуют для класса только в единственном экземпляре. Эти методы вызываются указанием их имени после имени типа и точки. Методы экземпляра относятся к конкретному экземпляру класса; их имена при вызове предваряются именем объекта и точкой. В следующих двух предложениях totalMins = int.Parse(Console.ReadLine()); i n t damage = r . N e x t ( s t r e n g t h / 3 + p o i n t s / 2 ) ;

Parse и ReadLine являются статическими методами, в то время как Next — это метод экземпляра. Как узнать, надо ли использовать статический метод? Хороший стиль программирования требует, чтобы вы использовали статические методы как можно реже. В приводимых ниже примерах случаи, когда статические методы должны или, наоборот, не должны использоваться, будут особо оговариваться.

Параметры out и ret В С# параметры обычно «передаются по значению». Это означает, что после вычисления значения выражения, представляющего параметр, это значение присваивается параметру. После того, как метод начал выполняться, переменные, указанные в списке параметров метода, уже не взаимодействуют друг с другом и вообще не затрагиваются. Значения этих переменных остаются неизменными. Такие параметры называются параметрами-значениями. Другая возможность заключается в использовании ref-параметра, где ref является сокращением от reference, ссылка. В этом случае аргумент и параметр относятся к одной и той же переменной. Любые изменения ref- параметра в процессе выполнения метода влияют на аргумент — параметр и аргумент здесь одно и то же. Для того чтобы подчеркнуть другой механизм передачи параметра, в вызове метода, как и при его объявлении, следует использовать ключевое слово ref. Заметьте, что каждый ref-аргумент перед вызовом метода должен получить какое-либо значение. Третья возможность предоставляется для тех случаев, когда мы хотим получить из метода несколько значений. Типизированные методы позволяют возвращать только одно значение, если же необходимо вернуть несколько значений, мы можем объявить некоторые параметры с ключевым словом out. Такой out-параметр схож с ref-параметром; отли-

116

Глава 3. Внутри объектов

чие заключается в том, что при вызове метода аргумент может и не иметь определенного значения, но метод обязан назначить out-параметру какое-либо значение перед тем, как управление будет передано из метода вызывающей программе. Ключевое слово out, как и в случае ref, должно указываться перед соответствующим параметром и при вызове метода, и при его объявлении. Заметьте, что в языке С# существует ключевое слово in, которое не имеет никакого отношения к передаче параметров и не является противоположностью ключевому слову out. Ключевые слова out и ref используются при программировании не очень часто, однако иногда они оказываются необходимы. В качестве примера можно рассмотреть обмен двух значений. Предположим, волшебник объявляет, что два персонажа типа StarLord должны заменить друг друга (т. е. обменяться именами, баллами и вообще всем). Эту операцию можно реализовать в виде метода: public void SwapLords(ref Starlord one, ref StarLord temp = one; one=two; two=temp;

StarLord two) {

который будет вызываться таким образом: StarLord.SwapLords(ref

lordl,

ref

Iord2);

Сравнение объектов Можно ли использовать операторы отношения со структурированными объектами? Ответ таков: только в том случае, если они будут реализованы в виде методов. Мы сами должны определить, что именно мы имеем в виду под операцией сравнения этих типов. Структура DateTime, входящая в API (см. раздел 2.6), основывает операцию сравнения на закономерностях реального мира дат. Однако рассмотрим структуру Exam, которую мы использовали в начале этой главы. struct Exam {//Экзамен string course;//Предмет int weight;//Процентный вклад в суммарную оценку string lecturer;//Лектор DateTime date;//Дата экзамена s t r i n g venue;//Место проведения экзамена s t a t i c i n t totalNoOfExams=0;//Общее число экзаменов Что может означать сравнение двух объектов Exam, например, использование выражения el<e2? Мы можем задать порядок объектов по номеру курса, а затем использовать еще и дату экзамена, если считать, что по

3.8 Проект 1 — сравнение телефонных счетов

117

каждому курсу может быть несколько экзаменов. Но компилятор языка С# никаким образом не может предугадать наш выбор. Сравнение на равенство может по умолчанию предполагать равные значения всех полей объекта, но даже и здесь могут возникнуть неоднозначности. Для предоставления имеющей смысл операции сравнения на равенство, мы должны заместить метод Equals. Для других форм сравнения мы должны заместить метод Compare, как уже обсуждалось выше применительно к DateTime. Для Exam следует добавить: public override bool Equals(object e) { return course == ((Exam) e) .course && date == ((Exam) e ) . d a t e ;

Этот вариант метода Equals основывается на определении равенства строк (эта операция определена) и равенства объектов DateTime (эту операцию мы видели в спецификации API). В этом случае мы игнорируем остальные три поля, включенные в объявление класса, но при желании мы можем учесть и их значения. Тогда наш метод Equals можно использовать следующим образом: el.Equals(e2)

Однако создание такого метода, к сожалению, не позволяет написать el == e2 Чтобы получить возможность использовать эту операцию, мы должны перегрузить оператор ==, как это будет объяснено в гл. 9. Аналогично можно объявить метод CompareTo. Эффективное использование этих методов в действительности требует создания дополнительных управляющих структур, поэтому мы вернемся еще к этому вопросу в гл. 4 и ее примерах.

3.8 Проект 1 — сравнение телефонных счетов В нашем первом проекте мы собираемся рассмотреть различные конструкции типов и методов и остановиться на разных путях решения поставленной задачи.

Постановка задачи Различные телефонные компании предлагают месячные контракты различной стоимости. Часто оказывается весьма затруднительно обоснованно определить, какая же компания предлагает наиболее выгодную сделку. Например, компания может предложить более низкий базовый тариф, но брать с клиента немного больше за каждый телефонный разговор. Мы хотим смоделировать типичный семейный месячный счет и посмотреть,

118

Глава 3. Внутри объектов

как будет отличаться итоговая стоимость обслуживания в различных компаниях.

Данные Для моделирования нам потребуются два вида данных. Во-первых, размер поминутной оплаты для каждой компании. Предположим, что компании, которые мы сравниваем, имеют одну и ту же структуру оценки стоимости переговоров, отличаются только численные величины. Позже мы сможем обрабатывать и более сложные контракты. Пусть оплата формируется из следующих четырех составляющих: • помесячная плата, например, 29.95; • базовая поминутная плата (базовый тариф), например, 0.55; • снижение платы для льготной категории разговоров, например, 0.20; • количество предоставляемых бесплатных минут в месяц, например, 60. Если мы составим тип, описывающий телефонную компанию, эти значения будут передаваться конструктору каждого объекта. Второй аспект данных — это сами телефонные разговоры. Мы должны иметь тестовый набор разговоров для того чтобы «проиграть» его с каждой компанией и получить достоверные результаты сравнения. Данные для каждого телефонного разговора включают его продолжительность в минутах, а также категорию разговора — обычный или льготный. Мы еще не настолько хорошо изучили С#, чтобы автоматически определять наличие льготы, исходя из времени суток, поэтому будем использовать 0 или 1 для указания категории разговора.

Вычисления Держа в уме данные нашей модели, рассмотрим выполняемые в ней вычисления. Базовая стоимость разговора callCost вычисляется, как произведение продолжительности разговора на величину базовой поминутной платы. Предположив, что максимальная продолжительность разговора maxCallLength является константой, получим при базовом тарифе basicRate: callLength = r.Next(maxCallLength);//Длительность разговора double callCost = callLength*basicRate;//Стоимость разговора

где г является генератором случайных чисел. Создавая объекты г при определенном значении начального числа-затравки, мы обеспечиваем одинаковые последовательности продолжительностей телефонных разговоров для всех компаний. Для льготных разговоров мы задали льготу cheapRateReduction таким образом, что она показывает величину уменьшения платы, а не ее новое значение. Так, приведенное выше число 0.20 означает, что льгот-

3.8 Проект 1 — сравнение телефонных счетов

1_1_9

ный тариф составляет 0.55 - 0.20 — 0.35. Если теперь мы будем генерировать случайные числа callRate, принимающие значения 0 для нормального тарифа и 1 для льготного, наши вычисления преобразуются следующим образом: callLength - г.Next(maxCallLength); int callRate = s.Next (2);//0 для нормального тарифа, 1 для //льготного double callCost = callLength*(basicRate - callRate*cheapRateReduction) ; В табл. 3.6 показаны несколько типичных значений; помните, что 1 означает дешевый разговор. Таблица 3.6. Случайный набор телефонных разговоров и их стоимость Продолжительность

Код льготы

Поминутная плата

Стоимость разговора

10

1 1

0.35 0.35

3.50

1

11

0.35

0.35

9

1

0.35

3.15

0 1

0.55

4.40

0.35

2.80

Следующий фактор — бесплатное время разговоров. Эта величина уменьшается до исчерпания, после чего начинается начисление платы. Удобный способ учета этого фактора заключается в организации двух циклов — первого для учета свободного времени, и второго, в который попадут все оставшиеся телефонные разговоры. for (int m=freeMinutes; m>0; m -= callLength) { ...Вычислим стоимость разговоров, но не будем их учитывать }

int restCalls = 8; //Или другая величина for (int c=restCalls; с>0; с — ) { . . . Вычислим стоимость разговоров и добавим их к итоговой сумме

Разработка типа В программе должен быть ведущий класс для главной функции, а также структура, описывающая телефонную компанию. Помимо характеристик стоимости, мы можем хранить название компании, а в качестве локальных данных будут выступать генераторы случайных чисел (один для продолжительности разговора и другой для его категории). Поместив генераторы в структуру, мы дублируем их для каждого объекта, обеспечивая тем самым одинаковые последовательности значений, как это и требуется для достоверного сравнения.

Глава 3. Внутри объектов

120

Форматирование вывода Вывод программы можно представить в форме таблицы. Поскольку некоторые данные исчисляются в денежных единицах, мы пользуемся форматом С, который обсуждался в разделе 3.6. Таблица может иметь следующий вид: Telco Monthly R 29.95 Free minutes 60 [Помесячно 29.95 Бесплатно 60 минут] Basic rate R 0.55 Reduction R 0.20 [Базовый тариф 0.55 Скидка 0.20] Contract Free Free Free Free Free Charged Charged Charged Charged Charged Charged Charged Charged

Mins 19 11 1 18 23 12 29 9 8 8 8 9 20

Rate 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1

Cost Charged 0.00 6.65 3.85 0.00 0.35 0.00 9.90 0.00 12.65 0.00 1.40 1.40 4.20 4.20 10.15 10.15 3.15 3.15 4.40 4.40 2.80 2.80 3.15 3.15 7.00 7.00 Total R 66.20

Предложения, создающие объект телефонной компании и выводящие на печать результаты, выглядят так: s t r i n g format = "{0,23}Total {1:С}"; PhoneCompany p e l = new PhoneCompany("Telco",29.95,0.55,0.20,60) ; Console.WriteLine(format,"",pel.PhoneBill() ) ; Внутри структуры PhoneCompany имеются следующие предложения форматированного вывода: Console.Write("{0,8}{1,б}{2,б}{3,8:f2}", type, callLength, callRate, callCost); Console.WriteLine("{0,8:f2}",callCharge); В этом случае м ы не используем формат С, поскольку не хотим печатать символ национальной валюты.

Разработка метода Последнее, что нам осталось обсудить, это как проектируются методы в структуре. Мы уже решили, что у нас будет один метод, который вычислит и напечатает весь телефонный счет. Однако мы видели, что в нем тре-

3.8 Проект 1 — сравнение телефонных счетов буется организовать два цикла, в которых будут выполняться одни и те же вычисления. Разница будет только в том, будет ли выведено слово «Free» [Бесплатно] или «Charged» [С оплатой]. Тело метода может быть таким: double Calculate(string type, out int callLength) { callLength = r.Next(maxCallLength); int callRate = s.Next(2);//0 для нормального тарифа, 1 для //льготного double callCost = callLength* (basicRate - callRate*cheapRateReduction); Console.Write("{0,8}{1,б}{2,б}{3,8:f2}", type, callLength, callRate, callCost); return callCost;

Метод вычисляет стоимость телефонного разговора и выводит все его характеристики. Поэтому метод вполне самодостаточен и все его собственные переменные объявляются в нем же. Если, однако, данный телефонный разговор бесплатный, нам необходимо знать его продолжительность, которая будет вычтена из оставшегося числа бесплатных минут. Для возврата этого значения мы используем out-параметр.

Программа Наконец, м ы можем привести полный текст программы. Файл PhoneComparison.cs using System; class PhoneComparison ///<summary> ///Программа PhoneComparison

Bishop & Horspool Dec 2002

ill

///Сравнивает телефонные счета от двух компаний ///Демонстрирует разработку типа и метода, параметры и ///форматирование вывода /// //Параметры моделирования const int maxCallLength = 30; const int maxCallsPerMonth = 10; void Go() { string format = "{0,23}Total {1:C}"; PhoneCompany pel » new PhoneCompany("Telco",29.95,0.55, 0.20, 60) ; Console.WriteLine(format,"",pcl.PhoneBill()); ConsoleReadLine(); PhoneCompany pc2 = new PhoneCompany("Cellco",17.95,0.45,0.10,30); Console.WriteLine(format,"",pc2.PhoneBill() ) ; } static void Main() {

122

Глава 3. Внутри объектов

new PhoneComparison() .Go(); } public struct PhoneCompany { string name;//Название компании double monthlyFee;//Помесячная плата double basicRate;//Базовый тариф за минуту double cheapRateReduction;//Скидка для льготного тарифа int freeMinutes;//Число бесплатных минут Random r,s;//Случайные числа public PhoneCompany(string n, double m, double b, double c, int f) { name = n; monthlyFee = m; basicRate = b; cheapRateReduction = c; freeMinutes = f; r = new Random (19); s = new Random (13); } double Calculate(string type, out int callLength) { callLength = r.Next(maxCallLength); //О для нормального тарифа, 1 для льготного int callRate • s.Next(2); double callCost = callLength* (basicRate - callRate*cheapRateReduction); Console.Write("{0,8}{1,б}{2,6}{3,8:f2}", type, callLength, callRate, callCost); return callCost; } public double PhoneBill() { Console.WriteLine(name) ; Console.WriteLine("Monthly {0:C} "+ "Free minutes {l}\n"+ "Basic rate {2:C} Reduction {3:C}\n"+ monthlyFee, freeMinutes, basicRate, cheapRateReduction) Console.WriteLine("Contract Mins Rate Cost Charged"); Console.WriteLine("Monthly fee{0,-20}{I:f2}","",monthlyFee) ; double cost = monthlyFee;//Месячный счет с начальным //значением int callLength;//Продолжительность разговора double callCharge;//Начисление за платный разговор for (int m=freeMinutes; m > 0 ; m -= callLength) { Calculate("Free", out callLength); Console.WriteLine(" { 0, 8 : f 2 } " , 0) ; } int restCalls =8;//r.Next(maxCallsPerMonth); for (int c=restCalls; c>0; с — ) { callCharge = Calculate("Charged", out callLength); Console.WriteLine("{0,8:f2}",callCharge); cost+=callCharge; } return cost;

3.8 Проект 1 — сравнение телефонных счетов

123

Вывод Ниже приведен полный вывод программы. Telco Monthly R 29.95 Free minutes 60 B a s i c r a t e R 0.55 Reduction R 0.20 Contract Mins Monthly fee Free 19 11 Free 1 Free Free 18 Free 23 4 Charged 12 Charged Charged 29 Charged 9 Charged 8 Charged 8 Charged 9 Charged 20

Rate

Cost

1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1

6.65 3.85 0.35 9.90 12.65 1.40 4.20 10.15 3.15 4.40 2.80 3.15 7.00

Charged 29.95 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.40 4.20 10.15 3.15 4.40 2.80 3.15 7.00

Total R 66.20 Cellco Monthly R 17.95 Free minutes 30 Basic r a t e R 0.45 Reduction R 0.10 Contract Mins Monthly fee Free 19 11 Free 1 Charged Charged 18 Charged 23 4 Charged Charged 12 Charged 29 9 Charged 8 Charged

Rate 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0

Cost

Charged 17.95 6.65 0.00 3.85 0.00 0.35 0.35 8.10 8.10 10.35 10.35 1.40 1.40 4.20 4.20 10.15 10.15 3.15 3.15 3.60 3.60 Total R 59.25

Как и можно было ожидать, вторая компания предлагает более выгодный контракт.

Оценки В рассмотренную программу можно внести (и мы это сделаем) многочисленные усовершенствования. Сейчас речь о другом. Нет ли в ней ошибок?

124

Глава 3. Внутри объектов

Ошибок, возможно, и нет, но одна несуразность имеется. Идея программы заключается в том, что моделирование позволит справедливо сравнить компании. С этой целью в каждом счете сначала будут отсчитываться бесплатные минуты, а затем вычисляться плата за дополнительные разговоры. Чтобы не делать счет слишком длинным, мы ограничились восемью разговорами. Однако фактическое число смоделированных разговоров для двух компаний оказывается различным, потому что различается число бесплатных разговоров. Для компании Telco платные разговоры имеют продолжительность 12

29

20

в то время как для компании Cellco эта последовательность иная: 1

18

23

4

12

29

9

8

У нас получилось, что первые три платные разговора для Cellco оказались бесплатными для Telco. Как можно уравнять компании? Если мы определим число разговоров для первой компании, а затем вставим соответствующее число фиктивных разговоров между бесплатными и платными разговорами для компании Cellco, мы решим эту проблему. Ее реализацию мы оставляем для самостоятельной работы читателя.

Основные понятия, рассмотренные в гл. 3 В этой главе были рассмотрены следующие понятия (некоторые из них повторно): конструкторы

поля экземпляра

статические поля

доступ

свойства представление с плавающей точкой

числовые типы

повышение типа

деление по модулю

выражения отношения

операторы присваивания

старшинство

ассоциативность

преобразование

простые циклы

форматирование вывода

объявление метода

объявление структуры

методы voj.d и типизированные

вызов метода

статические методы

виды параметров

числовые выражения

Контрольные вопросы

_ ^ _ _ _ _

125

Введенные и использованные ключевые слова: static

public

int

long

double

float

decimal

for

void

out

ref

value

get

set

В настоящей главе были приведены формы для следующих конструкций: определение структуры

определение свойства

повышение типа (сокращено)

типы результатов сравнения

явное преобразование

цикл for (упрощение)

предложения вывода с форматированием

спецификация формата

класс NumberFormatlnfo (сокращено)

объявление метода (упрощение)

вызов метода (упрощение)

Контрольные вопросы 3.1. Важной чертой, отличающей свойство от поля, является (а) правила использования (б) скобки прописных букв (в) модификаторы доступа

(г) способ объявления

3.2. Если а является объектом, а р свойством, и мы выполняем присваивание а.р=х, х представляется в р как (a) value (б) х (в) р.х (г) р 3.3. Для типа может быть предусмотрено несколько конструкторов при условии, что (а) все они имеют различающиеся имена (б) все они имеют различающиеся списки параметров (сигнатуры) (в) по крайней мере один из них является конструктором по умолчанию

126

Глава 3. Внутри объектов

(г) один конструктор инициализирует все локально объявленные поля 3.4. Какое из предложений справедливо? (а) свойство должно иметь то же имя, что и поле в этом типе, но начинаться с прописной буквы (б) свойство всегда должно быть открытым (public) (в) свойство определяет поведение операций get и set (г) свойство определяет поведение операций get или set или обеих 3.5. Сложение значений double и int всегда даст в результате (а) значение double (б) значение int (в) значение int, если значение double не имеет дробной части О 1

(г) значение long, если значение double превышает 2 3.6. Правильным выражением для часа для нового объекта DateTime является (а) new

DateTime(2003,9,25).Hour

(б) new

DateTime(2003,9,25).Hour()

(в) new

DateTime(2003,9,25).getHour()

(r) Hour(new

DateTime (2003,9,25))

3.7. Циклом вывода первых 10 нечетных чисел является (а) for

(int i=l; i<=10;

i+=2)

Console.WriteLine(i); (б) for

(int i = l;

i<19; i+=2)

Console.WriteLine(i); (в) for

(int i=l; i<10; i++) Console.WriteLine(i*2+l);

(r) for

(int i=0; i<=10;

i+ + )

Console.WriteLine (i*

3.8. Для того чтобы вывести целое число, действительное число с двумя десятичными знаками и денежную величину в указанном порядке и разделенные четырьмя пробелами, следует использовать предложение Console.WriteLine(s,i,r,с):

Упражнения

127

где s обозначает (а) "{0,4}{l,4:f2}{2,4:C}" (б) "{0}{l,f:4,2} (в) "{0}

{2,с:4,2}"

{1:f2}

{2:С}"

(г) "{0}\t{l:f2}\t{2:C2}"

3.9. Важным отличием типизированного метода от метода void является (а) метод void не может быть вызван в выражении (б) типизированный метод не может быть вызван без выражения или присваивания (в) типизированный метод может иметь только in-параметры (г) метод void должен быть открытым (public) 3.10. Если мы объявили метод void Update (x,out у) какое из перечисленных выражений совершенно правильно? (a) U p d a t e

(w,z)

(в) U p d a t e

(in

(б) U p d a t e w,

out

z)

(г) о б а

(w,

out

варианта:

z) (б)

и

(в)

Упражнения 3.1. Экзамены. Воспользовавшись типом Exam, обсуждавшимся в разделе 3.1, составьте программу, которая будет вводить характеристики четырех экзаменов и выводить их с указанием дат, когда они состоялись. В дополнение к этому, выведите число дней между каждыми двумя экзаменами. 3.2. Расписание автобуса-челнока. Воспользовавшись примером 3.3 в качестве отправной точки, составьте программу, выводящую расписание для автобуса-челнока, начиная с 6am и до 11.45pm. 3.3. Сокращенное расписание. Между 12 (полночь) и 5.30 автобус также ходит с 30-минутным интервалом. Включите эту информацию в расписание. Полезно воспользоваться подходом, примененным в Проекте 1 (раздел 3.8). 3.4. Расширенный тип Time. Воспользовавшись типом Time из примера 3.2, добавьте методы, реализующие прибавление одного часа и сравнение двух значений времени. Затем измените пример 3.4, чтобы в качестве счетчика цикла использовалось не целое число, а значения типа Time. 3.5. Преобразование температуры. Напишите программу, выводящую таблицу преобразования градусов по Цельсию от 0 до 100 в градусы Фаренгейта. Отформатируйте таблицу так, чтобы на каждой строке помещались три значения.

128

Глава 3. Внутри объектов

3.6. Преобразование валют. Модифицируйте упражнение 3.5 для преобразования разумного диапазона денежных сумм из валюты вашего компьютера в некоторую другую. Используйте класс NumberFormatlnfo, обсуждавшийся в разделе 3.6. 3.7. Рукопись. Измените программу BookChapters примера 3.5 так, чтобы в ней использовалась структура, объект которой создается для каждой главы, и которая содержит название и число страниц. Добавьте свойство, которое вычисляет и возвращает окончательное число страниц с учетом уменьшения объема рукописи на 80% в процессе набора. Оттестируйте программу, генерируя 15 глав со случайным числом страниц между 20 и 50. 3.8. Доставка пиццы. Фирма Pizza Delivery 2U хотела бы сообщать клиентам более точное время доставки пиццы по их заказам. С момента получения заказа до момента доставки пиццы следует принять во внимание два фактора: длину очереди к духовке для приготовления пиццы (т. е. число уже имеющихся в системе заказов) и район проживания клиента. Клиенты, проживающие поблизости от фирмы, будут получать заказы быстрее, чем живущие в отдаленных районах. Pizza 2U доставляет заказы в четыре определенных района. Фирме нужно иметь рядом с телефоном таблицу, в которой можно быстро найти время доставки заказа для всех этих четырех районов от 9am до 11pm при длине очереди от 0 до 5. Разработайте систему, использующую структуры и циклы для вывода на печать требуемых таблиц.

Управление и массивы 4

Главной темой этой главы является изучение того, как программы могут повторять свои действия и выбирать их, основываясь на выполненной проверке. В большинстве случаев проверка включает в себя сравнение значений объектов, а сравнение основывается на операторах и значениях булева типа, с изучения которых и начнется эта глава. В случае повторных действий программы очень часто должны сохранять большое количество результатов, и тогда сохраняемые данные оформляются в виде массива. В этой главе мы рассмотрим простые массивы чисел и объектов, а также классические способы взаимодействия циклов с массивами. Завершит наше изучение базовых типов данных языка С# особый случай строк, составленных из отдельных символов.

4.1 Булевы выражения Целый ряд предложений С# использует условные операции. Условная операция — это выражение, которое после вычисления дает true или false. Например, выражение 1<2 всегда дает true, в то время как противоположное выражение 1>=2 всегда дает false. Более полезным для программы будет выражение вида п<10, которое дает true только если переменная п содержит значение, меньшее 10; в противном случае выражение дает false. Операторы отношения (сравнения) перечислены в приведенной ниже форме. Эти операторы можно использовать для сравнения двух значений любого базового типа, включая int, double, char и string. Они также годятся для сравнения многих структурных типов, включая DateTime, при условии, что реализация типа заключает в себе методы, поддерживающие сравнения.

5—2047

130

Глава 4. Управление и массивы

Операторы отношения а < b

//Проверить: а меньше Ь?

а <= b

//Проверить: а меньше или

равно Ь?

а >= b

//Проверить: а больше или

равно Ь?

а > b

//Проверить: а больше Ь?

а == b

//Проверить: а равно Ь?

а

//Проверить: а не равно Ь?

!= b

Результат сравнения является значением типа bool. Этот тип состоит всего лишь из двух значений, которые записываются как true [истина] и false [ложь]. Сравнивать допустимо числа, символы, строки, булевы величины и любые другие типы, для которых определены операции сравнения.

Название типа bool дано в честь Джорджа Була (George Boole), который изобрел ветвь математики, называемую сейчас булевой алгеброй. Эта наука тесно связана с исчислением предикатов. В Сопрограммах мы можем объявлять переменные типа bool. Ниже приведены несколько примеров, в которых результат сравнения сохраняется в переменной типа bool. bool bl, Ь2, ЬЗ, Ь4, Ь5; int a = 19; int b = -27; char с = ' с' ; char d = ' d ' ; s t r i n g hello = " h e l l o " ; s t r i n g there = " t h e r e " ; //Присваивается bl = a < b; //Присваивается Ь2 = с != d; //Присваивается ЬЗ = hello < there; //Присваивается b4 = there > " t h e " ; b5 = bl < b2; //Присваивается

false true true true true

Операции присваивания значений переменным ЬЗ и Ь4, возможно, требуют дополнительных разъяснений. Сравнение и упорядочение строк использует лексикографический порядок, основанный на кодировке Unicode. Практически достаточно знать, что в этой кодировке '0' располагается перед ' 1 ' , которая, в свою очередь, размещается перед '2' и т. д. до '9'. Аналогично, 'а' располагается перед *Ь' и т. д. до 'z\ 'А' находится перед 'В' и т. д. до 'Z'. Если одна строка длиннее другой, но символы более короткой строки совпадают с началом более длинной, более короткая строка размещается перед более длинной; отсюда следует результат присваивания переменной Ь4. В Приложении Г можно найти таблицу некоторых употребительных символов Unicode с указанием порядка их следования. Наконец, допустимо сравнение двух булевых значений. Хотя булева алгебра не дает определения порядка следования true и false, язык С# реализует false целым числом 0, a true — целым числом 1. Поэтому false располагается перед true.

4.1

131

Булевы выражения

Булевы логические операторы Мы можем комбинировать условия или булевы значения с помощью булевых логических операторов. Булевы логические операторы testl & test2

//testl И test2

testl | test2

//testl ИЛИ test2

!

//HE

(testl)

testl

testl & teast2 равно true, только если оба операнда равны true; в противном случае результат равен false, testl \ teast2 равно true, если любой из операндов равен true; в противном случае результат равен false, \test1 равно true, если операнд равен false и наоборот.

Поскольку у булева выражения может быть только два значения, возможные результаты операции легко перечислить и показать в форме таблиц истинности, приведенных ниже. В табл. 4.1, 4.2 и 4.3 показано действие операторов &, | и !. Таблица 4 . 1 . Оператор И Правый операнд

Оператор & Левый операнд

false

true

false

false

false

true

false

true

Таблица 4.2 Оператор ИЛИ Правый операнд

Оператор | Левый операнд

false

true

false

false

true

true

true

true

Таблица 4.З. Оператор НЕ Операнд Оператор !

false

true

true

false

Если, например, переменная m содержит значение 7, тогда булево выражение т>0

& т<10

132

Глава 4. Управление и массивы

будет равно true. В этом можно убедиться, найдя в табл. 4.1 клетку на пересечении строки для true (потому что т > 0 равно true) и столбца для true (потому что т < 1 0 тоже равно true). Два из приведенных выше операторов имеют близких родственников, булевы условные операторы: Булевы условные операторы test! && test2

//testl УСЛОВНОЕ И test2

testl I I test2

//testl УСЛОВНОЕ ИЛИ test2

Результат testl && test2 равен false, если testl равно false; в противном случае результат равен значению test2. Результат testl [ | test2 равен true, если testl равно true; в противном случае результат равен значению test2.

Эти операторы не только выглядят схоже; они имеют одинаковые таблицы истинности. Оператор && имеет ту же таблицу истинности, что и оператор &, а оператор || имеет ту же таблицу истинности, что и оператор |. Значит ли это, что эти операторы вполне эквивалентны? Ответ будет «не совсем». Однако следует всегда стремиться использовать условные операторы && и ||, а не & и |, соответственно, потому что программа с ними будет работать быстрее. Поскольку им не приходится анализировать правосторонний операнд, они требуют меньше процессорного времени.

Булевы выражения С помощью булевых операторов можно комбинировать несколько проверок. Однако считается хорошим стилем использовать в сложных выражениях круглые скобки, чтобы любой, читающий программу, мог сразу увидеть, как она должна работать. Попробуйте прочитать следующее предложение: bool

test2

= а

> 0

&& b

<

100

а

<= 0

&& b

>=

100;

А теперь быстро ответьте, будет ли переменной test2 присвоено значение true, если а равно 0 и b равно 99? Ответом будет «нет», потому что оператор ИЛИ (||) имеет более низкий приоритет, чем оператор И (&&). Однако лучше для придания операциям большей наглядности заключить их в скобки: bool

test2

•

(а

> 0

&& b

<

100)

(а

<= 0

&& b

>= 100) ;

Оператор отрицания! имеет более высокий приоритет, чем ИЛИ и И. Поэтому выражение (а

==

0)

(Ь == 0)

эквивалентно по значению

4.2

Предложения выбора

(а ! = 0 )

(Ь

133

== 0)

Оператор отрицания, между прочим, имеет очень высокий приоритет (как и все унарные операторы). Если бы мы написали выражение таким образом: !

а == 0

||

b == 0

то компилятор С# посчитал бы его эквивалентным следующему: (!а)

== 0

| |

b == 0

и сообщил бы об ошибке. Если переменная а имеет тип int, в сообщении об ошибке будет сказано, что оператор! не приложим к значениям типа int.

4.2 Предложения выбора Мы подошли, наконец, к первому предложению, использующему условия. Предложение if можно описать с помощью следующей формы: Предложение if if

(условие)

{

предложения! ; } else

{

предложения! ;

Если условие после его вычисления равно true, тогда выполняются предложения^ в противном случае выполняются предложений. Часть else предложения if не является обязательной; все от ключевого слова else до конца может быть опущено.

Предположим, что нам нужна программа, которая будет вычислять значение квадратного корня из числа. Если мы хотим, чтобы программа работала надежно, мы должны заставить ее сообщать об ошибке, если число отрицательно, поскольку из отрицательного числа нельзя извлечь квадратный корень. Соответствующая часть программы может выглядеть следующим образом: C o n s o l e . W r i t e ( " E n t e r a number: " ) ; double x - double.Parse(Console.ReadLineО); double result; if (x < 0 . 0 ) { Console.WriteLine("Error: the number cannt be negative"); [Ошибка: результат не может быть отрицательным] result • 0.0;//Присвоим нейтральное значение } else {

134

Глава 4. Управление и массивы

result = Math.Sqrt(x); Предложение if управляется условием, которое дает true или false. Условие х<0.0 использует оператор сравнения меныпе-чем. Если это условие оказывается истинным (true), тогда выполняются предложения, заключенные между первой парой фигурных скобок. Если условие оказывается ложным (false), тогда вместо этого выполняются предложения, заключенные между парой фигурных скобок, расположенных после ключевого слова else. Предложение if, использованное в этом простом примере, иногда называют предложением if-then-else [если-то-иначе], потому что в нем заключены два варианта выполнения. Мы проверяем условие, и если оно дает true, (то) мы выполняем одно действие, в противном же случае (иначе) мы выполняем другое действие. Очень часто нам надо, чтобы в качестве одной из возможностей программа вообще ничего не выполняла бы. В такой ситуации мы можем опустить часть else предложения. Ниже приведен небольшой пример, где мы снова вычисляем квадратный корень, но игнорируем знак минус, если он нам встречается, рассматривая только абсолютную часть числа. Console.Write("Enter a number: " ) ; double x = d o u b l e . P a r s e ( C o n s o l e . R e a d L i n e ( ) ) ; i f (x < 0.0) {//Если введено отрицательное число х = -х;//Сделаем число положительным }

double

result

• Math.Sqrt(x);

Пример 4.1. Вычисление буквенного обозначения оценки, заданной в процентах Предположим, что у нас есть экзаменационная оценка сданного курса, заданная в процентах, и мы хотим преобразовать ее в буквенную шкалу. В простейшем случае, если мы знаем, что оценка менее 50% соответствует уровню F, будет достаточно предложения if

(m < 5 0 . 0 )

grade

m ' F' ;

Если, однако, m больше или равно 50%, уровень придется дифференцировать. Пусть, например, граничные значения оценки в процентах между уровнями F, D, С, В и А равны 50.0, 65.0, 80.0 и 90.0; тогда мы можем использовать последовательность предложений if-then-else, с помощью которых постепенно установить, какому уровню соответствует наша конкретная оценка. В этом случае уровню F будет соответствовать оценка, которая оказалась меньше всех остальных граничных значений.

4.3 Предложения повторения

135

Файл ComputeGrade.cs using System; class ComputeGrade { ///<summary> Bishop & Horspool 2002 ///Программа ComputeGrade ///========«============ ///Преобразует оценки в процентах в буквенную шкалу ///Демонстрирует использование предложений if-else /// string DetermineGrade(double m) { string result = "F"; if(m >= 90.0) result = "A"; else if(m >= 80.0) result = "B"; else if(m >= 65.0) result = "C"; else if(m >= 50.0) result = "D"; return result; void Go () { Console.Write ("Enter the mark: " ) ; double mark = double.Parse(Console.ReadLine()); Console.WriteLine("The grade is " + DetermineGrade(mark)) static void Main() { new ComputeGrade().Go() ;

Для проверки работы программы мы будем вводить различные оценки. Вот пример одного из тестовых прогонов: Enter the mark: 7 7 The Grade is С

4.3 Предложения повторения Компьютеры особенно удобны для выполнения периодических действий. Все языки программирования предоставляют способы повторного выполнения предложений до тех пор, пока не будет достигнут желаемый результат. В гл. 3 был описан цикл for, который использовался для повторения действия фиксированное число раз, что позволило сделать программу более универсальной. В действительности структура цикла for довольно сложна. Как мы вскоре увидим, в гл. 3 были упомянуты лишь некоторые его возможности. Пожалуй, простейшим способом повторения группы предложений С# является цикл while. Формат цикла while дан в приведенной ниже форме.

Глава 4. Управление и массивы

136 Цикл while while (условие) { тело цикла

Вычислить условие, если результат равен true, выполнить предложения в теле цикла. Далее снова вычислить условие и, если результат равен true, снова выполнить тело цикла. Повторять, пока вычисление условия не даст false.

В качестве простого примера цикла while приведем фрагмент программы, которая продолжает запрашивать у пользователя число от 1 до 10 до тех пор, пока не будет введено число из этого диапазона. i n t number; b o o l ok = f a l s e ; w h i l e (!ok) { C o n s o l e . W r i t e ( " E n t e r a number from 1 t o number = i n t . P a r s e ( C o n s o l e . R e a d L i n e ( ) ) ; ok = (number >= 1) && (number <= 10) ;

10:

");

}

Console.WriteLine ("the number is

"+number);

Теперь мы можем использовать циклы while в законченной программе. Пример 4.2. Программа несчастливых дней Суеверные люди полагают, что 13-й день месяца является несчастливым днем, если он попадает на пятницу. Мы хотим написать программу, которая создаст список таких несчастливых дней, начиная от января того года, который вводит пользователь. При решении этой проблемы следует ответить на ряд вопросов. 1. Как формируется список дней? Мы хотим вывести этот список на экран, и естественно включить в программу цикл, который, после нахождения каждого несчастливого дня, повторяется снова и снова в поисках следующего. Естественно, этот процесс не должен продолжаться вечно, поэтому мы должны иметь способ его остановки. Мы решили включить в цикл запрос пользователю Find another? у или п) ]

(enter у or n) [Искать следующий?

(введите

Таким образом, цикл управляется булевой переменной, значение которой определяется каждый раз исходя из ответа пользователя. Это выглядит таким образом: bool more = true; while (more) { //Выполняем требуемые действия Console.Write (" Find another? more = ConsoleReadLine() == "y";

(enter у or n) " ) ;

4.3 Предложения повторения

137

Поэтому, как только пользователь введет что-либо, отличное от у, переменная more приобретает значение false и цикл разрывается. 2. Как мы будем искать пятницы и 13-е числа? Разумеется, в каждом месяце только одно 13-е число, поэтому нам нужен цикл, который просматривает дни месяца, проверяя дату. Цикл этот опять является циклом while. Он начинается в январе заданного года (пользователь вводит это значение) и затем просматривает каждый месяц в поисках нужного соответствия. В общих чертах цикл будет выглядеть следующим образом: //Сконструируем объект "13 января данного года" DateTime = new DateTime(year,1,13); //Просматриваем месяцы, пока не попадем на пятницу while ( !Fridaythel3th) { date = date.AddMonths (1); Метод AddMonth определен в классе DateTime. Мы не упомянули этот метод в разделе 2.6, но его наличие в тщательно разработанном классе совершенно необходимо. 3. Как мы отыскиваем 13-е числа, попадающие на пятницу? Условие, использованное в приведенном выше фрагменте, следует уточнить и расширить. Нам необходимо знать день недели, на который выпадает конкретная дата. Оказывается, в классе DateTime не предусмотрено метода, непосредственно возвращающего эту информацию. Однако методу ToString может быть передана форматная строка, в которой указан способ преобразования даты в форму, удобную для печати. Так же, как форматная строка "D" формирует строку с полной датой, имеются другие форматные строки, которые позволяют сконструировать полную дату из меньших блоков. Один из таких форматов, "d", формирует сокращенное название дня (например, "Fri" для Friday, пятница), а другой, "dddd" формирует полное название дня (например, "Friday"). Мы в программе используем второй формат. Теперь мы можем объединить все отрывки нашей программы. Заметьте, что второй цикл помещен внутрь первого. При этом мы не создаем заново объект времени для нового месяца, а продолжаем работать с уже имеющимся. Поэтому инициализация второго цикла помещена снаружи обоих циклов. Файл Unlucky.cs using System; class Unlucky { ///<summary> ///Программа Unlucky Days

(вариант 1) Bishop & Horspool 2002

///Находит несчастливые дни (пятницы, попадающие на 13-е числа) ///Демонстрирует использование циклов while ///

138

Глава 4. Управление и массивы void Go () { Console.Write("Enter starting year: " ) ; int year = int.Parse(Console.ReadLine()); bool more = true; //Сконструируем объект "13 января данного года" DateTime date = new DateTime(year,1,13); while (more) { //Просматриваем месяцы, пока не попадем на пятницу while(date.ToString("dddd") != "Friday") { date = date.AddMonths(1); } //Напечатаем полностью дату несчастливого дня Console.WriteLine("{0:D}", date); date = date.AddMonths(1); Console.Write(" Find another? (enter у or n) more = Console.ReadLine () == "y";

" ) ;

s t a t i c v o i d Main() { new Unlucky () .Go ( ) ;

Если м ы запустим программу Unlucky, ее вывод будет выглядеть приблизительно так: Enter starting year: 2003 13 June 2003 Find another? (enter 13 February 2004 Find another? (enter 13 August 2004 Find another? (enter 13 May 2005 Find another? (enter

у or n) ") у у or n) ") у у or n) ") у у or n) ") n

Структуру программы Unlucky можно улучшить, использовав в ней некоторые конструкции, описанные далее в этой главе. Так что позже м ы к этой программе еще вернемся.

Цикл do-while Цикл do-while do { тело цикла } while {условие) Выполняется тело цикла; затем вычисляется условие. Если результат равен true, снова выполняется тело цикла, затем опять вычисляется условие и т д. , пока условие не даст false.

4.3 Предложения повторения

139

Используя цикл while, возможно выполнить тело цикла ноль раз. Однако можно представить себе ситуацию, когда тело цикла обязательно должно быть выполнено хотя бы один раз. С такой ситуацией мы столкнулись при выводе запроса в приведенном ранее примере ввода числа от i до 10. Ниже приведен вариант этого фрагмента с использованием цикла do-while. int do

}

num; { C o n s o l e . W r i t e ( " E n t e r a number i n t h e num = i n t . P a r s e ( C o n s o l e . R e a d L i n e ( ) ) ; w h i l e (! (num >= 1 && num <= 1 0 ) ) ;

range

1 to

10:

");

Новый вариант цикла проще, так как не требует введения специальной булевой переменной, а также слегка более эффективен. В цикле do-while сначала выполняется тело цикла, а затем проверка условия показывает, следует ли тело цикла выполнять повторно. Цикл do-while обычно используется в тех случаях, когда по условиям задачи тело цикла обязательно должно быть выполнено хотя бы один раз, как в нашем примере. В качестве второго примера приведем измененный вариант главной части программы Unlucky, которую мы недавно рассматривали. Поскольку мы хотим найти по меньшей мере одну пятницу, попадающую на 13-е число, внешний цикл while более естественно оформить в форме do-while. bool more; do { while(date.ToString("dddd") != "Friday") { date = date.AddMonths(1); } Console.WriteLine("{0:D}'\ date); date = date.AddMonths(1); Console.Write(" Find another? (enter у or n) " ) ; more = Console.ReadLine() == "y"; } while (more);

Цикл for, подробное рассмотрение В программах часто приходится выполнять одни и те же действия над последовательностью значений. Хотя для этого можно воспользоваться циклами while или do-while, цикл for предоставляет больше возможностей и позволяет писать более лаконичные программы. Ниже приводятся варианты программы для вывода значений квадратного корня из последовательности целых чисел от 1 до 10 с помощью цикла while и эквивалентного ему цикла for. int i = 1; while (i <=10) { Console.WriteLine(Math.Sqrt(i)); i++;

for (int i=l; i<=10; i Console.WriteLine( Math.Sqrt(i));

140

Глава 4. Управление и массивы

Вариант с циклом while содержит три важных компонента: 1. Инициализация управляющей переменной i (переменной, которая должна обеспечить перебор элементов последовательности), затем цикл while, управляемый посредством... 2. Проверки на повторение, которая позволяет установить, все ли повторения выполнены, после чего следует тело цикла, завершаемое... 3. Предложением, которое продвигает управляющую переменную к следующему значению в последовательности. Конструкция цикла for помещает все эти три компонента в заголовок цикла. Первый компонент заголовка определяет инициализацию; второй компонент реализует проверку, показывающую, требуется ли еще повторение тела цикла; третий компонент определяет продвижение переменной к следующему значению в последовательности. В качестве дополнительного необязательного средства в компоненте инициализации можно объявить переменную. Обычно эта переменная и является управляющей переменной для цикла. С простым вариантом цикла for мы уже сталкивались в разделе 3.5; полный синтаксис цикла for приведен ниже. Цикл for for

(инициализация;

...//тело

условие_продолжения;

продвижение)

{

цикла

Выполняется фрагмент инициализации. Далее вычисляется условие продолжения, и если результат равен true, выполняется тело цикла. После выполнения тела цикла выполняется фрагмент продвижение, после чего снова вычисляется условие продолжения, чтобы выяснить, следует ли повторять тело цикла. Цикл повторяется до тех пор, пока условие продолжения не даст значение false. Заметьте, что в предложении инициализации можно объявить одну или несколько переменных для использования в качестве переменных управления циклом.

Цикл for имеет настолько общий характер, что его можно использовать для получения самых разнообразных эффектов. В дополнение, любая из трех частей заголовка может быть опущена, так как не всегда заранее известно, на сколько, например, надо смещаться по последовательности или когда завершить цикл. Ниже рассмотрены некоторые варианты цикла for. Цикл вперед. Это самая распространенная форма, как показывает приведенный ниже пример. for

(int i - 0; i < 10; a [ i ] - 0;

Здесь массив из 10 элементов инициализируется нолями.

4.3 Предложения повторения

141

Цикл назад. Иногда оказывается удобнее перемещаться по массиву элементов в обратном порядке или иметь счетчик, который в каждой итерации уменьшает свое значение. Например: for (int i = 10; i >= 0; i — ) { Console.Write("{0} seconds to lift-off

...",i);

Бесконечный цикл. Иногда требуется цикл, который не имеет условия завершения. Обычно в таких случаях предусматривается какой-либо способ разрыва цикла где-то в самом теле цикла; одной из возможностей будет предложение return. Такого рода пример имеется в программе ShowBinary (см. пример 4.7 ниже). Как и в этой программе, мы можем оформить цикл следующим образом: while (true) { //Тело цикла опущено } Однако многие программисты предпочтут такой вариант for ( ; ; ) { //Тело цикла опущено

Согласно правилам, если в заголовке цикла for опущены части инициализации и продвижения, то не выполняется никаких действий. Если же опущена часть условия продолжения, то цикл продолжается вечно, как если бы это условие всегда было равно true. В такой форме цикла нет особых преимуществ, это просто выражение определенного стиля программирования. Вложенные циклы. В программах очень часто встречаются циклы, вложенные в другие циклы. Если такие циклы имеют управляющие переменные, то эти переменные должны быть различными для внешних и внутренних циклов, иначе возникнет путаница. Вложенные циклы использованы в программе Primes (пример 4.4). Пустые циклы. В циклах while и for возможна ситуация, когда тело цикла полностью пропускается. Например, приведенный ниже цикл не выполнится ни разу, если переменная п будет иметь нулевое значение. for

(int

= 0;

n;

Двойные циклы. Нетрудно сделать так, чтобы в цикле существовали две управляющих переменных, которые изменяются синхронно в процессе повторения тела цикла. Приведенный ниже небольшой пример int for

i, j ; (i = 0, j = 5; i <= Console .WriteLine( " { 0

j;

i-••+/ i.

j ]

142

Глава 4. Управление и массивы

выводит последовательность пар (0,5) (1,4) (2,3). Такого рода циклы довольно необычны, но могут быть полезны при обработке комплексных структур данных. Циклы с неоднозначным выходом. Если условие продолжения цикла содержит булево выражение с оператором И, тогда цикл может завершиться, если одно из условий в выражении станет равным false. Обычно необходимо знать, какое это было условие, поэтому непосредственно после цикла мы снова проверяем условия. Например, предположим, что мы хотим ввести 10 чисел, при этом цикл ввода надо завершить либо после ввода отрицательного числа, либо после ввода всех 10 чисел. Такой цикл будет иметь следующий вид: int i = 0; int num; do

{

num • int.Parse(Console.ReadLine()); } while (!(num<0) && i<10); if (num < 0) Console.WriteLine("Number {0} found", num); else //Цикл завершился на 10-м такте, и отрицательных чисел не было Console.WriteLine("No negative found"); Порядок, в котором условия проверяются после выхода из цикла, существенен: если десятый (последний) элемент отрицателен, оба условия дадут false одновременно. Нам же надо обнаружить отрицательное число, поэтому это условие надо проверять первым. Такие циклы с неоднозначным выходом использованы в программе Primes (пример 4.4). Пример 4.3. Несчастливые дни, вариант 2. Мы теперь можем еще раз изменить программу Unlucky и использовать в ней цикл for. В этом варианте все, связанное с просмотром месяцев, собрано в одно месте, именно, в самом предложении for: for

(DateTime date = new DateTime(year,1,13); more; d a t e = date.AddMonths(1))

Управляющая переменная цикла теперь представляет собой объект date. Условием повторения является, как и раньше, булева переменная more, a смещение к следующему шагу, ранее выполнявшееся посредством отдельного предложения где-то в теле цикла, теперь выступает совершенно отчетливо. Новая программа носит название Unlucky2.cs.

4.3 Предложения повторения

143

Файл Unlucky2.cs

using System; class Unlucky2 { ///<summary> ///Программа Unlucky Days / // /// '

(вариант 2) Bishop & Horspool 2002

///Находит несчастливые дни (пятницы, попадающие на 13-е числа) ///Демонстрирует использование циклов for, позволяющих ///улучшить структуру программы /// void Go () { Console.Write("Enter starting year: " ) ; int year = int.Parse(Console.ReadLine()); bool more = true; for (DateTime date 4 new DateTime(year,1,13); more; date « date.AddMonths (1)) { while(date.ToString("dddd") != "Friday") { date = date.AddMonths(1); Console.WriteLine("{0:D}", date); Console.Write (" Find another? (enter у or n) " ) ; more = Console.ReadLine() == "y";

s t a t i c void Main() { new Unlucky2 () . Go () ;

Вывод программы не изменился (см. пример 4.2). Пример 4.4. Простые числа Приведем пример программы, иллюстрирующей использование вложенных циклов и циклов с неоднозначным выходом. Программа вычисляет (и выводит) простые числа от 0 до 100 посредством проверки, делится ли каждое число на какое-либо положительное целое, отличное от 1 и самого себя. С целью оптимизации работы программы в нее введены два упрощения: •

она проверяет только нечетные числа (после 2);

•

она проверяет делители до (и включая) квадратного корня из числа.

(Замечание: если вам нужна программа, генерирующая большое число простых чисел, то для этого существует гораздо более быстрый алгоритм.) Во внешнем цикле переменная i проходит последовательность значений 3, 5, 7, ..., 99. Это сформулировано следующим образом: for

(int i = 3; i <= max; i += 2) {

Внутренний цикл использует более изощренную проверку условия, приводящую к завершению цикла, как только мы обнаруживаем, что i не есть простое число, или когда мы перебрали все делители вплоть до квадратного корня из i. Этот цикл выглядит следующим образом:

144

Глава 4. Управление и массивы

bool prime = true; int l a s t = (int) Math.Sqrt(i); for (int divisor • 3; prime && divisor <= l a s t ;

divisor += 2)

Когда цикл разрывается, мы должны проверить, почему он завершился — потому что мы нашли или, наоборот, не нашли простое число. Полный текст программы Primes.cs приведен ниже. Файл Primes.cs

using System; class Primes { ///<summary> ///Программа Primes

Bishop & Horspool 2002

/// | ill ///Выводит все простые числа между 1 и 100 ///Демонстрирует использование вложенных циклов for ///и циклов for с неоднозначным выходом /// int max = 100; void Go () { Console.Write (" 2");//Выведем первое простое число for (int i = 3; i . <= max; i +=2) { //Предположим, что число простое bool prime = true; //Когда прекратить проверку int last = (int) Math.Sqrt(i); for (int divisor = 3; prime && divisor <= last; divisor +=2) { prime = (i % divisor != 0) ; . } if (prime) Console.Write(" "+i); if (i % 19 == 0) Console.WriteLine(); } Console.WriteLine(); } static void Main() { new Primes().Go();

Как и можно было ожидать, вывод программы выглядит следующим образом: 2 23 59 97

3

5 29 61

7 31 67

11 37 71

13 41 73

17 43 79

19 47 83

53 89

4.4 Простые массивы

145

Мы добавили управляющее предложение if, чтобы выводить на одну строку определенное количество (не всегда одинаковое) результирующих простых чисел.

4.4 Простые массивы Массив содержит в себе список значений объектов, обращение к которым осуществляется соответственно их позиции в списке. Каждая позиция соответствует определенному значению индекса. Индекс первой позиции, т. е. индекс первого элемента в списке, всегда равен 0. Второй элемент имеет индекс 1 и т.д. Правила объявления простого массива и его семантика показаны в приведенной ниже форме: Объявление массива (упрощено) тип_элементов [размер]

] идентификатор массива

= new тип элементов

идентификатор массива создается из размер объектов типа тип элементов, обращение к которым осуществляется посредством индексов, принимающих значения от 0 до размер — 1.

Примеры массивов: int [ ] markCounts doublet] rainfall s t r i n g [] monthName • DateTime[] myExams People [] t e c h n i c i a n s

= new i n t f101]; : new double[13]; new s t r i n g [ 1 3 ] new DateTime[noOfExams]; new People[noOfTechnicians]

Во всех этих примерах прежде всего указывается тип элементов, затем этот тип снова упоминается, когда мы конструируем массив с помощью оператора new. Позже, когда мы будем обсуждать наследование, мы увидим, что эти два типа не обязательно должны совпадать. Пара символов [ ] в этом контексте обозначает массив. В объявлении указывается также размер массива. Размер может быть представлен константой, а также выражением, вычисление которого дает целое число. Заметьте, что размер, представляющий собой число элементов в массиве, всегда на 1 больше последнего допустимого индекса из-за того, что индекс первого элемента равен 0. Это очевидное несоответствие часто бывает источником ошибок в программах. Для того чтобы наша программа выглядела более наглядной, мы объявили переменные rainfall и monthName массивами из 13 элементов. Это дает нам возможность использовать выражение monthName[5] для имени «Май», и monthName[12] для имени «Декабрь». Поскольку в году нет месяца с номером 0, мы в обоих массивах оставляем нулевой элемент неиспользуемым. В программах часто требуется выполнить одни и те же вычисления над всеми элементами массива. Цикл for, который мы недавно описыва-

Глава 4. Управление и массивы

146

ли, предоставляет возможность с помощью целочисленной переменной просмотреть все значения индексов массива. Несколько примеров таких действий мы увидим в последующих программах. Пример 4.5. Распределение оценок Мы хотим подсчитать, сколько раз каждая из десяти оценок встречается в классе из 250 студентов. Например, может оказаться, что оценка 0 встретилась среди всех 250 оценок 13 раз. Мы строим массив с индексами от 0 до 10 (заданный диапазон возможных оценок) и сохраняем в каждом элементе массива суммарное число студентов с данной оценкой. Этот массив изображен на рис. 4.1. markCount

13

15

О

1

18 2

21

30

31

20

3

4

5

6

25

27

33

17

ю

Рис. 4.1. Массив с распределением оценок Для упрощения программы, а также для облегчения ее отладки, м ы будем генерировать оценки с помощью датчика случайных чисел, а не вводить их с клавиатуры. Текст программы приведен ниже. Файл Frequencies.cs using System; class Frequencies { ///<summary> ///Программа Frequencies Bishop & Horspool 2002 ///===================== ///Подсчитывает частоты оценок между 0 и 10. ///Проверка программы выполняется с помощью датчика ///случайных чисел ///Демонстрирует простую обработку массивов /// const int limit « 11;//Пусть таблица будет небольшой const int classSize = 250; •void Go () { int [ ] markCount • new i n t [ l i m i t ] ; int score; Random r • new Random () ; //Генерируем 250 оценок for (int i = 0; i < classSize; i++) { //генерируем числа от 0 до l i m i t - 1 score = r.Next(limit) ; markcount[score]++;

4.4 Простые массивы

147

Console.WriteLine("Table

of mark counts\n"+ '\n\n+ "

int for

Mark

Occured");

s t u d e n t s = 0; ( i n t i = 0; i < l i m i t ; i++) { Console.WriteLine( " {0,4} {1.6}", i , markCount[i]); s t u d e n t s +« m a r k c o u n t [ i ] ;

}

Console.WriteLine("Total{0,7}",

students) ;

}

static new

void Main() { Frequencies().Go();

Типичный вывод выглядит следующим образом: Table

Mark 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Total

of

mark counts

Occured 24 26 26 17 21 22 16 24 28 27 19 250

В отличие от результата, изображенного на рис. 4.1, полученный вывод представляет равномерное распределение оценок (маловероятная ситуация), потому что генератор случайных чисел формирует именно такое распределение.

Работа с индексами массива Рассмотрим массив rainfall, который мы хотим заполнить значениями количества месячных осадков в миллиметрах. Заполненный массив может выглядеть так, как показано на рис. 4.2, а количество осадков, например, в мае (9.8 мм) будет выражаться следующей величиной: rainfall[5]

//Количество

осадков

за май

Глава 4. Управление и массивы

148 rainfall

0

С

1

16 7

2

17 2

3

13 4

4

10 1

5

9. 8

6

0. 2

7

0

8

0

9

4. 5

10

7. 0

11

12 .4

12

22 . 1

Рис. 4.2. Массив со значениями количества месячных осадков с нулевым неиспользуемым элементом

Для печати содержимого массива мы можем использовать такой фрагмент: Console.WriteLine(" Month mm"); for ( i n t month= 1; month <= 12; month++) { C o n s o l e . W r i t e L i n e ("{0,4}{ l , l l : f l } " , month,

который выведет на экран Month 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11 12

mm

16.7 17.2 13.4 10.1 9.8 0.2 0.0 0.0 4.5 7.0 12.4 22.1

rainfall[month-1]);

4.4 Простые массивы

149

Многие программисты сочтут ненужным и даже вредным с точки зрения расходования памяти создание массива с одним неиспользуемым элементом. Не составляет никакого труда избавиться от этого лишнего элемента. Если неиспользуемый начальный элемент опустить, то массив надо будет объявить с размером 12: stringt] monthName = new string[12];

Схема такого массива приведена на рис. 4.3. Теперь для вывода количества осадков по месяцам придется воспользоваться циклом, в котором индекс массива будет пробегать значения не от 1 до 12, а от 0 до 11: Console.WriteLine(" Month mm"); for ( i n t month= 0; month < 12; month+ + ) { Console.WriteLine("{0,4}{1,11:f1}", month+1,

rainfall[month]);

Профессиональный программист почти наверняка использует второй вариант цикла и не будет резервировать в массиве лишний элемент. С другой стороны, если в программе используются всего несколько массивов, вопрос об излишней трате памяти не стоит очень остро. Какую форму цикла использовать — дело вкуса; более важным критерием является удобство чтения программы. rainfall

0

16. 7

1

17. 2

2

13 4

3

10 1

4

9. 8

5

0. 2

6

0

7

0

8

4. 5

9

7. 0

10

12 4

11

22 . 1

Рис. 4.3. Массив со значениями количества месячных осадков со всеми используемыми элементами

150

Глава 4. Управление и массивы

Размер и длина массива Как уже говорилось, размер объявленного массива не может изменяться, а индексы элементов массива всегда представляют собой целые числа. Эти два ограничения могут быть сняты использованием специальных типов С# — коллекций, которые будут описаны в гл. 8. Однако мы можем настроить размер создаваемого массива путем ввода его размера с клавиатуры или вычисления в программе, вместо того, чтобы задавать его в виде константы. В примере 4.5, если мы хотим расширить диапазон обрабатываемых оценок с 11 до, скажем, 50 или 75, или 100, то объявление массива следует выполнить таким образом: Console . W r i t e L i n e (What i s t h e maximum mark? int limit = int.Parse(Console.ReadLine()); int c l a s s S i z e = 250; i n t [ ] markCount = new i n t [ l i m i t ] ;

"

).;

Остальные участки программы останутся без изменения, но программа сможет вывести таблицу распределения любого количества оценок в соответствии с данными, введенными с клавиатуры. Length является свойством массива, которое можно использовать внутри метода, чтобы определить длину массива, передаваемого в качестве параметра. Например, мы можем объявить метод Print для вывода массива marks таким образом: void P r i n t ( i n t [ ] а) { for ( i n t i = 0; i < a . L e n g t h ; i + + ) { Console.WriteLine("{0}: {1}", i, a[i]);

Методу Print можно передать массив целых чисел любой длины, и этот массив будет напечатан. Именно поэтому мы дали формальному параметру вполне анонимное имя а. Пример 4.6. Вычисление буквенного обозначения оценки, заданной в процентах, вариант 2 В качестве дополнительного примера рассмотрим еще раз программу для вычисления буквенного обозначения оценки по значению оценки, заданной в процентах (пример 4.1). На этот раз мы используем массив, содержащий значения границ между соседними буквенными оценками, и второй массив, содержащий буквенные обозначения оценок. Мы также используем метод определения оценки, который основан на цикле с оператором return в нем. Внешний цикл обработки вводимых оценок имеет любопытную структуру. Вместо того, чтобы каждый раз задавать вопрос, будет ли вводиться следующая оценка, как мы делали в программе Primes (пример 4.4), мы используем «неправильную» оценку (-1) для оповещения программы об

4.4 Простые массивы

151

окончании ввода данных. В результате м ы вынуждены проверять оценку дважды — один раз перед определением ее буквы (поскольку м ы не можем оценивать отрицательные числа) и второй раз для завершения цикла. Файл ComputeGrade2.csJ using System; class ComputeGrade2 { ///<summary> ///Программа ComputeGrade

(вариант 2) Bishop

/ I /

=

=

& Horspool

2002

=

ill

///Преобразует оценку в буквенное обозначение. ///Демонстрирует использование массивов и выход из цикла ///посредством оператора return /// doublet] boundary = { 90.0, 85.0, 80.0, 75.0, 70.0, 65.0, 60.0, 50.0, 40.0 }; string[] grade - { "A+", "A", "A-", "B+", "В", "В-", "C", "D", "E"}; string DetermineGrade(double m) { for (int i = 0; i< boundary .Length; i++) { if (m >= boundary[i]) return grade[i]; } return "F"; } void Go() { double mark; Console.WriteLine("Enter -1 to quit"); Console.WriteLine("Mark Grade"); do { mark = double.Parse(Console.ReadLine()); if (mark >= 0) {0}", DetermineGrade(mark)); Console.WriteLine } while (mark >= 0 ) ; static void Main() { new ComputeGrade2() .Go()

Типичный прогон программы дает следующий результат: Enter Mark

-1 t o q u i t Grade

77

B+

65

B-

64

c

90

A+

-1

152

Глава 4. Управление и массивы

Цикл foreach В дополнение к формам циклов, рассмотренным уже в разделе 4.3, в С# имеется еще одна особая конструкция, называемая циклом foreach. Этот цикл разработан специально для коллекций, собраний данных, которые будут рассмотрены в гл. 8. С другой стороны, массив является простым видом коллекции значений, и цикл foreach вполне можно использовать с массивами. Если, например, у нас есть массив с перечислением названий месяцев string[]

MonthNames = { "January", "April", "May", "June", "October", "November",

"February", "March", "July", "August", "September", "December" };

то следующий цикл выведет список месяцев в том же порядке, как они указаны в объявлении массива и по одному имени на строке: foreach ( s t r i n g s i n MonthNames) Console.WriteLine ( s ) ;

{

}

Приведем форму для цикла foreach. Цикл foreach foreach

(тип идентификатор in идентификатор-массива {

. . . тело цикла, может ссылаться на идентификатор

Идентификатору присваиваются последовательные значения из массива. Для каждого значения тело цикла повторяется.

4.5 Строки и символы Хотя эта глава посвящена, главным образом, управлению программой, мы ввели в нее описание массивов, что дало нам возможность предложить более наглядные примеры на циклы. Строки обладают многими характеристиками массивов, а символы представляют собой элементы строк. Рассмотрим теперь эти понятия более детально.

Тип string [строка] На протяжении всей книги мы использовали строковые константы. Встречались нам также и операции сцепления строк. Например, предложение Console.WriteLine("Result

= "+n);

4.5 Строки и символы

153

преобразует значение п в строку (если только тип п не является уже строкой) и сцепляет эту строку со строковой константой "Result = ", в результате чего образуется новая более длинная строка, передаваемая затем методу WriteLine класса Console. Строковый тип string является структурным типом, имеющим много общего с другими типами С#, но имеющим и присущие только ему особенности поведения. Со строками можно выполнять следующие операции: • назначение строковых значений строковым переменным, • сравнение двух строк, • сцепление (конкатенацию) двух строк, • доступ к свойствам строки и, • вызов различных методов, определенных для типа string. Строка схожа с массивом элементов, которые мы можем читать, но не изменять. Предположим, что мы объявляем и инициализируем строку следующим образом: string

s = "abcdefghij";

Мы можем получить доступ к каждому символу строки и напечатать его с помощью такого цикла: for

( i n t i = 0 ; i < s .L e n g t h ; i + + ) { C o n s o l e . W r i t e L i n e ( " E l e m e n t {0} = { 1 } " , i ,

s[i]);

который выводит 10 строк текста вроде следующих: Element 0 = а Element 1 = Ь Element

9 = j

Однако строки не считаются массивами и назначение s[3]

= ' х ' ; //Неверная

попытка

заменить

букву

d на букву х

является неверным, потому что переменные строкового типа являются неизменяемыми — их нельзя модифицировать. Для того чтобы создать новое строковое значение, необходимо создавать новый экземпляр строкового типа .

Изменяемые строки должны реализовываться, как экземпляры класса StringBuilder.

154

Глава 4. Управление и массивы

Операции со строками Базовые операции со строками перечислены в приведенной ниже форме. Объявление и использование строк string svarl; string svar2 = "строка"; svarl = svar2; svarl = "строка"; svarl = svar2 + "строка"; int len = svarl.Length;

//Объявляем строковую переменную //Объявляем и инициализируем строку //Присваиваем значение строке //Присваиваем значение строке //Сцепляем две строки //Получаем длину строки

Переменная svarl создается с начальным значением null, в то время как переменная svar2 создается и инициализируется значением "строка".

Важно подчеркнуть разницу между понятиями null (т. е. отсутствие значения) и нулевая, или пустая строка. Здесь может помочь пример. Приведенные ниже строки С# приведут к ошибке времени выполнения: string s i ; si += "abc";

//Создается строка со значением null //Неверно, выполнено не будет!!

потому что левый операнд в операции сцепления строк не имеет значения. Если, однако, переписать строки следующим образом: string s2 • " " ; s2 += "abc"; то они будут успешно выполнены и переменная s2 получит в итоге значение "abc". Строковые константы начинаются и заканчиваются символами двойных кавычек « " », причем эти константы могут иметь любую длину, начиная от 0. Иногда нам нужно включить в строковую константу символ двойной кавычки. Для этого символ кавычки необходимо предварить символом обратной косой черты «\». Однако иногда требуется включить в строку сам символ «\». Эта проблема решается тем же способом — включением перед выводимым символом «\» еще одного символа «\». Ниже приведено несколько примеров такого рода. Console.WriteLine ( " " ) ; Console.WriteLine ( " \ " " ) ; Console.WriteLine("\\\\"); Console.WriteLine ( " \ \ \ " a \ \ \ " " ) ;

//Выводит //Выводит //Выводит //Выводит

пустую строку строку: " строку: \\ строку: \ " а \ "

Вот еще полезный пример: string s • " \ \ \ " " ; Console.WriteLine(s.Length) ; //Выводит 2 Важно отметить, что иногда включение в текст программы двух символов приводит к тому, что только один (специальный) символ помещается в

4.5 Строки и символы

155

строковую константу. Все эти специальные комбинации символов в С# имеют в качестве первого символа пары символ обратной косой черты. Некоторые дополнительные специальные комбинации символов перечислены в следующем разделе, посвященном символьному типу char. Все комбинации, допустимые в качестве символьных констант, могут быть использованы и внутри строковых констант.

Методы типа string Тип string включает целый ряд предопределенных методов. Выборка наиболее полезных методов приведена в форме для класса string. Полную информацию о методах string можно найти в описании класса System.String (потому что string в языке С# является синонимом System. String). Класс string (сокращено) bool si.StartsWith(string s2) //true, если si начинается с s2 bool si.EndsWith(string s2) //true, если si заканчивается строкой s2 int si.IndexOf(char ch) //Ищет символ ch внутри si int si. IndexOf (char ch, int pos) //To же, но начиная с позиции pos int si.IndexOf(string s2) //Ищет строку s2 внутри si int si. IndexOf (string s2, int pos) //To же, но начиная с //позиции pos string si.Substring(int pos) //Извлекает подстроку из si string si. Substring (int pos, int len) //To же string si.ToLowerf) //Копирует si, преобразуя буквы в строчные string si.ToUpper () //Копирует si, преобразуя буквы в прописные string si.Trim () //Копирует si, убирая лидирующие и //завершающие пробелы string si.TrimStart() //Копирует si, убирая лидирующие пробелы string si.TrimEnd() //Копирует si, убирая завершающие пробелы string [] si.Split () //Расщепляет si на слова, по одному на //элемент массива char si. [int pos]; //Обращается к элементу в позиции pos StartsWith возвращает true только если строка s1 начинается со строки s2; EndWith выполняет аналогичную проверку в конце строки. IndexOf возвращает позицию первого вхождения в строку s1, начиная от ее левого конца, символа ch или подстроки s2. Первая позиция строки имеет номер 0. Если поиск не дает результата, возвращается - 1 . Два варианта с аргументом pos начинают поиск от позиции pos. Методы Substring возвращают подстроки строки s1. Первый вариант возвращает всю подстроку, начинающуюся с позиции pos; второй вариант возвращает подстроку длиной len, начинающуюся с позиции pos. ToUpper и ToLower преобразуют все алфавитные символы в строке s1 в прописные или строчные, соответственно. TrimStart возвращает копию строки s1, из которой убраны лидирующие пробелы; TrimEnd возвращает ту же строку, из которой убраны завершающие пробелы; Trim возвращает копию без тех и других пробелов. Split разбивает строку s/ на массив подстрок, где в качестве подстрок рассматриваются части строки s1, ограниченные пробельными символами (пробелами или символами табуляции). s1[pos] выполняет обращение к символу в позиции pos.

156

i

Глава 4. Управление и массивы

Тип char Если символьная строка схожа с массивом, то к какому типу принадлежит элемент этого массива? Ответ — к типу char. Переменная типа char может содержать значение, представляющее собой числовой код одного символа. Каждый символ, например, буква 'а' или знак '&', имеет закрепленный за ним числовой код. Соответствие кодов и символов до некоторой степени произвольно, однако все классы и методы в библиотеке С#, работающие со строками и символами, должны использовать одну и ту же кодировку. Библиотека С# использует метод кодирования, носящий название Unicode. Каждое значение Unicode лежит в диапазоне от 0 до 65535 и занимает, следовательно, 16 бит памяти. В Unicode 26 строчных букв латинского алфавита от 'а' до V нумеруются по порядку, так же, как и 26 прописных букв от 'А' до Z' и 10 цифровых символов от '0' до '9'. Составляя программу, вы всегда можете считать, что символы в этих группах нумеруются последовательно (см. Приложение Г, где приведены дополнительные сведения относительно кодировки Unicode). Объявление и использование символов char char

chl;

//Объявление

ch2 = ' X ' ;

символьной переменной

//Объявление и инициализация символьной переменной

chl

= ch2;

//Присваивание символьного

значения

chl

= 'У;

//Присваивание символьного

значения

s

= s+chl;

//Сцепление

строки и символа

s

= chl+s;

//Сцепление

символа и строки

Объект c h l создается и инициализируется символом с кодом 0, a ch2 создается и инициализируется значением 'X'.

В качестве примера приведем фрагмент программы, который позволяет увидеть числовые значения некоторого диапазона символов: for

( c h a r ch = ' A ' ; ch <= ' Z ' ; ch++) ; { Console.WriteLine("Code f o r {0} i s {1}",

ch,

(int)ch);

Для получения числового кода символа достаточно выполнить преобразование char в int. Выводом предыдущего примера будут 26 строк такого рода: Code Code

for for

A is B is

65 бб

Code

for

Z is

90

Символьное значение можно также присвоить переменной типа int. Приведенный ниже цикл выведет все символы символьной таблицы: for (int i=0; i<256; Console.Write((char)i + "

") ;

4.5 Строки и символы

157

Вывод может иметь такой вид:

0 C Z u x ? ?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 : ; < = > ? @ А В D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y [ \ ] _ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t v w y z { | } - | ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? i Ф £ a V | S " с

I a u

I D f t 0 0 0 0 6 x 0 U U U D Y _ f i & i a ft 4 Q u

* у

9

ft у

i

ft

ft

£

£

£

£

d

fi

d

б

б

о

б

• о

ft

Полученный вывод не вполне точен, так как не все коды могут быть отображены в виде символов на экране.

Escape-последовательности Символьная константа записывается в форме 'X', где одиночные кавычки (апострофы) используются в качестве ограничительных символов как слева, так и справа. Учитывая, что в кодировке Unicode могут существовать 65535 различных 16-битовых кодов, а типичная клавиатура компьютера имеет лишь около 50 алфавитно-цифровых клавиш, и принимая еще во внимание, что некоторые символы выводятся специфическим образом (например, символ табуляции), необходимо предусмотреть специальные обозначения для записи большинства символов типа char. Эти специальные обозначения начинаются с обратной косой черты; некоторые из них перечислены в приводимой ниже форме. Они носят название Escape-последовательностей (escape — переход), а символ обратной черты в данном контексте называют строковым escape-символом (не путать с клавишей Esc на компьютерной клавиатуре). Этот символ указывает на переход к альтернативным обозначениям. Символьные escape-последовательности (сокращено) \п \t \0 V \" \\ \uXXXX

Символ Символ Символ Символ Символ Символ Символ

перевода строки горизонтальной табуляции null одиночного апострофа кавычки обратной косой черты UNICODE с кодом ХХХХ (шестнадцатеричное)

Все комбинации могут использоваться внутри строковой константы или константы типа char и обозначают один 16-битовый символ. В комбинации \uXXXX символ X обозначает одну шестнадцатеричную цифру (от 0 до 9 или от А до F); так, \uOO41 обозначает символ с кодом 4x16+1, или 65, а это есть код буквы 'А'

158

Глава 4. Управление и массивы

Символ перевода строки осуществляет переход на следующую строку; символ табуляции смещает вывод к следующей предопределенной позиции в текущей строке. Ноль-символ часто используется для обозначения отсутствия символа — он обычно игнорируется при выводе. Поэтому его можно использовать как способ удаления символов из строки. Таким образом, мы имеем целый ряд символьных и строковых значений со схожими названиями, но имеющими разный смысл: •

ноль-символ ' \ 0 ' ;

•

null;

•

пустая строка " " ;

•

строка, содержащая ноль-символ " \ 0 " .

Эти значения могут быть созданы следующим образом: char cl = string si string s2 s t r i n g s3

'\0'; = n u l l ; //si не имеет значения = " " ; //s2 имеет строковое значения; длина строки = О = "\0"; //s3 имеет строковое значения с длиной = 1

Программа может выполнять лишь ограниченный набор операций над символьными переменными, именно, задавать им новые значения, сравнивать их и сцеплять со строками. Однако эти значения исключительно полезны при вводе и выводе текста. Unicode Имеется много тысяч символов, отсутствующих на клавиатуре. Это акцентированные символы, символы-умляуты, специальные символы денежных единиц, символы алфавитов других языков (иврита, греческого) и т. д. Однако, как уже отмечалось, имеется международное соглашение относительно числового представления всех этих символов, носящее название Unicode. Информацию об этой кодировке можно найти по адресу http://www.unicode.org. Некоторые наиболее полезные коды приведены в табл. 4.4. Таблица 4.4. Некоторые символы Unicode Символ

Unicode

ё

00 F9

U

OOFC

0

00F8

Ф

00А2

£

00A3

¥

00А5

€ ©

20АС 263А

4.5 Строки и символы

159

Для того чтобы вставить символ Unicode в строку, мы используем escape-код \ucccc, где сссс — код Unicode. Необходимо указывать полный 16-битовый код. Например, можно написать Console.WriteLine("Dr

M\uOOFCller's salary \u00A5200.000");

i n Japan w i l l

be " +

что приведет к выводу на экран строки: Dr Muller's salary in Japan will be ¥200.000

Если символы Unicode выводятся неправильно, вы должны установить на вашем компьютере необходимые шрифты. Инструкции, касающиеся этих действий, содержаться на Web-сайте Unicode. Возможности консольного окна по части вывода символов Unicode могут оказаться ограниченными (не все символы будут отображаться на экране), но все-таки попробуйте выполнить приведенный выше фрагмент.

Методы типа char Тип char, являющийся синонимом типа System.Char, предоставляет ряд статических методов, в основном связанных с классификацией символьных значений и распределением их по различным категориям символов. Некоторые методы анализа символов приведены ниже. Тип char (сокращено) bool

char.IsDigit{ch)

//true,

если

ch

цифра

bool

char.IsLetter(ch)

//true,

если

ch

буква

bool

char.IsLetterOrDigit(ch)

//true,

если ch

bool

char.IsLower(ch)

буква или цифра

//true,

если ch

строчная буква

bool char.IsUpper(ch)

//true,

если ch

прописная буква

bool

//true, если ch //табуляция

char.IsWhiteSpace (ch)

пробел или

Под ch подразумевается значение типа char. Если проверка дает отрицательный результат, метод возвращает значение false.

Помимо букв, цифр и пробельных символов, имеются много других категорий. Все детали можно найти в документации к типу System.Globalization. UnicodeCategory. Проверки на категорию обычно используются для просмотра вводимого текста и поиска в нем определенных частей. Например, для нахождения следующего идентификатора (имени переменной) в строке исходного текста программы, можно использовать такой метод: string GetNextldentifier(string line, int idStart = - 1 ;

int pos) {

160

Глава 4. Управление и массивы for

(int i=pos; i
if (idStart < 0) return null; //Идентификатор не найден int j ; for (j = idStart+1; j < line.Length & & char.IsLetterOrDigit(line[j] ) ; j++) ;//Ничего не делать return line.Substring(idStart, j-idStart);

Первый параметр представляет собой строку, в которой осуществляется поиск; второй параметр указывает, где следует начать поиск (если мы ищем второй или последующие идентификаторы в строке). Обратите внимание на второй цикл приведенного фрагмента. В этом цикле нет никаких предложений, потому что он служит просто для нахождения позиции в строке, которая прекращает действие этого цикла. Замечание: Если вводимая строка представляет собой предложение языка С#, следует рассмотреть особые случаи. В алгоритм программы следует ввести пропуск слов, находящихся внутри строковых констант и комментариев. Возможно также, потребуется игнорировать ключевые слова языка С # . Обсуждаемая ниже программа иллюстрирует использование строковых переменных, переменных типа char, а также циклов while и for. Пример 4.7. Отображение двоичных чисел Целые числа хранятся внутри компьютера в двоичной форме. В большинстве современных компьютеров тип int использует 32 двоичных разряда, которые иначе называются битами. Используемое нами программное обеспечение обычно скрывает двоичное представление чисел в памяти компьютера преобразованием их по мере необходимости в десятичную систему или наоборот. Если, однако, нам надо увидеть, как выглядит двоичное представление целого числа, мы можем воспользоваться следующим алгоритмом: многократно делить число на 2 и запоминать остаток. Например, десятичное число 13 может быть преобразовано в его двоичное представление 1101 путем следующих операций деления: •

13 -f 2 = 6 с остатком 1;

•

6 т 2 = 3 с остатком 0;

•

3 -е- 2 = 1 с остатком 1;

•

1 и- 2 = 0 с остатком 1.

4.5 Строки и символы

161

На этом шаге мы можем остановиться, так как число, которое надо делить, стало нолем. Последовательность остатков, написанная в порядке, обратном их получению, дает 1101. Действительно, 1101 является двоичным представлением числа 13, так как 13 = 1х2 3 + 1х22 + 0х2 х + 1x2° Программа ShowBinary, приведенная ниже, многократно запрашивает у пользователя ввод числа и затем выводит на экран его двоичное представление. Программа использует два различных цикла while, один — для многократного получения числа с клавиатуры и преобразования его в двоичную форму, а второй — для многократного деления на 2 и получения остатка. Мы можем обратить порядок следования остатков путем сцепления каждого остатка с началом строковой переменной. Первый цикл while в программе ShowBinary использует условное выражение к > 0. Если это условие выполняется, тело цикла (предложения, заключенные в фигурные скобки) выполняется. Затем снова вычисляется условное выражение. Если результат опять равен true, тело цикла снова выполняется, и этот процесс повторяется до тех пор, пока вычисление условного выражения не даст false. Поскольку тело цикла в каждой итерации делит к на 2, значение к должно становиться все меньше и меньше. В конце концов к должно стать равным нолю, и условное выражение дает false. Второй цикл в программе, расположенный внутри метода Go, написан как бесконечный цикл. Обычно следует избегать бесконечных циклов. Конкретно в этой программе цикл for содержит условное выражение, которое приводит к выходу из цикла не как обычно, а с помощью предложения return. Файл ShowBinary.cs

using System; class ShowBinary { ///<summary> ///Программа ShowBinary / //

Bishop & Horspool 2002

ill

///Выводит число в двоичной системе обозначений ///Демонстрирует использование цикла while /// void PrintBinary(int k) { if (k — 0) { Console.WriteLine("0"); return; } string s = ""; while (k > 0) { if (k%2 == 0) s = ' 0' + s ; 6—2047

Глава 4. Управление и массивы

162 else s = ' 1' + s ;

к /= 2; } Console.WriteLine(s); } void Go () { Console.WriteLine("Note: enter -1 to exit the program."); for ( ; ; ) { Console.Write("Enter number to display in binary: " ) ; int num = int.Parse(Console.ReadLine()); if (num < 0) return; PrintBinary(num);

static void Main() { new ShowBunary() .Go();

Типичный прогон программы может выглядеть следующим образом: Note: enter -I to exit Enter nubmer to display 1101 Enter nubmer to display 100 Enter nubmer to display 1100100 Enter nubmer to display

the program. in binary: 13 in binary: 4 in binary: 100 in binary: -1

4.6 Дополнительные предложения выбора Для реализации требуемого алгоритма передачи управления в программе от одного предложения к другому достаточно предложений if и циклов while. Однако программы становятся более наглядными, если в них использовать более выразительные конструкции передачи управления. К таким конструкциям можно причислить предложения break и continue. Предложение break может быть использовано для внеочередного выхода из цикла, а предложение continue позволяет вне очереди начать выполнение следующей итерации цикла.

Предложение break Рассмотрим внутренний цикл в программе Primes.cs (пример 4.4). Как только мы находим делитель для переменной i, мы должны завершить цикл. Другой способ программирования такого цикла будет выглядеть следующим образом:

4.6 Дополнительные предложения выбора prime

=

true;

163

#*~

for (int j = 3; j*j <= 1; j +=2) { if (i % j == 0) { prime = false; break;

С одной стороны, такой цикл проще, так как заголовок цикла осуществляет только продвижение переменной j по последовательности значений. С другой стороны, структура управления ходом программы оказывается более сложной, потому что когда выполняется предложение break, цикл немедленно завершается и выполнение продолжается со следующего предложения после тела цикла. Внутри тела цикла может быть любое количество предложений break. Эти предложения можно использовать внутри циклов while, do-while и for, а также предложений switch (см. ниже) для выхода из этих конструкций.

Предложение continue Предложение continue является в некотором роде противоположностью предложению break. Если оно выполняется, то осуществляется немедленный возврат в начало цикла для выполнения следующей итерации. Если предложение continue выполняется внутри цикла while, то снова вычисляется условное предложение и, если результат оказывается равным true, тело цикла выполняется еще раз; в противном случае цикл завершается. Если предложение continue выполняется внутри цикла do-while, тело цикла выполняется снова. Если же оно выполняется внутри цикла for, то вслед за ним прежде всего выполняются действия по переходу к следующей итерации (третий компонент заголовка цикла), после чего выполняется вычисление условия и, если результат равен true, выполняется тело цикла в рамках следующей итерации. Ниже приведен простой фрагмент программы, в которым используются оба предложения, и break, и continue. В цикле for осуществляется ввод с клавиатуры по одному символу до тех пор, пока не будет введена пустая строка или символ завершения. После завершения ввода программа сообщает, сколько было введено символов и строк. int for

numChars = 0, numLines = 0, l i n e L e n = 0; ( i n t k = Console.Read() ; k ! = - l ; k = Console.Read()) char с = (char)k; numChars++; if (c ==' ' || с == ' \ t ' ) continue; if (c == ' \ n ' ) { numLines++; i f ( l i n e L e n == 0) b r e a k ; l i n e L e n = 0; } else

{

164

Глава 4. Управление и массивы

lineLen++; } Console.WriteLine("Character count = {0}", numChars); Console.WriteLine("LineCount • {0}", numLines);

Предложение switch Предложением if удобно пользоваться в тех случаях, когда в программе может возникнуть лишь несколько ситуаций, приводящих к различающимся действиям. В таких случаях мы можем просто написать последовательность предложений if, образующих каскад, как это показано в следующем примере: //Анализ команды выбора того или иного действия по редактированию if (с — 'X') DeleteMode();//Удаление else if (с == ' I ' ) InsertMode();//Вставка e l s e if (с - - ' R ' ) ReplaceMode();//Замена else Console.WriteLine("Control code {0} unknown", с);//Код режима //неопознан

Когда число отрабатываемых ситуаций велико, программирование в таком стиле становится утомительным и не очень наглядным. Оно также приводит к неэффективной программе, так как программа должна выполнять последовательный анализ всех условных предложений, пока не дойдет до положительного результата. Предложение switch предоставляет удобный способ программирования последовательности проверок различных условий, отличающийся краткостью и большей эффективностью, чем каскад предложений if. Приведенный выше фрагмент можно написать с помощью предложения switch таким образом: //Анализ команды выбора того или иного действия по редактированию switch (с) { case 'X' : DeleteMode(); break; case ' I ' : InsertMode(); break; case 'R' : ReplaceMode(); break; default: Console.WriteLine("Control code {0} unknown", c) ;

4.6 Дополнительные предложения выбора

165

Формат предложения switch приведен ниже. Предложение switch switch (выбор) { case метка1: действие! break; case метка2: действие2 break; default: действия по умолчанию break; Если значение выражения выбор равно значению метка1, то выполняются предложения, обозначенные как действие 1 (ветвь выбора с меткой метка1); в противном случае если выражение выбор равно метка2, то выполняются предложения, обозначенные как действие2 и т. д. Если выражение выбор не равно ни одной из указанных меток, выполняются предложения, следующие за ключевым словом "default".

Правила использования предложения switch заключаются в следующем. •

Выражение выбора (которое указывается в скобках после ключевого слова switch) должно после вычисления давать значение типа int, bool, char или string.

•

Каждое значение, используемое в качестве метки после ключевого слова case, должно быть совместимым с типом выражения выбора.

•

Одно и то же значение не может использоваться в качестве метки выбора более одного раза.

•

Метки выбора могут следовать в любом порядке.

•

Несколько меток выбора могут указывать на одно и то же действие.

•

Предложение после метки выбора всегда должно завершаться предложением break или каким-либо другим предложением (например, предложением return), которое передает управление за пределы предложения switch.

•

Предложение break, использованное внутри предложения switch, передает управление на предложение, непосредственно следующее за концом предложения switch.

•

Ветвь по умолчанию (помеченная ключевым словом default), выполняется, если выражение выбора не равно ни одной из указанных меток выбора.

166

•

Глава 4. Управление и массивы

Ветвь по умолчанию не является обязательной. Если ее нет, а выражение выбора не равно ни одной из указанных меток выбора, не выполняется никаких действий; выполнение программы продолжается с предложения, непосредственно следующего за концом предложения switch.

Пример 4.8. Преобразование латинских чисел Рассмотрим пример законченной программы, которая использует все возможности предложения switch. Программа преобразует латинские числа в десятичные; например, число XIV будет преобразовано в 14. Перед тем, как мы перейдем к программе, рассмотрим кратко латинские числа. Римляне, возможно, начали считать, используя систему счисления с основанием единица, поэтому единица писалась, как I, два как II, а три как III. Однако такая система по мере увеличения числа быстро становится слишком громоздкой, и большинству людей было бы трудно отличить, например, 12 от 13, если их записывать, как последовательность единиц. В результате римляне расширили свою систему, начав использовать дополнительные буквы: I для обозначения единицы, V для обозначения пяти, X для обозначения десяти, L для обозначения пятидесяти, С для обозначения сотни, D для обозначения пяти сотен, М для обозначения тысячи. Числа, находящиеся между этими узловыми точками, можно записывать с помощью комбинаций перечисленных букв. Так, XI обозначает одиннадцать, XII — двенадцать, XIII — тринадцать и т. д. Аналогично, XV — это пятнадцать, а XVI — шестнадцать. Когда значения букв должны складываться, как в случае числа XV, они должны указываться в нисходящем порядке своих значений. Поэтому запись VX неправильна. Для уменьшения длины латинских чисел неудобное число вроде XVIIII (которое представляет 19) можно записать в виде XIX. В этом случае действует следующее правило: единичное включение буквенного обозначения числа должно вычитаться из последующего числа, если последующее число больше предыдущего. При этом мы должны использовать такое вычитание в самой последней позиции, так что XIX является правильным числом, a IXX — неправильным. Учитывая все эти правила, мы имеем:

4.6 Дополнительные предложения выбора

1(37

VIII — это 8, XXVI — это 26, XXXIV — это 34, XLI — это 41, MCMLXXXIX — это 1989, MMIV — это 2004. Программа Roman2Arabic многократно запрашивает у пользователя ввод латинского числа и затем выводит его эквивалент в десятичном виде. Программа не сообщает об ошибке, если латинские цифры появляются в неправильном порядке. Файл Roman2Arabic.cs using System; class Roman2Arabic { ///<summary> ///Программа Roman2Arabic

Bishop & Horspool May 2002

///Преобразует в десятичную систему и выводит на экран числа, ///вводимые пользователем в латинской системе счисления ///Выполняется лишь минимальная проверка правильности ///вводимых латинских чисел ///Демонстрирует использование предложений switch /// void Arabic(string s) { int units, tens, hundreds, thousands; units = tens = hundreds = thousands = 0; for (int = 0; i < s. Length; i++) { char с = s[i]; switch (c) { case ' I' : case ' i' : units++; break; case ' V : case ' v' : units = 5 - units; break; case ' X' : case ' x' : tens += 10 - units; units = 0; break; case ' I/ : case ' 1' : tens = 50 - tens - units; units = 0; break; case ' С : case ' c' : hundreds += 100 - tens - units; tens = units =0;

168

Глава 4. Управление и массивы break; case ' D' : case ' d' : hundreds • 500 - hundreds - tens - units; tens = units =0; break; case ' M' : case ' m' : thousands += 1000 - hundreds - tens - units; hundreds = tens = units = 0; break; default: Console.WriteLine( "Error: {0} is not a Roman digit", c) ; break;

return thousands + hundreds + tens + units; } void Go() { for ( ; ; ) { Console.Write ( "Enter Roman number (or empty line to exit) : ") ; string s = Console.ReadLine() ; s = s .Trim() ; if (s. Length == 0) break; Console.WriteLine ( "{0} is the Roman notation for {1}", s, Arabic (s.))

static void Main() { new Roman2Arabic ().Go();

Обратите внимание на то, что конструкции case 'метка1 используются парами, 'X' вместе с 'х' и т. д. Таким простым способом м ы расширили программу на случаи использования как строчных, так и прописных латинских букв. После запуска программы вы получите результат вроде следующего: Enter Roman XIX is the Enter Roman XIX is the Enter Roman XIX is the Enter Roman XIX is the Enter Roman

number (or empty line to Roman notation for 19 number (or empty line to Roman notation for 1900 number (or empty line to Roman notation for 1919 number (or empty line to Roman notation for 1977 number (or empty line to

exit) : XIX exit) : MCM exit) : MCMXIX exit) : MCMLXXVII exit) :

4.7 Проект 2. Игра «Камень—ножницы—бумага»

169

4.7 Проект 2. Игра «Камень—ножницы—бумага» Введение В игру «Камень—ножницы—бумага» обычно играют два человека в несколько раундов. В каждом раунде оба игрока прячут руки за спиной. Затем, по счету три, оба игрока быстро выбрасывают руки вперед. Если рука сжата в кулак, она обозначает камень. Если выбрасывается ладонь со сжатыми вместе пальцами, это обозначает бумагу. Наконец, если указательный и средний палец образуют букву V, это обозначает ножницы. Если оба игрока выбрасывают одинаковые фигуры, раунд считается закончившимся вничью. В противном случае ножницы побеждают бумагу (потому что ножницы могут резать бумагу), бумага побеждает камень (потому что лист бумаги можно обернуть вокруг камня), а камень побеждает ножницы (потому что ударив камнем по ножницам, можно их повредить). Введя слова «rock paper scissors» в поисковой машине Web, вы найдете многие тысячи Web-сайтов посвященных этой игре . (Если даже вы не относитесь к этой игре серьезно, многие не разделяют вашего мнения.) В табл. 4.5 приведена матрица правил этой игры, где +1 обозначает победу игрока А, - 1 победу игрока Б, а 0 — ничью. Таблица 4.5. Возможные исходы игры «Камень—ножницы—бумага» Фигура игрока В Rock [Камень]

Фигура игрока А

Paper [Бумага]

Scissors [Ножницы]

Rock

0

-1

1

Paper

1

0

-1

Scissors

-1

1

0

Когда в эту игру играют два человека, она является борьбой психологии — каждый игрок старается предугадать, какую фигуру выкинет его соперник. Когда человек играет с компьютером, стратегия уж точно не основана на психологии, особенно, если игроку известен исходный текст программы. Наша программа, чтобы затруднить предугадывание, использует случайные числа.

Структура программы Программа разбита на два класса, сохраняемые в двух разных файлах. Один, класс DriveRPSGameConsole, отвечает за все взаимодействия с пользователем. Он также ведет учет для игрока-человека числа выигранОсобенно рекомендуем сайт http://www.worldrps.com

170

Глава 4. Управление и массивы

ных, проигранных и ничейных раундов. Другой класс, RPSGame, фактически ведет игру — выбирает фигуру, выбрасываемую компьютером, и, получив информацию о фигуре оппонента, сообщает, кто выиграл данный раунд. Исходный текст программы приведен ниже. Управляющая структура программы DriveRPSGameConsole использует внешний цикл, который в каждой итерации запрашивает у пользователя его фигуру и отвечает выбором своей. Для удобства пользователя задание фигуры осуществляется вводом одной буквы: «г» для камня, «р» для бумаги и «s» для ножниц. Для завершения игры пользователь должен ввести «q» (сокращение от quit). Разделение программы на два класса потребовало добавления ключевого слова public [открытый] к конструктору и двум методам класса RPSGame. Без ключевого слова public и конструктор, и оба метода были бы по умолчанию закрытыми (private). Другими словами, они были бы скрыты и их нельзя было бы вызвать из другого класса DriveRPSGameConsole. В противоположность этому, метод, названный Result, вызывается только из фрагмента внутри класса и, следовательно, не нуждается в объявлении его открытым. Подробное обсуждение всех модификаторов доступа С# проводится в гл. 9. Файл DriveRPSGameConsole.cs using System; c l a s s DriveRPSGameConsole ///<summary> ///Программа RPSGame

{ Bishop

& Horspool

August

2002

///Играет с пользователем в игру "Камень—ножницы—бумага", ///используя для ввода-вывода консоль /// void Go () { ///<summary> ///Управляет игрой "Камень—ножницы—бумага" /// RPSGame game = new RPSGame ( ) ; int noOfWins, noOfDraws, noOfLosses, round; noOfWins = noOfDraws = noOfLosses = round = 0; string computersChoice; string result; for ( ; ; ) {

computersChoice = game.ComputersChoice;//Ход компьютера string players.Choice = null; do { Console.Write( "Enter R (Rock), P (Paper, "+ "S (Scissors), or Q (Quit): " ) ; string b = Console.ReadLineO .ToLower () ;//Ход пользователя switch (b[0]) {

4.7 Проект 2. Игра «Камень—ножницы—бумага» case ' г' : playersChoice case ' p' : playersChoice case ' s' : playersChoice case ' q' : playersChoice

171

= "Rock"; break; = "Paper"; break; = "Scissors"; break;

= "Quit"; break; } } while (playersChoice == null); if (players.Choice == "Quit") break; result = game.ComparePlays(playersChoice); round++; Console.WriteLine("Round "+round); Console.WriteLine("The computer's choice = "+computersChoice); Console.WriteLine ("The player's choice = "+playersChoice); switch (result) { case "draw": Console.WriteLine( " This round is drawn");//Ничья в этом раунде noOfDraws++; break; case "lose": Console.WriteLine( " Sorry,you lose this round");//Вы проиграли //этот раунд noOfLosses++; break; case ""win": Console.WriteLine( 11 Well done, you win this round");//Вы //выиграли этот раунд noOfWins++; break; } Console.WriteLine("Status: {0} wins, {1} draws,"+ "{2} losses", noOfWins, noOfDraws, noOfLosses);

static void Main() { new DriveRPSGameConsole() .Go ();

Второй файл называется RPSGame.cs и содержит программную реализацию класса RPSGame. В нем определяется свойство, обеспечивающее доступ к следующей фигуре, выбранной компьютером. Метод ComparePlay вычисляет и выводит результат раунда.

172

Глава 4. Управление и массивы

Файл RPSGame.cs using System; class RPSGame { ///<summary> ///Ведет учет состояния игры "Камень—ножницы—бумага" /// string[] MoveNames = {"Rock", "Paper", "Scissors"}; string computersChoice; Random r; public RPSGame() { r = new Random () ; public string ComputersChoice { get { //генерирует случайные числа 0, 1 или 2, преобразует //их в строку //и сохраняет для дальнейшего использования на этапе //сравнения computersChoice = MoveNames[r.Next(3) ]; return computersChoice; } public string ComparePlays(string playersChoice) { ///<summary> ///Определяет, выиграл ли игрок у компьютера ///Вызывает функцию Result, конструирующую сообщение ///Функция Result вызывается со следующими параметрами: /// — ход игрока /// - ход компьютера, при котором игрок выигрывает /// - ход компьютера, при котором выигрывает компьютер /// switch (playersChoice) { case "Rock" // игрок выигрывает проигрывает return Result("Rock" , "Scissors", "Paper"); case "Paper" : // игрок выигрывает проигрывает return Result("Paper", "Rock", "Scissors"); case "Scissors" : // игрок выигрывает проигрывает return Result("Scissors", "Paper", "Rock",); default: return null; string Result(string player, string Pwin, string Plose) { if computersChoice == Pwin) return "win"; else if computersChoice == Plose) return "lose"; else return "draw";

Основные понятия, рассмотренные в гл. 4

173

Если вы запустите программу, ее вывод может выглядеть примерно так: Enter R (Rock) , P (Paper) , S (Scissors) , or Q (Quit) : R Round 1 The computer's choice = Scissors The player's coice = Rock Well done, you win this round Status: 1 wins, 0 draws, 0 losses Enter R (Rock) , P (Paper) , S (Scissors) , or Q Round 2 The computer's choice = Rock The player's coice = Rock This round is drawn Status: 1 wins, 1 draws, 0 losses Enter R (Rock) , P (Paper) , S (Scissors) , or Q Round 3 The computer's choice = Paper The player's coice = Rock sorry, you lose this round Status: 1 wins, 1 draws, 1 losses Enter R (Rock) , P (Paper) , S (Scissors) , or Q

(Quit) : R

(Quit) : R

(Quit) : Q

Поскольку компьютер выбирает свои фигуры, используя генератор случайных чисел, доли выигрышей, проигрышей и ничьих должны составлять приблизительно по 3 3 % в достаточно долгом сеансе. Хотя интерфейс ввода весьма прост (что может быть проще для игрока, чем ввести одну букву в каждом раунде), выход программы нельзя назвать наглядным. Вариант этой игры, использующий графический интерфейс (GUI), представлен в гл. 5.

Основные понятия, рассмотренные в гл. 4 Понятия, рассмотренные в этой главе: массивы

индексация массивов

различные циклы

булевы выражения

предложение break

предложение continue

предложение if

предложение switch

цикл while

цикл do-while

тип bool

тип string

тип char

escape-последовательности и символы Unicode

Глава 4. Управление и массивы

174

Рассмотренные операторы: & &&

I!

Ключевые слова: for

while

do

if

else

break

continue

switch

case

default

foreach

char

string

bool

Синтаксические формы: операторы сравнения

булевы логические операторы

булевы условные операторы

предложение if

цикл while

цикл do-while

цикл for

объявление массива (упрощено)

цикл foreach для массива

объявление и использование типа string

класс string (сокращено)

объявление и использование типа char

символьные escapeпоследовательности (выборка) предложение switch

тип char (сокращено)

Контрольные вопросы 4.1. Если мы хотим установить булеву переменную freePass [бесплатный билет] для детей [children] до 15 лет или для студентов [student] до 25 лет (возраст содержится в переменной age), какое из приведенных ниже предложений будет правильным?

Контрольные вопросы

175

(а) freePass

= age < 15

(б) freePass

= age

(в) freePass (r) freePass

= age < 15 | | (age < 25 && s t u d e n t ) ; = student | | age < 15;

| |

age < 25

| |

student;

< 25 && student;

4.2. Какой из приведенных ниже фрагментов соответствует такому алгоритму: цикл повторяется до тех пор, пока пользователь на введет «q»? (а) bool more = false; while (!more) { ...предложения more = Console.ReadLine()

!= "q";

(б) bool quit = true; while (!quit) { ...предложения quit = Console.ReadLine()

!=

"q");

(в) bool quit = true; while (!quit) { ...предложения more = Console.ReadLine () ==

"q");

(r) bool more • true; while (more) { ...предложения more = Console.ReadLine()

"q");

!=

4.3. Какую последовательность значений выведет приведенный ниже фрагмент? int i while

= 17; (i !=

1)

{

Console.Write("{0}", i ) ; i = 3*i + 1; while (i%2 == 0) i /= 2;

(a) 17 13 5 1 (в) 17 13 5

(6) 17 15 13 11 9 7 5 3 1 (г) 17 13 5 4 1

4.4. Что важно включить в цикл с неоднозначным выходом? (а) предложение break (б) предложение if в конце цикла (в) предложение continue

(г) предложение return

176

Глава 4. Управление и массивы

4.5. Что выведут приведенные предложения? string s = "V'hello! \"\n" ; Console.WriteLine("{0},s.Length

(a) 9

(6) 8

(в) 6

(г) 12

4.6. Если массив объявлен следующим образом: DateTime[] myExamDays = {new DateTime(2003,11,4), new DateTime(2003,11,7), new DateTime(2003,11,12), new DateTime(2003,11,19)}

тогда день моего второго экзамена выражается: (a) myExamDays[2]

(б) myExamDays[I].Day

(в) myExamDays.Day[1]

(г) myExamDays[2].Day

4.7. Если предложение switch не включает выбор по умолчанию, результатом этого будет: (а) ошибка компиляции (б) если значение выражения выбора не соответствует ни одной из меток, то выбирается ветвь case с меткой, наиболее близкой по значению к значению выражения выбора (в) если значение выражения выбора не соответствует ни одной из меток, то выполнение продолжается с предложения, стоящего после конструкции switch (г) ошибка выполнения 4.8. Правильным является следующее предложение switch для задания числа дней в месяцах года: (a)

int

Daysln(int month) switch case

(month) 9:

{

{

case

4:

case

break; case

2:

return

break; else

return

31;

break; }

else }

return

31;

28;

6:

case

11:

return

30;

Контрольные вопросы (б) int

177

Daysln(int

month) {

switch (month) { case 9, 4, 6, 11: return break; case 2: return 28;

30;

break; default: return 31; break;

(в) int Daysln(int month) { switch (month) { case 9: case 4: case break; case 2: return 28; default: return 3 1 ;

(r) int Daysln(int month) { int days; switch (month) { case 9: case 4: case break; case 2: days = 28; break; else days = 3 1 ; break;

6: case

11: return 3 0 ;

6: case

11: days

= 30;

4.9. В программе ComputeGrade2 (пример 4.6) как наилучшим образом вывести два массива? Требуемый вывод должен выглядеть следующим образом: 90.0 85.0

А+ А

и т. д. (а) foreach

(double

mark

in boundary)

Console.WriteLine(mark+" (б) for

"+grade[mark]);

(int i=0; K b o u n d a r y . Length; i++) Console.WriteLine(boundary[i]+"

(в) foreach

(double

mark

"+grade[i]);

in boundary)

Console .WriteLine (mark+If

"+grade [boundary [mark] ] ) ;

178

Глава 4. Управление и массивы (г) fоreach

(double mark in boundary,

Console.WriteLine(mark+"

s t r i n g symbol in grade) "+symbol);

4.10. Если у нас есть объявление s=" by A A Milne ", и мы хотим вывести просто имя "A A Milne", какой из приведенных ниже фрагментов выполнит эту операцию? (а) s .TrimStart () . Substring (s . IndexOf ('A' ) ) . T r i m E n d O ; (б) s . Substring (s. IndexOf ('A' ) ) . Trim() ; (в) S.Substring(s.IndexOf('A')); (r) s.TrimStart () .Substring (s . IndexOf ('A') ,s. Length) .TrimEndO ;

Упражнения 4.1. Разнообразие циклов. Сравнительно легко преобразовать цикл for в эквивалентный ему цикл loop и наоборот. Приведенный ниже фрагмент должен вводить строки в массив и затем выводить их на экран: string s; int lineNum = 0; string[] line = new string[10]; for (s=Console.ReadLine(); s!=null; s=Console.ReadLine()) { line[lineNum] = s; lineNum++; for (int i = 0; i < lineNum; Console.WriteLine{"{0,4}: {1}", i+1, lineNum); }

Включите этот фрагмент в законченную программу и проверьте ее работу. После этого замените циклы for циклами while и убедитесь, что программа по-прежнему дает правильные результаты. Еще раз модифицируйте программу, использовав циклы do-while. 4.2. Любые города. Модифицируйте пример 2.7 (Определение времени с чтением), чтобы программа вводила данные до тех пор, пока пользователь не сигнализирует об окончании ввода. Придумайте, каким должен быть этот сигнал. 4.3. Гистограммы. Если у нас есть массив значений вроде того, что создавался в программе распределения оценок (пример 4.5) или схожий с массивом количества осадков (рис. 4.2), мы можем организовать более наглядный вывод, представляя значение в виде строки звездочек. Мы получим, например, следующее (для нескольких первых строк вывода): mark 0 1

occured 24 26

************************ **************************

Упражнения

179

Разработайте метод, который, получив в качестве параметра значение, выводит соответствующее количество звездочек. Включите этот метод в программу Frequencies. 4.4. Гистограмма количества осадков. Если пользоваться методом вывода из упражнения 4.3, то для получения разумного изображения иногда потребуется изменять масштаб данных при определении количества выводимых звездочек. Например, значения из рис. 4.2 можно удвоить перед тем, как передать их методу Histogram [гистограмма]. Разработайте способ определения необходимости и численных характеристик масштабирования и включите соответствующий фрагмент в программу вывода количества осадков. 4.5. Числа различных систем счисления. Модифицируйте программу ShowBinary (пример 4.7), чтобы она выводила число в любой системе счисления до 10 после ввода значения основания системы. 4.6. Шестнадцатеричные числа. Шестнадцатеричная система счисления, использующая основание 16, является общепринятой в вычислительной технике. В ней используются 16 цифр от 0 до 9, а далее буквы от А до F. Так, число 15 записывается как F, а 16 как 10. Модифицируйте программу ShowBinary, чтобы она выводила числа в шестнадцатеричной системе. Подсказка: для выбора старших цифр можно использовать предложение switch, или преобразование сначала из char в int, а затем из int в char. Отладьте оба варианта. 4.7. Преобразование арабских чисел в латинские. Значительно более интересной задачей, хотя и более простой в некоторых отношения, является преобразование арабских чисел (т. е. с основанием 10) в латинские. Принципы преобразования вы найдете в примерах 4.7 и 4.8. 4.8. Печать текста. Текстовые сообщения (например, службы телефонных сообщений) часто печатаются строчными буквами, но многие сотовые телефоны имеют встроенные средства преобразования в прописную первой буквы после такого символа пунктуации, как точка или знак вопроса. Составьте программу, которая будет вводить сообщение в переменную string (на одной строке), а затем обрабатывать его с получением новой строки с прописными буквами в соответствующих местах. 4.9. Символы валюты. Компания учитывает расходы своих служащих в долларах. После того, как они возвращаются из деловой поездки, они могут представить свои расходы в одной из следующих валют: • • • • • •

фунтах стерлингов, например, £2050; евро, например, €5196; канадских долларах, например, C$4987; долларах США, например, $5000; йенах, например, ¥200000; шведских кронах, например, 7000кг.

180

Глава 4. Управление и массивы

Составьте программу, которая читает одну из этих статей расходов и преобразует ее в доллары США. Курсы валют можно непосредственно записать в программу. Получите их с Web-сайта www.xe.net или другого схожего. Обратите внимание на обозначения денежных сумм в валютах, в которых символ валюты пишется после суммы. 4.10. Марафонский забег. В марафонском забеге участвуют пять основных соперников из Англии, Германии, Италии, Швеции и Норвегии. Организаторы забега получили следующую информацию о каждом бегуне: имя, страна, возраст, лучшее достигнутое им марафонское время (в часах и минутах). •

Разработайте класс, представляющий марафонского бегуна. Для записи лучшего достигнутого им времени используйте класс Time. Обычно марафонское время имеет порядок двух часов.

• Напишите небольшую программу, которая позволит проверить правильность создания вами пяти бегунов. •

Теперь напишите программу забега Race, которая выполнит следующие операции: создание бегунов, генерацию случайного финального времени в забеге для каждого бегуна, вывод на экран списка бегунов с указанием их характеристик вместе с финальным временем и лучшим достигнутым временем.

•

Определите победителя.

4.11. Худеющие приятели. Два приятеля решили попробовать похудеть за несколько недель. Первый из них вначале имел вес 100 кг и талию 98 см в окружности, второй — вес 85 кг и талию 95 см. Каждую неделю они записывают новые значения веса и окружности талии и определяют свои успехи по каждому из этих параметров. • Разработайте и запрограммируйте класс для записи хода похудания с данными о текущем весе и окружности талии. •

Протестируйте класс, создавая объекты для нескольких людей, вплоть до шести.

• Теперь составьте программу, которая отобразит четырехнедельный сеанс похудания. Каждую неделю генерируются случайные значения нового веса и окружности талии так, чтобы они грубо соответствовали предыдущим (например, текущий вес ± до 1.5 кг и окружность талии ± до 2 см). Выводите на экран новые значения и сохраняйте их снова в объектах, а также выводите данные о том, кто похудел больше в каждом случае. •

Ведите учет потерям веса и полноты, а в конце сеанса выведите суммарные потери для каждого участника.

•

Определите участника, потерявшего в весе больше других.

Упражнения

181

4.12. Голосование. Совет директоров состоит из трех членов, у каждого из которых имеется переключатель с двумя надписями: «за» и «против». При голосовании в случае большинства голосов «за» зажигается лампочка. Цепь, которая реализует включение лампочки, представляется булевым выражением L

= a & ( b | c )

| b & c

Составьте программу, которая выводит таблицу возможных значений «за» и «против» для участников a, b и с, а также соответствующие значения L. Для определения L разработайте метод Boolean. 4.13. Дни рождения. Вероятность того, что два человека в группе людей будут иметь один и тот же день рождения, вычисляется по следующей формуле: , . , pin) = 1

365 365

х

364 365

х

363 365

х ... х

364 - п + 1 365

Составьте программу, которая оценивает и выводит эту вероятность для групп от 2 до 60 человек. Нарисуйте таблицу значений пжр(п) для значений п от 10 до 50. Если вы справились с упражнением 4.3, выведите значения для 10, 20, ..., 50 в виде гистограммы. 4.14. Ряд Фибоначчи состоит из последовательности чисел, в которых каждое следующее число представляет собой сумму двух предыдущих, например, 1

1

2

3

5

8

13

21

34

5 5

...

Составьте программу для вывода первых 50 членов ряда Фибоначчи. Используя вложенный цикл for, модифицируйте программу так, чтобы она выводила только каждое третье число. Что можно заметить в этих числах? 4.15. Телефонные компании. Усовершенствуйте проект из гл. 3, включив в него данные об интервалах времени, в течение которых действует льгота, а для каждого телефонного разговора — время его начала (для представления времени можете воспользоваться структурой Time из примера 3.2). Замените генерацию случайного числа, указывающего, является ли разговор льготным, на анализ вхождения времени начала разговора в льготный интервал. Завершите программу выводом на экран заключения о том, какая компания в данном сеансе моделирования предоставляет более выгодные условия.

Графические интерфейсы пользователя с применением системы Views

5

В обсуждавшихся выше программных примерах мы использовали текстовый ввод и вывод. В этой главе мы познакомимся с тем, как создавать на экране окна (формы) Windows, посредством которых пользователь может взаимодействовать с программой. Это взаимодействие реализуется с помощью многочисленных стандартных элементов управления, таких как кнопки и окна редактирования, и включает даже средства вывода изображений. Взаимодействие осуществляется через настраиваемое пользователем пространство имен Views, написанное на языке С# и доступное читателю этой книги. Views использует язык XML, сходный с HTML, для определения содержимого формы Windows. Взаимодействие с формой во время выполнения требует использования в программе различных управляющих структур, в частности, циклов и предложений switch, которые были рассмотрены в гл. 4.

5.1 Графические интерфейсы пользователя Программы, рассматриваемые в предыдущих главах этой книги, управлялись текстовым вводом, получаемым либо с клавиатуры, либо из текстового файла, и выводили результаты своей работы тоже в виде текста — либо в файл, либо в консольное окно на экране. Хотя такая форма ввода-вывода вполне достаточна при проведении работ по настройке компьютера, однако для обычного компьютерного пользователя вывод в виде текста представляется малопривлекательным. И не следует рассматривать этот вопрос только с эстетической точки зрения. Можно привести много примеров, когда выбор вариантов с помощью мыши будет значительно удобнее для пользователя, чем альтернативный ввод путем набора текста на клавиатуре. Итак, мы хотели бы, чтобы наши программы создавали на экране окна для взаимодействия с пользователем, и чтобы внешний вид наших программ был бы столь же приятным, как у коммерческих продуктов. На языке С# вполне можно написать программу, которая будет работать не в консольном текстовом окне, а создаст собственное окно, способное выводить различные сообщения, и содержащее различные элементы управления: кнопки, по которым пользователь сможет щелкать мышью,

5.1 Графические интерфейсы пользователя

183

текстовые поля, в которые можно вводить требуемый текст и проч. Такого рода окно, содержащее нетекстовые элементы для выбора режимов и отображения другой информации, и взаимодействие с которым осуществляется главным образом посредством курсора, перемещаемого с помощью движения мыши, называется графическим интерфейсом пользователя, или, для краткости, GUI (от Graphical User Interface) (произносится gooey). Сопрограмма, выполняемая на компьютере с платформой Windows, может использовать классы из пространства имен System.Windows. Forms для отображения на экране элементов GUI и для управления вводом от мыши и клавиатуры. На рис. 5.1 показана простая форма GUI, созданная таким образом.

Рис. 5 . 1 . Простой графический интерфейс, созданный с помощью форм Windows

Возможности этой формы совершенно очевидны: в окно выводится изображение, а две кнопки используются для показа (Show) и сокрытия (Hide) изображения. Пример был разработан с помощью средства Windows, называемого Visual Studio; программа содержала 124 строки, из которых 15 были написаны программистом, а остальные сгенерированы средой Visual Studio. Обучение программированию с использованием классов и различных инструментальных средств является непростым делом в силу большого количества классов, каждого с солидным набором методов и свойств, которые к тому же взаимодействуют друг с другом неочевидным образом. В этой книге мы знакомим читателя прежде всего с языком С#. Поэтому мы стараемся описывать программные примеры и пространства имен С# по возможности независимым от Windows (операционной сие-

184

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

темы) образом. При таком подходе мы можем уделить внимание также проектированию GUI — т. е. наилучшему расположению элементов управления. Например, на рис. 5.1 кнопки расположены с левой стороны окна, хотя внешний вид кадра был бы лучше, если бы кнопки были помещены над изображением в центре кадра. Чтобы не быть зависимым от платформы и одновременно обеспечить простые средства экспериментирования с GUI, мы сначала разработаем программы, которые будут создавать графический интерфейс для ввода-вывода на основе пространства имен Views, которое было специально разработано для этой книги. Это пространство имен можно переписать по сети как в форме исходных текстов, так и в откомпилированной форме и использовать затем в операционной системе Windows. Файлы находятся на Web-сайте, созданном для поддержки этой книги. Справочные данные по Views приводятся в Приложении Е. Система Views соотносится с формами Windows в том смысле, что она использует в точности те же термины и понятия, что и класс System. Windows.Forms. Будучи, однако, подмножеством, Views обеспечивает более удобные средства работы с GUI. В результате то, чему мы научимся, изучая Views, можно будет перенести на формы Windows без всякого труда.

5.2 Элементы GUI Давайте сначала посмотрим на GUI в целом. Мы затронем следующие термины: •

управление;

• форма (т. е. форма Windows); • линейка меню; • планировка интерфейса; •

взаимодействие.

Графический интерфейс пользователя представляет собой окно на экране, содержащее ряд различных компонентов, или элементов управления. В качестве элементов управления могут выступать, например, надписи, кнопки и текстовые поля. В программном отношении графический интерфейс реализуется в виде формы Windows. Интерфейс чаще всего имеет в верхней части формы строку меню с именем программы или окна, а также несколько кнопок. Обычно таких кнопок три — для свертывания окна (со знаком минус), для его развертывания и изменения размеров (два перекрывающихся прямоугольника) и для уничтожения (крестик). Расположение этих кнопок зависит от платформы; например, на рис. 5.1, который получен в системе Windows, кнопки размещены в правой части строки меню.

5.2 Элементы GUI

185

Что именно расположено под строкой меню, всецело определяется программой, создавшей это окно. Говорят, что элементы управления распланированы определенным образом относительно друг друга и границ окна. Выбор как самих элементов управления, так и их планировки определяется программистом. После того, как мы рассмотрим пример и познакомимся поближе с некоторыми компонентами, мы вернемся к вопросу о планировке интерфейса. Получив интерфейс с элементами управления, мы взаимодействуем с некоторыми из них с помощью мыши и клавиатуры. Поместив курсор мыши на такой элемент управления, как кнопка, и нажав клавишу мыши («щелкнув» по экранной кнопке), мы можем инициировать какие-либо действия. В другом случае мы можем находиться в элементе управления, который позволяет вводить текст с клавиатуры с отображением его в элементе управления. Другие элементы управления определяют области для выводимых данных, которые, как мы уже видели, могут иметь текстовую или графическую форму.

Введение в простые элементы управления Составление и использование игровых компьютерных программ — весьма увлекательное занятие, и мы теперь подошли к такому этапу, когда можем создать для игры удобный графический интерфейс. На рис. 5.2 показано окно GUI для рассмотренной ранее игры «Камень—ножницы—бумага» (см. проект 2 в гл. 4). С правилами игры мы уже знакомы; здесь мы рассмотрим процесс создания для нее графического интерфейса. Прежде всего рассмотрим внимательно рис. 5.2. Область окна под строкой меню содержит разнообразные элементы управления, которые можно сгруппировать следующим образом. Кнопки. В нижней части окна расположены три элемента управления типа Button [кнопка] ; на один из них, с надписью «Scissors», указывает стрелка. Пользователь может помесить курсор мыши на кнопку и щелкнуть по ней. Это действие фиксируется операционной системой, которая, в свою очередь, сообщает программе о событии. В окне имеются еще две управляющие кнопки, названные «Rock» и «Paper», которые точно также посылают в программу события. Надписи. Некоторые элементы управления являются просто строками текста; например тот, где написано «Choose your selection...» [Сделайте свой выбор...]. Эти элементы управления относятся к типу Label [надпись] и являются пассивными — если пользователь помещает на них курсор мыши и щелкает по ним, или вводит что-то с клавиатуры, ничего не происходит. Список. В правой части окна имеется большой прямоугольник, в который программа выводит данные о выборе пользователя и последующих собы-

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

186

СПИСОК

надпись

| Bound 1 I The computer's choice • Paper j The player's choice • Paper 1 This round is drawn окно ввода текста

I Round 2 j The computer's choice • Scissors I The player's choice • Rock I Wei! done, you win this round I I Round 3 j T he computer's choice • Paper j The player's choice = Paper 1 This round is drawn

кнопка

Рис. 5.2. Графический интерфейс для игры «Камень—ножницы—бумага

тиях. Этот элемент управления содержит вертикальный список строк и носит название ListBox [список] . Текстовое поле. На рис. 5.2 мы видим три прямоугольные белые рамки, содержащие числа; эти элементы управления представляют собой объекты типа TextBox [текстовое поле]. В игре «Камень-ножницы-бумага» они используются для вывода некоторых результатов игры: в них отображается суммарное число выигрышей, проигрышей и ничьих для игрока. В дальнейшем везде, где это возможно, мы используем обычные слова (кнопка, окно ввода текста) для обозначения элементов управления. Если же речь будет идти о конкретных экземплярах объектов С#, мы будем пользоваться программными обозначениями (Button, TextBox).

5.2 Элементы GUI

187

Программу можно написать таким образом, что она будет принимать данные, вводимые пользователем в этих полях, но в рассматриваемой программе эта возможность не реализована. Программа, создающая графический интерфейс, должна указать, какие ей требуются элементы управления, какой они должны быть величины и в каких местах окна они будут расположены. Эти детали являются обязательной составляющей разработки интерфейса, и явное указание их в программе может оказаться весьма утомительным делом. Если rockButton является экземпляром класса, который создает и выводит изображение кнопки, нам хотелось бы избежать включения в программу предложений вроде rockButton.Location

= new System.Drawing.Point(55, 275);

чтобы поместить кнопку на расстоянии 55 пикселов от левого края и 275 пикселов от верхнего края окна. Такое планирование интерфейса отнимет массу времени, будет приводить к ошибкам и потребует многочисленных пробных прогонов.

Планирование GUI Разрабатывая графический интерфейс, мы можем просто добавлять в окно элементы управления по мере того, как в них возникает нужда, однако такой подход не даст удовлетворительных результатов. Интерфейс будет аккуратно выглядеть лишь в том случае, если схожие элементы управления будут сгруппированы вместе. Например, все кнопки естественно расположить в верхней части окна или, наоборот, в нижней. Мы можем разделить экран пополам, расположив окна ввода с левой стороны, а окна вывода с правой и т. д. Различные варианты планировки интерфейса будут проиллюстрированы в последующих примерах. Вопрос заключается в том, каким образом мы будем манипулировать элементами интерфейса? Здесь имеются три возможности. «Перетащить и оставить». Этот способ предполагает наличие специального инструментального средства, с помощью которого составляется текст программы. Мы перетаскиваем мышью требуемый элемент управления из списка, в котором перечислены все возможности, и оставляем его на том месте окна, где, на наш взгляд, он должен быть. В дальнейшем мы можем изменить расположение элементов управления, перетаскивая их мышью по экрану, и так же просто изменять их размеры. Такие инструментальные средства представляют собой весьма сложные программы, занимающие в компьютере много места. Примером такой среды является Visual Studio, пакет, разработанный специально для С# и других языков на платформе Windows. Visual Studio обеспечивает массу возможностей, и пользоваться им очень непросто, если вы только начинаете изучать программирование. Visual Studio генерирует програм-

188

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

мный код, использующий различные средства повышенной сложности. Однако есть и другие, более «легковесные» инструментальные среды, которые, к тому же, обладают тем преимуществом, что не зависят от платформы. Одну из них можно использовать и для Views, о чем речь будет идти ниже. Абсолютное позиционирование. Не используя метод «Перетащить и оставить», мы можем включать в программу вызовы методов форм Windows, которые с точностью до пиксела позволят расположить в окне требуемые элементы управления. Типичный экран дисплея содержит пикселы, нумеруемые от 0 до по меньшей мере 800 по горизонтальной оси х и от 0 до по меньшей мере 600 по вертикальной оси у, причем оси расположены так, как это показано на рис. 5.3. Там же изображена кнопка, которая будет расположена в позиции х=300, z/=150, т. е. чуть меньше, чем на полдороги по каждой оси.

о0 300Д50

О Рис. 5.3. Оси координат на компьютерном экране

Программные строки, помещающие кнопку в позицию #=300, г/=150, будут выглядеть приблизительно так: b u t t o n = new B u t t o n ( ) ; b u t t o n . L o c a t i o n = new P o i n t ( 3 0 0 ,

150);

что само по себе не сложно для понимания, но потребует тщательного выбора координат для каждого элемента управления с учетом их размеров и будет довольно трудоемким и скучным делом. Другая сложность заключается в том, что компьютерный экран может быть и больше, чем 600x800, и в этом случае абсолютное позиционирование надо выполнять очень тщательно, чтобы результаты выглядели одинаково удовлетворительно на различных компьютерах. Относительное позиционирование. Если мы позволим располагать элементы управления самой системе, передав ей некоторые базовые указания, дело окажется более простым. При таком подходе обычно создаются горизонтальный и вертикальный списки, вложенные друг в друга, как вам заблагорассудится. Например, интерфейс рис. 5.1 соответствует диаграмме, приведенной на рис. 5.4.

5,3 Введение в систему Views

189

два элемента горизонтального списка

два элемента вертикального •* списка

Рис. 5.4. Относительная планировка элементов управления

Спецификация подобной планировки будет примерно следующей (не будем обращать внимание на синтаксис) вертикальная горизонтальная кнопка кнопка конец горизонтальной изображение конец вертикальной Другими словами, мы начинаем вертикальный список. Первым элементом выступает горизонтальный список, состоящий из двух кнопок. Этот элемент завершается; за ним следует изображение, после чего завершается и вертикальный список. Пространство имен Views, используемое в этой книге, рассчитано на относительную планировку, однако имеет и некоторые возможности абсолютной планировки для более точного позиционирования. Разрабатывать интерфейс с помощью Views гораздо проще, чем посредством Visual Studio, и, тем не менее, Views предоставляет достаточные возможности для управления внешним видом и функционированием интерфейса.

5.3 Введение в систему Views Программирование графического интерфейса с помощью Views включает следующие шаги: 1. Задание расположения элементов управления. 2. Создание объекта графического интерфейса. 3. Обеспечение реакции на действия над элементами управления. 4. Взаимодействие с элементами управления. С точки зрения графического интерфейса под реакцией понимается отклик программы на такие действия пользователя («события»), как щелчок по кнопке. Взаимодействие — это более широкий термин; он, в част-

190

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

ности, подразумевает, что мы можем помещать что-то в элемент управления, например, вводить текст в текстовое поле.

Задание расположения элементов управления В системе Views спецификация планировки выполняется в XML. Эта аббревиатура является сокращением от extensible Markup Language (расширенный язык разметки); синтаксис XML основан на HTML (HyperText Markup Language, язык разметки гипертекста), который используется для задания внешнего вида и содержимого Web-страниц. Однако язык XML имеет более упорядоченную структуру и допускает расширения, что делает его чрезвычайно удобным средством для решения самых разнообразных задач. Система обозначений XML основана на тегах и атрибутах. Каждый тег имеет имя и заключается в квадратные скобки или завершается соответствующим ему тегом закрытия. Теги закрытия предваряются символом наклонной черты (деления). Атрибуты являются идентификаторами с присвоенными им значениями. В каждом домене, к которому применяется XML, определяется набор тегов и атрибутов. Так, для Views мы определим набор из приблизительно 15 тегов, каждый с 5-6 необязательными атрибутами. Элементы обозначений XML, используемых в системе Views, показаны в приводимой ниже форме. Обозначения XML для Views < тег

атрибуты>

другие теги или • < тел а трибуты /> где атрибуты — это список определений атрибутов, записанный в виде идентификатор = значение Теги и идентификаторы могут содержать только буквы; значения атрибутов могут принимать разнообразные формы (числа, строки и т. д., как того требует конкретный атрибут). Если заданный тег идентифицирует элемент управления, который может быть отображен на экране средствами Views и используется интерактивно, тогда для него требуется атрибут Name.

Рассмотрим некоторые теги Views XML, которые могут быть полезны для программы Show-Hide, иллюстрируемой рисунками 5.1 и 5.4. <Button Name=Show/> <Button Name=Hide/>

5.3 Введение в систему Views

191

В этом примере — это тег без атрибутов, который содержит другие теги, поэтому его закрывающий тег указан на отдельной строке с повторением имени тега. Теги для кнопок просты, но поскольку они идентифицируют интерактивные элементы управления в графической интерфейсной форме Windows, они должны определять атрибут Name. В качестве пояснения укажем, что спецификация <Button

Name=Show/>

эквивалентна следующей: <Button

Name=Show>



Заметьте, что теги открытия и закрытия в нашем примере должным образом вложены. При обнаружении несоответствия Views сообщит об ошибке. Другим примером из того же интерфейса будет предложение
Name=pic Image='Jacarandas.jpg'

Height=4cm/>

Здесь атрибутов больше, для имени файла с изображением и для задания высоты. Если мы указываем либо высоту, либо ширину для отображения рисунка, Views автоматически настраивает другое измерение, что очень удобно. Дополнительные детали измерений в атрибутах Views будут затронуты в разделе 5.5.

Создание объекта графического интерфейса Язык XML для GUI системы Views ничего на значит для самого С#. Он имеет смысл только для определенного нами класса Views.Form. Следовательно, для создания GUI мы должны создать объект Views.Form и передать его XML в качестве инициализирующего параметра. В приведенной ниже форме подытожен этот процесс. Создание объекта Views.Form Views.Form

GUIname

спецификация

- new Views.Form(@'

Views XML

Во время выполнения создается объект с именем GUIname. Символ @ начинает многострочный текст, состоящий из спецификаций Views XML.

В любой программе мы можем иметь несколько выполняемых графических интерфейсов, как один после другого, так и действующих одновременно. Например, с помощью одного интерфейса пользователь входит в систему, после чего активизируется другой интерфейс, организующий содержательное взаимодействие с программой. Строка спецификации фор-

192

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

мы Views не обязательно должна указываться непосредственно в качестве параметра конструктора Views.Form; она может быть инициализирована или прочитана из файла в другом месте программы. Например, вполне правильный фрагмент создания GUI может выглядеть таким образом: string spec = @"

. . . спецификация Views XML

"; Views.Form f = new Views.Form(spec);

Спецификацию можно сохранить и в отдельном файле. В этом случае аргументом конструктора будет имя файла. (Хотя в обоих случаях аргумент будет представлять собой строку, конструктор легко отличит спецификацию XML от имени файла.)

Правила использования в Views прописных букв и кавычек Класс Views.Form не различает строчные и прописные буквы в именах элементов управления; слово «Button» вполне можно написать, как «bUtTon», хотя это вряд ли разумно. Текст «Show», однако, появится в качестве надписи на элементе управления точно с теми же буквами, которые использованы в спецификации. Хотя Views игнорирует форму написания имен элементов управления, мы тщательно следили в этой главе, чтобы имена тегов в точности соответствовали (в плане использования прописных и строчных букв) соответствующим именам классов в пространстве имен System.Windows. Form. Аналогично, имена атрибутов в точности совпадают с именами свойств этих классов. Теги без прописных букв (например, ) не соответствуют именам классов Windows, и то же справедливо для имен атрибутов, написанных строчными буквами (мы с ними столкнемся позже). Заметьте, что кавычки вокруг названий кнопок могут опускаться, если название не включает в себя пробелы или специальные символы. Это правило специально введено в Views.Form для удобства программиста. В стандартном языке XML двойные кавычки обязательно ставятся вокруг названий и любых других текстовых значений; включение символов двойных кавычек внутрь строк С# менее удобно, чем использование символов одиночных кавычек (и уж точно менее удобно, чем полное отсутствие кавычек).

Обеспечение реакции на действия над элементами управления Создание экземпляра класса Views.Form приводит к появлению на экране компьютера изображения графического интерфейса пользователя. После этого программа может ожидать, пока пользователь не сделает что-нибудь, например, щелкнет по кнопке или введет какой-то текст. Эти воздействия обнаруживаются операционной системой и передаются той части

5.3 Введение в систему Views

193

программы, которой они предназначены, в данном случае созданному нами объекту Views.Form. Часть программы, которая принимает и обрабатывает внешнее воздействие, носит общее название обработчика события. Обработчики событий обычно представляют собой методы, которым передается в качестве параметра имя конкретного активизированного элемента управления. Далее обработчик может решить, как он должен отозваться на это воздействие. Активные элементы управления вроде кнопок несомненно должны иметь собственные обработчики событий, в то время как потенциально пассивные, например, надписи или изображения, в обработчиках событий не нуждаются. В системе Views мы ждем поступления события в цикле ожидания события, основанном на специальном методе с именем GetControl. Этот метод передает в программу имя активизированного элемента управления, после чего происходит переход в обработчик события. Стиль программирования показан в приведенной ниже форме. Взаимодействие с элементами управления в системе Views void Go () { SetUp (); //Создание и инициализация GUI for

( ; ; ) {

string cname = f .GetControl(); if

(cname == null) break;

ActionPerformed(cname); f.CloseGUI(); void ActionPerformed(string switch

c) {

(c) {

case "controll": предложения; break; case "control2": предложения; break; и т. д . default: break;

f.GetControl возвращает имя активизированного элемента управления. Щелчок по кнопке закрытия программы в верхнем правом углу интерфейсного окна приводит к возврату из интерфейса значения null; это завершает цикл и закрывает программу. Метод ActionPerformed использует предложение switch для выяснения того, какой именно элемент управления был активизирован, и выполняет затем соответствующие предложения.

7—2047

194

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

Взаимодействие с элементами управления Находясь в обработчике события, мы можем взаимодействовать с элементом управления двумя способами. Первый и предпочтительный способ заключается в вызове одного из методов Views, специально разработанных с этой целью. В разделе 5.6 мы подробно обсудим эти методы, но о двух из них мы скажем здесь, потому что они будут использоваться в последующих примерах. Это методы GetText и PutText, которые позволяют прочитать текст из текстового поля или из списка либо записать текст в эти элементы управления. Эти методы описаны в приведенной ниже форме. Взаимодействие с текстовыми полями и списками в системе Views s t r = GetText(идентификатор_элемента) PutText{идентификатор элемента, str) Для данного элемента управления с именем, хранящемся в виде строки в параметре идентификатор_элемента, GetText вернет строку, выведенную в данный момент элемент управления. PutText, наоборот, поместит в него данную строку. В случае элемента TextBox PutText затирает текущее значение; в случае элемента ListBox к содержимому списка добавляется следующая строчка и в нее заносится данная строка.

Например, в игре «Камень—ножницы—бумага», проиллюстрированной выше на рис. 5.2, мы выводим сообщение в список с именем «results» в конце каждого раунда. Одним из таких сообщений будет form.PutText("results",

"This round is

drawn");

Мы также выводим число в текстовое поле в левой части кадра с помощью следующего предложения: form.PutText("draws", noOfDraws.ToString());

Как мы увидим позже, текстовое поле имеет имя «draws»; целочисленная переменная noOf Draws ведет учет количества ничьих. Поскольку метод PutText принимает только строки, мы сначала преобразуем целое число в строку с помощью ToString. Поскольку элементы управления Views фактически являются действительными элементами управления, поддерживаемыми той частью операционной системы, которая рисует их на экране и следит за приходом от них сигналов в результате, например, щелчка мышью, второй способ взаимодействия с элементами управления заключается в непосредственной установке их атрибутов. Для этого вы должны знать, какие у них атрибуты, и как мы уже упоминали в начале этой главы, приобретение таких детальных знаний требует много времени, а их использование чревато ошибками. Поэтому можно рекомендовать оставаться, насколько это возможно, в мире Views. Однако технически возможно получить до-

5.3 Введение в систему Views

195

ступ к богатому набору классов, предоставляемому Windows.Forms или другими системами, поверх которых выполняется система Views (которые будут очень похожи); как это делается, будет описано в разделе 5.7. Пример 5.1. Игра «Камень—ножницы—бумага» с графическим интерфейсом Игра «Камень—ножницы—бумага» из гл. 4 предоставляет идеальную возможность изучения программирования графического интерфейса. Игры просто органически нуждаются в графических средствах. На рис. 5.2 мы уже видели, что именно нам хотелось бы получить. Но как мы этого достигли? Мы руководствовались последовательностью тех же шагов, которые были описаны выше. Рассмотрим их подробнее. Определение состава элементов управления. Для ввода трех возможных действий нужны три кнопки. На рис. 5.2 показаны кнопки с рисунками, и в дальнейшем мы увидим, как создаются такие кнопки. Однако можно было использовать и пустые кнопки. В качестве результатов мы решили выводить количество выигрышей, проигрышей и ничьих, отсюда и три текстовых поля. Для сообщений о ходе игры мы использовали список с надписью над ним. Разумное группирование элементов управления. Группирование в данном случае очевидно. Нужно собрать вместе все кнопки и все текстовые поля. В остальном расположение элементов может быть каким угодно. Составление эскиза графического интерфейса. Расположить наши элементы в окне интерфейса можно разными способами. На рис. 5.5 показаны два варианта, отличающиеся от рис. 5.2. C D C D C D )

C D C D i C D ;

: б

Рис. 5.5. Варианты интерфейса для игры «Камень—ножницы—бумага»

Перевод эскиза интерфейса в обозначения Views. Какой бы мы не выбрали формат, концепция вертикального и горизонтального списков остается в силе. Для расположения, показанного на рис. 5.5, а, спецификация будет выглядеть следующим образом:

196

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

три кнопки список три текстовых поля Рассматривая эту спецификацию сверху, мы видим, что интерфейс состоит из вертикального списка с тремя элементами — горизонтального списка, элемента управления-списка и второго горизонтального списка. Каждый из двух горизонтальных списков содержит по три элемента. Другое расположение элементов, показанное на рис. 5.5, б, потребует такой спецификации: три кнопки список три текстовых поля Здесь имеется один горизонтальный ряд с тремя вертикальными элементами. Они представляют собой вертикальный список, элемент управления-список и второй вертикальный список. Если теперь вернуться к рис. 5.2, то расположение элементов на нем будет описываться следующ и м образом: три текстовых поля список три кнопки Приведенные варианты спецификаций показывают гибкость техники проектирования, предоставляемой системой Views, в том отношении, что размещение элементов управления отделяется от их программной реализации.

5.3 Введение в систему Views

197

Размещение элементов является, однако, лишь одной стороной разработки внешнего вида интерфейса. Мы должны также принять во внимание расстояния между элементами. Views выберет эти расстояния достаточно разумным образом, но если мы хотим вмешаться в этот процесс, мы можем ввести две настройки. Во-первых, каждый элемент управления имеет атрибуты Width [ширина] и Height [высота]. Эти величины могут быть заданы, в частности, в сантиметрах, и тогда типичный тег Views может быть описан таким образом:
Width=2cm/>

что сделает элемент больше, чем он был бы по умолчанию. Другой способ изменения расстояния между элементами заключается в использовании тега <space> [расстояние], который позволяет установить также атрибуты ширины и высоты для (обычно пустого) прямоугольника: <space Height=lcm/> Если мы зададим для высоты совсем маленькое значение, и установим черный цвет элемента, мы можем даже нарисовать линию: <space Width=10cm Height=0.1cm BackColor=Black halign=center/> Добавление обработчиков событий к активным элементам управления. Три элемента управления, которые активизируются пользователем, представляют собой кнопки. Поэтому метод ActionPerformed должен предоставить обработчик для каждой из этих кнопок. В сущности, требуемое действие во всех трех случаях одно и то же — записать имя нажатой кнопки. После этого программа должна поместить выводимые значения в текстовые поля, как уже отмечалось выше. Вызов PutText входит в раздел взаимодействия с интерфейсом. Программа написана в виде класса DriveRPSGameGUI, который замещает DriveRPSGameConsole.cs. Ее следует компилировать вместе с существующим классом RPSGame.cs из гл. 4. Кроме того, необходимо сообщить системе, что в программе будет использоваться пространство имен Views, что мы и делаем в самом начале программы, вместе с обычным предложением using System. Файл DriveRPSGameGUI.cs

using Views; using System; class DriveRPSGameGUI { ///<summary> ///Программа RPSGame с GUI iii

Bishop & Horspool May 2002

198

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

///Играет с пользователем в игру "Камень—ножницы—бумага" ///Демонстрирует взаимодействие с GUI и использование switch ///при обработке строк ///Использует класс RPSGame из гл. 4 /// string fspec = @"

<space Height=lcm/> <space Height=0.5cm/> <space Height=0.5cm/> <space Height=0.5cm/> <space Width=10cm Height=0.1cm BackColor=Black halign=center/> <Button Name=Rock Image='Rock.gif Width=3cm/> <Button Name=Paper Image='Paper.gif Width=3cm/> <Button Name=Scissors Image='Scissors.gif Width=3cm/>

"; string playersChoice; void Go() { ///<summary> ///Управляет игрой "Камень—ножницы—бумага" /// RPSGame game = new RPSGame (); int noOfWins, noOfDraws, noOfLosses, round; Views.Form form = new Views.Form(fspec); noOfWins = noOfDraws = noOfLosses = 0; round = 0; form.PutText("drawBox", " 0 " ) ; form.PutText("winBox", " 0 " ) ; form.PutText("lossBox", " 0 " ) ; string computersChoice, c, result;

5.3 Введение в систему Views for

(

;

;

)

199

{

computersChoice = game.ComputersChoice; с = form.GetControl() ; if (с == null) break; ActionPerformed(с) ; //Устанавливает ход игрока result = game.ComparePlays(playersChoice); round++; form.PutText("history", "Round "+round); form.PutText("history", "The computer's choice = "+computersChoice); form.PutText("history", "The player's choice = "+playersChoice); switch (result) { case "draw": form.PutText("history"," This round is drawn"); noOfDraws++; form.PutText("drawBox", noOfDraws.ToString()); break; case "lose": form.PutText("history"," Sorry, you lose this round"); noOfLosses++; form.PutText("lossBox", noOfLosses.ToString() ) ; break; case ""win": form.PutText("history"," Well done, you win this round"); noOfWins++; form.PutText("winBox" , noOfWins.ToString() ) ; break; } form.PutText(history", " " ) ; } form.CloseGUI() ; } void ActionPerformed(string c) { switch (c) { case "Rock": case "Paper": case Scissors": playersChoice = c; break; default: throw new Exception("Unhandled control

" + c) ;

static void Main() { new DriverRPGGameGUI().Go();

Перед запуском этой программы ее следует откомпилировать вместе с уже знакомым нам файлом RPSGame.cs, а также с классами Views. При запуске выполнимого файла на экране компьютера появляется окно, схожее с тем, что изображено на рис. 5.2.

200

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

Сравнивая текст DriveRPSGameGUI.cs с рис. 5.2, мы можем заметить, что строковая константа, используемая для инициализации fspec, содержит спецификацию, описывающую элементы управления. Конструктор класса Views.Form, вызываемый в методе Go, получает строку fspec в качестве своего аргумента и использует ее для определения состава и расположения элементов управления в окне интерфейса. Интерфейс игры «Камень—ножницы—бумага» содержит несколько примеров пар вертикальных и горизонтальных вложений. Ряд кнопок с изображениями трех вариантов руки игрока создается путем заключения их в пару ... , но эта группа сама является элементом вертикального списка. В интерфейсе имеются и другие вложенные группы. Создав объект Views.Form, метод Go входит в цикл и, вызывая метод GetControl, ожидает, когда пользователь щелкнет по кнопке. Программа отображает результаты своей работы выводом текста в одно из текстовых полей, а также в элемент управления-список. В гл. 7 мы рассмотрим дополнения к этой программе, которые сделают ее более интеллектуальной.

5.4 Планировка элементов с помощью системы Views В этом разделе мы рассмотрим более подробно возможности планировки элементов с помощью системы Views. Заметьте, что использованные нами теги не соответствуют элементам управления Windows.Form и поэтому, в соответствии с нашим соглашением, пишутся без прописных букв в именах.

Форма GUI Спецификация для всей формы GUI должна начинаться с тега

и заканчиваться парным тегом закрытия

. Эти два тега охватывают группу элементов управления, как будет объяснено ниже. Тег

может иметь атрибут Text, отвечающий за появление в строке меню названия окна. Если текст содержит несколько слов, его необходимо заключить в одиночные кавычки (апострофы). Например:
Text='RPS

Game'>

...



Группы элементов управления Задать расположение групп элементов управления в Views можно тремя способами — с помощью вертикального или горизонтального списков, а также посредством абсолютного размещения элементов с указанием их координат. Вертикальные списки. Вертикальный список элементов управления использует пару тегов ... , окружающих спецификации элементов. В качестве простого примера предположим, что мы хо-

5.4 Планировка элементов с помощью системы Views

201

тим отобразить три кнопки различных размеров. Для этого можно использовать следующую спецификацию: @"

<Button Name = one Width=2.5cm Height=lcm/> <Button Name = two Width=4cm Height=2cm/> <Button Name = three Width=3cm Height=l.5cm/>

";

Эта спецификация создает интерфейсную форму, изображенную на рис. 5.6, а. Vertical L .

Рис. 5.6. Вертикальный (а) и горизонтальный (б) списки элементов

Горизонтальные списки. Горизонтальный список формируется схожим образом, но с помощью пары тегов ... . Горизонтальный список изображен на рис. 5.6, б. Заметьте, что по умолчанию элементы управления вертикального списка выравниваются по левым сторонам, а элементы горизонтального списка выравниваются по верхним сторонам. Для задания способа горизонтального выравнивания элементов вертикального списка используется атрибут halign, который может принимать значения left [лево], right [право] или centre [центр] (или center для предпочитающих американское написание этого слова); вертикальное выравнивание элементов горизонтального списка осуществляется с помощью атрибута valign, принимающего значения top [верх], bottom [низ] и middle [середина]. Интервалы. Для образования интервалов между элементами, а также для вывода линий используется тег <space>. Величина интервала определяется значениями атрибутов Height [высота] и Width [ширина]. В последнем случае с помощью атрибута BackColor можно установить требуемый цвет линии.

202

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

Абсолютное размещение. Абсолютное позиционирование элементов достигается с помощью панелей, которые будут описаны в конце этой главы. Шрифты Помимо возможности произвольно устанавливать расположение элементов управления, Views позволяет также изменять вид выводимых текстов, повышая тем самым наглядность и привлекательность интерфейсной формы. Вид отображаемых на экране букв носит название шрифта. Шрифты могут относиться к разным семействам, а также иметь различные стили и размеры. По умолчанию, Views выводит все тексты одним из шрифтов sans serif (например, Helvetica) с прямым начертанием букв и размером 10. Размер шрифта задается в пунктах: 8 пунктов соответствуют самому мелкому шрифту, а крупный шрифт размером 24 пункта и больше можно использовать, например, для заголовков. Для элементов управления с текстом, например, надписей и кнопок, можно указать атрибут Font [шрифт], значение которого состоит из различных сцепленных друг с другом дескрипторов (описателей) шрифта. Каждый дескриптор, за исключением размера шрифта, представляет собой слово или короткую аббревиатуру. Некоторые из этих слов перечислены в табл. 5.1, а полный перечень приведен в Приложении Е. Т а б л и ц а 5 . 1 . Характеристики шрифтов По умолчанию

Варианты

Семейство

SansSerif

Serif

Жирность

тесПит[средняя]

bold [жирный]

Стиль

upright [прямой]

italic [курсив]

Размер

10 pt

Monospace [равноширинный]

И м я Serif обозначает обобщенный тип шрифтов с засечками (serif), обычно Times Roman; SansSerif обычно обозначает шрифты Arial или Helvetica; Monospace — это обобщенный тип шрифтов с равной шириной всех символов, например, Courier. Размер шрифта задается указанием его высоты в пунктах в виде десятичного числа; число может содержать дробную часть. Дескрипторы шрифтов могут комбинироваться в любом порядке. Некоторые примеры показаны в табл. 5.2. Таблица 5.2. Примеры шрифтов

Описание шрифта Font=Boidi4

Пример Hello there

Pont=ItalicSansSerif 18 Font=courier

Hello t h e r e

5.5 Элементы управления Views

203

5.5 Элементы управления Views Views поддерживает многие элементы управления, включенные в Windows.Form. Упорядоченный по алфавиту список элементов управления представлен в табл. 5.3. Таблица 5.3. Элементы управления Views.Form Элемент управления Views. Form

Краткое описание

<Button/>

Нажимаемая кнопка



Кнопка с флажком, который можно поставить или убрать



Выпадающий список кнопок с флажками



Выпадающий список, из которого можно извлечь отдельный элемент в виде значения



Прямоугольная область, содержащая группу селективных кнопок



В интерфейсное окно выводится надпись



Прямоугольная область, которую можно использовать для ввода и вывода многих строк текста



Кнопка, которая открывает новое окно, в котором можно выбрать существующий файл путем поиска в файловой системе компьютера

<Panel>

Прямоугольная область, в заданных местах которой можно расположить элементы управления



Выводит графическое изображение



Горизонтальная полоска, в которой затененная левая часть показывает, какая часть некоторого действия выполнена



Круглая кнопка, которая при щелчке по ней становится выбранной. Список таких кнопок заключается в теги GroupBox

<SaveFileDialog/>

Кнопка, которая открывает новое окно, в котором можно выбрать существующий файл путем поиска в файловой системе компьютера или указать имя нового файла; в дальнейшем в этот файл можно выполнить запись данных (с затиранием старых данных в существующем файле)



Прямоугольная область, которую можно использовать для ввода или вывода коротких строк текста



Элемент управления с движком, служащий для ввода целого числа; перемещение движка вперед или назад с помощью мыши изменяет значение этого числа

204

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

В Приложении Е приведены дополнительные сведения об этих элементах управления. В этом разделе мы объясняем назначение каждого элемента управления с помощью примеров, останавливаясь на том, как их можно объединять для получения полезных результатов. Если описывать элементы управления с помощью обозначений XML, поддерживаемых классом Views.Form, все атрибуты, кроме атрибута Name [имя], можно оставлять неопределенными. В этом случае Views предоставит значения по умолчанию, хотя эти значения не всегда будут соответствовать требованиям вашей программы. Классы элементов управления, предоставляемые пространством имен System.Window.Form, имеют много дополнительных атрибутов и обеспечивают значительно более широкие функциональные возможности, чем класс Views.Form. Полное обсуждение этого вопроса, однако, не может быть проведено в рамках этой книги. Желая получить более подробную информацию, обратитесь к документации по программированию в системе Windows или воспользуйтесь интерактивным справочником, входящим в систему разработки Visual Studio.

Единицы измерения Атрибуты ширины Width и высоты Height определяют требуемые размеры отображаемого на экране элемента управления. Если мы задаем один из этих атрибутов просто в виде числа, например, Width

-

100

то единицами измерения служат пикселы. Фактический размер элемента на экране будет зависеть от его геометрического разрешения. Типичной величиной разрешения может быть 72 пиксела на дюйм, и именно это разрешение часто используется для отображения Web-страниц, хотя разрешение вашего конкретного дисплея может отличаться от этой величины. Views воспринимает и другие единицы измерения, как это показано в табл. 5.4. Например, Width

=

1.5cm

в спецификации XML выведет на экран элемент управления шириной приблизительно 1.5 см. К другим единицам измерения относятся миллиметры, цицеро и пункты. Пункты чаще всего используются для задания размера шрифта, как это описывалось в разделе 5.4. Таблица 5.4. Единицы измерения Views Название единицы

Значение единицы

in

дюймы (1 дюйм равен 25,4 мм)

cm

сантиметры

mm

миллиметры

рс

цицеро (1 цицеро равен 1/6 дюйма, или 4,23 мм)

pt

пункты (1 пункт равен 1/72 дюйма, или 0,35 мм)

5.5 Элементы управления Views

205

Атрибуты Каждый тег Views может иметь определенные атрибуты. В табл. 5.5 показаны все возможные атрибуты. Точное соответствие атрибутов и тегов дано в Приложении Е. Атрибуты из левого столбца можно использовать почти с каждым элементом управления; атрибуты из правого столбца в большей степени специализированы. Таблица 5.5. Атрибуты, которые можно использовать в Views XML Name=S

Image=F

Text=S

Value=D

Width=M

Minimum=D

Height=M

Maximum=D

ForeColor=C

Checked=D

BackColor=C

Font=S

Элемент управления Label Элемент управления Label [надпись] используется для вывода в интерфейсное окно текстовой строки. Например, для передачи пользователю информации о программе можно использовать следующую спецификацию Views: Views.Form f = new Views.Form( @"

");

Height=50

Результатом этой спецификации будет интерфейсное окно, показанное на рис. 5.7, а. Ш Label Test Version

3.12beta

Рис. 5.7. Примеры элементов управления: а — надпись, б — кнопка и надпись

206

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

Элемент управления Button Элемент управления Button [кнопка] позволяет пользователю послать сигнал в программу, управляющую интерфейсным окном. Мы можем сопоставить с этим сигналом любое действие — выполнение вычислений и вывод результата или, например, закрытие программы. Именно такое действие выполняется в приведенном ниже,фрагменте: Views.Form f = new Views.Form( @"

<Button Name=OK halign=centre/>

"); f.GetControl ( ) ; f.CloseGUI ( ) ;

//Ожидание щелчка //Закрыть форму

пользователя

по

кнопке OK

Интерфейсное окно, создаваемое этим фрагментом, приведено на рис. 5.7, б. Поместив на кнопки вместо надписей графические изображения, мы получим более наглядные формы. Если у нас есть файл с изображением, сохраненном в одном из стандартных форматов, например, файл GIF или JPEG, это изображение можно отобразить на кнопке посредством спецификации вроде следующей: <Button Name=Tulip Image='tulip.jpg'/> Если опустить и ширину, и высоту, то размер кнопки будет выбран таким, чтобы на ней поместилось выводимое изображение при нормальном разрешении. Часто, однако, элементы управления удобнее размещать более аккуратно, задавая кнопкам определенный размер. Пример программы, которая использует кнопки с изображениями на них, может служить игра «Камень—ножницы—бумага» (рис. 5.2).

Элемент управления TextBox Элемент управления TextBox [текстовое поле] может быть использован как для ввода, так и для вывода коротких строк текста. Данные, вводимые в текстовое поле, могут представлять собой строки или числа, однако для чтения данных в программу имеется только метод Views чтения строки. Поэтому при вводе числа его следует преобразовать из строкового формата в числовой с помощью метода Parse: s t r i n g aText = form.GetText("A"); i n t aVal = i n t . P a r s e (aText);

Данные, выведенные в текстовое поле, будут выровнены влево. Вывод может быть осуществлен путем изначальной установки атрибута Text в спецификации Views:

5.5

Элементы управления Views


или

Name=A

207

Text=0/>

с помощью PutText:

form.PutText("A",

"0"

В обоих случаях текстовое поле будет инициализировано значением 0.

Элемент управления CheckBox Элемент управления CheckBox [кнопка-флажок] предоставляет простой способ ввода данных вида «истина» или «ложь». Обычно эти элементы управления объединяются в группы, причем выбор каждой кнопки осуществляется независимо от остальных. Выбор осуществляется щелчком мыши по кнопке, в результате чего на кнопке появляется изображение галочки. Вторичный щелчок удаляет эту галочку. На рис. 5.8. изображен пример интерфейсного окна, в котором с помощью кнопок-флажков устанавливаются характеристики шрифта. Соответствующая этому рисунку спецификация Views приведена ниже. Chec...

•1

v? UpperCa.se Р Bold Г* Italics : ••:• Proceed

Рис.

j

5.8. Пример элемента управления CheckBox

Views.Form f = new Views.Form(@"

<Button Name=Proceed/>

");

while (f.GetControl() != "Proceed"); f.CloseGUI();

Для получения доступа к первой из трех кнопок можно воспользоваться следующим предложением: bool caseFlags = f.GetValue("Case")

!= 0;

208

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

GetValue возвращает в качестве результата 0, если рамка не выбрана (в ней нет галочки), и 1, если она выбрана.

Элемент управления PictureBox Элемент управления PictureBox [поле для изображения] служит, как и показывает его название, для вывода изображения в рамке. Изображение обычно читается из дискового файла и может быть в любом из обычных форматов. Эти форматы включают растры Windows (файлы с расширением «.bmp»), форматы JPEG (расширение «Jpg») и GIF (расширение «.gif»). Реализация Views этого элемента управления допускает задание в спецификации ширины и высоты выводимого изображения; изображение будет масштабировано, чтобы уложиться в заданные размеры. Если не указаны ни ширина, ни высота, размер изображения берется из файла, где оно хранится. Простой пример интерфейсного окна, в которое выведено одно и то же изображение с различными значениями размеров, показан на рис. 5.9; XML-спецификация этого интерфейсного окна приведена ниже.

Рис. 5.9. Пример элемента управления PictureBox

@"

"

5.5 Элементы управления Views

209

Элемент управления ТгаскВаг Элемент управления ТгаскВаг [ползунок] используется для ввода в программу целочисленного значения путем перетаскивания маркера по линейке с делениями. Для задания минимального и максимального значений диапазона вводимых чисел используются атрибуты Minimum и Maximum; если эти атрибуты опустить, по умолчанию принимаются значения 1 и 100. Для задания начального положения маркера используется атрибут Value; если его опустить, значение по умолчанию будет равно Minimum. При каждом перемещении маркера по линейке метод GetControl возвращает имя элемента управления ТгаскВаг. Вызов метода Get Value возвращает целое число, полученное от элемента управления. Использование ползунка проиллюстрировано в примере 5.3 (см. ниже).

Элемент управления ProgressBar Элемент управления ProgressBar [индикатор выполнения] схож по внешнему виду с ползунком, но используется для вывода информации о ходе выполнения некоторого процесса. Периодически обновляя индикатор, программа, выполняющая этот процесс, сообщает пользователю, что она нормально работает, а не «зависла».

Элемент управления GroupBox Элемент управления GroupBox [групповой блок] представляет собой прямоугольную рамку, обрамляющую две или несколько альтернативных кнопок. Селективные кнопки (radio button, "радиокнопка") выполняют те же действия, которые когда-то возлагались на механические нажимаемые переключатели, используемые, в частности, для переключения диапазона частот в радиоприемниках. На панели приемника располагался ряд таких кнопок, помеченных ДВ, СВ, KB или ЧМ (для выбора между приемом на длинных, средних или коротких волнах, а также частотно-модулированного сигнала). В любой момент времени могла быть нажата только одна такая кнопка; нажатие любой другой кнопки заставляло выскочить кнопку, нажатую перед этим. Элементы управления GroupBox и RadioButton выполняют те же функции. Для заключения набора селективных кнопок в групповую рамку используется пара тегов ... .

Элемент управления RadioButton Элемент управления RadioButton [селективная кнопка] схож с кнопкой-флажком, за исключением того, что из нескольких селективных кнопок в любой момент времени может быть выбрана только одна. Каждая селективная кнопка имеет имя, которое выводится в интерфейсное окно рядом с кнопкой. Необязательный атрибут checked используется для задания кнопки, которая должна быть выбрана первоначально. Селективные кнопки группируются с помощью элемента управления GroupBox. При-

210

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

мер интерфейсного окна с селективными кнопками и групповым блоком показан на рис. 5.10.

-Units- - —1

Г

Feet

С?

Yards

•

•

Select

г Metres Рис. 5.10. Пример элементов управления GroupBox и RadioButton

Спецификация этой формы выглядит следующим образом: string fspec = @"

<Button Name='Select' valign=middle/>

";

Программа, выводящая интерфейсное окно, может получить значение выбранной в настоящей момент селективной кнопки приблизительно так: string units = f.GetText("Units");

Другие элементы управления Два элемента управления, имеющие отношение к файлам (OpenFileDialog и SaveFileDialog) будут рассмотрены в гл. 7. Программирование элемента управления DomainUpDown будет рассмотрено в Приложении Е.

5.6 Методы Views Примеры программ этой главы показывают, как использовать большую часть этих методов. Список методов приведен в табл. 5.6.

5.6 Методы Views

211

Таблица 5.6. Методы Views.Form Метод Views.Form Form(string void

спецификация,

Описание ...)

CloseGUK)

Конструктор Закрывает интерфейсное окно и освобождает его ресурсы

string GetControlO

Ожидает выполнения пользователем действия в интерфейсном окне и возвращает имя элемента управления, по которому щелкнули или который изменили

string GetText(string имя)

Возвращает текстовое значение, связанное с указанным элементом управления

int GetValue(string имя)

Возвращает целочисленное значение, связанное с указанным элементом управления

int GetValue (string имя, i n t индекс)

Для элемента управления CheckedListBox результат есть состояние селективной кнопки, расположенной в списке кнопок в позиции индекс

void PutText(string имя, s t r i n g текст)

Устанавливает атрибут Text указанного элемента управления

void PutValue (string имя, i n t значение)

Устанавливает числовое значение указанного элемента управления

void Putlmage(string имя, string имя файла)

Выводит изображение из указанного файла в указанный элемент управления типа PictureBox

(экземпляр класса Views.Form) [string имя]

Это индексная операция, которая возвращает указанный элемент управления

Конструктор класса Для класса Views.Forms предусмотрены два конструктора: Views.Form(string спецификация_формы) Views.Form(string спецификация_формы, s t r i n g параметры) Основной аргумент конструктора представляет собой строку типа string. Эта строка либо содержит XML-спецификацию для выводимой на экран формы Views, либо это имя файла, который содержит XML-спецификацию. Для удобства значения атрибутов могут указываться в виде отдельных аргументов с использованием обозначений {0}, {1}. Например, другой способ вывода изображения из файла с заданным именем заключается в вводе с клавиатуры этого имени перед тем, как будет сконструировано интерфейсное окно, как это показано ниже:

212

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

Console.Write("Show what p i c t u r e ? " ) ; //Какой рисунок показать? s t r i n g fileName = System.Console.ReadLine ( ) ; s t r i n g xmlSpec = @"

"; Views.Form form = new Views.Form(xmlSpec, fileName); Обозначение {О}, {1}, ... обеспечивает подстановку текста (в качестве аргумента допустимо указание любого значения, которое может быть преобразовано в текст), но только для значений атрибутов. С конструктором связан метод CloseGui [закрыть GUI]. Этот метод следует вызывать, когда программа завершает использование интерфейсного окна. Метод убирает изображение интерфейсного окна с экрана дисплея и освобождает все ресурсы, связанные GUI.

Метод GetControl Вызов метода GetControl останавливает программу в ожидании взаимодействия пользователя с элементом управления, отзывающимся на щелчок мыши или ее перемещение, например, щелчок по кнопке интерфейса. Когда пользователь совершает одно из таких действий, метод GetControl возвращает результирующую строку, являющуюся значением атрибута Name, присвоенным элементу в спецификации интерфейса. Например, если управляющий элемент был специфицирован как <Buton Name='Start processing'/> и пользователь щелкнул по этой кнопке, метод GetControl вернет «Start processing».

Методы Get и Put В системе Views предусмотрен ограниченный набор методов, с помощью которых пользователь может получить данные из таких элементов управления, как текстовые поля, ползунки и др., а также поместить данные в те элементы, которые позволяют это сделать. GetText(string имя). В качестве аргумента этому методу передается имя элемента управления, как оно определено в атрибуте Name XML-спецификации Views. • Если элементом управления является TextBox или ListBox, в качестве результата возвращается текст, выведенный в настоящий момент в элемент управления. Таким образом, программа может прочитать текст, введенный пользователем. • Если элементом управления является OpenFileDialog или SaveFileDialog, в качестве результата возвращается имя файла, выбранного пользова-

5.6 Методы Views

213

телем. Если ни один файл не выбран (возможно потому, что пользователь щелкнул по кнопке Cancel [отмена] в диалоговом окне выбора файла), результатом будет null. •

Если элементом управления является GroupBox, в качестве результата возвращается имя выбранной в настоящий момент кнопки RadioButton из этой группы.

GetValue(string имя). Этот метод схож с методом GetText, но используется в тех случаях, когда значение, получаемое от элемента управления, является целым числом. •

Для элемента управления CheckBox результатом будет 1 или 0, в зависимости от того, отмечена ли эта рамка или нет.

•

Для элемента управления RadioButton результатом будет 1 или 0, в зависимости от того, выбрана эта кнопка или нет.

•

Для элемента управления TrackBar результатом будет целое число в диапазоне от минимального до максимального значений, определенных для этого элемента в XML-спецификации.

GetValue(string имя, int индекс). Этот вариант метода GetValue используется в тех случаях, когда элементом управления является CheckBox. PutText(string имя, string значение). Этот метод выводит строку (второй аргумент) в элемент управления, заданный первым аргументом. Метод PutText используется для вывода сообщений или других строк в элементы управления TextBox и ListBox. PutValue(string имя, int значение). Этот метод сохраняет целочисленное значение, связанное с элементом управления. Он используется с элементом ProgressBar для установки индикатора выполнения между минимальным и максимальным значениями, определенными в XML-спецификации. Getlmagefstring имя, string файл). Этот метод находит изображение, сохраняемое в указанном файле, и выводит его в элемент управления PictureBox, указанный в качестве первого аргумента. Для подгонки размера выводимого изображения используются текущие размеры элемента управления. Пример 5.2. Простой калькулятор с графическим интерфейсом Для иллюстрации использования этих методов рассмотрим пример простого калькулятора. В действительности программа, имитирующая работу калькулятора, может оказаться весьма сложной, поэтому в этом примере мы ограничиваемся всего двумя операндами и четырьмя обычными операциями. В нашем калькуляторе не будет памяти или других усовер-

214

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

шенствований, как и возможности выполнения последовательности операций. Вид интерфейсного окна, которое мы хотим построить, показан на рис. 5.11. В окне имеются два текстовых поля для ввода чисел, ряд из четырех кнопок, с помощью которых пользователь выбирает арифметические операции (плюс, минус, умножить и разделить), а также текстовое поле для вывода результата. Спецификация Views достаточно проста и целиком основывается на средствах Views размещения элементов управления при указании атрибута выравнивания halign=center.

ffl Calculator ^^ П j

Рис. 5 . 1 1 . Простой калькулятор

Файл SimpleCalculator.cs

using Views; using System; class SimpleCalculator { ///<summary> Sept 2002 ///Программа SimpleCalculator Bishop & Horspool / / /=-==== =—=—=-==== iii ///Складывает/вычитает/умножает/делит два числа ///Демонстрирует чтение из элемента управления и запись в него /// Views.Form form; string formSpec = @" <Button Name='+' halign=center/> <Button Name='-' halign=center/> <Button Name='*' halign=center/>

5.7 Углубленное использование Views

215

<Button Name='/' halign=center/> "; void ActionPerformed (string c) { string aText, bText; int aVal, bVal; string [] operators = {" + ", "-", "*", " / " } ; int result = 0; aText = form.GetText("A"); bText = form.GetText("B"); aVal = int.Parse (aText); bVal = int.Parse(bText); switch (c) { case " + ": break; . result = aVal+bVal case "-": break; result = aVal-bVal case "*"; break; result = aVal*bVal case "/": break; result = aVal/bVal default: return; form.PutText("Result", aText " = " + result);

0/>

+ bText +

void Go() { form =new Views.Form(formSpec); for ( ; ; ) { string с = form.GetControl() if (c == null) break; ActionPerformed(c) ; } form.CloseGUI() ; static void Main() { new SimpleCalculator().Go();

5.7 Углубленное использование Views Абсолютное позиционирование элементов управления Views уже предоставляет несколько способов позиционирования элементов управления, что позволяет организовывать их в интерфейсном окне самым разнообразным образом. К этим способам относятся:

216

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

• вложение списков в списки; • задание размеров элементов управления с помощью атрибутов ширины Width и высоты Height; • использование тега промежутков <space>. Если, однако, требуется более точное управление размещением элементов управления, то можно использовать еще одну групповую конструкцию. Она предназначена для более опытных пользователей, и применять ее следует с осторожностью, потому что с ее помощью легко получить элементы управления, перекрывающие друг друга. Этот дополнительный тег группировки называется <panel> [панель]. Панель представляет собой прямоугольную область, внутри которой каждый элемент управления можно расположить путем явного указания его х- и у-координат. Эти координаты задаются относительно верхнего левого угла прямоугольника. Ширина и высота прямоугольника должны быть указаны явным образом. Система не выполняет никакой проверки на разумность расположения элементов внутри панели. Если вы разместили свои элементы так, что они не помещаются в пространство панели, то на панели, по ее нижнему или правому краю, в зависимости от расположения элементов, появятся одна или две линейки прокрутки. Фактически Views позволяет задать явные координаты любого элемента управления. Поэтому, возвращаясь к рис. 5.6, мы могли расположить наши кнопки в точности так, как описано в приведенном ниже фрагменте, в результате чего получится интерфейсное окно, показанное на рис. 5.12.

two

three

Рис. 5.12. Позиционирование элементов управления @"<Panel Name=p Width=150 Height=150> <position x=10 y=10> <Button Name=one Width=50 Height=20/>

5.7 Углубленное использование Views

217

<position x=50 y=40> <Button Name=two Width=80 Height=40/> <position x=30 y=100> <Button Name=three Width=60 Height=30/>

Заметьте, что в этом примере мы перешли от сантиметров к пикселам. Для позиционирования обычно используются именно пикселы, и к ним следует привыкнуть. Однако, как уже отмечалось ранее, задавать вручную координаты каждого элемента управления довольно хлопотно. Если все же для вас важно точное расположение элементов GUI, и простые горизонтальные и вертикальные списки, предоставляемые Views, оказываются недостаточными, лучше использовать графические инструментальные средства.

Прямой доступ к элементам управления В табл. 5.6 была упомянута индексная операция, позволяющая получить доступ к элементу управления формы Views с помощью индекса. Эта операция предназначена для того чтобы по ходу выполнения программы получить возможность обращаться к атрибутам и даже изменять их значения. В противоположность этому установка атрибутов с помощью спецификации Views является статической операцией, выполняемой однажды при конструировании объекта GUI. Атрибуты Views, допускающие прямой доступ к ним, были перечислены в табл. 5.5. Следующий пример иллюстрирует возможности прямого доступа. Пример 5.3. Изменение масштаба изображения Мы хотим вывести на экран изображение и затем динамически изменять его размер. Изображение выводится в элемент управления PictureBox, которому присущи два атрибута — ширина Width и высота Height. Нам хотелось бы получить возможность изменять эти атрибуты в процессе выполнения программы, и видеть на экране результаты этой операции. Таким образом, нам требуется: •

вводить новые значения размеров;

•

перерисовывать изображение с учетом этих новых значений.

Ввести новые значения размеров можно разными способами. Прежде всего будем считать, что указание размеров будет выполняться в процентах от исходного размера, так что нам не надо будет иметь дело с абсолютными значениями. При этом новый масштаб в процентах можно вводить в текстовое поле, однако более удобно это делать с помощью ползунка, который позволяет установить новое значение простым движением мыши. Получив новое значение масштаба (между 1 и 100), мы затем должны изменить атрибуты элемента управления PictureBox. Для этого мы

218

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

предусматриваем в программе переменную, которая прямо ссылается на элемент управления, и затем изменяем соответствующие свойства. (Вспомните, что атрибуты для Views XML — это то же, что свойства для элементов управления форм Windows.) Ниже приведен текст этого фрагмента: //Получим исходный размер PictureBox pb; pb = form["image"]; originalWidth = pb.Width; originalHeight = pb.Height; //Изменим размер pb.Width = originalWidth*factor/100; pb.Height = originalHeight*factor/100;

Ввиду того, что мы ссылаемся на класс PictureBox в программе (в противоположность ссылки на тег в Views XML), нам надо импортировать пространство имен System. Windows.Forms. Для другой операционной системы могут потребоваться другие столь же важные директивы. Текст программы приведен ниже, а интерфейсный экран, создаваемый программой, показан на рис. 5.13.

Рис. 5.13. Пример элемента управления TrackBar

Файл lmageScaling.cs using using

System; Views;

using System.Windows.Forms; class ImageScaling { ///<summary> ///Программа ImageScaling

Bishop

& Horspool

Oct 2002

5.7 Углубленное использование Views / / /===

219

======

til

///Выводит изображение, размер которого можно изменять ///в процессе выполнения программы ///Демонстрирует элемент управления TrackBar, а также ///прямой доступ к атрибутам элементов управления /// Views.Form form; PictureBox pb; int originalWidth, originalHeight; string formSpec = @"Form Text='Image Sealer'> <space Height=0.3cm/> <space Width=2cm/> Label Text='l%'/> <space Width=l.8cm/> Label Text='100%'/> <space Width=lcm/> <Panel Width=12cm Height=9cm> <position x=0 y=0> "; void ActionPerformed (string c) { switch (c) { case "scale": int factor = form.GetValue("scale"); form.PutText("percent", factor+"%"); pb.Width=originalWidth*factor/100,• pb.Height=originalHeight*factor/100; break; default: break; void Go() { form =new Views.Form(formSpec, pb=form["image"]; originalWidth=pb.Width; originalHeight=pb.Height;

"Bridge.jpg");

220

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views string с; for ( ; ; ) { с = form.GetControl (); if (с == null) break; ActionPerformed(c) ; } form.CloseGUI() ; } static void Main() { new ImageScaling() .Go();

Параметры для Views.Form Как уже упоминалось в разделе 5.6, конструктор Views может принимать второй аргумент, который дает некоторый дополнительный контроль в течение времени выполнения над тем, как будет отображаться интерфейсное окно. В Примере 5.3 эта возможность была использована для предоставления форме Views имени файла. Имя файла можно было также ввести в текстовое окно или указать в качестве аргумента при запуске программы.

Дальнейшая расширяемость Views Пользуясь тем же подходом, мы можем получить доступ к любому свойству или методу, определенному для элемента управления, если только мы знаем его имя. Следующий пример иллюстрирует вызов некоторых методов. Пример 5.4. «Показать-скрыть» Программа Show-Hide [показать-скрыть] уже упоминалась ранее в этой главе, а ее вывод показан на рис. 5.1. Планировка GUI, показанная на рис. 5.4, достаточно проста. Но как быть с обработчиками событий? Очевидно, мы хотим, чтобы изображение исчезало и появлялось снова. Для элемента управления PictureBox предусмотрены методы именно для реализации этих действий; они имеют удобные имена Show и Hide. Таким образом, используя прямой доступ к элементам управления, мы можем написать: PictureBox pb = f["pic"];//Доступ к элементу управления pb.Hide();//Используем метод Hide для элемента PictureBox Здесь f — это форма Views, «pic» идентифицирует элемент управления, на который мы хотим воздействовать, a Hide является методом элемента управления PictureBox. Совместив трансляцию GUI и обработчики событий, мы получим законченную программу.

5.7 Углубленное использование Views

221

Файл ShowHide.cs using System; using System.Windows.Forms; class ShowHidePic { Views.Form f; void Setup () {f = new Views. Form ( @"Form Text='Queens Bridge'> <Button Name=Show/> <Button Name=Hide/> /vertical> "); } void Go() { Setup () ; string c; for ( ; ; ) { с = form.GetControl() ; if (c == null) break; ActionPerformed(c); } f.CloseGUI(); void ActionPerformed (string c) { PictureBox pb • f["pic"]; switch (c) { case "Show": pb.Show<) ; break; case "Hide": pb.HideO ; break; default: break;

static void Main() { new ShowHidePic () .Go () ;

Если эту программу запустить, она выведет знакомый нам интерфейсный кадр GUI. Нажав на одну или другую кнопку, мы покажем или скроем изображение. Щелчок по кнопке закрытия на строке меню (обычно в правом верхнем углу) возвращает из метода GetControl значение null, что приводит, как объяснялось выше, к завершению программы.

222

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

5.8 Проект 3 — касса супермаркета Мы хотим реализовать программу, моделирующую кассу отдела супермаркета, торгующего фруктами и овощами. Касса имеет кнопки, на которых изображены продаваемые продукты, а также несколько кнопок управления. В данном примере считается, что в отделе продаются только фрукты. Кассир должен взвесить отобранный покупателем продукт, выбрать его обозначение и затем напечатать чек с ценой.

Планировка и элементы управления Схема интерфейса, который мы хотели бы получить, изображена на рис. 5.14. Заголовок Кнопки выбора фруктов

Элементы управления

Рис. 5.14. Схема кассы супермаркета

Если покупатель приносит к кассе, скажем, некоторое количество апельсинов, кассир должен взвесить эти апельсины, ввести в программу их массу, щелкнуть про кнопке Weight [вес], затем щелкнуть по кнопке с изображением апельсина. Наконец, щелкнув по кнопке с надписью Print [печать], он получит в текстовом поле Cost [стоимость] цену взвешенного количества фруктов, а в текстовом поле Output [результат] полный текст чека. Таким образом, мы должны включить в интерфейсное окно следующие элементы управления: • надписи — для заголовков, • кнопки — Weigh для взвешивания и Print для вывода чека, • текстовые окна — Mass для массы, Cost для стоимости и Output для итогового чека. Вид интерфейсного окна показан на рис. 5.15; изображена ситуация, когда посетитель купил 5 кг апельсинов (цены указаны в южноафриканских рэндах).

5.8 Проект 3 — касса супермаркета

223

Рис. 5.15. Интерфейс программы Till

Спецификация Views для этого интерфейсного окна выглядит обычным образом, за исключением того, что в ней используется конструктор с параметром, позволяющим ввести из программы названия продуктов. Этот параметр представляет собой массив, число элементов которого в два раза превышает количество продаваемых продуктов, и каждый второй элемент которого содержит имя .gif файла, в котором хранится изображение для соответствующей кнопки. Массив заполняется следующим образом: for

( i n t count=0; count < maxProducts; count ++) formParameters[2*count] = itemfcount]; formParameters[2*count+l] • item[count] +".gif";

и используется, например, так: <Button <Button

Name={0} Name={2}

Image={l} Image={3}

Width=60 Width=60

Height=60/> Height=60/>

Проектируя этот интерфейс, мы опять используем пикселы в качестве единицы измерения. Сантиметр содержит приблизительно 20 пикселов. Большинство программистов, проектируя пользовательские интерфейсы,

224

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

предпочитают задавать координаты и размеры в пискселах, и мы считаем полезным приобрести практику в их использовании.

Обработка событий Особенностью рассматриваемой программы является то обстоятельство, что активизация элементов управления ввода должна осуществляться в определенном порядке. Невозможно напечатать чек, пока не будут введены данные о массе и выбранном продукте. Каким образом можно организовать вполне определенную последовательность событий? Мы используем для этого булевы переменные (иногда их называют флагами); эти переменные индицируют, какие действия уже выполнены к данному моменту времени, и позволяют проверить их состояние перед тем, как перейти к следующему шагу. Мы хотим организовать такую последовательность: 1. Взвешивание. 2. Выбор продукта. 3. Печать чека. Поэтому мы предусматриваем два флага, причем первоначально устанавливаем их в состояние false. Первый флаг, weighed [взвешено] будет установлен в состояние true после ввода значения массы. Второй флаг, для которого мы выбрали имя chosen [выбрано], будет установлен после щелчка по кнопке любого продукта. Тогда обработчик события может проверить состояние этих флагов и решить, можно ли реагировать на событие. Например, обработчик для печати чека может иметь такую структуру: void printCostO { if (chosen) { //Напечатать чек }

else

form.PutText("message", "First chose an item!");//[Сначала

выберите

Программа Исходный текст программы (файл Till.cs) приведен ниже. Ф а й л Till.cs using System; using System.Collections; using Views; class Till { ///<summary> ///Программа Till / / /—== ===-==

Bishop

& Horspool

2002

товар!]

5.8 Проект 3 — касса супермаркета /// /// /// /// ///

225

Версия на С# и Views май 2002 Рисунки на кнопках N Ros март 2001 обновление август 2000 исходный текст на Java октябрь 1996 Java 1.1 Abbot & Bishop октябрь 1997

///Моделирует кассу супермаркета; демонстрирует расширенные ///возможности Views, а также обработку связанных событий /// Views.Form form; //Переменные для расчета стоимости double total,kg; int select = 1; const int maxProducts = 12; //Управляющие переменные bool chosen = false; bool weight = false; //Массивы doublet] unitCost = {2,3,5,2.5,3,7,10,6,2,4/4,4}; string[] item = {"Apples","Pears", "Grapes", "Oranges", "Lemons", "Kiwis", "Avocados", "Strawberries", "Bananas", "Peaches", "Plums", "Apricots"}; string [] formParameters = new string[maxProducts*2; ] string tillGUISpec = @"

<Button Name=Weigh/> <Button Name={0} Image={l} Width=60 Height=60/> <Button Name={2} Image={3} Width=60 Height=60/> <Button Name={4} Image={5} Width=60 Height=60/> <Button Name={6} Image={7} Width=60 Height=60/> <Button Name={8} Image={9} Width=60 Height=60/> <Button Name={10} Image={ll} Width=60 Height=60/> <Button Name={12} Image={13} Width=60 Height=60/> <Button Name={14} Image={15} Width=60 Height=60/> <Button Name={16} Image={17} Width=60 Height=60/> <Button Name={18} Image={19} Width=60 Height=60/> <Button Name={20} Image={21} Width=60 Height=60/> <Button Name={22} Image={23} Width=60 Height=60/> 8—2047

226

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views <Button Name=Print/>

"; void Go() { //Установим параметры Views for (int count=0; count < maxProducts; count++) { formParameters[2*count] = item[count] formParameters[2*count+l ] • item[count] + ".gif"; } form =new Views.Form(tillGUISpec, formParameters); form.PutText("message", "The till is open"); for ( ; ; ) { string с = form.GetControl() ; if (c == null) break; ActionPerformed(c) ; } form.CloseGUI() ; } void ActionPerformed (string c) { switch (c) { case "Weigh": weighltem(); break; case "Print": printCost(); break; default: chooseltem(); break; void weighltem() { kg = double.Parse(form.GetText("weight")); weighed = true; } static choseltem (string c) .{

Основные понятия; рассмотренные в гл. 5

227

form.PutText("message", с+" was selected."); if(weighed) { select = Array.IndexOf(item,с);//См. Г Л . 8 chosen = true; } else form.PutText("message","First weigh the items"); } static printCostO { if (chosen) { .total = kg*unitCost[select]; form.PutText ("cost", "R "+total); form.PutText("message", kg+"kg "+ itemfselect]+" @ "+unitCost[select]+ " • R" +total); //Сбросим значения переменных kg = 0; weighed • false; chosen = false; total = 0; } else form.PutText("message", "First Chose an item!"); } static void Main() { new Till () .Go();

Внесение изменений в цены В реальной жизни предлагаемые супермаркетом фрукты и их цены, разумеется, не должны быть встроены в программу, поскольку такая система не будет обладать гибкостью. Было бы лучше хранить цены где-нибудь в другом месте в качестве данных. Поскольку нам все равно надо изучить работу с файлами, в гл. 7 мы рассмотрим такое добавление к программе Till.

Основные понятия, рассмотренные в гл. 5 Понятия, рассмотренные в этой главе: графические интерфейсы

обозначения XML

пользователя (GUI) планировка GUI

элементы управления GUI

планировка Views

элементы управления Views

методы Views

обработка событий

метод «перетащить и бросить»

абсолютное позиционирование

относительное позиционирование

теги

атрибуты

единицы измерения в GUI

228

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views кнопка Button

текстовое поле TextBox

список ListBox форма Form (форма GUI)

поле для изображения PictureBox строка меню

взаимодействие с GUI

надпись Label

шрифт Font В этой главе были определены следующие формы: обозначения Views XML

создание объекта Views.Form

взаимодействие с элементами управления Views

взаимодействие с текстовыми полями и списками Views

Контрольные вопросы 5.1. Наиболее близким по значению к выражению «окно GUI» будет (а) компонент (в) элемент управления

(б) форма (г) меню

5.2. Символ @ в начале строки спецификации Views указывает, что далее следует (а) обозначение XML (б) обозначение Views XML (в) многострочный текст

(г) текст без строгих правил использования строчных и прописных букв

5.3. Метод Views GetControl возвращает значение типа (a) string (б) Views.Form (в) Button (г) Control 5.4. Какой метод следует вызвать, чтобы записать текст в элемент управления ListBox, который был определен с помощью приведенного ниже тега Views? (а) (б) (в) (r)

PutText(Results,"Answer i s " ) ; PutText("Results","Answer i s " ) ; PutText(history,"Answer i s " ) ; PutText("history","Answer i s " ) ;

5.5. Для чтения целого числа из элемента управления TextBox "T", мы должны использовать (a) s t r i n g s = f . G e t T e x t ( " T " ) ; int n = int.Parse(s);

Контрольные вопросы

229

(б) s t r i n g s = f . G e t V a l u e ( " T " ) ; int n = int.Parse(s); (в) i n t

n »

f.GetValue("T");

(r) i n t

n = f.GetNumber(s);

5.6. Если нам надо вывести число секунд, истекших в процессе вычислений, которые, как ожидается, будут выполняться в течение приблизительно двух минут, какой элемент управления лучше всего использовать? (a) TextBox (в) ProgressBar

(б) TrackBar (г) ListBox

5.7. Метод ActionPerformed вызывается из (а) метода Go

(б) метода GetControl

(в) операционной системы

(г) любого места программы по желанию программиста

5.8. Если атрибут Text = {0} в спецификации Views spec инициализируется следующим предложением Views.form

f

= new

Views.Form(spec,p);

то это означает, что Text будет иметь значение (а) 0

(б) null

(в) ""

(г) р[0]

5.9. Слова halign и valign обычно пишутся в Views XML без прописных начальных букв, потому что они (а) ассоциируются не со значениями, а с выравниванием (б) не ассоциируются непосредственно со свойствами форм Windows (в) являются атрибутами (г) являются не вложенными тегами 5.10. Если имеется спецификация Views то каким образом мы можем получить прямой доступ к изображению, чтобы изменить его высоту на значение newValue? (а) PictureBox p = form["Image"]; p.Height = newValue; (б) PictureBox p = form["image"]; p.Height = newValue; (в) PictureBox p = form["Image"] ; p.Image.Height = newValue; (r) PictureBox p = form["daughter.jpg"]; p.Height = newValue;

230

Глава 5. Графические интерфейсы с применением системы Views

Упражнения 5.1. Другой интерфейс для игры «Камень—ножницы—бумага». Измените спецификацию Views для программы игры «Камень—ножницы—бумага», чтобы интерфейсное окно соответствовало одной из планировок, показанных на рис. 5.5. 5.2. Очистка калькулятора. Добавьте кнопку С (clear, очистка) к планировке простого калькулятора (пример 5.2), которая очистит все текстовые окна. Измените программу так, чтобы она продолжала работать до закрытия окна. 5.3. Преобразователь длины. Завершите программу, составление которой началось с обсуждения рис. 5.10, чтобы она могла представить заданное значение в любых единицах измерения (футах, ярдах и метрах). При этом предполагается, что вводимое значение измеряется в тех единицах, которым соответствует активная в настоящий момент селективная кнопка RadioButton. 5.4. Любое изображение. Мы хотим иметь возможность выводить на экран в программе Show-Hide (пример 5.4) любое изображение. Добавьте к интерфейсу текстовое поле TextBox, в котором пользователь мог бы написать имя файла с изображением, и используйте метод Putlmage для вывода изображения во время выполнения. 5.5. Время начала совещания. Воспользуйтесь примером 2.7 и разработайте для него интерфейс, который позволит вводить название города и временную разницу и выводить те же данные, скажем, в элемент управления-список. Поэкспериментируйте с использованием для ввода времени ползунка (TrackBar), настроив его на единицы, равные одному часу, и на диапазон от 0 до 23. 5.6. Опять часы зала заседания. Модифицируйте пример 2.13 так, чтобы значения времени и названия городов отображались в интерфейсном окне. Изображение часов в окне должно напоминать цифровые часы, и (пока) нет необходимости заставлять их идти. Включите этот интерфейс в пример 5.5, чтобы пользователь, просто щелкнув по паре время — город, мог получить время начала совещания. 5.7. Цифровые часы. Разработайте интерфейс с изображением цифровых часов вместе с необходимыми кнопками. Заставьте часы идти путем изменения в цикле значения времени на некоторую величину. 5.8. Работающие часы зала заседания. Включите ваше решение предыдущего упражнения в упражнение 5.6, чтобы часы зала заседания фактически шли. 5.9. Дверные замки. Существуют дверные замки, состоящие из панели с десятью цифрами 0-9, кнопки С для сброса замка и кнопки Р для открывания двери после ввода кода. Код состоит из буквы С, за которой следуют четыре цифры. Если введен правильный код, кнопка Р начинает светиться зеленым цветом, в противном случае

Упражнения

231

она светится красным цветом. Нажатие кнопки С возвращает ее назад к нейтральному цвету. Разработайте интерфейс для такого замка, и напишите для него спецификацию Views. Составьте программу взаимодействия с интерфейсным окном, моделирующую операции с замком. . 5.10. Двуязычная касса. Фирма FruitStop экспортирует свое программное обеспечение в страну с другим языком (например, французским, немецким, испанским и т. д.). Выберите язык, с которым вы знакомы и переведите на этот язык названия фруктов (или найдите набор имен на нашем Web-сайте). Затем добавьте к интерфейсу пару селективных кнопок для переключения между языками. Эффект должен заключаться в том, что надписи на кнопках и сообщения должны выводиться на выбранном языке. (Подсказка: решение этой задачи потребует прямого доступа к атрибутам Views, а также некоторых изменений в программе Till.) 5.11. Преобразователь валют. Разработайте интерфейс с. двумя комплектами селективных кнопок, который позволит преобразовывать сумму, введенную в долларах, евро или фунтах стерлингов, в любую другую валюту. Составьте программу, взаимодействующую с таким интерфейсом. Позже мы увидим, как обобщить эту программу, чтобы она могла работать со всеми валютами.

Исключения и отладка

В процессе работы компьютерной программы в ней могут возникать самые разнообразные ошибки. Для уменьшения влияния этих ошибок многие операции, выполняемые программой, проверяются. Если, например, индекс массива оказывается за пределами массива, формируется описание ошибки в виде значения особого типа, носящего имя IndexOutOfRangeException. Это значение можно использовать для вывода сообщения об ошибке, или программа сама может перехватить ошибку с помощью предложения try-catch и обработать ее соответствующим образом. Эта глава будет посвящена значениям исключений и способам их обработки. Обычно мы стремимся к тому, чтобы в программе совсем не было ошибок; этот процесс носит название отладки. Для локализации ошибок разработаны специальные инструментальные средства и методики, которые будут также рассмотрены в этой главе.

6.1 Ошибки К сожалению, внести в программу ошибки в процессе ее составления чрезвычайно легко. Ошибки возникают из-за того, что вы не помните, как в точности выглядит формат конструкции, или вводите текст с опечаткой, или вообще неправильно рассуждаете. Большинство ошибок, вносимых в программу на этапе ее написания, отлавливаются компилятором С#. Однако часть ошибок не обнаруживаются, пока программа не будет запущена и затем либо завершится с сообщением об ошибке, либо начнет делать что-то незапланированное.

Различные виды ошибок Ошибки программирования можно разделить на три категории: •

лексические и синтаксические ошибки,

•

семантические ошибки времени компиляции,

•

семантические ошибки времени выполнения.

6.1 Ошибки

233

Лексические и синтаксические ошибки. Следующая строка С# содержит пример синтаксической ошибки, вылавливаемой компилятором С # : if

(а > 0( х = 99; //Ошибка!

Ошибка заключается в том, что при вводе программы в конце условного выражения была случайно введена неправильная скобка. Компилятор пытается сопоставить это предложение с шаблонами предложений if, и не может найти соответствие. В результате компилятор генерирует сообщение об ошибке, которое выглядит приблизительно так: MyProgram.cs(38,20) : e r r o r

CS1026:

)

expected

Сообщение начинается с указания номера позиции в исходном тексте, где была обнаружена ошибка (имя файла, номер строки в файле и номер позиции в этой строке). Затем указывается номер ошибки, который можно использовать в качестве ссылки при поиске дальнейшей информации о нарушенном правиле языка С#. Наконец, приводится краткое описание ошибки, как ее воспринял компилятор С # . Лексические ошибки возникают, когда программа содержит неправильно написанный языковый элемент. В качестве примера можно привести неправильно введенное значение константы типа double: 1.234e-s. Компилятор успешно читает константу вплоть до знака минус в показателе степени, но этот знак минус должен сопровождаться десятичным целым числом, а не буквой. Семантические ошибки времени компиляции. Семантические ошибки времени компиляции возникают в программе, когда программа подчиняется всем синтаксическим правилам (скобки указываются правильными парами, ключевые слова написаны без ошибок и т. д.), однако в программе нарушены правила языка С# относительно взаимодействия языковых конструкций. В эту категорию попадают ошибки такого рода, которые легко обнаруживаются компилятором. В качестве примеров таких семантических ошибок можно указать: •

неправильно введенное имя метода (и, соответственно, попытка вызвать несуществующий метод);

•

использование в выражении операнда неправильного типа данных (например, умножение текстовых строк).

Приведем фрагмент программы, которая вызывает семантическую ошибку, обнаруживаемую компилятором: int х ; ... //Опущенные х = "123";

здесь

программные

строки

234

Глава 6. Исключения и отладка

Компилятор С# введет приблизительно такое сообщение об ошибке, когда встретится с предложением присваивания: MyProgram.cs(42,7): error CS0029: Cannot implicitly type ' string' to ' int' [MyProgram.es(42,7): ошибка CS0029: He могу неявно преобразовать тип 'string' в ' i n t ' ]

convert

Сообщение достаточно ясно говорит о том, какое правило С# было нарушено. (Язык С# допускает присваивание переменной одного типа значения переменной другого типа лишь для комбинаций типов данных, для которых в языке определены правила преобразования. Очевидно, что в языке С# нет правил для автоматического преобразования типа string в тип int.) Семантические ошибки времени выполнения. Наконец, мы подошли к ошибкам времени выполнения. Однако причины, по которым программа может начать выполняться не так, как надо, столь многочисленны, что единственное, что здесь можно сделать, это привести несколько примеров. В табл. 6.1 приведены три различных фрагмента программы, которые приведут к аварийному завершению программы, если она дойдет до этих фрагментов. Таблица 6 . 1 . Некоторые ошибки времени выполнения //************** Пример 1 **************** i n t [ ] a r r = new i n t [ 2 0 ] ; for ( i n t i = l ; i<=20; i++) a r r [ i ] * i ; //Здесь ошибка //************** Пример 2 **************** string s = "abc"; i n t n = i n t . P a r s e ( s ) ; //Здесь ошибка /у************** Пример 3 **************** string s = null; C o n s o l e . W r i t e L i n e ( " F i r s t char = " + s [ 0 ] ) ; //Здесь ошибка

В качестве упражнения попробуйте выяснить, что неправильно в приведенных в таблице фрагментах, прежде чем читать данные ниже пояснения. 1. Ошибка в примере 1 заключается в том, что переменная цикла i пробегает значения от 1 до 20 включительно. Однако элементы массива имеют индексы лишь от 0 до 19. Поэтому на 20-й итерации тело цикла попытается получить доступ к несуществующему элементу массива.

6.1 Ошибки

235

Система времени выполнения С # остановит программу на этой 20-й итерации и выведет сообщение об ошибке, которое будет выглядеть приблизительно так: Unhandled Exception: System.IndexOutOfRangeException: index was outside the bounds of array. [Невосстановимое исключение: System.IndexOutOfRangeException: индекс был вне границ массива.] at Fudge.Go(String x) at Fudge.Main(String[] args)

Сообщение начинается с описания обнаруженной проблемы, вслед за тем указывается, где в программе произошла эта ошибка. Если программа компилировалась с ключом /debugrfull, в сообщение будут включены номера строк и методы, которые были вызваны и еще находятся в активном состоянии (т. е. управление из них еще не вернулось). 2. Ошибка в примере 2 заключается в том, что строка не содержит последовательности символов, которые образуют правильное десятичное число. Метод Parse типа int генерирует сообщение об ошибке, схожее со следующим: Unhandled Exception: System.FormatException: Input string was not in a correct format. [Невосстановимое исключение: System.FormatException: Входная строка имеет неправильный формат.] at.System.Number.Parselnt32(String s, Numberstyles style, NumberFormatlnfo info) at Fudge.Go(String x) at Fudge.Main(String[] args)

3. Ошибка в примере 3 заключается в том, что null не является строковым значением; обозначение null равносильно «отсутствие значения». Поэтому попытка обратиться к первому символу строки, содержащейся в переменной s, не может быть успешной. Система времени выполнения С # обнаруживает ошибку, останавливает выполнение и генерирует следующее сообщение: Unhandled Exception: System.NullReferenceException: Object reference not set to an instance of an object [Невосстановимое исключение: System.NullReferenceException: Объектная ссылка на переменную, не являющуюся экземпляром объекта.] at Fudge.GO(String x) at Fudge.Main(String[] args)

236

Глава 6. Исключения и отладка

6.2 Обработка ошибок Во всех пояснениях, относящихся к табл. 6.1, сообщения об ошибках содержат имя класса в пространстве имен System. Когда системные программы обнаруживают ошибку или, вообще, какого-то рода препятствие к нормальному выполнению программы, создается экземпляр класса, который описывает встретившееся препятствие. Имя класса включает слово Exception [исключение] и дает ключ к распознаванию рода ошибки (например, NullReferenceException [исключение ссылки на null]. Термин исключение обозначает приблизительно то же, что и слово «ошибка»; этот термин используется в языке С# по отношению к ошибкам, возникающим во время выполнения. Одно или несколько полей класса будут содержать дополнительную информацию об ошибке (например, в последнем примере свойство Message получает значение «Object reference not set to an instance of an object»). Наконец, класс содержит поле с именем StackTrace [трассировка стека], которое, если его вывести на экран, покажет, в каком месте программы возникла ошибка. В последнем примере это такая строка: "

at Fudge.Go(String.x)\n

at Fudge.Main(String[] args)"

Очевидно, метод Go в классе Fudge был именно тем фрагментом программы, где возникла ошибка, и этот метод был вызван из метода Main того же класса. (Если программа компилируется с указанием ключа /Debugrfull, сообщение StackMessage будет еще более содержательным, так как в него будут включены номера строк программы.) После создания объекта исключения системные программы ищут программный код, который будет обрабатывать это исключение. Этот код часто называется обработчиком исключения. Система предоставляет собственный обработчик, который и будет использован, если программа не предоставит своего. Обработчик по умолчанию выводит в консольное окно имя класса, свойство Message и свойство StackProperty, в точности, как в трех приведенных выше примерах. Наконец, выполнение программы аварийно завершается. Имея обработчик исключения, перехватить ошибку в программе и, возможно, даже восстановить нормальное выполнение программы на удивление просто. Все, что для этого нужно — это предложение try-catch.

Предложение try-catch Действие предложения try-catch [попытаться и перехватить] можно представить себе таким образом: программа пытается выполнить некоторый код, и, если что-то идет не так и генерируется исключение, она перехватывает это исключение. Приведем пример фрагмента программы, использующей конструкцию try-catch:

6,2 Обработка ошибок

237

int[] A = new int [20]; int i, k; i=21; k=3; try { int temp = A[i]/k; A[i+1] = int.Parse("10"+temp); } catch(System.IndexOutOfRangeException e) { Console.WriteLine("Error: {0}' carrying on", e.Tostring ());

Этот фрагмент генерирует при своем выполнении такой вывод: Error: System.IndexOfRangeException: Index was outside the bounds of the array. at Test_ArrayList.Main() in C:\home\my work\csharpbook\ programrepositary\tester\classl.csrline 11; carrying on

Однако взгляните внимательно на часть catch всего предложения try-catch. В нем ставится запрос на перехват лишь одного рода ошибки — IndexOutOfRangeException. Если переменная к была равна 0, то вместо этой возникла бы ошибка DivideByZeroException, если же сцепление строк порождает строку, которая не является правильным отображением десятичного числа, то возникла бы ошибка ForraatException. При желании ошибки каждого рода можно перехватывать независимо. Такой пример приведен ниже: try { int temp = A[i]/k; A[i+i]= = int.Parse("10"+temp); } catch(System.IndexOutOfRangeException) { Console.WriteLine("Indexing error"); } catch(System.DivideByZeroException) { Console.WriteLine("Divide by zero error"); } catch(System.FormatException) { Console.WriteLine("Parse integer string error");

Заметьте, что если параметр catch (обычно его называют ё) не предполагается использовать в последующих предложениях, он может быть опущен. Наконец, мы можем написать предложение catch, которое будет перехватывать максимально возможное количество ошибок. Для этого наше предложение catch должно указать ошибку типа System.Exception, как это сделано в следующем примере: try { int temp = A[i]/k; A[i+1]= int.Parse("10"+temp); } catch(System.Exception e) { Console.WriteLine("Something went wrong: {0}", e.ToString() ) ;

Глава 6. Исключения и отладка

238

Здесь WriteLine уже не дает информации о конкретной ошибке, а использует, с помощью ToString, значение переменной е. К сожалению, нет гарантии, что будут перехватываться все ошибки. Например, нехватка памяти может привести к невозможности дальнейшего функционирования системы времени выполнения С#, и программа просто аварийно завершится. Формат предложения try-catch приведен ниже. Предложение try-catch try

{ предложения ; } c a t c h (тип_исключения1 предложения1 ;

е)

Выполняется блок предложения в предложении try. Если при выполнении предложений блока или вызываемых ими методов возникает ошибка типа тип_исключения1, управление передается на блок предложения! в обработчике catch. В программе может быть любое количество предложений catch; из них выполняется первое, соответствующее ошибке. Если е не используется в последующих предложениях, его можно опустить.

Программа может генерировать исключение явным образом. Например, если мы составляем программу метода, который преобразует информацию из одного формата в другой, в ней может оказаться полезным предложение вроде следующего: throw new System.FormatException("Invalid

string");

На практике строковый аргумент должен быть более детальным, чем использованный в примере, и предоставлять информацию о том, в чем заключается ошибка формата. Управление никогда не передается на предложение, следующее за предложением throw. Управление передается на предложение catch, которое обрабатывает исключение этого рода, если, конечно, такое предложение имеется в программе. В противном случае программа останавливается с соответствующим сообщением об ошибке.

6.3 Отладка К сожалению, почти каждый компонент программного обеспечения содержит недоработки и прямые ошибки. Если подумать о сложности программного обеспечения и замысловатых взаимоотношениях между частями различных программ, то представляется почти неизбежным, что программисты должны допустить хоть какие-то недочеты. Язык программирова-

6.3 Отладка

239

ния С# и его компилятор были разработаны с учетом того, чтобы большая часть ошибок выявлялась еще на стадии компиляции программы. Однако какие-то ошибки всегда проскальзывают сквозь эту проверку и выявляются лишь при выполнении программы. Тщательное тестирование программы является необходимым этапом ее разработки. При тестировании почти наверняка ошибки будут обнаружены. Если какие-то ошибки не проявляются при тестировании, они рано или поздно будут замечены пользователями — и пользователям эти находки очень не нравятся. Процесс поиска и исправления ошибок в программах носит название отладки. В этом разделе мы рассмотрим некоторые приемы, которые могут помочь в отладке программ.

Разработка устойчивых к ошибкам программ Еще перед тем, как приступить к отладке, следует постараться разработать программу таким образом, чтобы как можно меньше ошибок пережили процесс отладки. Это не потребует много труда, но в конечном счете сохранит время. Некоторые простые правила создания устойчивых программ приведены ниже. Советы по созданию устойчивых к ошибкам программ • • •

Используйте для программы простую логическую структуру. Выполняйте проверку на допустимость входных данных и входных параметров. Включайте в программу трассировочные предложения.

Простая логическая структура . Очевидно, что сложность логической структуры программы (будь это число методов, глубина вложенности циклов и условных предложений, количество операторов в выражении или число предложений в методе) следует держать под контролем. Однако не следует думать, что если вы напишите очень закрученную программу, чтобы минимизировать число выполняемых предложений, то такая программа будет работать лучше и быстрее. Маловероятно, что экономия времени при выполнении программы оправдает значительный труд, который потребуется затратить, чтобы программа работала правильно. Старайтесь делать программы попроще, и тогда в них будет меньше ошибок. Проверка на допустимость значений с использованием предложений if. Следующий совет: считайте, что какие-то ошибки точно «пролезут» в программу, поэтому обязательно включите в программу средства защиты. Нашей целью является обнаружение в программе симптомов ошибки вскоре после ее проявления с тем, чтобы можно было остановить программу или сообщить об ошибке. Стандартным решением этой задачи является включение проверяющих предложений в начале каждого метода, а Это правило известно также под аббревиатурой KISS (keep it simple, stupid [делай ее попроще, дурачок]).

240

Глава 6. Исключения и отладка

также после вызова тех методов, которые читают данные из файлов. Например, если мы программируем метод, который будет складывать два вектора чисел, то можно удостовериться в том, что векторы имеют одинаковую длину, как это сделано в следующем фрагменте: //Сложение двух векторов чисел с получением векторного результата doublet] Add(doublet] a, doublet] b) { int len = a.Length; if (len != b.Lenth) throw new Exception("Error: mismatched vector sizes"); doublet] r e s u l t = new double[len]; for (int i = 0; i < len; result[i] = a[i]+b[i]; return r e s u l t ;

Заметьте, что генерация исключения является обычной реакцией на обнаруженную ошибку. Трассировка стека, возможность которой предоставляется объектом исключения, позволит программисту, отлаживающему программу, определить, откуда был вызван данный метод. Если мы активизируем метод Add откуда-то еще и передаем ему недопустимые аргументы (два вектора различной длины), то генерируется исключение и, если в программе нет предложения try-catch, перехватывающего это исключение, выполнение программы прекращается и на экран выводится окно сообщения. Оно будет выглядеть примерно так, как показано на рис. 6.1. В окне сообщения указывается имя типа исключе-

Ari exception 'System,Exception' has occurred in MyProgratri.exe

Possible Debuggers: New instance of Microsoft Development Environment

I" Set the currently selected debugger as the default.

Do you want to debug using the selected debugger? Yes

Mo

Рис. 6 . 1 . Начальное окно сообщения отладчика

I

6.3 Отладка

241

ния, однако в нем нет никакой дополнительной информации, которую мы могли бы использовать. Для того чтобы получить информацию о месте генерации исключения в программе, мы должны щелкнуть по кнопке «Yes» в качестве нашего ответа на вопрос «Do you want to debug using the selected debugger?» [Вы хотите начать отладку с помощью выбранного отладчика?]. Если в вашей системе Windows установлен пакет Visual Studio, по умолчанию будет активизирована программа отладчика CLR Debugger. Отладчик выведет на экран окно сообщения, в котором можно увидеть строку, переданную в качестве аргумента конструктору класса Exception. Пример такого окна сообщения приведен на рис. 6.2.

xceokion of tvoe 'System.Exception' occurred in MyProgram.exe Additional information: Error: mismatched vector sees

Рис. 6.2. Начальное окно сообщения отладчика CRC debugger

Если Сопрограмма компилировалась с ключом /debug:full, отладчик выведет второе окно, в котором указано, где в программе встретилась ошибка. Часть этого второго окна отладчика приведена на рис. 6.3.

cj>-

double[] Add{ doublet] a, double[] to } { int len • a,Length; if (len ! - to.Length) throw new Exception("Error: mismatched vector sizes") doublet] result ~ ne» ttcubieflen]"; for ( int. i = 0; i < len; i++ } result, [i] - a[i]+-to [i] ; return result;

Рис. 6.З. Местоположение ошибки, выявленное отладчиком CLR Debugger

Отладчик выделил цветом предложение программы, следующее за тем, которое вызвало исключение. Отладчик всегда выделяет предложение, которое должно начать выполняться или выполнилось частично (что происходит, когда предложение содержит вызов метода, и этот метод еще не завершился).

242

Глава 6. Исключения и отладка

Отладчик позволяет вывести трассировку стека, значения интересующих вас переменных и многое другое. Дополнительные сведения об отладчике CLR Debugger приводятся в разделе 6.4. Мы рассмотрели проверку того, что значения параметров, передаваемых в метод, допустимы. Заметьте, однако, что еще более важной является проверка допустимости данных, читаемых из файла или с клавиатуры. Вполне вероятно, что файл данных будет случайно испорчен другой компьютерной программой, или что пользователь введет с клавиатуры неправильные данные. Если в нашей программе есть предложения вроде следующих: C o n s o l e . W r i t e ( " E n t e r y o u r w e i g h t i n kg int w • int.Parse(Console.ReadLine());

==>

" ) ;

то проверка вводимых данных должна стать нашей второй натурой. Для проверки данных в программу следует включить предложения такого рода: if

(w < MinWeight | | w > MaxWeight) throw new Exception("Unreasonable weight entered:

"+w) ;

Можно также предусмотреть в программе дополнительные фрагменты, в которых пользователя просят подтвердить правильность введенных данных или заново ввести правильные данные. Удобно подобный ввод данных помещать в цикл, который повторно запрашивает данные, например, три раза, и лишь после этого генерирует исключение. Тогда приведенный выше пример модифицируется таким образом: for ( int tries = 1; tries < = 3; tries++) { Console .Write ("Enter your weight in kg ==> " ) ; int w = int.Parse(Console.ReadLine ()); if (w < MinWeight | | w > MaxWeight) { if (tries == 3) throw new Exception("Unreasonable weight entered: "+w) ; else Console.WriteLine("Unreasonable weight. Try again.");

Console.WriteLine(w+"

is

an acceptable

weight");

Возможный вывод при выполнении этого фрагмента выглядит следующим образом: Enter your weight in Unreasonable weight. Enter your weight in 60 i s an acceptable

kg ==> 600 Try again. kg ==> 60 weight

Если вы не предотвратите ввод в программу недопустимых значений, которые затем будут управлять ходом программы, то вы обрекаете себя на большие неприятности.

6.3 Отладка

243

Если данные читаются из файла, который был создан другой программой, то неправильное значение в файле обычно указывает на серьезные неполадки в вашем программном комплексе. Для того чтобы избежать подобных неприятностей, вы должны в случае ввода недопустимых данных обязательно генерировать исключение и останавливать программу с выдачей сообщения об ошибке. Проверка на допустимость значений с использованием метода Assert. Система .NET Framework на платформе Windows содержит в пространстве имен System.Diagnostics класс Debug. В этом классе реализован метод Assert, который предназначен специально для проверки допустимости значений. Метод Debug.Assert using

System.Diagnostics;

Debug.Assert

(проверка,

сообщение)

Если булево выражение проверка дает false, на экран выводится окно, сообщающее об ошибке и включающее дополнительный текст сообщение. В этом случае должен быть указан ключ компилятора /define:DEBUG, например esc

/define:DEBUG myprogram.es

в противном случае вызовы Debug.Assert игнорируются.

В приведенном выше примере в методе Add мы могли вместо предложения if воспользоваться методом Assert: d o u b l e t ] Add(doublet] a, d o u b l e t ] b) { int l e n = a.Length; Debug.Assert(len==b.Length, "mismatched . . . / / Д а л е е как и раньше

vector

sizes");

Если значение не проходит проверку, на экране появляется окно, схожее с тем, что изображено на рис. 6.4. < mismatched vector sfees at Test.Add(Doublep a, Doubte[] b) D:\nigelh\CSharp Book\Programs\Debugging\MyProgram.cs(15) at TestGoO D:\nigelh\CSharp Book\Programs\Debusging\MyPrograrn.c5(26) at Test.MainO D:\rtigelh\CSharp 8ook\Programs\Debugging\MyProgram.cs(35) Abort

Retry

Ignore

Рис. 6.4. Окно сообщения об ошибке при использовании метода Assert

244

Глава 6. Исключения и отладка

Из трех кнопок в нижней части окна полезной будет только кнопка «Abort». Она прекращает выполнение программы. Кнопка «Retry» приведет к повторному вычислению булева выражения. Повторное вычисление имеет смысл лишь в тех случаях, когда проверяемое значение может измениться (например, с клавиатуры вводится другое число); в противном случае проверка даст тот же результат и на экран повторно выведется то же самое окно. Кнопка «Ignore» позволит программе продолжить выполнение со следующего предложения, что скорее всего приведет позже к другим ошибкам. Если программа прошла отладку, и вы думаете, что в ней нет ошибок, ее следует перекомпилировать без ключа /define:DEBUG. В этом случае компилятор будет игнорировать все предложения, которые активизируют метод Debug.Assert. Предложения трассировки. Предложения проверки допустимости значений помогают в тех случаях, когда первые очевидные симптомы ошибки указывают на выход данных за пределы допустимого диапазона значений. Иногда, однако, симптомы неисправности указывают на то, что программа начала выполнять свои фрагменты в непредусмотренной последовательности. Хотя генерация исключения и изучение затем трассировки стека могут пролить какой-то свет на то, каким образом программа дошла до той точки, где возникла ошибка, этой информации может оказаться недостаточно. Трассировка стека показывает только, какие из вызванных методов активны, но ничего не говорит о том, по каким путям в программе управление передавалось на каждом уровне на предложения, вызывающие методы. Иногда бесценной информацией оказываются сведения о том, какие из предложений if выполнялись, сколько раз повторялись циклы и т. д. Общее решение предоставляется использованием программы отладчика (см. раздел 6.4), однако его не просто освоить. Значительно более простбй метод заключается во включении в программу предложений трассировочного вывода. Многие программисты широко используют этот метод, независимо от того, имеются ли по их мнению в программе ошибки, или, как им кажется, программа свободна от них. Предположим, что в нашей программе имеется метод с таким заголовком: int

Calculate(int

n,

double

tolerance)

который заканчивается предложением: return

result;

Включим две строки в начало метода и дополнительную строку перед его завершением, как это показано ниже:

6.3 Отладка

245

int Calculate(int n, double tolerance) { if (Tracing.IsEnabled) Console.WriteLine ( "* Entering Calculate(n={0}, tolerance={1})", n, tolerance); ...//Тело метода Calculate if

(Tracing.IsEnabled) Console.WriteLine ( "* Exiting Calculate, result={0}",result) ; return result;

Подобные модификации претерпевают все методы в программе. Далее, где-то в программе определяется дополнительный класс: class Tracing { public s t a t i c

bool

IsEnabled

= true;

Это дополнительное определение класса может быть включено в самое начало программы сразу после всех предложений using (и после объявления namespace, если таковое присутствует в программе). При выполнении программы все сообщения трассировки появляются в консольном окне. Мы можем увидеть последовательность сообщений вроде той, что приведена на рис. 6.5: * * * * * * * * * * * *

Entering Main Entering Go Entering RepeatCalculations(tries=3) Entering Calculate(n=l, tolerance=0.1) Exiting Calculate, result=37 Entering Calculate(n=2, tolerance=0.01) Exiting Calculate, result=36 Entering Calculate(n=3, tolerance=0.001) Exiting Calculate, result=35 Exiting RepeatCalculations, result = 35 Exiting Go Exiting Main

Рис. 6.5. Пример трассировочного вывода

Изучение трассировочного вывода обычно предоставляет достаточно информации, чтобы выяснить, где именно программа вычислила неправильный результат или встретилась с другой ошибкой. Если полученной информации недостаточно, мы можем включить дополнительные предложения трассировочного вывода в стратегических точках внутри методов. Например, можно генерировать сообщение трассировочного вывода в начале каждого шага цикла.

246

Глава 6. Исключения и отладка

После исправления ошибки все предложения трассировочного вывода можно без труда замаскировать. Для этого достаточно заменить следующую строку в классе Tracing: public

static

bool

IsEnabled = true;

static

bool

IsEnabled = false;

на public

и сообщения трассировочного вывода не будут генерироваться. Некоторым программистам может не понравиться, что из-за включения в программу всех этих дополнительных предложений if и вызовов Console.WriteLine программа увеличивается в размере и становится более медленной. Об этом не следует беспокоиться, так как большинство программ выполняется достаточно быстро, а использование небольшого дополнительного объема памяти вряд ли окажется критичным. Если, однако, память и время выполнения являются существенными характеристиками программы, будет все же большой ошибкой удалять из программы трассировочные предложения. Редкие программы оказываются полностью свободными от ошибок, и эти трассировочные предложения могут однажды пригодиться. Здесь есть два решения. Оба они приводят к тому, что трассировочные предложения полностью игнорируются в окончательном варианте программы. Первое решение использует условную компиляцию: Трассировочные предложения — условная компиляция #if TRACE Console.WriteLine("...трассировочное

сообщение

...");

#endif Предложения трассировочного вывода могут включать любые сообщения, которые помогают проследить ход выполнения программы и изменение значений переменных. Если программа компилируется с ключом /define:TRACE, например: esc

/define:TRACE

filel.cs

file2.cs

тогда все предложения между строками #if TRACE и #endif включаются в текст программы; в противном случае они игнорируются.

Второе решение использует методы, предоставляемые классом Debug в пространстве имен System.Diagnostics.

6.3 Отладка

247

Класс Debug — использование для трассировочного вывода // Это объявление using должно присутствовать using System.Diagnostics; //Эти три предложения следует выполнить при запуске программы Debug.Listeners.Clear(); Debug.Listeners.Add( new TextWriterTraceListener("trace.txt")) ; Debug.AutoFlush = t r u e ; //Это предложение используется для генерации трассировочного сообщения Debug.WriteLine("...трассировочное

сообщение...");

Debug.Indent();//Включает отступ в трассировочные сообщения Debug.Unindent();//Отменяет действие метода Indent() Если трассировочный вывод нужен, при компиляции программы необходимо указать ключ /define:DEBUG; в противном случае все вызовы методов Debug будут игнорироваться. Трассировочный вывод записывается в файл, поименованный в вызове конструктора класса TextWriterTraceListener.

Метод Debug.WriteLine генерирует строку трассировочного вывода. Однако этот вывод исчезает без следа, если нет того, кто будет воспринимать этот вывод (объект приема какого-либо сообщения называют слушателем (listener)). Сначала вызовом метода Debug.Listeners.Clear() удаляются все существующие слушатели (возможно, в этом вызове нет необходимости, однако и вреда в нем нет). Затем вызовом метода Debug.Listeners.Add добавляется новый слушатель, который создается как экземпляр класса TextWriterTraceListener. В качестве аргумента конструктора этого класса обычно выступает имя файла, в который направляется трассировочный вывод. Впрочем, имеется возможность послать трассировочный вывод непосредственно в консольное окно с помощью такого вызова: Debug.Listeners.Add(new

TextWriterTraceListener(Console.Out) ) ;

Этот вызов можно использовать как вместо вызова, создающего слушателя, так и в дополнение к нему. Перед тем, как обращаться к вызовам Debug.WriteLine, полезно выполнить следующее присваивание: Debug.AutoFlush

= true;

которое обеспечит немедленный вывод в выходной файл каждого трассировочного сообщения. В противном случае строки вывода сначала будут накапливаться в буфере, и лишь после его заполнения выводиться в файл. Такая буферизация может привести к тому, что при остановке программы из-за возникновения ошибки несколько последних строк вывода будут потеряны.

248

Глава 6. Исключения и отладка

Пример 6.1. Использование метода Debug

Рассмотрим программу, которая выводит числа Фибоначчи (упоминавшиеся в упражнении 4.14). Вариант этой программы с использованием метода Debug приведен ниже. Файл FibExample.cs using using using class int

System; System.10; System.Diagnostics; FibExample { fibonacci(int n) { Debug.WriteLine("Entering fibonacci, n="+n) ; Debug.Indent; Debug Assert(n>=0, "argument for fibonacci cannot be negative"); int result; if (n < 2) result else

= 1;

result = fibonacci (n-1) + fibonacci (n-2); Debug.Unindent; Debug.Writeline("Exiting fibonacci, result=" + result) return result; void Go() { Debug.WriteLine("Entering Go"); Console.WriteLine("Fibonacci(4) = {0}, fibonacci(4)); Console.WriteLine("Fibonacci(-1) = {0}, fibonacci(-1)) Debug.WriteLine("Exiting Go" ) ; static void Main() { Debug.Listeners.Clear(); Debug.Listeners.Add( new TextWriterTraceListener("trace.txt"); Debug . Autof lash = truernew FibExample().Go();

Трассировочный вывод, поступающий в файл trace.txt в процессе выполнения программы, приведен ниже. Entering Go Entering fibonacci, n=4 Entering fibonacci, n=3 Entering fibonacci, n=2 Entering fibonacci, n=l Exiting fibonacci, result=l Entering fibonacci, n=0

6.3 Отладка

249

Exiting fibonacci, result=l Exiting fibonacci, result=2 Entering fibonacci, n=l Exiting fibonacci, result=l Exiting fibonacci, result=3 Entering fibonacci, n=2 Entering fibonacci, n=l Exiting fibonacci, result=l Entering fibonacci, n=0 Exiting fibonacci, result=l Exiting fibonacci, result=2 Exiting fibonacci, result=5 Entering fibonacci, n=-l Fail: argument for fibonacci cannot be negative Exiting fibonacci, result=l Exiting Go

Отступы в сообщениях использованы для того чтобы выделить вложенные вызовы методов. Если программа содержит рекурсивные методы, как это имеет место в данной программе, трассировочный вывод может оказаться весьма неудобным для интерпретации, если только не использовать какие-то визуальные средства, показывающие, из каких методов поступают те или иные сообщения. Включить в вывод отступы очень просто: как только осуществляется вход в метод, мы вызываем Debug.Indent(), а перед самым выходом из метода вызываем Debug.Unindent(). Заметьте, что в тех случаях, когда значение булева выражения, использованного в вызове Debug.Assert, оказывается равным false, в выходной файл записывается трассировочное сообщение, а программа продолжается.

Разработка методики тестирования Если вы закончили составление программы или даже небольшой ее части, функционирование новых программных строк следует проверить, выполняя тестовые вызовы содержащихся в них методов и наблюдая результаты этих тестов. Обычно не удается протестировать все возможные комбинации функционирования программы. Однако надежность тестирования можно повысить, если разработать методику тестирования, которая проверит работу всех или большей части участков испытуемых программных строк. Если программа принимает значения в некотором диапазоне, стоит испытать ее поведение, передавая ей значения на краях заданного диапазона, а также и несколько значений в его середине. Например, если числовой ввод в программу лежит в пределах от 0 до 100, определенно следует испытать оба крайних значения, 0 и 100. Программисты часто ошибаются, определяя конечные условия, например, создавая массив размером на один элемент меньше, чем нужно, или выполняя цикл на один шаг больше, чем допустимо.

250

Глава 6. Исключения и отладка

6.4 Использование программы отладчика Типичная установка пакетов .NET Framework и Visual Studio в системе Windows дает возможность использовать три различных отлаживающих программы. Системы Unix имеют свои программы отладки, конкретно, dbx, dbxtool и gdb. Отладчики предназначены для решения двух различающихся задач: 1. Если программа остановилась из-за наличия в ней ошибки, отладчик помогает обнаружить то место в программе, где возникла ошибка, и исследовать значения всех переменных к этому моменту. 2. Отладчик можно использовать для трассировки программы. Отладчик позволяет шаг за шагом выполнять программу, фиксируя последовательность выполняемых предложений и анализируя по ходу дела значения программных переменных. Для реализации этих режимов можно иметь два различных отладчика, однако обычно единый отладчик позволяет выполнять обе операции. Для полной реализации возможностей отладчика ему следует заранее передать информацию о работе программного обеспечения на используемой компьютерной системе. В этой книге мы рассматриваем только простые функции отладчика.

Анализ аварийного останова программы с помощью программы CLR Debugger На рис. 6.1 было показано окно сообщения, которое появляется на экране, когда Сопрограмма, работающая в системе Windows, генерирует исключение, которое не перехватывается предложением try-catch. Щелкнув мышью по кнопке «Yes», мы запускаем экземпляр отладчика Microsoft CLR Debugger, который позволяет получить информацию об отлаживаемой программе. Microsoft называет такой режим отладки «just in time debugging» (отладка в последний момент), потому что программа отладчика активизируется в последний момент, лишь когда в ней возникает необходимость. Щелчок по кнопке «Yes» окна сообщения, показанного на рис. 6.1, приводит к выводу на экран интерфейсного окна программы отладчика, поверх которого выводится окно сообщения вроде того, что изображено на рис. 6.2. Щелчок по кнопке «Break» в этом окне передает управление отладчику. Работая в отладчике, мы можем увидеть, в какой точке программы произошла ошибка, и проанализировать значение программных переменных. (Отладчик также предоставляет возможность продолжить выполнение программы, контролируя порядок выполнения программных предложений и значения ее переменных.)

6.4 Использование программы отладчика

251

Пример 6.2. Использование отладчика CLR Debuger Давайте рассмотрим пример с самого начала. Ниже приведен текст программы с ошибкой (файл buggy.cs). Программа должна сообщить кассиру, как сформировать сдачу за покупку. Метод Go запрашивает у пользователя ввод стоимости покупаемого товара, а затем суммы, полученной у покупателя в уплату за товар. Если, например, товар стоит 2 доллара 75 центов ($2.75) и покупатель передал 10 долларов ($10), программа должна выдать такой результат: The

change

1 2 1

will

be

...

5 dollar note 1 dollar notes 25 cent coin

К сожалению, когда текст программы вводился в компьютер, была сделана ошибка: при вводе номиналов банкнот и монет вместо числа 100 было случайно введено число «10,0». Такая ошибка не будет обнаружена на этапе компиляции. Файл buggy.cs //В этой программе имеется ошибка!! using System; class Buggy { int[] unitValues = { 10000, 5000, 2000, 1000, 500, 10,0, 25, 10, 5, 1}; string unitName(int value) { if (value >= 100) return value/100 + "dollar note"; return value " cent coin"); } void MakeChange(int Cost, int AmountOffered) { int change = AmountOf fered - Cost; if (change == 0) { Console.WriteLine("No change required"); return; } >. Console .WriteLine ("The change will be . . • " ) ; for (int i=0; i < unitValues. Length; i++) { int unit = unitValues[i]; int num = change/unit; string plural; if (num !=0) { if (num > 1) plural = "s"; else Л

1

It ••

plural = ""; change -=num*unit; Console.WriteLine (" {0} {1}{2}", num, unitName(unit), plural);

252

Глава 6. Исключения и отладка

void Go () { for (; ;) { Console .WriteLine ("Enter cost of item ==> ") double с =double.Parse(Console.ReadLine()); Console.WriteLine("Enter amount offered ==> " ) ; double a = double.Parse(Console.ReadLine()); MakeChange((int) (c*100) , (int) (a*100));

s t a t i c void Main() { new Buggy () . Go () ;

При выполнении программы м ы прежде всего замечаем, что при вводе $2.75 в качестве стоимости покупки и $10 полученной от покупателя суммы, вывод программы выглядит таким образом: Enter cost of item ==> 2.75 Enter amount offered ==> 10 The change will be . . . 1 5 dollar note

22

10 cent coins

что очень странно, а затем появляется окно сообщения, схожее с тем, что было изображено на рис. 6.1, однако на этот раз тип исключения оказывается System.DivideByZeroException. Щелкнув по кнопке «Yes», чтобы запустить программу отладчика, мы получим его интерфейсное окно, а на нем — второе окно сообщения, выглядящее так, как показано на рис. 6.6. Щелчок по кнопке «Break» снимает с экрана окно сообщения, оставляя нас в интерфейсном окне программы CLR Debugger (рис. 6.7). Microsoft CLR Debueaer An unhanded exception of type "System.DivldeByZeroException1 occurred in Buggy.exe Additional information: Attempted to divide by zero.

Break

Continue

lanore

Help

Рис. 6.6. Окно сообщения в ответ на исключение DivideByZeroException

6.4 Использование программы отладчика

253

euggy.cs

•i t> x

void HakeCha.nge ( int Cost, int AtnountOff «red ) ( m t change • AmountOttered - Cost; if (change »« 0) ( Console, SriteLinef"No change required"}; return; Console.¥riteLine("The change will be . . . " ) ; fa>t( i n t i»0; l < unitValuea.Length; t++ ) ( int unit • uaitValue»[i]; int. плдт «• change/unit; atriiig p l u r a l ; If {num !» 0) { if (пи» > 1) plural • "s"; else p l u r a l • "'•; change - " nu»*unit; Console. VriteLtne С (Oi il)i2}"t aim, unitNajr.e(uiUt) , )

plural),

Рис. 6.7. Панель с исходным текстом программы в отладчике

По умолчанию GUI отладчика состоит из четырех отдельных окон, или панелей. Самая большая панель отображает исходный текст программы, причем в окне сразу появляется та часть программы, в которой встретилась ошибка, как это видно из рис. 6.7. Программная строка, на которой прервалось выполнение программы, выделена желтым цветом и отмечена горизонтальной стрелкой. Если поместить курсор на имя переменной в панели исходного текста, рядом появляется небольшая рамка, в которую выводится текущее значение этой переменной. Например, если мы поместим курсор на идентификатор change в строке, где обнаружена ошибка, появится такая рамка: change=5 а если мы поместим курсор на идентификатор unit, то мы получим: unit=O и это, очевидно, и есть непосредственная причина ошибки. Теперь мы должны задать себе вопрос, как это переменная с именем unit могла получить значение ноль. Посмотрев на предыдущую строку программы и увидев, что в ней используется переменная i, мы можем определить ее значение, поместив на нее курсор. Окажется, что переменная i содержит значение 6. Далее разумно посмотреть, что же находится в позиции 6 массива, названного unitValues. Если мы поместим курсор на этот идентификатор, то получим только:

Глава 6. Исключения и отладка

254 unitValues={Length=1

Если мы теперь хотим посмотреть содержимое этого массива, мы должны прежде всего дважды щелкнуть по идентификатору unitValues (в результате чего это имя будет выделено цветом), а затем развернуть меню Debug в панели инструментов, расположенной в верхней части окна отладчика, и выбрать пункт QuickWatch. На экран выводится окно с линейкой прокрутки, в котором можно увидеть все элементы массива, как это показано на рис. 6.8.

Recalculate

Expression; unitValues

Add Watch Close

Current value; Name F ] unitValues

— to] — [1] ~ [2] — [3] — [4] [5] ™ [&] — [7] — [8] — [9] ь~ ЕЮ]

i Value {Length-11)10000 5000 2000 1000 500 10 0 25 10 5 1

| Type int[] " int int int int int int int int int int int

Рис. 6.8. Окно QuickWatch с содержимым массива unitValues

Как нам узнать, откуда был вызван текущий метод и как определить значения переменных в этом методе? В панели инструментов в верхней части окна отладчика имеется рамка с именем «StackFrame» [кадр стека]. В правой части рамки (она выглядит, как часть рамки) изображена стрелка, указывающая вниз. Щелчок по этой стрелке выводит на экран список ячеек программы. Для каждого активного метода, т. е. метода, в который программа вошла, но из которого не вышла, в списке отведена отдельная строка. Верхняя строка списка соответствует местоположению ошибки, следующая строка соответствует предложению, в котором был вызван текущий метод, и т. д. Выбор строки списка приводит к изменению содержимого панели исходного текста. Если, например, мы вы-

6.4 Использование программы отладчика

255

берем вторую строку, будет отображен фрагмент исходного текста, показанный на рис. 6.9. Помещение курсора на имена переменных показывает их текущие значения. double с • double.Parse{Console.ReadLine(} ) C o n s o l e . W r i t e ( " E n t e r amount o f f e r e d ==> ") ; double a = d o u b l e . P a r s e ( C o n s o l e . H e a d l i n e ( ) )

Рис. 6.9. Исходный текст вызывающего метода

Трассировка программы с помощью отладчика Хотя возможность проследить ход выполнения программы представляется панацеей от всех бед, позволяющей диагностировать ошибку, в действительности жизнь совсем не так проста. Основным качеством отладчика является его способность выполнять программу по одному предложению за раз. Щелкнув мышью или нажав клавишу на клавиатуре, мы можем заставить программу продвинуться на одно предложение. Такой режим называется пошаговым выполнением. Выполнив одно предложение, мы можем при желании проанализировать значения переменных перед тем, как мышью или клавиатурой инициировать выполнение следующего предложения. Наблюдая за ходом выполнения и проверяя значения переменных, мы рано или поздно обнаружим источник ошибки. Очевидная трудность здесь заключается в том, что программа, перед тем, как подойти к интересующей нас части, где, собственно, и проявляется ошибка, могла выполнить десятки миллионов предложений. Отладчики предоставляют различные способы разрешения этого затруднения. Стандартный способ заключается в использовании точек останова. Мы можем с помощью отладчика отметить одно или несколько предложений в программе, как предложения контрольного останова. Затем мы запускаем программу на полной скорости (т. е. мы не используем режим пошагового выполнения). Программа будет выполняться, пока не произойдет одно из следующих событий: 1. Программа нормально завершается. 2. В программе генерируется исключение (т. е. возникает ошибка). 3. Выполнение достигает предложения контрольного останова. В случаях 2 и 3 мы может с помощью отладчика проанализировать значения переменных, после чего продолжить выполнение (хотя это может и не иметь смысла, если программа остановилась в результате генерации исключения).

256

Глава 6. Исключения и отладка

В Приложении Ж приводятся основные сведения по использованию отладчиков для систем Microsoft Windows. Однако использование отладчика, как это было описано выше, следует рассматривать, как последнее прибежище, и по этой причине мы не будем рассматривать этот вопрос более подробно. Обычно значительно более продуктивным использованием своего времени оказывается вдумчивое чтение исходного текста программы и анализ всех предположений, сделанных при ее составлении. Можно рекомендовать такую методику: вы просите приятеля сесть рядом с вами и начинаете объяснять ему предложение за предложением, как ваша программа должна работать. Даже удивительно, как часто ошибки становятся очевидны, если просто иметь рядом с собой пассивного слушателя, который только выслушивает ваши объяснения и не задает никаких вопросов.

Основные понятия, рассмотренные в гл. 6 В этой главе были рассмотрены предложения try-catch и throw, а также несколько классов С# пространства имен System, имеющих дело с исключениями: Exception DivideByZeroException

IndexOutOfRangeException FormatException

IOException

В этой главе были приведены формы для следующих конструкций: предложение try-catch

метод Debug.Assert

трассировочные предложения — условная компиляция

класс Debug — использование для трассировочного вывода

Контрольные вопросы 6.1. Если в программу включить следующие строки, что случиться? 1 2 3 4

double [] а = new d o u b l e [ 1 0 ] ; for ( i n t i = l ; i<=10; i + + ) a[i] = i; Console.WriteLine("Completed") ;

(а) Будет выведено слово Completed (б) Будет генерировано исключение IndexOutOfRangeException (в) Ошибка компиляции в строке 3, потому что а — это массив double (г) Ошибка компиляции, потому что а[0] не имеет значения

Контрольные вопросы

257

6.2. Исключение реализуется в С#, как (а) объект

(б) строка

(в) массив

(г) целочисленное значение

6.3. Если ни одна из проверок не приводит к вызову метода Debug.Assert, то наиболее вероятно, что: (а) Программа абсолютно правильна; (б) Проверки в Debug.Assert использовали операции ИЛИ вместо И (в) Не был указан ключ /define:DEBUG (г) Был указан ключ /define:DEBUG 6.4. Программист включил в программу предложения Debug.WriteLine, но не получил никакого вывода. Вероятная причина: (а) Не был указан ключ /define:DEBUG (б) Для вывода не был создан слушатель (в) Не был вызван метод Debug.AutoFlush (г) Любая ситуация из вышеперечисленных 6.5. Если в программу включен следующий текст, что произойдет? 1 2

int try

i {

=

3 4 5 6 7

Console.WriteLine("Answer = "+i/j)); } catch(DivideByZeroException) { Console.WriteLine("Zero") ; } catch (Exception) { Console.WriteLine("Exception");

8

}

3;

int

j

=

0;

(а) Будет выведено Answer = 0 (б) Будет выведено Exception (в) Будет выведено Zero (г) Не будет выведено ничего

9—2047

Файлы и потоки 7

Компьютерные программы должны общаться с внешним миром, чтобы получать ввод и отправлять вывод. Это общение не обязательно осуществляется непосредственно с пользователем; в качестве объекта общения может выступать другая компьютерная программа, или передача данных может выполняться с целью сохранения информации на диске или, наоборот, для чтения с диска информации, записанной там ранее.

7.1 Файлы и потоки Некоторая доля могущества программ проистекает из того обстоятельства, что программы могут запоминать информацию, полученную в результате их выполнения, и использовать в следующем прогоне. Или, возможно, мы хотим запомнить результаты одной программы и затем использовать их в другой. Компьютер комплектуется одним или несколькими жесткими дисками, используемыми для хранения данных в течение длительных интервалов времени. В отличие от основной памяти (Random Access Memory, RAM), данные на жестком диске остаются, даже когда выключается питание компьютера. Информация, записываемая на жесткий диск, организована в виде файлов. Каждый файл представляет собой просто последовательность байтов. Файлу присущи имя и ряд других характеристик, которые распознает операционная система. В эти характеристики обычно входят такие данные, как время создания файла, время его последней модификации, время последнего обращения к нему, а также информация о том, каким пользователям компьютера разрешено читать этот файл или записывать в него. Нам, однако, не надо заботиться ни о каких характеристиках файлов, кроме имен, пока наши программы не станут гораздо сложнее.

Типы файлов Некоторые файлы содержат только текст, где каждый символ представляется стандартным кодом, таким, как Unicode или 8-битовые коды UTF-8.

7.1 Файлы и потоки

259

В системах Windows текстовые файлы обычно имеют в конце своего имени суффикс .txt. Содержимое такого файла можно читать или редактировать с помощью какого-либо редактора, например, программы Windows Notepad (Блокнот). Другие файлы содержат данные в других форматах. Если попробовать прочитать такой файл с помощью Блокнота, вы увидите тарабарщину, в которой кое-где, возможно, встретится различимое слово. С#-программы могут выполнять чтение и запись текстовых файлов с помощью методов ReadLine и WriteLine. Эти методы использовались в гл. 2 для чтения с клавиатуры и вывода текста на дисплей компьютера. Чтобы прочитать из файла или записать в файл, требуются лишь несколько дополнительных программных строк. Библиотеки классов, поставляемые вместе с С#, позволяют программам создавать файлы, записывать в них данные и снова читать их. Эти классы принадлежат пространству имен System.IO. Использовать файлы можно многими разными способами. Полное описание классов и включенных в них методов, служащих для создания, удаления и работы с файлами, поражает своим объемом. В этой главе мы будем говорить только о текстовых файлах и рассматривать лишь простейшие способы работы с ними.

Потоки данных Разработка программ облегчается, если программисту приходится сталкиваться с меньшим числом специальных ситуаций. Хотя клавиатура и файл на диске — это совершенно разные объекты, мы можем для чтения их них текста использовать одни и те же методы С#. Аналогично, с помощью одних и тех же методов мы можем записать текст в файл и вывести его на экран компьютера. Обобщенное понятие, позволяющее читать из многих различных источников, называется потоком ввода. Для записи такое же обобщение носит название потока вывода. С точки зрения программы, она читает из потока ввода и записывает в поток вывода. Название «поток» подразумевает протекание данных (образующих нечто вроде реки или ручья). На каждом конце потока имеется устройство, которое генерирует входные данные, например, клавиатура, и устройство, которое принимает данные, например, принтер, дисковый файл или программа. Оба конца потока могут быть на одном компьютере, но могут относиться к разным компьютерам, если они связаны посредством сети.

Пространства имен для потоков Типы, требуемые для реализации потоков в С#, а также все методы, к вызову которых мы скоро перейдем, содержатся в двух пространствах имен: • System содержит класс Console клавиатурой;

для взаимодействия с экраном и

• System.IO содержит классы для взаимодействия с файлами, включая StreamReader и StreamWriter.

260

Глава 7. Файлы и потоки

7.2 Потоки вывода Если мы хотим, чтобы программа записала некоторый текст в файл на диске, она должна либо создать новый файл, либо выполнить запись в существующий. Предположим, что у нас первый случай. Мы начинаем с класса StreamWriter из пространства имен System.10 и, если файл еще не существует, должны суметь создать новый файл с именем mydata.txt с помощью простого создания экземпляра объекта. using

System.10;

StreamWriter

outStream = new

StreamWriter("mydata.txt");

Если предложение выполняется успешно, файл будет создан в текущем каталоге, и переменную outStream, созданную, как объект класса StreamWriter, можно будет использовать в последующих предложениях этой программы для записи данных в файл. Если файл mydata.txt уже существует, когда программа вызывает конструктор StreamWriter, тогда файл будет полностью стерт, и наша программа может приступить к записи в этот файл, замещая его предыдущее содержимое.

Ошибки открытия потока вывода К сожалению, существуют ситуации, когда предложение создания потока вывода может не достигнуть цели. Возможно, учетная запись нашего компьютера не имеет необходимых прав доступа, требуемых, чтобы создать файл в текущем каталоге, или на диске нет места для создания нового файла, или, быть может, файл уже существует и помечен атрибутом «только для чтения» и т. д. Если требуемый поток вывода не может быть создан, наша С#-программа остановится и выведет сообщение об ошибке. Если мы предпочитаем, чтобы наша программа выводила бы свои собственные сообщения об ошибках, или чтобы она вместо аварийного завершения выполнила бы какие-то другие действия (например, предложила пользователю ввести другое имя файла), тогда мы должны открыть файл внутри области действия предложения try-catch. Например, мы молеем написать фрагмент открытия файла таким образом: using .

System.10;

StreamWriter outStream = null; string outFileName = "mydata.txt": try { }

outStream = new StreamWriter(outFileName); catch (Exception e) { Console.WriteLine("Unable t o c r e a t e f i l e {0}", outFileName); Console.WriteLine("Reason: {0}", e.ToString()); //теперь выполним те или иные корректирующие действия

7.2 Потоки вывода

261

Предложение catch пытается при открытии файла перехватить все возможные ошибки. Имеются несколько типов исключений, которые могут возникнуть при попытке открыть файл, именно: IOException DirectoryNotFoundException FileLoadException FileNotFoundException PathTooLongException

Однако нет необходимости предусматривать отдельное предложение для каждого из этих исключений, так как приведенный фрагмент и так выведет причину сбоя.

Задание имен файлов Строка, в которой записано имя файла, может указать положение файла в каталоге, отличном от текущего. Например, если мы выполняем нашу программу в системе Windows, мы можем создать файл mydata.txt в обычном каталоге для временных файлов с помощью такого фрагмента: s t r i n g fname = "С:\\WINDOWS\\Temp\\mydata.txt;//Windows StreamWriter outStream = new StreamWriter(fname); Полная спецификация файла в системе Windows начинается с буквенного обозначения диска с двоеточием (С:), а затем использует символ обратной косой черты для разделения имен каталогов, лежащих на пути к требуемому местоположению файла. Символ обратной косой черты является также еще и escape-символом, и для того чтобы наша косая черта воспринималась как обычный символ, перед ней приходится ставить еще одну косую черту, выполняющую роль escape-символа. Фактическая спецификация файла будет C:\WINDOWS\Temp\mydata.txt. Новые системы Windows воспринимают также и прямую косую черту в качестве разделителя каталогов, и ее не надо предварять escape-символом. Если мы задаем имя файла просто как «mydata.txt», он будет создан в том каталоге, где находится выполняемая программа. Обычно это наиболее удобный метод. Если мы работаем на языке С# в системе Unix, обозначение путей к файлам будет иным. Для создания файла в системе Unix в обычном для временных файлов каталоге нам придется написать такие предложения: string fname = "/tmp/mydata.txt"///Временный файл Unix StreamWriter outStream = new StreamWriter(fname);

Запись в поток Если программа успешно вызвала конструктор StreamWriter, она может приступить к записи текста в файл. В классе StreamWriter имеются два

262

Глава 7. Файлы и потоки

метода с теми лее именами, как и методы, которые мы уже использовали в наших С#-программах для вывода сообщений на экран компьютера. Это методы Write и WriteLine. Поэтому в программу можно включить приведенные ниже предложения. При этом предполагается, что поток outStream был успешно открыт, как это описывалось выше. outStream.WriteLine("** The first line of output"); outStream.Write("i = " + i + ", " ) ; outStream.WriteLine("j • {0}, f*2 = {1}", j, f* 2.0);

Закрытие потока После того, как программа закончит запись в поток, она должна его закрыть. Действие закрытия потока указывает операционной системе компьютера, что необходимо завершить выполнение всех незаконченных операций записи и освободить память, временно выделенную для доступа к файлу или экрану компьютера. Правда, если программа завершается, не закрыв свои потоки ввода или вывода, операционная система в любом случае их закроет. Однако правила хорошего стиля программирования требуют, чтобы вы явным образом закрывали поток, как только у вас отпала необходимость его использования. Некоторые программы в одном сеансе своей работы используют много потоков, и тогда становится важным закрывать их как можно раньше, так как в противном случае имеется риск превысить максимально возможное число активных потоков в системе. Следующее предложение закроет поток outStream: outStream.Close();

7.3 Потоки ввода Если текстовый файл уже существует, и наша программа должна прочитать из него данные, мы должны создать экземпляр класса StreamReader, который тоже входит в пространство имен System.IO. Приведенное ниже' предложение попытается открыть файл с именем mydata.txt в текущем каталоге и использовать его, как источник данных для потока ввода. StreamReader

inStream

= new StreamReader("mydata.txt") ;

Предложение может не выполниться и вывести сообщение об ошибке, если файл не существует или учетная запись нашего компьютера не предоставляет достаточных привилегий для чтения из этого файла. Поэтому очень полезно поместить операцию открытия файла внутрь предложения try-catch, как это.показано ниже: using System.IO; StreamReader inStream;

7.3 Потоки ввода

263

string inFileName = "mydata.txt"; try { inStream = new StreamReader(inFileName) ; } catch (Exception e) { Console.WriteLine("Unable to open file {0}\n{l}", inFileName, e.ToString()); return; //или сделать что-то для предотвращения использования //программой потока inStream

Если операция открытия файла выполнена успешно, переменной inStream можно пользоваться для чтения текста из потока ввода.

Чтение из потока Программа может прочитать из потока ввода целую строку с помощью метода ReadLine, как это показано ниже: string

s

=

inStream.ReadLine();

Если поток входа истощился, т. е. в файле больше нет данных, метод ReadLine возвращает null. Можно также, используя метод Read, читать из текстового потока по одному символу. Ниже приведен пример цикла, который читает все, что находится в потоке ввода, по одному символу: int

k;

while ((к = inStream. Read () ) != -1) { char с = (char)к; //Обработка следующего символа с

Некоторая сложность возникает из-за того, что метод Read возвращает не значение char, а 32-битовое целое число. Это сделано для того чтобы С#-программа могла простым способом определить, был ли символ действительно прочитан, или в файле уже не осталось непрочитанных символов. Как показывает условное выражение в цикле while, выделенное значение —1 возвращается в том случае, когда файл уже прочитан до конца. Наконец, имеется возможность прочитать в программу весь файл, как единую строку. Это делается с помощью метода ReadToEnd, входящего в класс StreamReader. Возможность скопировать в память весь файл может существенно упростить логическое построение программы. Однако этим методом можно пользоваться только если мы знаем (или если программы это проверила), что размер файла не слишком велик. Ведь файл может иметь размер много гигабайт, что превысит объем памяти, доступной программе. Попытка прочитать слишком большой файл может привести к генерированию исключения OutOfMemoryException.

264

Глава 7. Файлы и потоки

Пример 7.1. Преобразование табуляций в пробелы Приводимая ниже программа делает копию файла, однако несколько модифицирует его: заменяет символы табуляции кодами пробела. Многие программы редактирования текста и текстовые процессоры воспринимают вводимые с клавиатуры символы табуляции. Обычно эти символы используются для выравнивания текста колонками. Действие символа табуляции должно заключаться в том, что одна или несколько позиций (столбцов) текста остаются пустыми, так что следующий символ появляется в том столбце, к которому привязан символ табуляции. Старомодные электрические пишущие машинки позволяли пользователю вручную устанавливать позиции табуляции в нужных столбцах текста. Программное обеспечение компьютера обычно использует предопределенные позиции табуляции. Если в используемом шрифте все символы имеют одинаковую ширину (как, например, в шрифте Courier), позиции табуляции всегда соответствуют определенным столбцам в строке текста. Мы будем рассматривать равноширинный шрифт. К сожалению, нет определенных соглашений, к каким стобцам текста привязывать позиции табуляции. Для системы Unix по умолчанию позиции табуляции устанавливаются в каждом 8-м столбце. Таким образом, колонки текста выравниваются по позициям 1, 9, 17, ..., и т. д. Это правило, однако, не привилось в других компьютерных системах, да и в Unix его легко отменить, назначив позициям табуляции другие значения. Если символы табуляции заменить пробелами, выравнивание строк в программе становится независимым от неясно определенных позиций табуляции, и это-то и делает наша программа. Спецификации. По умолчанию программа предполагает, что позиции табуляции установлены на каждом 8-м столбце. Значение по умолчанию легко изменить, предоставив для константы inputTabSize другое значение. Пользователю выдается запрос на ввод имени читаемого файла. Программа записывает результат своей работы в новый файл, имя которого совпадает с именем входного файла, но с символами «CopyOf», помещенными в начало имени. Например, если входной файл назван MyData.txt, выходной файл получит имя CopuOfMyData.txt. Идея. Программа считывает строки последовательно, строка за строкой. Каждая строка передается методу с именем expandTabs, возвращающему копию строки, в которой символы табуляции заменены пробелами. Этот метод просматривает все символы строки слева направо, определяя, в каком столбце будет напечатан каждый символ. Если символ является символом табуляции, метод вычисляет позицию следующей табуляции и записывает в выходную строку соответствующее число пробелов, чтобы переместиться к этой позиции. Выходная строка компонуется символ за символом путем присоединения отдельных символов или их групп (символьных строк). Здесь возможно использование типа string, как это показано в следующем фрагменте:

7.3 Потоки ввода

265

string result = ""; int count = 0; result += ' ';//Присоединить к результату пробел result += "; count = "///Присоединить к результату result += count;//Присоединить к результату число

строку

Однако такой метод оказывается весьма неэффективным в С # , особенно, если м ы подсоединяем символ за символом внутри цикла, потому что каждый раз, когда что-то подсоединяется к строке, создается новый экземпляр типа string. В библиотеке классов С # имеется тип StringBuilder, который удобно использовать в тех случаях, когда строка часто претерпевает изменения. В нашей программе этот тип используется для повышения эффективности. В приведенной ниже форме перечислены некоторые методы класса StringBuilder. Этот класс входит в пространство имен System.Text, поэтому нам надо указать в программе, что м ы будем его использовать. Файл ExpandTabs.cs using System; using System.Text; using System.10; class ExpandTabs { ///<summary> ///Программа ExpandTabs / //

=—

=

Horspool

& Bishop

Dec 2002

ssss

it/

///Заменяет символы табуляции на эквивалентное число пробелов ///Демонстрирует работу с файлами и строками /// const int inputTabSize = 8; string expandTabs(string s) { StringBuilder result = new StringBuilder(s.Length+20); int col = 0; foreach (char с in s) { if (c -- '\t') { do { result.Append(' ' ) ; } while(col%inputTabSize } else { result.Append(c) ;

!= 0) ;

return result.ToString(); } void ProcessFile(string inFileName, string outFileName) { StreamReader inStream = new StreamReader(inFileName); StreamWriter outStream = new StreamWriter(outFileName); for ( ; ; ) { string s = inStream.ReadLine() ; if (s •- null) break;

Глава 7. Файлы и потоки

266

outStream.WriteLine(expandTabs(s.TrimEnd())); } outStream.Close(); inStream.Close(); } void Go() { Console.Write("Enter the file name: " ) ; string inFileName = Console.ReadLine(); inFileName • inFileName.TrimEnd(); try { StreamReader inStream = new StreamReader(inFileName) } catch (Exception e) { Console.WriteLine("Unable to open {0}\n{l}", inFileName, e.ToString()); return; } string outFileName = "CopyOf"+inFileName; ProcessFile(inFileName, outFileName) ; } static void Main() { new ExpandTabs () .Go () ;

Программу Expand.cs стоит усовершенствовать, чтобы она проверяла отсутствие выходного файла перед тем, как приступить к его перезаписи, или, по меньшей мере, запрашивала у пользователя подтверждение на затирание информации в имеющемся файле. Ниже приведена форма для класса StringBuilder, в которой перечислены некоторые методы этого класса, используемые в программе.

Класс StringBuilder (сокращено) StringBuilder () StringBuilder(int

//Конструктор размер)

s.Length s[int

//Получить текущую длину s

ix]

s.Append(char

//Доступ к символу в позиции ix в строке s с)

//Присоединить символ с к строке s

s.Append(string si) s.Insert

//Конструктор

(int ix,

s.Insert(int s.Remove(int s.ToString()

ix, ix,

//Присоединить строку si

char с)

//Вставить

string si))//Вставить int

len)

//Удалить

к строке s

символ с после позиции ix строку si

после позиции ix

Jen символов от позиции ix

//Преобразовать в обычную строку

Значение StringBuilder содержит строку, которая может изменяться. Если конструктору передается целочисленный аргумент {размер), это значение используется в качестве первой оценки максимально возможной длины строки. Однако строка при необходимости может превысить этот предел.

7.4 Обработка файла по заданным алгоритмам

267

7.4 Обработка файла по заданным алгоритмам В реальном программировании часто встречается задача ввода строк текста и некоторой обработки каждой строки. Примерами такой обработки могут быть следующие действия: •

просмотр файла в поисках определенного слова или идентификатора;

•

переформатирование исходного текста программы с целью включения отступов, повышающих ее наглядность;

•

проверка текстового файла на наличие в нем орфографических ошибок;

•

переформатирование текстового файла, чтобы в нем не было строк длиннее, скажем, 72 символов;

•

чтение строк из таблицы и корректировка информации в этой таблице;

•

извлечение текста из Web-страницы в HTML;

•

просмотр Web-страницы в HTML с целью поиска адресов электронной почты.

Большинство перечисленных задач трудно запрограммировать, пользуясь лишь конструкциями и библиотеками классов С#, уже описанными в предыдущих главах. Однако первая задача из списка относительно проста; ее решение и будет содержанием следующего программного примера. Пример 7.2. Поиск в файле Мы хотим, чтобы наша программа запрашивала у пользователя ввод имени файла, а также искомого слова. Затем программа будет читает из файла строку за строкой и проверять, нет ли в прочитанной строке заданного слова. Если слово находится, программа выводит на экран номер строки и саму строку и продолжает поиск. Для достижения требуемого результата мы можем заместить метод ProcessLine в файле ModifyTextFile.cs фрагментом на С#, который будет выполнять следующее: 1. Увеличивать на 1 номер строки. 2. Просматривать строку в поисках заданного слова. 3. В случае нахождения слова выводить на экран номер строки и саму строку. Наша модифицированная программа, в которой мы удаляем строки, создающие выходной файл, и добавляем строки запроса у пользователя искомого слова будет выглядеть так, как показано ниже (файл SearchTextFile.cs). Программа запрашивает у пользователя ввод имени файла. После того, как файл был успешно открыт для чтения, программа запрашивает

268

Глава 7. Файлы и потоки

у пользователя ввод искомого слова. Затем программа читает файл и каждый раз, когда она находит строку с искомым словом, она выводит ее на экран, предваряя номером этой строки. Согласно нашему алгоритму, мы читаем файл строка за строкой и передаем каждую строку методу с именем ProcessLine. Метод следит за номером строки и просматривает строку в поисках заданного слова. Если слово найдено, он печатает номер строки и саму строку. Метод IndexOf, включенный в класс string, используется для поиска слова в строке. Файл SearchTextFile.cs

using System; using System.10; class SearchTextFile { ///<summary> ///Программа SearchTextFile

Horspool & Bishop

Dec 2002

/ / /zssssacnaasBaa III

///Просматривает текстовый файл в поисках указанной строки /// int lineNum = 0; string word; public void ProcessLine(String s) { lineNum++; if (s.IndexOf(word) >=0) Console.WriteLine("{0,4}: {1}",lineNum, s) ; } public void Go () { Console.Write("Enter the file name: " ) ; string inFileName = Console.ReadLine(); StreamReader inStream; try { inStream = new StreamReader(inFileName); } catch (System.Exception e) { Console.WriteLine("Unable to read file {0}\n{l}", inFileName, e.ToString()); return; / } Console.Write("Enter word to search for: " ) ; word = Console.ReadLine(); string s; while ( (s = inStream.ReadLine()) != null) { ProcessLine(s) ; } inStream.Close() ; } static void Main() { new SearchTextFile () .Go ();

7.4

Обработка файла по заданным алгоритмам

269

Метод s.IndexOf(word) возвращает позицию первого вхождения слова word fi строку s; при отсутствии слова результат равен —1. Неотрицательный результат используется нами как индикация того, что искомое слово встретилось в строке. Если мы запустим программу, передав ей в качестве входного файла ее собственный исходный файл, а в качестве искомого — слово «word», результат будет таким: Enter the f i l e

name:

SearchTextFile.es

Enter the word for search: word 6: string word; 10: i f (s.IndexOf (word) >= 0) 18: 19:

Console.Write ("Enter word to search word = Console.ReadLine();

for: ") ;

Обзор классов и методов для работы с текстовыми файлами Некоторые полезные классы и методы для работы с текстовыми файлами перечислены ниже. Классы Stream Reader и StreamWriter (сокращено) StreamReader поток_ввода - new StreamReader(имя_файла) ; StreamWriter поток_вывода = new StreamWriter(имя_файла); string s = поток_ввода.ReadLine() ; //Возвращает null в конце //файла int k = поток_ввода.Read(); //Возвращает -1 в конце файла string s = поток_ввода.ReadToEnd(); //Читает весь файл поток_вывода.Write(); поток_вывода.WriteLine(); поток_ввода.Close(); поток вывода.Close(); Класс StreamReader используется для чтения из текстовых файлов; класс StreamWriter — для записи в них. Методы Read и ReadLine читают из текстового файла, один символ или всю строку, соответственно. Метод ReadToEnd читает весь файл как одну строку, причем эта строка может содержать символы перевода строки. Методы Write и WriteLine записывают в текстовый файл переменные типа string и строки текста, соответственно. Аргумент этих методов может содержать обозначения {0}, {1}, ..., возможно, с добавлением форматирующих кодов и ширины полей, что позволяет получать и включать в вывод дополнительные аргументы. Метод Close закрывает доступ к файлу и освобождает ресурсы, которые использовались операционной системой.

Ниже приведены еще несколько полезных файловых методов. Они применяются к файлам любого рода, не только к текстовым.

Глава 7. Файлы и потоки

270

Файловые операции (общие) bool

F i l e . E x i s t s {имя__файла) ;

File.Сору(имя_файла_источникаг имя_файла_приемника,наложение File.Delete{имя

файла);

Метод Exists возвращает true, если файл существует, и программа имеет достаточные привилегии для чтения из него. Метод Сору создает дубликат файла. Если установлен (равен true) флаг наложение, и файл-приемник уже существует, он будет затерт и перезаписан; в противном случае операция копирования не выполняется. Метод Delete удаляет файл, если программа имеет достаточные привилегии для выполнения этой операции.

7.5 Файлы в системе Views В гл. 5 мы упоминали, что в Views имеется ряд тегов, относящихся к файлам. Теперь мы посмотрим, как они функционируют, и расширим некоторые программы, чтобы они могли использовать файлы.

Файлы с изображениями Начав в файлов, содержащих изображения, мы можем заметить, что существует несколько способов вывода изображения в форму на экране. 1. Указать имя файла в элементе управления Button, например: <Button

Name=Rock

Image='rock.gif/>

2. Указать имя файла в элементе управления PictureBox, например:
Name=pic

Image='Jacarandas.jpg'/>

3. Указать имя файла через параметр конструктора формы, например: s t r i n g spec = @" . . . < PictureBox Views.Form

f

Name=pic

= new Views.Form(spec,

Image={0}/> filename);

Имя файла filename может быть создано или введено любым способом, но оно должно быть полностью определено перед конструированием формы. Следовательно, имя файла не может быть прочитано, например, с использованием того же объекта Views.Form. (Однако вполне допустимо использовать одну форму для выбора файла, а позже использовать ее для конструирования другой формы.) Все три метода выводят изображение одновременно с появлением формы на экране. Однако в Views предусмотрена возможность вывода изображения уже после того, как создана форма. Для этого мы должны использовать метод Putlmage, описанный в табл. 5.6.

7.5 Файлы в системе Views

271

Пример 7.3. Фотоальбом

Цифровые камеры могут создавать фотографические изображения в виде JPEG-файлов, которые можно затем загружать в компьютер. Кроме того, фотомастерские обычно могут преобразовать фотографии, полученные с помощью обычных пленочных камер в JPEG-файлы. Предположим, что у нас есть несколько файлов изображений в форматах JPEG и мы хотели бы показать их в окне программы. . Мы можем создать простую форму Views с рамкой для изображения PictureBox и кнопкой next [следующий]. При щелчке по этой кнопке увеличивается номер файла и метод Putlmage вызывается с новым именем. Единственной сложностью в программе является создание последовательных имен файлов, и эта задача отлично решается с помощью метода String.Format для десятичных чисел, который сохраняет лидирующие ноли. Файл PhotoAlbum.cs

using System; using Views; using System.10; class PhotoAlbum { ///<summary> ///Программа PhotoAlbum

Horspool & Bishop

Jan 2002

/// . iii ///Позволяет выводить на экран изображения из дисковых файлов jpg ///Имена файлов с изображениями имеют форму A:\001.jpg ///Демонстрирует использование метода Putlmage() /// string spec = @"

<Button Name=next/>

"; void Go() { Views.Form f = new Views.Form(spec); for (int n = 1; ; n++) { string photo • String.Format("{0:D3}",n); string fileName = "A:\\"+photo+".jpg"; f.GetControl(); if (! File.Exists(filename) ) break; f.Putlmage("photo", filename); f.CloseGUI(); static void Main() { new PhotoAlbum () .Go ();

}

Типичный вывод программы показан на рис. 7.1.

272

Глава 7. Файлы и потоки

Рис. 7 . 1 . Вывод программы PhotoAlbum

Файловые диалоги Чаще всего имена файлов не могут быть созданы с помощью формулы, как это делалось в предыдущем примере. Обычно пользователю должна быть предоставлена возможность поиска и выбора нужного файла. С этой целью в Views предусмотрены два диалоговых элемента управления, OpenFileDialog и SaveFileDialog. Каждый из них представляет собой фактически элемент управления — кнопку, которая содержит имя или текст, указанные в теге. При нажатии кнопки активизируется стандартный файловый диалог операционной системы. Этот диалог возвращает строку, которую затем посредством метода GetText можно использовать в качестве имени файла. Использование диалогов проиллюстрировано ниже в виде развития предыдущего примера.

7.5 Файлы в системе Views

273

Пример 7.4. Выбор и переименование фотографий

Если мы имеем возможность просматривать последовательность фотографий, то нам может захотеться обратиться непосредственно к нужной фотографии и затем сохранить ее под более наглядным именем. Программу фотоальбома нетрудно расширить, включив в нее три кнопки и соответствующий цикл обработки событий: Файл PhotoAlbum2.cs using System; using Views; using System.10; class PhotoAlbum { ///<summary> ///Программа PhotoAlbum // /

Horspool & Bishop

Jan 2003

til

///Позволяет выводить на экран изображения из дисковых файлов jpg ///Имена файлов с изображениями имеют форму A:\001.jpg ///или их можно задать с помощью файлового диалога ///Демонстрирует файловые диалоги и использование метода PutImage() /// string spec = @"

<Button Name=next/> <SaveFileDialog Name='Save as'/>

"; void Go() { Views.Form f = new Views.Form(spec); int i=l; string filename = null; for (;;) { string с = f.GetControl (); if (c == null) break; switch (c) { case "next" : string photo = String.Format("{0:D3}",n); fileName - "A:\\"+photo+".jpg"; if (!File.Exists(filename)) break; f.PutImage("photo", filename);

break; case "Select a photo" : fileName= f . GetText("Select a photo"); f.Putlmage("photo",filename); break;

274

Глава 7. Файлы и потоки case "Save as" : string savename • f.GetText("Save as"); OpenAndSave(filename,savename); break;

f.CloseGUI(); } void OpenAndSave(string source, string target) File.Copy(source, target, true); } static void Main() { new PhotoAlbum() .Go() ;

Пример 7.5. Окно кассира прилавка супермаркета Программа Till, представленная в гл. 5, имеет серьезный недостаток, заключающийся в том, что виды фруктов и их цены фактически записаны в саму программу. Определенно программу надо бы сделать более гибкой, чтобы ее данные, особенно, цены, можно было бы изменять по мере необходимости. С целью повышения гибкости программы и включения в нее возможности изменять цены, список цен хранится и обновляется в файле данных. Наша задача — получить данные в программу еще перед активизацией основного интерфейсного окна. С этой целью мы используем вводное интерфейсное окно. В нем предусмотрено место для ввода имени кассира и имени файла данных. После активизации данные читаются в массивы, предварительно зарезервированные в программе. После завершения начальной установки вводное окно закрывается, и активизируется главное интерфейсное окно. Установочная форма, используемая кассиром, изображена на рис. 7.2. Спецификация Views для этого окна выглядит следующим образом: string

setupForm « @"

«DpenFileDialog Name=DataFile Text='Select Price Data' Width=200/> <Button Name=Continue/>

";

/>

7.5 Файлы в системе Views

275

FruitStop Till Setup L " j | X Till

S e t U p

jJennie Seiect Price Data File 3gramR.epositorysTili\bin\Debug\prices.da

Apples 2 Pears Jy Grapes 5 Oranges 2.5 Lemons 3 Kiwis 7 Avocados

* ||;

10

Continue

Рис. 7 . 2 . Установочная форма, выводимая на экран программой Till

Установка осуществляется методом SetUpTill, который содержит в себе обработчик событий Views. Когда кассир нажимает кнопку с надписью «Select Price Data File», на экране появляется диалоговое окно открытия файла и пользователь может выбрать в нем требуемый файл. Обработчик события выглядит таким образом: bool ReadDataFile(string filename) { StreamReader inStream; try { inStream = new StreamReader(filename) ; } catch(FileNotFoundException) { return false; ...//Чтение строк return true;

из файла

276

Глава 7. Файлы и потоки

Файл данных назван prices.dat; он имеет такое содержимое: Файл Prices .dat Apples Pears Grapes Oranges Lemons Kiwis Avocados Strawberries Bananas Peaches Plums Apricots

2 3 5 2.5 3 7 10 6 2 4 4 4

Это имя возвращается в Views и может быть прочитано с помощью метода GetText. Файл открывается обычным образом, а затем мы должны обработать данные, что требует некоторых несложных манипуляций со строками. Открытие, чтение и обработка выполняются в методе с именем ReadDataFile. void SetUpTheTill() { s t r i n g cashierName = n u l l ; s t r i n g initialName = " * * Cashier name goes here * * " ; s t r i n g fileName; form - new Views.Form(setupForm, initialName); bool gotFile = false; do {

string с = form.GetControl; ()); switch (c) { case "Name": case "DataFile": cashierName = form.GetText("Name"); if(cashierName == initialName) { form.PutText("Message", "First enter your name"); } else { fileName = form.GetText("DataFile"); form.PutText("Message", fileName); gotFile = ReadDataFile(fileName); } break; case null: form.CloseGUI(); return; default: break; } } while (!gotFile); form.GetControl();//Продолжим return;

7.5 Файлы в системе

V

bool ReaderDataFile(string StreamReader inStream; try { }

e

filename)

w

s

2

7

7

{

inStream = new StreamReader(fileName); catch(FileNotFoundException) { return

} int

i

false;

count;

char[] whiteSpaceChars = {' ', '\t', '\r'}; string s, product, price; for(count = 0; count < maxNumProducts; count++) { s = inStream.ReadLine(); if (s == null) break; s = s.Trim() ; int nameEnd = s.IndexOfAny(whiteSpaceChars); product = s.Substring(0,nameEnd); price = s.Substring(nameEnd+1); item[count] = product; formParameters[2*count] = product; formParameters[2*count+l] = product + ".gif"; unitCost[count] = Convert.ToDouble(price); form.PutText("prices", product + "\t"+unitCost[count] } inStream.Close() ; return true;

Полный текст модифицированной программы можно найти на Web-узле. Впрочем, остальные части программы не претерпели никаких изменений. Дополнительные усовершенствования программы предлагаются в виде упражнений. Для проверки программы нам нужен файл с данными. Нужно также позаботиться о наличии файлов с картинками. После запуска программы мы видим на экране первое интерфейсное окно, показанное на рис. 7.2. Мы выбираем имя файла, prices.dat, после чего первое окно закрывается, и открывается основное окно. Затем мы можем работать с программой так, как это было описано в гл. 5.

Хранение спецификаций Views в файле В гл. 5 мы упоминали, что спецификации Views можно хранить в файле. Это предоставляет значительные преимущества, так как возникает возможность, отладив программу, изменять планировку интерфейса, цвета и шрифты и т. д., просто изменяя данные в файле. Программу при этом не нужно перекомпилировать. Любой из приведенных ранее примеров Views можно перепрограммировать так, чтобы их спецификации считывались в строковую переменную из файла. Поскольку строковая переменная может включать в себя много строк текстового файла, проще всего прочитать в нее спецификации с помощью метода ReadToEnd

278

Глава 7. Файлы и потоки

Пример 7.6. «Камень—ножницы—бумага» с файлами Алгоритм работы компьютера, когда он играет с вами в эту игру, довольно примитивен. Программа при каждом своем ходе просто генерирует случайное число, выбирая один из трех возможных вариантов с равной вероятностью. Человеку, играющему с компьютером, такая игра быстро надоест. Более совершенным был бы алгоритм, при котором компьютер обучается на основании анализа ходов игрока-человека и делает свой выбор с учетом особенностей игры своего противника. Предположим, что игрокчеловек сыграл 10 раундов и в этих 10 раундах он 8 раз выбрал камень, а бумагу и ножницы выбрал лишь по одному разу. В этом случае программа может подправить свой алгоритм, и чтобы успешно выступить против выбора человеком камня, должна в следующих 10 раундах в 80% выбрать бумагу, а на две остальные возможности оставить по 10% ходов. Однако человек-игрок может основывать свой следующий ход на основании того, что произошло на предыдущем ходе (именно так обычно ведут себя два игрока-человека, играя друг с другом). Если после того, как компьютер выбирает камень, человек выбирает в следующем ходе в 70% случаев ножницы, в 20% случаев бумагу и в 10% случаев камень, тогда программа, полагая, что эта стратегия будет оставаться неизменной, будет в качестве своего очередного ход с вероятностью 70% выбирать камень, с вероятностью 20% — ножницы, и с вероятностью 10% — бумагу. Распределение вероятностей для игрока-человека может быть совершенно иным после того, как компьютер выберет ножницы и т. д. Наша программа может вести учет того, как часто тот или иной ход игрока-человека встречается после того или иного хода компьютера. Такая таблица носит название статистики первого порядка, потому что для подсчета вероятностей того или иного следующего хода учитывается только один предыдущий ход. Если мы считаем, что и предыдущий ход человека, и ответ на него компьютера влияют на следующий ход человека, то мы можем использовать статистику второго порядка, и именно такая стратегия реализована в нашем улучшенном варианте игры «Камень—ножницы—бумага». Интересной особенностью программы является то, что она фиксирует стратегию человека-игрока и записывает эту информацию в файл. При каждом запуске программы она смотрит, существует ли этот файл и, если файл существует, читает его. Перед самым завершением программы она записывает в тот же файл обновленную информацию. В этой программе были впервые использованы некоторые средства С#: • Метод NextDouble класса Random возвращает случайное значение типа double, лежащее в пределах от 0.0 до 1.0. • Метод Split класса string расщепляет строку на массив строк, ограничиваемых пробельными символами (пробелом или табуляцией). Например, если строка имеет значение « abc def gh», метод s.Split возвращает пятиэлементный массив со значениями элементов {«», «abc», «def», «», «gh». Пустая строка появляется в качестве элемента массива в тех случаях, когда строка начинается или заканчивается пробельными символами, или два пробельных символа соседствуют в строке.

7.5 Файлы в системе Views •

279

Программа вынуждена прибегать к дополнительным действиям, чтобы игнорировать возникающие пустые строки.

Файл RPSGameFile.cs using System; using System.10; public class RPSGame { ///<summary> ///Программа RPSGame (файловая версия) Horspool & Bishop ///December 2002 ///Ведет учет состояния игры "Камень—ножницы—бумага" /// public const int Rock = 0; public const int Paper = 1; public const int Scissors = 2; string[] MoveNames = {"Rock", "Paper", "Scissors"}; const string hFileName = "C:\\WINDOWS\\Temp\\rpsdata.txt" ; Random r; int computerChoice, userChoice; int numWins, numLosses, numDraws; int[,] WinMatrix = { {0,-1,1},{1,0,-1},{-1,1,0 } }; int [,,] Context2 = new int [3,3,3] ; public string ComputersChoice { get { MakeRandomChoice(); return MoveNames[computerChoice];} } public int Wins { get { return numWins; } } public int Losses { get { return numLosses; } } public int Draws { get { return numDraws; } } public RPSGame() { r = new Random () ; LoadHistoryFile(); } public void EndRPSGame(){ SaveHistory File(); } void LoadHistoryFile() { try { StreamReader hfile = new StreamReader(hFileName); //Читаем весь файл истории как одну строку string contents = hfile.ReadToEnd(); hFile.Close() ; //Разделим его на отдельные строки string[] nums = contents.Split(); int ix = 0; for (int i=0; i<3; for (int j=0; j<3; for (int k=0; k<3; k+ + ) { while(nums[ix] == "") ix++; , Context2[i,j,k] = int.Parse(nums[ix++]);

Глава 7. Файлы и потоки

280

while (nums[ix] == "") ix+ + ; computerChoice = intParse(nums[ix++]); while (nums[ix] == "") ix++; userChoice = intParse(nums[ix++]); } catch (Exception) { //Файл истории не существует или не содержит //данные в требуемом формате for (int i=0; i<3; for (int j=»0; j<3; for (int k=0; k<3; k+ + ) Context2[i,j,k] = 1; } computerChoice = r:Next(3); userChoice = r.Next(3); void SaveHistoryFile() { try { StreamWriter hfile = new StreamWriter(hFileName); for (int i=0; i<3; i++) { for (int j=0; j<3; j+ + ) { for (int k=0; k<3; k+ + ) hfile.Write ("{0} ", Context2[i,j,k]); hfile.WriteLine(); hfile.WriteLine("{0} {1}", computerChoice, userChoice); hfile.Close () ; } catch(Exception) { Console.WriteLine("Unable to write to {0}", hFileName)

public void MakeRandomChoice() { int rcount = Context2[userChoice,computerChoice,Rock]; int pcount = Context2[userChoice,computerChoice,Paper]; int scount = Context2[userChoice,computerChoice,Scissors] double total = rcount+pcount+scount; double d = r.NextDouble() ; if (d < rcount/total) { computerChoice = Paper; } else if (d < (rcount+pcount)/total) { computerChoice = Scissors; } else { computerChoice = Rock;

public string ComparePlays(string userPlay) { ///<summary> ///Определяет, выиграл ли игрок userPlay у компьютера ///Результатом является строка "win", "lose" или "draw" ///

Основные понятия, рассмотренные в гл. 7

281

int prevUserChoice = userChoice; userChoice = MoveToInt(userPlay); Context2[prevuserChoice,computerChoice,userChoice] ++; int result = WinMatrix[userChoice, computerChoice]; switch (result) { case -1 : numLosses++; return "lose"; case 1 : numWins++; return "win"; default: numDraws++; return "draw";

int MoveToInt(string move) { switch(move.ToLower() { case "rock" : return Rock; case "paper" : return Paper; case "scissors" : return Scissors; default: throw new Exception("Unrecognized

move: "+move);

Новый вариант игры, RPSGameFile.es, может быть скомпилирован как в варианте командной строки, так и с программой-драйвером, создающей интерфейсное окно. Если компилируется GUI-вариант, то для создания выполнимой программы следует использовать такую команду: scs

/г:Views.dll

DriveRPSGame.cs

RPSGameFile.cs

(Ключ /r:Views, возможно, и не нужен; это зависит от того, каким образом была установлена Views.) Как легко понять, просматривая исходный текст программы, когда программа запускается, она пытается открыть файл с именем C:\WINDOWS\Temp\rpsdata.txt. Возможно, вам придется подправить имя этого файла с учетом того, какая система установлена на вашем компьютере.

Основные понятия, рассмотренные в гл. 7 М ы использовали потоки и методы для открытия текстовых файлов для ввода и вывода, чтения из текстовых файлов и записи в текстовые файлы. Обсуждались следующие классы и методы С # из пространства имен Syatem.cs: StreamReader.ReadLine

StreamReader.Read

StreamReader.ReadToEnd

StreamReader.Close

StreamWriter.WriteLine

StreamWriter.Write

StreamWriter.Close

File.Copy

File.Delete

File.Exists

282

Глава 7. Файлы и потоки

В эту главу были включены следующие формы: Класс StringBuilder (сокращено)

Классы StreamReader и Stream Writer (сокращено)

Файловые операции (общие)

Контрольные вопросы 7.1. Различия в реакции на ошибку при интерактивном вводе и вводе из файла будут заключаться в следующем: (а) ни в чем (б) интерактивный ввод генерирует исключение, файловый ввод будет продолжен (в) файловый ввод генерирует исключение, интерактивный ввод будет продолжен (г) файловый ввод генерирует исключение, интерактивный ввод сделает попытку продолжиться 7.2. Если файл с именем guidance.dat не существует, и мы пытаемся создать объект потока с помощью такого предложения: StreamReader input = new StreamReader("guidance.dat"); то что произойдет? (а) Создается и открывается для чтения пустой файл с именем guidance.dat (б) Всплывает окно, в котором пользователя просят просмотреть каталоги в поисках требуемого файла и нажать ОК (в) Генерируется исключение FileNotFoundException (г) Генерируется исключение FileLoadException 7.3. Если файл с именем secret.dat существует, и мы пытаемся создать объект потока с помощью следующего предложения: StreamWriter

out • StreamWriter("secret.dat") ;

то что произойдет? (а) Содержимое файла secret.dat стирается, и поток подготавливается для нового вывода (б) Новый вывод добавляется к концу существующих данных в файле (в) Генерируется исключение FileLoadException (г) Открывается файл secretl.dat

Упражнения

283

7.4. Для чтения из файла символа за символом мы использовали метод Read. Этот метод возвращает: (а) следующий символ или символ null, если символов больше нет (б) строку, из которой в дальнейшем можно извлечь символы, и null, если символов больше нет (в) целое число, представляющее следующий символ, и О, если символов больше нет (г) целое число, представляющее следующий символ, и - 1 , если символов больше нет 7.5. Если в программу включен следующий текст, что будет выведено в результате его выполнения? 1 StringBuilder b = new StringBuilder(); 2 b.Append("abcdefgh" ) ; 3 b.Remove(3,2); 4 b.Append("xyz" ) ; 5 b.Insert(4, ' * ' ) ; 6

Console.WriteLine(b.ToString() ) ;

(а) abe*fghxyz (б) abcfg*hxyz (в) abcf*ghxyz (r) abc*fghxyz

Упражнения 7.1. Изменение цен. Расширьте установочный интерфейс из примера 7.5 так, чтобы управляющий мог выбрать фрукт и ввести для него новую цену. 7.2. Главы книги в файле. Расширьте пример 3.5 так, чтобы данные о главах книги считывались из файла, и результат в виде оглавления записывался в файл. 7.3. Телефонные счета по электронной почте. Некоторые телефонные компании рассылают свои телефонные счета по электронной почте в качестве прикрепленных файлов. Формат файла для данной телефонной компании всегда остается одним и тем же. Основываясь на проекте 1 из гл. 3, составьте программу, генерирующую такого рода счета со всей требуемой информацией. Формат данных и структуру программы вы можете выбрать по своему усмотрению. Затем приспособьте программу из проекта 1, чтобы она могла читать созданные вами счета с целью выполнения сравнения. Обратите внимание на то, что проект был расширен в упражнении 4.15; вы можете использовать свое решение этого упражнения в качестве стартовой точки.

284

Глава 7. Файлы и потоки

7.4. Многоязычные кассы. В упражнении 5.10 требовалось создать двуязычный интерфейс для кассы супермаркета. Обобщите эту идею на несколько языков, использовав в качестве основы интерфейсное окно SetUp из примера 7.5. Сохраните имена фруктов в различных файлах, по одному файлу для каждого языка. После выбора языка в интерфейсном окне, соответствующий файл открывается и считывается для получения названий продуктов. 7.5. Проверка файла. Выполните предложенные улучшения примера 7.1, чтобы пользователю задавался вопрос, можно ли затереть существующий выходной файл. 7.6. Отступы. В программах используются два стиля размещения фигурных скобок: •

открывающая скобка после структурного компонента, закрывающая скобка под структурным компонентом;

•

открывающая и закрывающая скобки под структурным компонентом.

В настоящей книге используется первый стиль. Напишите программу, которая будет считывать программу из файла и по указанию пользователя преобразовывать ее в первый или второй формат. Вы можете принять собственные допущения относительно отсутствия фигурных скобок в строках и комментариях. 7.7. Снова взвешенные средние. Курс вычислительной техники состоит из трех частей: тест, задание и экзамен, имеющих веса 20%, 30% и 50% соответственно. Напишите программу, которая будет считывать из файла набор из приблизительно 30 оценок вместе с номерами студентов и выводить на экран среднее значение для каждого студента, а также общее среднее. Вы можете либо создать файл данных сами, либо составить отдельную программу для генерации данных с использованием генератора случайных чисел. 7.8. Время звучания компакт-диска. Предположим, что компакт-диск может иметь до 22 дорожек. Используя интерфейсное окно Views для ввода длительности каждой дорожки в часах и минутах, вычислите полное время звучания компакт-диска. Используйте кнопку для сигнализации об окончании данных. После ввода данных для одного компакт-диска запишите их в файл. Включите имя компакт-диска. Выясните, имеется ли в С# метод Append для выходных файлов. Если нет, создайте такой метод, чтобы получить возможность чтения накопленных данных и вычисления среднего времени для всех обработанных к данному моменту компакт-дисков. 7.9. Распределение кабинетов. Мы хотим создать систему, которая будет назначать наиболее подходящий кабинет для класса заданной численности. Мы собираемся решить эту задачу, используя только файлы и GUI, хотя в следующей главе мы рассмотрим другие пути решения той же проблемы.

Упражнения

285

•

Создайте файл с именами кабинетов и их вместимостью (между 50 и 90 студентов). Пусть у вас будет 10 кабинетов.

•

Разработайте программу с интерфейсным окном, которая запрашивает число студентов и имя преподавателя.

•

Просмотрите файл, найдите первый кабинет (если таковой имеется), вместимость которого превышает указанное число студентов не больше, чем на 10%.

•

Сообщите о выделении кабинета, если это выделение состоялось.

•

Если нет, и если программа обнаружила, что имеется кабинет большего размера, снова пройдитесь по файлу в поисках свободного кабинета, в который поместится заданное число студентов, даже если он слишком велик.

7.10. Бронирование кабинетов. Усложните упражнение 7.9 следующим образом: •

Теперь вы выполняете распределение кабинетов путем записи во второй файл прочитанных данных, но с включением для выделенного кабинета маркера занятости и имени преподавателя. Этот файл становится входным для следующего прогона, и занятый кабинет не может быть выделен повторно.

•

Однако программа может сообщить, что конкретный кабинет был бы идеальным, но он уже забронирован конкретным преподавателем.

7.11. Эксперименты. В лаборатории выполняются парные измерения и требуемый результат находится как деление первой величины на вторую. Измеренные данные записываются в файл. Напишите программу, которая обрабатывает этот файл, но перехватывает исключение, когда встречается деление на нуль. В этом случае программа должна запрашивать посредством элементов управления интерфейсного окна ввод пары заменяющих значений для конкретной пары значений и продолжать обработку до конца файла.

Коллекции 8

В этой главе мы сделаем еще один важный шаг вперед в методах программирования, рассмотрев коллекции объектов. Мы познакомимся с доступом к коллекциям по номеру и по имени, операциям, весьма распространенным в реальном мире. Доступ по номеру, как это имеет место при работе с массивами, является фундаментальным техническим приемом программирования, в то время как доступ по имени относится к более новым усовершенствованиям языков программирования; этот прием позволяет существенно упростить задачу программиста.

8.1 Еще о классах В главах 2 и 3 уже обсуждались структурные типы, т. е. типы, формируемые как структуры. Мы упоминали, что классы в большой степени аналогичны структурам, и что с течением времени мы займемся ими более основательно. Теперь это время пришло. Класс является основным структурным типом в любом объектно-ориентированном языке. В С# классы содержат те же элементы, что и структуры, но — и другие элементы тоже. В то время, как структура предназначена для хранения простых типов данных, многие из которых были описаны в предыдущих главах, класс может быть использован для создания комплексных объектов по различным моделям. Эти модели отражают такие возможности классов, как: •

связывание вместе объектов классическими или новыми способами;

•

группирование объектов в коллекции разных видов;

•

создание иерархий, в которых каждый новый объект сохраняет некоторые черты объектов других классов.

Связывание и группирование структурных объектов становится возможным благодаря использованию ссылок, а создание иерархий — посредством наследования. В этой главе подробно рассматриваются связанные структуры; вопросы наследования будут изучаться в гл. 9.

8.1

Еще о классах

287

Примеры комплексных объектов Рассмотрим несколько моделей компоновки объектов, упоминавшихся выше. Классической связанной структурой является дерево. В дереве каждый объект связан с другими объектами, и эти связи имеют конкретный смысл. Например, мы можем описать в программе родословную (генеалогическое древо), содержащую информацию о каждом члене семьи, включая их родство друг с другом. Типичную родословную можно нарисовать на бумаге примерно так, как это изображено на рис. 8.1, используя лишь минимум информации, именно, имя и дату рождения. Том 4/10/1920

Аллан 18/10/1947

Джудит 7/10/1951

Дейвид 26/10/1953

Уилл ьям 13/1С/1982

Майкл 12/4/1984

Рис. 8 . 1 . Родословная

При переносе этого дерева в программу мы представляем каждого члена семьи объектом, но связывающие их линии несут значительно больше информации. Принятый способ изображения деревьев заключается в том, что объекты одного уровня (братья или сестры) соединяются горизонтальными линиями, в то время как дети (более точно, первенцы) соединяются вертикальными линиями. Так, начав с Тома, мы движемся вниз через Аллана к Джудит, а затем к Уилльяму, который является внуком Тома. Таким образом, поиск объекта где-то в древовидной структуре потребует прослеживания связей заданным образом от самого верха. Говоря о группах объектов, мы можем представить, например, результаты запроса через Web-страницу авиалинии относительно рейса определенного направления в определенный день. Полученные данные могут выглядеть, например, так, как это показано на рис. 8.2. Данные для каждой линии будут включать в себя номер рейса, время отлета и прибытия, а также дни, по которым осуществляется данный рейс. Всю эту информацию можно заключить в объект. Модель объединения объектов будет заключаться в том, что схожие объекты можно сгруппировать и в каждой группе присутствует некоторый порядок.

288

Глава 8. Коллекции

Berlin-Schonefeld ~ London Stansted Click on the Flight Number to view valid operating dates. ;

;

:

y :: -.;•;-;.094p. 1030 FR •85*3 ; FR -8545ЛГ* 1740: is 30 FR 8547 - ,. ;<221G ..2255.::.

Mon Mon M o n <••

Tue Tue

London Stansted -

• .'Wed.r Wed Tnu Wed Thu

. ¥£%•' Sat

Fri FriV

•

.

.

-

•

•

"

.

Sun Sun

Berlin-Schonefeld

Click on the Flight Number to view valid operating dates. FR 8542 FR 8544 FR 8546

0625 1425 1855

0915 1715 2145

Mon • T u e . Wed Wed Mon Tue Mon ' ;' Tue•'•••• Wed

Thu Sat Thu

Sun Sun

Рис. 8.2. Результаты запроса через Web-страницу авиалинии

В таком случае данные упорядочены по времени отлета, причем этот порядок также соответствует упорядочиванию по номерам рейсов. В подобных коллекциях связи не вполне очевидны, хотя между каждым объектом и следующим за ним имеется некоторое соотношение. Для получения информации о конкретном рейсе мы должны начать с первого рейса и затем просматривать рейсы друг за другом; можно также представить и более прямой способ найти рейс, отправляющийся в конкретное время. Заметьте, что на рис. 8.2 фактически имеются две группы рейсов — одна для полетов из Берлина в Лондон, а другая для полетов из Лондона в Берлин. Эти две группы могут быть связаны, однако обычно мы все-таки не поместим все эти рейсы в одну группу. Наконец, рассмотрим пример иерархии. Ключевой особенностью такой коллекции является то, что объект может сохранить свойства и поведение предыдущего объекта, но может также и переопределить их. Классическими примерами являются люди, природа, развлечения, книги, музыка и т. д., где классификация установлена и общепринята. Идея заключается в том, что установив иерархию, мы может наблюдать данные на разных уровнях, соответственно тому, что мы хотим делать. Рассмотрим простой пример развлечений, изображенный на рис. 8.3. Место: Опера-Хаус

Событие: Аида

Спектакль: 25/7/2003

Рис. 8.3. Развлечения

Событие: Тоска

Спектакль: 27/7/2003 Тип: Бенефис

8.1 Еще о классах

289

В этой иерархии если мы, например, работаем с объектом «спектакль», то он включает в себя название события и его место проведения, причем обе эти характеристики были определены в объектах, от которых он их наследует. Более интересным является то обстоятельство, что операции, которые мы можем выполнять над каждым объектом, вполне могут иметь одинаковые имена, но различные реализации. Например, удаление спектакля (потому что, скажем, главный певец заболел) будет отличаться от удаления места проведения (потому что данный театр сгорел). Но обе операции являются операциями «удаления». Это различие станет яснее, если мы заметим, что второе представление (спектакль) Аиды отображается объектом, отличным от объекта первого спектакля в том отношении, что в нем имеются два поля. Вполне может оказаться, что если обычный спектакль срывается по тем или иным причинам, спонсоры возместят ущерб артистам, но для бенефиса этого не будет.

Ссылки Теперь мы можем рассмотреть вопрос о том, как эти концепции связей, групп и иерархий реализуются в С#. До сих пор мы имели дело с тем, что в С# называется типами значений. К ним принадлежат простые типы (числовые, булевы, символьные), перечислимые типы и структуры. Переменные типов значений непосредственно содержат свои данные. В С# имеются также ссылочные типы, в которых переменные содержат ссылки на свои данные. Главным среди ссылочных типов является класс; среди других ссылочных типов можно отметить массивы, строки, интерфейсы и делегаты. И структуры (которые принадлежат к типам значений) и классы (которые принадлежат к ссылочным типам) являются структурными типами, как мы определили этот термин в гл. 2. В чем же разница между ними? На рис. 8.4 показано концептуальное различие между объектами, созданными из структуры и из класса. Оба объекта созданы из встроенных типов С # , с которыми мы уже встречались. Переменная d типа DateTime показана, как непосредственно содержащая свои данные, в то время как переменная г типа Random содержит ссылку на другое место, где хранятся данные. Каждый раз, когда мы объявляем структуру, она получает имя, и это имя есть переменная. Из-за того что типы значений непосредственно хранят свои данные, мы никак не можем объявить в структуре поле того же типа, что и сама структура. Другими словами, мы не можем сделать следующее: struct MyType { int i; double d; MyType t ; string s;

Перечислимые типы обсуждаются в разделе 8.5. 10—2047

Глава 8. Коллекции

290 DateTime d;

Random r; г

d данные функции

данные функции

Рис. 8.4. Объекты структуры и класса Компилятор в этом случае выдаст предупреждающее сообщение: Struct member 'MyType t ' of type 'MyType' causes a c y c l e i n the s t r u c t u r e layout [Член 'MyType t ' структуры типа 'MyType' порождает цикл в планировке структуры] Легко видеть, что компилятор прав: внутри объекта типа MyType будет поле t, которое будет иметь поле t, которое будет иметь поле t и т. д. до бесконечности. Для того чтобы получить возможность иметь объект в объекте того же типа, мы должны использовать ссылки и объекты классов. Таким образом, чтобы решить возникшую проблему, мы должны переписать наш тип, как класс: class MyType { int i ; double d; MyType t ; string s; Этот фрагмент успешно пройдет компиляцию. Если мы объявим два объекта типа MyType: MyType

a, b ;

и (в предположении, что имеется подходящий конструктор) сконструируем их, заполнив конкретными данными: а = new MyType(6, b = new MyType(9,

3.5, null, 4.0, null,

"object-a"); "object-b");

то мы сможем обратиться к полям а и b, например, следующим образом: Console.WriteLine(a.s+"

"+a.i+"

"+b.s+"

a s seen

В результате мы получим: object-a б object-b as seen from b 9 [object-a 6 object-b как он виден из b 9]

from

b"+b.i);

8.1 Еще о классах

291

Предположим, однако, что мы используем поле t для установления связи от объекта а к объекту Ь. Мы делаем это таким образом: а .t

= Ь;

Тогда мы можем получить доступ к b из а с соответствующим выводом: Console.WriteLine(a.s+" "+a.i+" " + a . t . s + " a s seen object-a 6 object-b as seen from a 9 [object-a б object-b как он виден из а 9]

from

a"+a.t.i);

Чаще второй объект не объявляется со своим именем, а получает наименование через ссылку из первого объекта. Тогда объявления будут такими: а — new МуТуре(б, 3 . 5 , n u l l , "object-a"); a . t - new MyType(9, 4 . 0 , n u l l , "object-b");

Созданная нами структура показана на рис. 8.5. Null показан курсивом, потому что это не обычное данное со значением, а особое данное, представляющее собой ссылку, которая в данном случае не имеет связи ни с каким объектом. Рассматриваемый ниже пример в еще большей степени развивает идею использования ссылок в качестве связей.

Рис. 8.5. Два связанных объекта

Пример 8.1. Списки любимцев В качестве простой иллюстрации классов и ссылок рассмотрим задачу чтения и вывода списка любимых домашних животных. Поскольку наша задача — продемонстрировать решение поставленной выше проблемы, мы не будем использовать массив. Начнем, с простого класса Pet [любимец]: public class Pet { string name;//Имя любимца string type;//Вид животного int age;//Возраст Pet previous;//Связь с предыдущим в списке public Pet Previous { get {return previous;} set {previous = value; } }

p u b l i c void GetData() { name = C o n s o l e . R e a d L i n e ( ) ;

292

Глава 8. Коллекции type = Console.ReadLine(); age = int.Parse(Console.ReadLine ());

} public override string ToStringO { return name+" "+type+" "+age;

Этот класс не имеет инициализирующего конструктора, и в нем нет каких-либо инициализированных полей. Вместо этого объекты Pet создаются с использованием пустого конструктора по умолчанию, которые инициализирует все поля объекта их значениями по умолчанию. В качестве отдельного шага, мы можем занести значения в объект посредством вызова метода GetData. Например, когда создается объект типа Pet: Pet

p = new Pet () ;

переменная р является ссылкой на новый объект Pet, переменные name и string являются пустыми строками, а в переменную previous заносится специальное ссылочное значение null. Обычно следующим предложением должно быть p. GetData () ;

Часть программы, которая будет читать данные о любимцах и создавать список, выглядит так: Pet Pet for

l i s t = null; p; (int i = l ; i<=5; p = new Pet () ; p.GetData () ; p.Previous = l i s t ;

list = p;

Мы определяем переменную list типа Pet, которая в начале представляет собой нулевую (null) ссылку. Затем мы создаем новый объект р типа Pet, и читаем в него его данные. Последние две строки цикла весьма важны. Поле previous, служащее для ссылки на предыдущий объект, получает текущее значение list (т. е. null для первого созданного любимца), после чего list делается ссылкой на объект р. Немедленно после этого выполняется следующий шаг цикла, в котором повторяется тот же процесс. На рис. 8.6 показаны состояния переменных: а — в начале; б — после создания одного любимца (объект типа Pet); в — после создания двух любимцев; г — после того как созданы и заполнены соответствующими данными все любимцы.

8.1 Еще о классах

293 list null

list

list

P '

p N.

I

4 Caesar dog null

Caesar dog null -+—

*.) Fluffy cat

list

Caesar dog null

Fluffy cat

Hazel cat

Goldie fish

Ruff dog

Рис. 8.6. Создание связанного списка любимцев

После завершения каждого шага цикла list становится новым любимцем, который имеет ссылку назад к предыдущему любимцу. Это значит, что список любимцев после своего создания оказывается связан в порядке, обратном порядку создания объектов. Установить связи противоположного направления сложнее, и мы этим займемся позже. Используя тот же механизм связывания, мы можем пройтись по списку и напечатать его: p=list; while (p != null) { Console.WriteLine(p); p = p.Previous;

или, короче, for (p = list; p != null; p = p.Previous) Console.WriteLine(p);

{

Компонуя этот пример, мы должны назначить членам класса Pet соответствующие права доступа. Метод GetData вызывается непосредственно из программы и, следовательно, должен быть объявлен с атрибутом public;

294

Глава 8. Коллекции

член previous является полем и доступ к нему не должен осуществляться непосредственно, а только через свойство, поэтому для защиты этого поля мы создаем свойство с атрибутом public. Ниже следует текст программы. Файл ListPets.cs using System; class ListPets { ///<summary> ///Программа List Pets

Bishop & Horspool September

2002

ill ///

///Заполняет данными пять любимцев и снова перечисляет их ///Демонстрирует классы и ссылки ///для построения простого связанного списка /// void Go () { Console.WriteLine("Type five pets with "+ "name, kind and age on separate lines"); Pet list = null; Pet p; for (int i=l; i<=5) ; i + + ) { p = new Pet () ; p.GetData (); p.Previous = list; list = p; } Console.WriteLine("Your list of pets from the most recent is:"); p = list; while (p != null) { Console.WriteLine(p); p = p.Previous;

static void Main() { new ListPets () .Go () ; } public class Pet { string name; string type; int age; pet previous; public Pet Previous { get {return previous;} set {previous • value;} } public void GetDataO { name = Console.ReadLine(); type = Console.ReadLine(); age = int.Parse(Console.ReadLine())

8.1 Еще о классах

295

public override string ToStringO { return name+" "+type+" "+age;

Прогон программы выглядит приблизительно так: Type five pets with name, kind and age on separate lines [Введите данные о пяти любимцах с указанием имени, вида и возраста на отдельных строках] Caesar dog 3 Fluffy cat 9 Hazel cat 7 Goldie fish 1 Ruff dog 2 Your l i s t of pets from the most recent i s : [Список ваших любимцев от последнего указанного:] Ruff dog 2 Goldie fish 1 Hazel cat 7 Fluffy cat 9 Caesar dog 3 Разумеется, не только классы могут содержать ссылки. Массивы и строки тоже представляют собой ссылочные типы, а также интерфейсы и делегаты (см. гл. 9 и 10, соответственно). Для массивов и строк различия заключаются только в семантических тонкостях, как это показано далее в этой главе.

Сравнение объектов, содержащих ссылки Мы видели в гл. 3, что для сравнения объектов, полученных, как экземпляры структур, мы должны были предусмотреть методы Equals и СотрагеТо. То же справедливо по отношению к ссылкам — если мы хотим сравнивать значения внутри объектов. Возвращаясь к последнему примеру, мы можем добавить стандартный метод Equals: public override bool Equals(object d) { Pet p = (Pet) d; return name==p.name && type==p.type && age==p.age;

296

Глава 8. Коллекции

Теперь можно расширить функциональные возможности цикла чтения и конструирования списка, чтобы исключить из него повторения. (Для упрощения мы будем сравнивать новые данные только с предыдущими.) Новый цикл получит такой вид: int i = l ; while (i<=5) { p = new Pet () ; p.GetData() if (i>l & & p.Equals(list)) { Console.WriteLine("Oops - repeated } else { p.Previous = l i s t ; list = p;

data.

Ignored.");

Выражение p.Equals(list) сравнивает значения нового любимца, только что прочитанные в объект р, с верхним объектом в списке, прочитанным перед этим. Можно заметить, что мы проявили осторожность и ограничили обращение к list, поскольку для первого любимца list = null, а в этом случае функциональный вызов Equals не сможет выполниться. Некоторая сложность с определением равенства при наличии ссылок проистекает из того, что С# не требует обязательного включения в класс метода Equals. Если мы позабудем это сделать, и напишем вместо этого p==list, компиляция пройдет успешно. Однако смысл этого выражения будет заключаться в сравнении двух ссылок, которые никогда не будут равны для двух разных экземпляров, даже если значения внутри этих экземпляров полностью совпадают.

8.2 Коллекции В этом разделе мы поговорим о новой концепции в С#, позволяющей при использовании классов расширить понятие массива. Мы рассмотрим специальный вид классов, называемых коллекциями, потому что они предназначены для хранения и управления многими объектами.

Доступ по номеру В тех случаях, когда объект создается многократно, в реальной жизни естественно нумеровать экземпляры такого объекта. Например, рассмотрим такие объекты: • дни месяца нумеруются от 1 до 31 (или меньше); • дома на улице могут иметь номера от единицы до тысяч;

8.2 Коллекции

297

• этажи здания могут нумероваться до сотни с лишком (хотя нижние этажи и подвалы могут иметь собственные имена: под этажом 1 могут быть этажи 0, - 1 , -2 или G, P I , Р2, РЗ); • участники марафонского забега могут быть пронумерованы от 1 до сотен тысяч; • объекты, хранящие данные о числе студентов в классе, получивших конкретную оценку для каждой из возможных оценок от 0 до 100. Переводя эти примеры в коллекции и объекты, мы получим таблицу 8.1. Таблица 8.1. Примеры коллекций с доступом по номеру Коллекция

Объект

Номера

Месяц

День

от 1 до 31

Улица

Дом

от 1 до 5000

Здание

Этаж

от -5 до 200

Состязание

Участник

от 1 до 1000000

Класс

Частота оценки

от 0 до 1000

Из этих примеров видно, что объекты, объединяемые в коллекцию, могут представлять собой одиночные элементы, как, например, частота оценки, но могут быть и сложными объектами, содержащими ряд полей, возможно, еще даже не определенных. Например, участник соревнования будет иметь имя, адрес, наилучший результат по предшествующим соревнованиям и т. д. Организовав коллекцию, мы обращаемся к участнику номер 304 или этажу 5 или частоте оценки 50. Другими словами, естественным способом доступа к коллекциям является указание имени объекта и его номера. Концепция коллекций с доступом по номеру в языке программирования преобразуется в понятие массива. Как уже было показано в гл. 4, мы можем объявить массив следующим образом: int []

markCount

= new

int[101];

а затем ссылаться на markCount[50], элемент коллекции, содержащий число студентов, получивших оценку 50%. Предположим, что число таких студентов равно 27, тогда markCount[50]++;

увеличит число студентов в оценкой 50% на единицу, и их станет 28. Использование квадратных скобок очень важно и будет еще обсуждаться ниже в разделе 8.3. С точки зрения программирования, переменная markCount теперь является массивом. Она состоит из определенного числа элементов, в

298

Глава 8. Коллекции

данном случае этих элементов 101. Возможные номера элементов (или их диапазон) лежат в пределах от 0 до 100. Число, по которому мы находим конкретный элемент массива, называется индексом. Другим названием элемента массива является индексируемая переменная. Чтобы еще раз уточнить терминологию, рассмотрим в деталях массив markCount. В табл. 8.2 показано различие между типами самого массива и его элементов. Таблица 8 . 2 . Пример анализа составляющих массива Составляющая часть

Пример

Массив

markCount

Тип массива

i n t [ ] (читается "массив переменных типа int")

Индекс

50

Элемент

markCount[50]

Тип элемента

int

Значение элемента

27

Диапазон индексов

от 0 до 100

Диапазон значений элементов

Что угодно, помещающееся в i n t

В качестве упражнения рассмотрите другой объект из табл. 8.1. и постройте для него таблицу, схожую с табл. 8.2.

Доступ по имени Приведенные выше примеры подбирались так, чтобы индексы массивов были целыми числами, как это и требуется в языке С# и в большинстве других современных языков. Исключением являются обозначения этажей здания, где нам пришлось бы при поиске нужного этажа использовать какие-то специальные конструкции выбора варианта. Позже мы еще вернемся к этой проблеме. Вообще же имеются много случаев, где последовательный ряд целых чисел неудобен для обращения к коллекции элементов. Представьте себе следующие объекты: • национальные сборные на Олимпийских играх; • расписание лекций; • даты праздничных дней; • регистрационные номера автомашин в районе или стране; • частота оценок в заданном процентном диапазоне. Если мы изобразим эти примеры так же, как это было сделано в табл. 8.1, то мы получим табл. 8.3. Из нее мы видим, что к элементам коллекции

8.2 Коллекции

299

можно обращаться с помощью разного рода значений, отвечающих обстоятельствам реального мира, а не только с помощью целых чисел, соответствующих этим элементам. Даже если такое соответствие имеет место (как в случае дней года, которые могут принимать значения от 1 до 365 ), часто гораздо удобнее пользоваться обычным видом даты. В противном случае может потеряться важная информация. Например, 14 февраля является 45-м днем в году, что известно немногим, с другой стороны, во многих странах этот день известен как День святого Валентина. В случае же названий стран или регистрационных номеров автомашин, числовых эквивалентов попросту не существует. Таблица 8.3. Примеры коллекций с доступом по имени Коллекция

Объект

Доступ посредством:

Пример

Игры

Сборная

Название страны

Великобритания

Расписание

Лекция

Время

11:30

Календарь

Праздничные дни

Дата

14 февраля

Зарегистрированные автомашины

Автомашина

Номерной знак

567 DKY

Класс

Частота оценок

Диапазон оценок

50...59

Итак, С# предоставляет альтернативный способ (фактически несколько способов) сохранять объекты, как коллекции пар ключ-значение. В табл. 8.3 ключи указаны в столбце «Доступ посредством:», а значения — это то, что хранится в памяти в ячейках, соответствующих этим ключам. Ключ является эквивалентом индекса в массиве. К двум специальным видам коллекций относятся упорядоченные списки и хеш-таблицы, которые будут детально обсуждаться в разделе 8.4. Сейчас мы только в качестве иллюстрации кратко коснемся организации упорядоченных списков. Упорядоченный список — это коллекция пар, каждая из которых состоит из ключа и значения. И ключи, и значения являются объектами С#, другими словами, они могут быть чем угодно. Простым примером нечислового ключа является строка. Если мы объявляем SortedList

holidayTable

= new S o r t e d L i s t ( ) ;

и если d является объектом типа Date с полями day=14 и month="February", то мы можем поместить в список holidayTable информацию о Дне святого Валентина таким образом: holidayTable["Valentine's

или до 366 в високосный год.

Day"]

• d;

300

Глава 8. Коллекции

Если теперь мы обращаемся к таблице ради той же переменной d: Console.WriteLine("Valentine' s Day is " + holidayTable["Valentine' s Day"]); мы получим следующий вывод (разумеется, зависящий от того, каковы установки метода ToString для типа Date): V a l e n t i n e ' s Day i s 14 February [День св. Валентина приходится на 14 февраля] Рассмотрим другой пример, сравнив его с описанным ранее массивом markCounts. Предположим, что мы объявили SortedList

MarkRangeTable

= new

SortedList();

и Range представляет собой класс с двумя целочисленными полями, содержащими, например, значения 50 и 59. Мы можем прежде всего получить из списка текущее значение для этого диапазона посредством следующих предложений: Range г = new R a n g e ( 5 0 , 5 9 ) ; i n t count = ( i n t ) markRangeTable [ r ] ;

Затем мы добавляем единицу к этому значению: count++; и сохраняем новое значение в том же элементе (50...59): markRange[r]

= count;

В итоге, мы можем работать со списками почти как с массивами, однако списки имеют значительно большие возможности в смысле обращения к их членам. Теперь мы перейдем к обсуждению синтаксиса обоих типов коллекций, рассмотрев заодно расширенную форму массивов, называемую многомерным массивом, а также обобщенный принцип индексации.

8.3 Массивы как коллекции Во многих случаях требуется, чтобы массив содержал коллекцию объектов вроде тех, что были включены в табл. 8.3. Предположим, что мы не знаем, сколько человек будет участвовать в состязании, причем состязание может быть как очень скромным, со 100 участниками, так и грандиозным марафоном, в котором принимает участие около миллиона человек. Пусть мы создали класс Contestants [участники] со всеми необходимыми полями и методами. Тогда мы можем объявить массив следующим образом:

8.3 Массивы как коллекции

301

Contestants [] contestant; В качестве одного из данных или в составе инструкции к составлению программы мы можем установить вероятный предел количества участников, разумеется, с достаточным запасом, Пусть это число читается в переменную п. Тогда мы можем создать экземпляр массива следующим образом: contestant

= new C o n t e s t a n t s [ n ] ;

Каждый раз, когда для участия в состязании записывается новый претендент, мы создаем новый объект для соответствующего элемента массива и увеличиваем счетчик числа элементов: contestant[k] k+ + ;

= new Contestants(name,number,bestTime);

В этом случае вид массива будет отличаться от тех, что рассматривались в гл. 4 в качестве иллюстрации числовых массивов; наш массив contestant представлен на рис. 8.7. contestant г 0 1 2 3

Charlie Speeder 403 2:08

Jane Jumper 227 2:45

Рис. 8.7. Массив объектов Для такого массива мы можем выполнить фрагмент вроде следующего: if

(contestant[i].time.LessThan(contestant[j].time)) Console.WriteLine("Contestant " + i + " wins with time " + c o n t e s t a n t [ i ] . t i m e ) ;

Итак, contestant — это массив, contestant^] — это объект типа Contestant, a contestant[i].time — поле этого объекта.

302

Глава 8. Коллекции

Что случится, если у нас окажется больше участников, чем ожидалось? Из-за того, что массивы имеют фиксированные размеры, приведенные выше предложения создания экземпляров не смогут успешно выполниться, и будет сгенерировано исключение IndexOutOfRangeException. Этот пример иллюстрирует недостаток, присущий простым массивам; этот недостаток устраняется при использовании класса Array List.

Класс Array С целью предоставить массивам большие функциональные возможности, в С# определен класс Array [массив]. Все конструируемые нами массивы попадают в этот класс. Класс предоставляет методы, перечисленные в приведенной ниже форме. Заметьте, что этот список не полон, и что в С# для ряда методов предусмотрено несколько вариантов. Класс Array (сокращено) //Статические int

методы

BinarySearch(a,

Clear (a, first,

v)

пит)

Copy{src,dest,

len)

int

IndexOf ( a , v)

int

LastlndexOf(a,

v)

Sort(a) IndexOf, LastlndexOf и BinarySearch(a, v) осуществляют поиск в простом массиве а значения v. IndexOf ищет первое вхождение v, LastlndexOf ищет последнее вхождение v, a BinarySearch(a, v) ищет любое вхождение v чрезвычайно быстрым методом, но требует, чтобы элементы массива были упорядочены (при этом допустимы дубликаты элементов). Если значение найдено, методы возвращают индекс v в массиве; в противном случае результат является отрицательным числом. Array.Clear(a, first, пит) устанавливает элементы a[first], a[first+1] ... a[first+num] в ноль, null или false, в зависимости от типа элементов массива. Параметры first и л и т могут быть опущены. Array.Copy(src, dest, len) копирует один массив в другой, копируя len элементов массива src в массив dest; параметры src и dest могут быть опущены. Array.Sort(a) упорядочивает массив а так, что его элементы располагаются в возрастающем порядке.

Пример 8.2. Тестирование методов Array Приводимая программа иллюстрирует описанные выше методы в действии. Кроме того, она показывает разницу между Array.Copy и операцией прямого присваивания для массивов. Файл ArrayTest.cs using System; using System.Collections;

8,3 Массивы как коллекции

303

c l a s s ArrayTest { void Go { i n t t ] a = {31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31}; int[] b = new int[12]; Console.WriteLine (p (a,) +"\n"+p (b) ) ; Console.WriteLine("\nCopy"); Array.Copy(a,b,12); Console.WriteLine(p(a)+"\n"+p(b)); Console.WriteLine("\nChange b[1]"); b[1] = 29; Console.WriteLine(p(a)+"\n"+p(b)) ; Console.WriteLine("\nAssign and change b[l]"); a - b; Console.WriteLine(p(a)+"\n"+p(b)); int index; Console.WriteLine("\nIndexOf"); index = Array.IndexOf(a,30); Console.WriteLine("Value {0} Index is {1}",30,index); Console.WriteLine("\nLastIndexOf"); index = Array.LastlndexOf(a,30); Console.WriteLine("Value {0} Index is {1}",30,index); Console.WriteLine("\nBinarySearch"); index • Array.BinarySearch (a,30); Console.WriteLine("Value {0} Index is {1}",30,index); Console.WriteLine("\nSort"); Array.Sort(a); Console.WriteLine(p(a)); } string p(int[] a) { string s = ""; for (int i=0; i
Если мы теперь рассмотрим вывод, то увидим, что Array.Copy берет каждое значение и копирует его в массив того же размера. Если элемент b изменяется, это не влияет на а. Однако если мы присваиваем массив b массиву а, мы присваиваем ссылку, и фактически имеется лишь один массив. Тогда изменение b[i] приведет к тому, что a[i] примет то же новое значение. 31 28 31 0 0 0 0 Сору 31 28 31 28 31 31

30 0

31 30 31 0 0 0 0

31 0

30 31 0 0

30

31

30 30

31 31

31 31

30 30

30 30

31 31

30 30

31 31

31 31

304

]

Change b [ 1 ] 31 28 31 30 31 29 31 30 Assign and change 31 29 31 30 31 29 31 30 IndexOf Value 30 Index is LastlndexOf Value 30 Index is BinarySearch Value 30 Index is Sort 29 30 30 30

31 31 b[l] 31 31

Глава 8. Коллекции

30 30

31 31

31 31

30 30

31 31

30 30

31 31

30 30

31 31

31 31

30 30

31 31

30 30

31 31

31

31

31

31

31

31

31

3 10 5

30

Поиск тоже представляет интерес. Метод Array.IndexOf выполняет линейный поиск от начала массива. Отсюда поиск значения 30 даст индекс 3. Метод BinarySearch [двоичный поиск], который работает заметно быстрее и рекомендуется для больших массивов, может вернуть любой соответствующий запросу индекс, в этом случае 5. Метод Sort [упорядочивание] выполняет естественную для него операцию.

Коллекция ArrayList Трагические последствия создания массива недостаточного размера в С# преодолеваются без труда. В пространстве имен System.Collections имеется встроенный класс с названием ArrayList. Если мы объявляем объект этого класса, мы получаем массив, который в большинстве отношений функционирует как простой массив, но может расти, если его начальный или текущий размер оказывается недостаточным. Поэтому можно объявить: using

System.Collections ;

ArrayList

contestant

= new

Contestants(100);

и если число объектов превысит 100, это не будет иметь никакого значения. Массив будет расширен системой насколько нужно и как только в этом возникнет необходимость. Как это в действительности происходит, нас не должно касаться. Число, указываемое в предложении, которое создает начальный список, является лишь оценкой ожидаемого размера массива. Поскольку в языке С# обозначение [] применимо не только к массивам, но и к любым коллекциям (что потребовало определения перегруженных операторов), мы по-прежнему можем , после того, как элементы списка установлены, для обращения к i-му элементу написать: contestant[i]

8.3 Массивы как коллекции

305

и т. д. Отличие от списка-массива заключается в том, что в ArrayList элементы первоначально помещаются с помощью метода Add. После этого обращение к ним возможно посредством индексов. В других языках, например, в языке Java, индексация недопустима, и при использовании вместо массива класса для обращения к элементам приходится прибегать к методам. В качестве примера рассмотрим следующий фрагмент, в котором осуществляется установка списка и печать его элементов: ArrayList a = new ArrayList(100); Random r = new Random (); for ( int i=0; i<10; i + +) a.Add(r.Next (20)); for ( int i=0; i
Четвертую строку нельзя написать таким образом: //Неверно! a[i] = г.Next(20);

Заметьте, что метод Count эквивалентен методу Length для обычного массива. В приводимой ниже форме показаны некоторые полезные члены класса ArrayList, причем часть их схожа с методами класса Array. Класс ArrayList (сокращено) //Свойства int count //Методы int BinarySearch(v) bool Contains (v) void Clear {first, пит) int

IndexOf (v)

int LastlndexOf(v) void RemoveAt(i) void Sort () void Array ToArray(type) Count возвращает число занятых элементов в списке. IndexOf, LastlndexOf, BinarySearch и Contains просматривают список в поисках значения v. IndexOf ищет первое вхождение v, LastlndexOf ищет последнее вхождение v, a BinarySearch и Contains ищут любое вхождение. BinarySearch требует, чтобы элементы массива были упорядочены. Если значение найдено, возвращается индекс v в массиве; в противном случае результат является отрицательным числом, за исключением Contains, который может вернуть только true или false. Clear удаляет из списка все элементы; RemoveAt удаляет элемент с индексом /. Array.Sort(a) упорядочивает массив а, так что его элементы выстраиваются в возрастающем порядке. ToArray копирует элементы в массив данного типа.

306

Глава 8. Коллекции

Заметьте, однако, что класс Array имеет только статические члены, поэтому объект, с которым мы работаем, является параметром. При использовании массивов ArrayList объекты являются коллекциями. Сравните эти строки: Array.Sort(declaredAsAnArray); declaredAsAnArrayList.Sort();

Коллекции объектов Такие методы Array и ArrayList, как BinarySearch и Sort, работают в предположении, что элементы коллекции можно сравнивать. В приводимых до сих пор примерах использовались простые типы, для которых имеются встроенные операции сравнения. То же самое относится к некоторым системным структурам, например, к DateTime и string. Предположим, однако, что у нас есть коллекция любимцев класса Pet, который был определен в примере 8.1. В этом случае мы можем использовать метод BinarySearch, поскольку мы определили метод Equals. Однако перед тем, как упорядочивать коллекцию посредством метода Sort, мы должны определить метод CompareTo. Эта тема развивается далее в упражнениях.

Прямоугольные и рваные массивы Массивы могут иметь более одной размерности, причем многомерные массивы могут быть двух типов — прямоугольные и рваные. Особенности этих массивов описаны в приводимой ниже форме. Для простоты здесь описываются только массивы с двумя размерностями, в действительности же размерностей может быть сколько угодно. Объявления массивов — прямоугольных и рваных тип [ , ] прямоугольный_массив; прямоугольный_массив = new тип [размерность!, тип [] [] рваный_массив; рваный_массив = new тип [размерность] [ ] ;

for

размерность2]

(int i=0; i< рваный_массив. Length; i++)

рваный_массив[1]

= new тип

[некоторое_число]

Прямоугольный массив устанавливается с двумя размерностями так, что он образует прямоугольник. Рваный массив имеет только одну фиксированную размерность (число строк); число элементов в каждой строке может быть каким угодно.

Предположим для примера, что мы хотим записать количество осадков за каждый день года, но при этом нам удобно структурировать эти данные, разбив их на 52 недельных фрагмента. Объявлением такого массива будет: doublet,]

rainfallByWeek

= new d o u b l e [ 5 2 ,

7];

8.3 Массивы как коллекции

307

и мы можем сослаться на rainfallByWeek[9] [0]

что дает нам количество осадков в воскресенье (день 0) 10-й недели (неделя с индексом 9, начиная от 0). С другой стороны, если мы хотим хранить количество осадков по месяцам, и при этом желаем, чтобы данные были точными и учитывали разное число дней в различных месяцах, мы должны будем образовать рваный массив: double[][] rainfallByMonth = new d o u b l e [ 1 2 ] [ ] ; for ( i n t i = 0 ; K r a i n f allByMonth. Length; i ++ ) { i n t d = DateTime.DaysInMonth(2003,i) ; rainfallByMonth[i] = new d o u b l e [ d ] ;

Количество осадков в первом дне мая будет равно: rainfallByMonth[4][0]

Различия между этими двумя подходами проиллюстрированы на рис. 8.8. Помимо того, что в рваном многомерном массиве строки могут различаться по длине, массив, объявленный посредством [] [], имеет еще то свойство, что его строки могут выступать как самостоятельные массивы, чего нет в случае массива, объявленного как [ , ]. В результате строки можно передавать методам в качестве параметров. В следующем примере показано использование этой возможности. rainfallByWeek 0

...

rainfallByMonth

6

0

...

29 30 31

0

1

1 2 10 11 Рваный

51 Прямоугольный Рис. 8.8. Многомерные массивы

Пример 8.3. Статистика месячных осадков У нас есть данные о месячных осадках, собранные за несколько лет. Нам хотелось бы вычислить и вывести средние значения и стандартные отклонения значений осадков за каждый месяц с усреднением по заданному периоду.

308

«

Глава 8. Коллекции

Решение этой задачи распадается на следующие этапы: 1. Разработка формата входных данных и их чтение. 2. Разработка многомерного массива для хранения этих данных. 3. Вычисление требуемых значений. 4. Вывод результатов. Определяющим здесь является этап 3. Если у нас есть функции для выполнения вычислений, им следует передавать массивы, как параметры, например, так: public

static

double

mean(double []

a)

{

и тогда мы должны вызывать эти функции приблизительно так: averageTable[m] =

Stats.mean(rainTable[m]);

где mean предполагается входящим в класс с названием Stats. Другими словами, для каждого месяца мы передаем массив всех значений для каждого года, в котором велись измерения осадков. Эта структура хорошо соотносится с этапом 1, где данные одного года будут выглядеть следующим образом: 2002

17

17

17

15

0

0

0

0

б

17

8

20

Для того чтобы передавать строки данных методам, нам потребуется рваный массив. Первое измерение массива будет 12 или 13 (проблема с индексом, равным 0, уже обсуждалась в гл. 4). Здесь мы выберем размер 13 и, соответственно, нулевой элемент будет пуст. Объявление такого массива всегда требует двух шагов — сначала для строк, затем создание экземпляров для всех столбцов. Программно это выглядит таким образом: d o u b l e t ] [] r a i n T a b l e = new d o u b l e [ 1 3 ] [ ] ; for ( i n t m=l; m<=12; m+ + ) r a i n T a b l e [ m ] = new d o u b l e [ n Y e a r s ] ;

Заметьте, что С# не позволяет написать: //Неверно! double[] []

rainTable = new double [ 13] [nYears];

Вместо этого мы должны выполнить процесс создания экземпляров столбцов. Далее выясняется, что чтение данных сопряжено с некоторыми трудностями. В предыдущих примерах мы организовывали данные так, что между элементами имелся один пробел, и мы имели возможность для извлечения строк и чисел из строки использовать метод string.Split, например, таким образом:

8.3 Массивы как коллекции

309

s t r i n g l i n e = fin.ReadLine ( ) ; if ( l i n e = = n u l l ) throw new E n d O f S t r e a m E x c e p t i o n s ( ) ; s t r i n g [ ] e l e m e n t s « l i n e . S p l i t (' ' ) ;

Данные, с которыми мы имеем дело в настоящем примере, записываются независимо, и имеют более одного пробела между элементами. В этом случае в результате использования метода Split появится большое количество лишних элементов, многие из которых будут просто пустыми строками. Чтобы правильно обработать элементы массива, нам нужно игнорировать пустые строки. Это можно выполнить следующим образом: while

(elements[i].CompareTo("")==0)

Вычисления среднего и стандартного отклонения выполняются по хорошо известным формулам. Поскольку не исключено, что эти функции могут понадобиться нам в дальнейшем, мы помещаем их в отдельный класс. Ниже приведен полный текст нашей программы. Файл WeatherStats.cs using System; using System.10; class WeatherStats { ///<summary> ///Программа Weather ///================= /// #

Bishop & Horspool 2003 Java by J M Bishop Jan 1997 updated June 2000

///Вычисляет среднее значение и стандартное отклонение количества ///месячных осадков в указанном диапазоне лет ///Демонстрирует обработку матриц и передачу столбцов в качестве ///параметров ///Данные должны храниться в файле в форме: ///год, за которым следуют 12 значений осадков для ///всех месяцев этого года /// int s t a r t Y e a r , endYear;//Диапазон от 1950 и далее //Все массивы индексируются 1...12 doublet] [] r a i n T a b l e ; doublet] a v e r a g e t a b l e = new double[13]; doublef] stdevTable = new double[13]; void Go() { Readln () ;

ShowResults(); } void Readln() { StreamReader fin = new StreamReader("rain.dat"); int yearlndex = 0; //Например, 0

310

Глава 8. Коллекции //Вводимые годы могут оказаться не упорядоченными и не //последовательными, yearlndex принимает начальное //значение 0 и используется для сохранения данных //в упорядоченной форме startYear • int.Parse(fin.ReadLine()); endYear = int.Parse(fin.ReadLine()); int nYears « endYear-startYear+1; rainTable = new double[13][]; for (int m=l; m<=12; m++) rainTable[m] = new double[nYears]; string line; int year; while (true); { line=fin.ReadLine() ; if (line==null) break; string[] elements = line.Split(' ' ) ; year = int.Parse(elements[0]); Console.Write(year+" " ) ; int i = 1; for (int m=l; m<=12; m+ + ) { while (elements[i].CompareTo("")==0) rainTable[m][yearlndex] = double.Parse(elements[i]) Console.Write("{0,6:f1}", rainTable[m][yearlndex]);

Console.WriteLine(); yearlndex++; } Console.WriteLine("Data

read for "+startYear+" to "+ endYear+"\n\n");

} void ShowResults() { Console.WriteLine("Rainfall statistics for " + startYear + " to " + endYear); Console.WriteLine("==================================\n"); Console.WriteLine("Month Mean Std Deviation") for (int m=l; m<=12); m++) { averagetable[m] = Stats.mean(rainTable[m]); stddevTable[m] = Stats.stddev(rainTable[m], averagetable[m]) Console.WriteLine("{0,-10}{1,8:f2}{2,14:f4}", new DateTime(2003,m,1).ToString("MMMM"), averagetable[m] , stddevTable[m]) ;

static void Main() { new WetherStats () .Go () ;

Файл Stats.cs using System; class Stats{

8.3 Массивы как коллекции

311

/* Класс с простейшими функциями для вычисления N Т Bishop 1990 * статистических характеристик J M Bishop 1999

* Вычисляет среднее значение и стандартное отклонение */ public static double mean(double[] a) { double sum = 0; for (int i=l; i
Типичный вывод программы может выглядеть следующим образом: 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Data

10.0 20.0 22.0 17.0 25.0 25.0 10.0 20.0 22.0 17.0 read

10.0 22.0 24.0 17.0 30.0 30.0 10.0 22.0 24.0 17.0 for

10. 0 5 .0 0.0 17. 0 14 .0 5.0 19. 0 12 .0 0.0 17. 0 15 .0 0.0 25. 0 15 .0 7.0 25. 0 15 .0 7.0 10. 0 5 .0 0.0 17. 0 14 .0 5.0 19. 0 12 .0 0.0 17. 0 15 .0 0.0 1993 to 2002

0. 0 0. 0 0. 0 0. 0 0. 0 0. 0 0. 0 0. 0 0. 0 0. 0

0. 0 0. 0 3. 0 0. 0 0. 0 0. 0 0. 0 0. 0 3. 0 0. 0

Rainfall statistics for 1993 to 2002

Month January February March April May June July August September October November December

Mean 17.80 19.60 16.60 11.70 2.40 0.00 0.60 0.00 8.20 13.00 16.60 20.50

Std Deviation 4.8392 6.4312 4.6767 3.3201 3.0667 0.0000 1.2490 0.0000 6.3101 2.3805 8.1434 5.2941

0 .0 0. 0 12 .0 10 .0 0 .0 7. 0 12 .0 30 .0 0 .0 8. 0 15 .0 20 .0 0 .0 6. 0 17 .0 8 .0 0 .0 20. 0 15 .0 20 .0 0 .0 20. 0 15 .0 20 .0 0 .0 0. 0 12 .0 10 .0 0 .0 7. 0 12 .0 30 .0 0 .0 8. 0 15 .0 20 .0 0 .0 6. 0 17 .0 8 .0

15 .0 20 .0 25 .0 20 .0 30 .0 30 .0 15 .0 20 .0 25 .0 20 .0

Глава 8. Коллекции

312

8.4 Упорядоченные списки В разделе 8.2 мы обсуждали обращение к элементам по имени и по номеру. Теперь мы добавим некоторые дополнительные детали относительно обращения по имени. Для тех читателей, которые использовали другие языки программирования, стоит заметить, что в С# включены развитые средства для обращения по имени. В результате программы оказываются исключительно простыми с точки зрения их чтения или составления и при этом использующими чрезвычайно действенные концепции. Простота программ происходит из того факта, что разработчики языка использовали те же обозначения для обращения к элементам, что и для массивов, именно, квадратные скобки, или индексаторы. Упорядоченный список содержит коллекцию пар объектов, известных, как ключ и значение. Список хранится в порядке следования ключей, и доступ к индивидуальным элементам осуществляется по ключу. В большинстве случаев значением является весь объект, а ключ представляет собой одно или два поля этого объекта, дублированное для удобства работы со списком. Для такого рода коллекций С# предоставляет класс, определенный в приведенной ниже форме. Коллекция SortedList (сокращено) //Свойства

экземпляра

int count object this[object key] ICollection Keys ICollection Values //Методы

экземпляра

void Add(£:ey, value) bool

ContainsKey(object

key)

bool ContainsValue(object int

InexOfKey(object

int

InexOfValue(object

value)

void Remove(object

key)

void RemoveAt(int

index)

void

SetBylndex(int

value)

key)

index,

object

value)

Назначение методов очевидно. Мы видим, что хотя в классе имеются методы Add и Remove, основанные на ключах, эта коллекция также предоставляет возможности поиска по числовому индексу. Методы «Contains» позволяют просматривать в поисках нужного элемента всю коллекцию. Однако особенно интересными здесь являются свойства, в частности, использование this.

8.4 Упорядоченные списки

313

Индексаторы Определение в рассматриваемом классе this предоставляет доступ к элементам коллекции с помощью стандартного обозначения []. Метод set, включенный в это свойство, позволяет нам написать: SortedList S; МуТуре valuel; S[keyl] = valuel;

Извлечение значения из списка оказывается несколько более сложным делом, так как здесь надо учитывать тип элемента. Часть get индексатора предоставляет объект. Поэтому мы можем выполнить преобразование в тот тип, который нам нужен: МуТуре

х = (МуТуре)

S[keyl];

Обращение к элементам таким способом почти так же удобно, как использование массивов, индексируемых числами. В качестве примера предположим, что мы хотим сохранить данные о количестве записавшихся на те или иные курсы на первом году обучения в университете. Наши данные могут выглядеть следующим образом: COS110 GEOL210 ENG100 LAT320

350 80 600 8

Мы определяем класс: class Enrolment { private string code; private int size; Enrolment(string c, int code = c; size = s;

s)

{

}

...Другие

методы

Теперь мы можем определить упорядоченный список для хранения числа записавшихся: SortedList

year2003

= new S o r t e d L i s t ( 1 0 0 ) ;

Тот факт, что мы определяем список, как состоящий из 100 элементов, не имеет значения — список по мере необходимости будет расширяться. Каждый элемент списка имеет ключ и значение. Поэтому, если мы объявляем значение как

314

Глава 8. Коллекции

Enrolment e = new Enrolment("PHY215",32); помещение его в список осуществляется с помощью того же обозначения, что и для массивов: year2003["PHY215"] = e;

Чтобы снова получить это значение, надо преодолеть некоторое затруднение. SortedList может использоваться с любыми объектами, и возвращается из него именно объект. Его необходимо преобразовать в нужный нам тип явным образом. Правильное присваивание будет выглядеть следующим образом: е = (Enrolment) year2003["PHY215"] ; В структуре нашей коллекции PHY215 появится дважды: как ключ и как часть значения объекта, и в этом нет ничего плохого. Тогда у нас образуется такое соответствие: S Type valuel keyl

уеаг2003 Enrolment e PHY215

Число записавшихся на курс физики можно вывести следующим образом: Console.WriteLine("PHY215 has " + ((Enrolment) year2003["PHY215" ] ) .size +"students"); Здесь уеаг2003 является коллекцией (упорядоченным списком), year2003[PHY215] — объектом, который преобразуется нами в тип Enrolment, a size — полем этого объекта. Класс SortedList обладает тем свойством, что его элементы хранятся в порядке их ключей, в данном случае в алфавитном порядке. Порядок не влияет на скорость или эффективность; вы его обнаруживаете, только когда просматриваете список элемент за элементом с целью, например, вывода на экран.

Циклический просмотр коллекции Основное различие между массивом и упорядоченным списком заключается в способе итеративного обращения к их элементам. Для работы с массивом возможно использование цикла с числовым индексом: for

( i n t i = 0 ; i < a . Length; //Далее обращение к элементу

a[i]

8.4 Упорядоченные списки

315

Поскольку доступ к упорядоченным массивам осуществляется посредством набора ключей, которые не отвечают однозначно ряду чисел, мы должны иметь более мощное средство доступа. Если, например, у нас есть список записавшихся на курсы, и мы хотим его напечатать (автоматически в алфавитном порядке ключей) таким образом: COS110 ENG100 GEOL210 LAT320 РНУ215

350 600 80 8 32

мы можем использовать конструкцию foreach. Такой цикл уже встречался в гл. 4, но здесь мы повторим его форму: Цикл foreach для упорядоченного списка SortedList foreach {тип идентификатор in коллекция.Keys { . . . тело цикла, может ссылаться на идентификатор Идентификатору присваиваются последовательные значения ключей из коллекции. Для каждого ключа тело цикла повторяется.

Вывод курсов и числа записавшихся можно выполнить с помощью следующего цикла: foreach (string course in year2003.Keys) { Enrolment e • (Enrolment) year2003[course]; Console.WriteLine(course + " " + e . s i z e ) ; Тип ключей, как мы знаем, string. Имея значение ключа, мы можем получить соответствующее значение типа Enrolment. После этого мы получаем доступ к полям объекта е. Пример 8.4. Праздничные дни В этом примере показано, как с помощью упорядоченного списка можно отслеживать данные и использовать удобный механизм запросов. Рассматриваемые данные представляют собой списки праздничных дней, действующие в разных странах. Типичный список для Канады и 2002 года может выглядеть следующим образом: 1 29 31 1 20 24

January New Year's Day March Good Friday March Easter April Easter Monday May Victoria Day June Quebec National Day

Глава 8. Коллекции

316 1

July

Canada

Day

5 August Civic or Provincial Holidays 2 September Labour Day 14 October Thanksgiving Day 11 November Rememberance Day 25 December Christmas Day 2 6 December Boxing Day

Мы хотели бы хранить даты вместе с названиями и дать возможность пользователям ставить запрос на поиск праздничного дня по конкретной дате (если, конечно, эта дата приходится на праздничный день). Объявление такой коллекции: SortedList

Н = new S o r t e d L i s t ( 2 0 ) ;

Заметьте, что в отличие от массивов, при объявлении списка не указывается, чем именно он будет заполнен: и ключ, и значение предполагаются принадлежащими к суперклассу С# object. Все классы наследуют от object, поэтому в коллекцию могут входить любые объекты. После того как мы прочитали дату и название, помещение их в список осуществляется очень просто: Hfdate] = name;

Поиск в списке даты, вводимой пользователем, можно выполнить следующим образом: string text; if (H.ContainsKey(date) ) { text = (string) H[date]; } else text = "Not a public holiday";

Для вывода всей таблицы мы должны воспользоваться конструкцией foreach: foreach ( s t r i n g d i n H.Keys) Console.WriteLine(d + " "

{ + H[d]);

Для такого примера пользовательский интерфейс становится достаточно сложным, и мы должны сначала изобразить его эскиз, как это сделано на рис. 8.9. Преобразованный в спецификацию Views, интерфейс приобретает такой вид: s t r i n g spec = @"

8.4 Упорядоченные списки

317 Heading Filename List of holidays Date

Holiday

Рис. 8.9. Эскиз интерфейса к примеру 8.4.

Height=40 halign=center Width=350/> <Button Name = 'read i n ' / >

<Button Name=find Text=Find/> <space height=20/> <Button Name=select Text=Select/>

";

Вывод программы вместе с реальным видом интерфейса показан на рис. 8.10. Разработав интерфейс, мы создаем обработчик, который будет обрабатывать нажатия трех показанных на рис. 8.10 кнопок: for ( ; ; ) { string b = gui.GetControl(); if (b == null) break;

Глава 8. Коллекции

318 Holidays Public Holiday Chooser Reed the date from [holidays.dat List of holidays Holidays from holidays dat t January 21 March 13 April 16 April 27 April 1 May 16 June 9 August 24 September IBOecember 25 December 26 December

read inJ

Type and Find or Choose and Select Date

Holiday (Christmas Day Select

I

Рис. 8.10. Нет текста switch(b) { case "read in": ReadData(gui.GetText("filename")); break; case "find": HandleSelection(gui.GetText("date")); break; case "select": HandleSelection(gui.GetText("list")); break;

Метод HandleSelection включает приведенный выше фрагмент поиска в списке даты, вводимой пользователем; этот метод получит текст, введенный в текстовое поле, и выведет в интерфейсное окно название праздничного дня, если оно существует. Следует отметить, что помимо тех средств, которые мы уже обсуждали, мы ввели в программу еще одну возможность, именно, выбор даты в элементе управления — списке и активизацию дальнейшего поиска с помощью кнопки Select [Выбрать], а не Find [Найти]. После выбора даты программа работает, как и раньше. Ниже приведен полный текст программы. В секции ReadData мы видим еще один экземпляр массива, используемый, когда метод Split разбивает строку line на подстроки, разделяемые пробелами.

8.4 Упорядоченные списки

319

Файл HolidaysGUI.cs using using using using class /*

System; System.10; System.Collections; Views; PublicHolidays { Программа Public Holidays

Bishop & Horspool Feb 2002

* Обслуживает список праздничных дней и обеспечивает поиск * по запросам * Демонстрирует коллекции и расщепители строк * Версия GUI с классом Date */ SortedList H = new SortedList(20); Views.Form gui; string spec = @"

' <Button Name = 'read in'/> <Button Name=find Text=Find/> <space height=20/> <Button Name=select Text=Select/>

"; void Go() { try { gui = new Views.Form(spec); } catch (Esception e) { Console.WriteLine(e.Message); return;

320

Глава 8. Коллекции

HandleQueries(); } void HandleQuiries() { for ( ; ; ) { string b = gui.GetControl(); if (b == null) break; switch(b) { case "read in": ReadData(gui.GetText("filename") ) ; break; case "/tind" : HandleSelection(gui.GetText("date")); break; case "select": HandleSelection(gui.GetText("list")); break; } gui.CloseGUI();

bool ReadData(string filename) { StreamReader fin = null; try { fin = File.OpenText(fileName); } catch (FileNotFoundException e) { gui.PutText("List", e.Message); return false; } gui.PutText("list",""); gui.PutText("list", "Holidays from "+filename); string line; string[] elements; while ((line = fin.ReadLine ()) != null) { elements = line.Split (' ' ) ; string date = elements[0] + " "+ elements [1]; String name = "" //Подсоединим остальные данные //для праздничного дня, например, "New Year's Day for (int i=2; Kelements. Length; name += ' '+elements[i]; gui.PutText("list",date.ToString()); H[date] = name; } return true; } void HandleSelection(string date) { String text text = (string) Hfdate];

8.4 Упорядоченные списки

321

if

(text == null) text = "Not a public holiday"; gui.PutText ("holiday", t e x t ) ; gui.PutText("date", date.ToString()) ; } static new

void Main() { PublicHolidays().Go();

Другие коллекции C# предоставляет шесть коллекций, из которых мы пока обсудили только две: ArrayList и SortedList. Кроме них, можно пользоваться следующими коллекциями: • BitArray [Массив битов] • HashTable [Хеш-таблица] • Queue [Очередь] • Stack [Стек] Каждая коллекция имеет свои индивидуальные свойства и методы. Подробное обсуждение этих коллекций является предметом курса, посвященного структурам данных.

Коллекции, определяемые пользователем Разумеется, программист может определить свои собственные коллекции. Чтобы остаться жизнеспособными, они должны правильно взаимодействовать с циклом foreach и функцией CompareTo. Возможность извлекать последовательные данные, хранящиеся в коллекции, возникает в том случае, если эти объекты принадлежат к перечислимым типам. Для того чтобы тип стал перечислимым, в нем должен быть реализован интерфейс IEnumerable. Это достигается путем реализации в данном типе интерфейса IEnumerator и получения для определяемого класса встроенных средств перечисления. Вот почему циклическая обработка списков SortedList столь проста — для этих списков уже обеспечено поведение перечислимых объектов. Точно также, если в коллекции предполагается упорядочивание элементов, она должна обладать свойством сравнимости. Эти функциональные возможности включены в интерфейсы IComparable и IComparator. Все эти интерфейсы будут обсуждаться в гл. 9, вместе с определением новой коллекции. 11—2047

322

Глава 8. Коллекции

8.5 Проект 4 — Расписание курсов повышения квалификации Постановка задачи Сотрудники фирмы BlowFish Inc. посещают курсы повышения квалификации, и запись с данными о каждом курсе, посещаемым или планируемым к посещению, содержится в файле. Нам хотелось бы выяснить, на какие курсы записались какие сотрудники, и какие курсы оказались востребованными .

Общая структура программы Программа в целом будет состоять из двух классов — для служащих и для курсов, соответственно, а также управляющего класса, который будет формировать расписания курсов и выводить их на печать. Мы предполагаем, что курсы, посещаемые служащими, определяются их должностями и не могут выбираться произвольным образом. Поэтому пример данных о служащем выглядит так: 123456 Mr GI Jones

5155

1

Первые пять полей описывают такие характеристики служащего, как его код, титул, инициалы, фамилия и номер телефона. Последнее поле обозначает должность. Что обозначает должность 1? В программировании данные, которые имеют содержательное значение, могут кодироваться числами, однако это не очень удобно. В данном случае у нас могут быть шесть различных должностей, например, director [директор], manager [управляющий], researcher [исследователь], technician [техник], support [работник вспомогательной службы] и trainee [практикант]. Тогда нагляднее сформировать данные о служащем таким образом: 123456 Mr GI Jones

5155

manager;

Перечислимые типы Замена должностей номерами ведет к снижению наглядности и вероятным ошибкам. К счастью, С# предоставляет встроенный тип, который позволяет связать имена с номерами. Типы такого рода называются перечислимыми и состоят из списка имен в определенном порядке; эти имена могут затем использоваться в программе и выводиться на печать. Ниже приведена форма, описывающая свойства перечислимых типов.

8.5 Проект 4 — Расписание курсов повышения квалификации

323

Определение и использование перечислимых типов модификаторы enum имя_типа {ид1, ид2, ... идп) или идентификаторы идп могут быть явными числами, как в id = value Ввод посредством: перечислимая_переменная = (имя_типа) Enum. Parse (typeof (имя__типа) , значение) ; Вывод посредством: имя типа.ToString(перечислимая переменная) Идентификаторы идп в порядке их перечисления отображаются на целые числа либо неявным образом, либо явно, и образуют набор значений для типа. Если отображение выполнено неявно, первое используемое число есть ноль. При вводе строка может быть преобразована в значение перечислимого типа; недопустимая строка генерирует исключение. При выводе переменная перечислимого типа может быть преобразована в строку.

Используя концепцию перечислимых типов, мы можем объявить в типе Employee public

enum Ranks = {director, manager, researcher, techician, support, trainee}

Внутри программы director будет 0, manager 1 и т. д. Числа в составе данных могут быть преобразованы в перечислимый тип в процессе чтения: rank

= (Ranks)

Enum.Parse(typeof(Ranks)

,v a l u e s [ 5 ] ) ;

Перечислимые типы могут участвовать в операциях сравнения и в циклах, что делает их действительно ценным приобретением. Однако в целом в С# (в противоположность таким языкам, как C++ или Pascal), перечислимые типы не столь необходимы для написания изящных программ, потому что мы можем избавиться от кодирования целыми числами, используя вместо них строки. Строки удачно используются в хеш-таблицах, в качестве меток выбора в предложениях с оператором switch или при вводе посредством методов Parse. Тип, определенный с помощью enum, как и его значения, имеют область видимости внутри того типа, в котором они были определены; при использовании вне типа их обозначения должны предваряться префиксом типа, например, Employee.Ranks.

Коллекции Какого рода коллекции выбрать? Очень часто решение зависит от операций, выполняемых над коллекциями. Рассмотрим сначала коллекцию для курсов. После того, как список курсов будет сформирован, мы должны будем выполнять набор циклов такого рода:

324

Глава 8, Коллекции

для каждого (foreach) курса для каждого (foreach) из предложенных должностей для каждого (foreach) служащего если (if) служащий имеет эту должность, добавить к курсу Поскольку мы заранее не знаем количество служащих, и нам хотелось бы иметь возможность упорядочивания, мы используем упорядоченные списки (SortedList) для хранения всех объектов, создаваемых в двух коллекция. Далее мы рассматриваем типы этих объектов. Каждый курс имеет название, список посещающих его (этот список создаст программа) и список предлагаемых должностей. Этому списку можно придать фиксированный размер, поскольку мы знаем, что будут только шесть должностей. Представляется, что здесь можно использовать массив. Теперь детали: class Course { string name;//Название курса Employee.Ranks[] suggested;//Перечень SortedList attendees;//Посещающие

должностей

Все три поля будут использоваться в главной программе, поэтому мы должны предусмотреть для них свойства. Однако возможно ли построить свойства для структурных значений типа упорядоченного списка? Несомненно возможно. Приведем пример: public SortedList Attendees { get{return attendees;} Тип Employee проще, так как он содержит только строки и целые числа: struct Employee { public enum Ranks {director, manager, researcher, technician, support, trainee} string title;//Титул string initials;//Инициалы string surname;//Фамилия int extension;//Телефон Ranks rank;//Должность int employeeNumber;//Номер Мы объявили Employee структурой (struct), однако Course является классом, так как он содержит внутри себя члены-ссылки. Управляющие структуры для создания списков посещающих курсы и печати тоже интересны, и мы приводим их в программе.

Тестовые данные Программа работает с двумя файлами данных. В первом перечисляются курсы вместе с должностями, для которых они предназначены. Пример таких данных:

8.5 Проект 4 — Расписание курсов повышения квалификации Business_Management manager researcher Computer_Literacy manager support trainee researcher Advanced_Computer_Literacy technician support Accounting_Skills manager trainee

325 technician

Заметьте, что названия курсов даны слитными фразами с символами подчеркивания, чтобы каждое такое название образовывало одну строку. Другим файлом является файл со списком служащих, и м ы эти данные уже описывали. Н и ж е приводится пример. 123456 513094 876632 847646 747329 821739

Mr GI Jones 5555 manager Miss KL Emm 6464 technician Dr JM Mullins 3000 director Mrs В Aye 9119 support Mr Q Wantiss 3321 researcher Mr 10 Uwing 5435 trainee

Программа Файл StaffTraining.es using System; using System.Collections; using System.10; class StaffTraining { ///<summary> ///Программа Staff Training Courses Bishop & Horspool Sept 2002 ///......................•....„.**. ///Создает список служащих, которым требуется посещать курсы ///в соответствии с их положением в организации ///Демонстрирует использование коллекций и перечислимых типов ///
326

Глава 8. Коллекции continue;//Пропустим все пустые строки string[] values = line.Split(' ' ) ; Employee.Ranks[3 suggestions = new Employee.Ranks[values.Length - 1 ] ; for (int i = 1; i < values. Length; i++) suggestions[i-1] = (Employee.Ranks) Enum.Parse( typeof (Employee.Ranks), values[i].Trim()); Course с т new Course(values [0], suggestions); courses[c.Name] = c; line * fin.ReadLine ();

void ReadEmployees(string filename) { StreamReader fin = null; try { fin = new StreamReader(filename); } catch (IOException ioe) { Console.WriteLine(ioe.Message); return; } string line = fin.ReadLine(); while (line != null) { if (line -- "") continue; string[] values = line.Split(' ' ) ; Employee e = new Employee(values) ; employees[e.EmployeeNumber]=e; line = fin.ReadLine();

void OrganizeData() { foreach(string courseName in courses.Keys) { Course с = (Course)courses[courseName]; foreach(int Employee.Ranks i in c.Suggested) { foreach(int employeeNumber in employees.Keys) { Employee e = (Employee)employees[employeeNumber] if (e.Rank == i) с.addAttendant (e);

void PrintResults() { Console.WriteLine("*** Training Schedules * * * ) ; Console.WriteLine("The course lists"); Console.WriteLine("================")• foreach(string courseName in courses.Keys) { Course с = (Course)courses[courseName]; Console.WriteLine(c.Name); if (c.Attedees ! = null) { Console.WriteLine("To be attended by:"); foreach(int employeeNumber in с.Attendees.Keys)

{

8.5 Проект 4 — Расписание курсов повышения квалификации

327

• Employee e = (Employee)с.Attendees[employeeNumber]; Console.WriteLine ("\t" + e) ;

Console.WriteLine(); } Console.WriteLine("The schedules") ; Console.WriteLine("============="); foreach(int employeeNumber in employees.Keys) { Employee e = (Employee)employees[employeeNumber]; Console.WriteLine(e); Console.WriteLine("Is to attend:"); foreach(string courseName in courses.Keys) { Course с =(Course)courses[courseName]; if (c.Attendees != null && с.Attendees.ContainsKey(employeeNumber)) Console.WriteLine("\t" + courseName); } Console.WriteLine ();

static void Main(string[] args) { new StaffTraining () .Go () ; } } class Course { string name; Employee.Ranks[] suggested; SortedList attendees; public string Name { get {return name;} set {name • value; } } public Employee.Ranks [] Suggested { get{return suggested;} » public SortedList Attendees { get {return attendees;} } public Course(string n, Employee.Ranks[] name • n; sugested = s; attendees = null; •

}

public void addAttendant(Employee o) { if (attendees == null) attendees = new SortedList(); attendees[o.EmployeeNumber] = o; struct Employee {

s) {

328 public enum Ranks

Глава 8. Коллекции {director, manager, researcher, technician, support, trainee}

string title; string initials; string surname; int extension; Ranks rank; int employeeNumber; public Employee(string[] values) { title = values[1]; initials = values[2]; surname = values[3]; extension m int.Parse(values[4]); rank = (Ranks) Enum.Parse(typeof(Ranks),values[5]); employeeNumber = int.Parse(values[0]); } override public string ToStringO { return employeeNumber + " " + title + " " + initials + " " + surname + " (" + rank.ToString() + " ) " ; } public int EmployeeNumber { get {return employeeNumber;} } public Ranks Rank { get {return rank;}

Тестирование Работу программы можно проверить с файлами данных, приведенными выше. Возможные усовершенствования программы предлагаются в разделе упражнений. *** Training Schedules *** The course lists Accounting_Skills To be attended by: 123456 Mr GI Jones manager 821739 Mr 10 Uwing trainee Advanced_Computer_Literacy To be attended by: 513094 Miss KL Emm technician 847646 Mrs В Aye support Business_Management To be attended by: 123456 Mr GI Jones manager 747329 Mr Q Wantiss researcher

Основные понятия, рассмотренные в гл. 8

329

Сотриter_Literасу То be attended by: 123456 Mr GI Jones manager 513094 Miss KL Emm technician 747329 M r Q Wantiss researcher 821739 Mr 10 Uwing trainee 847 64 6 Mrs В Aye support The

schedules

123456 Mr GI Jones (manager) Is to attend: Accounting_Skills Business_Management Computer_Literacy 513094 Miss KL Emm (technician) Is to attend: Advanced_Computer_Literacy Computer_Literacy 747329 M r Q Wantiss (researcher) Is to attend: Business_Management Computer_Literacy 821739 M r 10 Uwing (trainee) Is to attend: Accounting_Skills Сотриter_Literacy 847646 M r s В A y e (support) Is to attend: Advanced_Computer_Literacy Сотриter_Literacy 876632 Dr JM Mullins Is to attend:

3000

director

Основные ПОНЯТИЯ, рассмотренные в гл. 8 В главе рассмотрены следующие понятия: классы

коллекции

ссылки

индексаторы

упорядоченные списки

наследование

прямоугольные и рваные массивы

перечислимые типы

цикл foreach

типы enum

330

Глава 8. Коллекции

Введены операторы: [ ] [ ] В главу включены следующие формы: Класс Array (сокращено) Класс ArrayList (сокращено) Объявления массивов — прямоугольные и рваные Коллекция SortedList (сокращено) Цикл foreach для упорядоченного списка SortedList Определение и использование перечислимых типов

Контрольные вопросы 8.1. Объявление, данное ниже, вызывает ошибку компиляции, потому что: struct MyType { int i; double d; MyType t ; string s; }

(а) поле не может быть объявлено того же типа, как и тип, в который оно входит (б) в типе не предусмотрено методов или конструкторов (в) структура не может содержать ссылку на поля ее же типа (г) структура не может содержать ссылок 8.2. Тип «массив» классифицируется, как: (а) тип значений (б) ссылочный тип (в) или тип значений, или ссылочный тип (г) ни то, ни другое; тип «массив» образует собственную группу 8.3. Массив, используемый для хранения числа пациентов, обслуживаемых госпиталем скорой помощи в течение каждого часа дня, будет объявлен, как: (а) int[]

tally

=

new

int[24];

(б) int[]

tally

=

new

int[23];

(в) int[] [] tally (r) Patients[]

=

tally

new =

int[24][]; new Patients[24];

Контрольные вопросы

331

8.4. У нас имеется список объектов, связанных ссылками next, и мы хотим найти объект со значением 6 в поле х. Были выдвинуты четыре варианта программных фрагментов: //Цикл 1 п • list; while (n ! = n u l l n = n.next;

&& n . x

!= 6)

{

//Цикл 2 n = list; do { if (n == null) break; n = n.next; } while (n.x != 6) //Цикл 3 n = list; while (n != null) { if (n.x == 6) break; n = n.next;

Цикл 4 for (n • l i s t ; n != n u l l ; n = n.next) { i f (n.x == 6) break;

Какие из этих циклов работоспособны? (а) циклы 2, 3 и 4 (б) циклы 1 и 3 (в) циклы 1, 2 и 3 (г) циклы 1, 3 и 4 8.5. Только одно из приведенных ниже утверждений неправильно. Какое? (а) Массивы Array имеют фиксированные размеры, однако массивы ArrayList могут неограниченно расширяться. (б) В тип Array встроен метод упорядочивания элементов, а в типе ArrayList его нет. (в) Индексы для массивов Array должны быть целыми числами, а для массивов ArrayList они могут быть чем угодно. (г) Массивы Array могут быть многомерными, а массивы ArrayList могут иметь только одно измерение.

332

Глава 8. Коллекции

8.6. Для объявления рваного массива с 4 строками и числом столбцов, на 1 больше номера строки (т. е. треугольного массива) мы можем использовать: (а) l n t

a[] [ ] ; for

(int int

(б) i n t

a[][]

for

<4;

i ++)

= new i n t [ 4 ] [ i + 1] ;

= new

int[4][i];

(int a[i]

i=0; i

a[] [i]

i = 0;

i

<4;

i ++)

= new i n t [ i + l ] ;

(в) i n t

a[][]

= new i n t [ 4 ] [Row+1 ] ;

(r) i n t

a[][]

= new

for

(int a [i]

int[4][];

i=0; i

<4;

i ++ )

= new i n t [ i ] ;

8.7. Если переменная SL определена, как упорядоченный список с ключами типа string, тогда какой из приведенных циклов выведет все ключи? (а) foreach

(string

s

in

SL)

Console.WriteLine(s.Key); (б) foreach

(string

s

in

SL.Keys)

Console.WriteLine ( S L [ s ] ) ; (в) foreach

(string

s

in

SL)

Console.WriteLine(s); (r) foreach

(string

s

in

SL.Keys)

Console.WriteLine(s);

8.8. Если требуется использовать методы Sort, предоставляемые встроенными типами коллекций, тип элемента должен: (а) быть простым типом (б) определить метод Equals (в) определить метод CompareTo (г) иметь семантику сравнения 8.9. Если мы объявили SortedList fruits = new SortedList (10) и встроили несколько значений типа Fruit в список, где каждое значение состоит из названия фрукта (ключ) и цвета фрукта (значение), то предложение, которое получит значение для лимона (lemon) из этого списка, будет: (а) Fruit

lemon

=

SortedList[lemon];

(б) Fruit

lemon

=

SortedList["yellow"];

(в) Fruit

lemon

=

(r) Fruit

lemon

=

(Fruit)fruits["lemon"]; fruits["lemon"];

Упражнения

333

8.10. Допустимым объявлением для перечислимого типа, описывающего несколько планет (Planets), будет: (а) type

Planets

= enum

{Mercury,

(б) enum

Planets

-

{Mercury,

Mars,

Venus,

(в) enum

Planets

=

{Mercury,

Mars,

Venus, Earth};

(r) enum

Planets

{Mercury,

Mars,

Mars,

Venus,

Venus, E a r t h } ; Earth}

Earth}

Упражнения 8.1. Коллекция любимцев. Начав с простого примера 8.1 организации списка любимцев, измените его так, чтобы в нем использовалась одна из встроенных коллекций. Затем прочитайте список любимцев любой длины и упорядочите его по именам. Если вам понадобятся дополнительные методы, определите их. 8.2. Идентификаторы компьютеров. В проекте составления расписания курсов повышения квалификации нам хотелось бы знать, кому из сотрудников будет нужен идентификатор пользователя компьютера. В списке курсов указано, какие курсы требуют использования компьютера. Расширьте данные для курсов, включив в них маркер, говорящий о том, что это компьютерный курс, а затем выведите список сотрудников, которым нужно предоставить идентификаторы компьютеров. 8.3. Запросы на обучение. Создайте интерфейс Views для программы повышения квалификации сотрудников, который позволил бы пользователям делать запросы о том, кто записался на данный курс, и на какие курсы записался данный сотрудник. 8.4. Электрическое напряжение. Напряжение сети, поступающее в квартиру с подстанции, измеряется каждый час в течение 72 часов, после чего составляется отчет по измерениям. Составьте программу, которая генерирует 72 отсчета и определяет: D среднее измеренное напряжение; •

те часовые интервалы, в которые измеренное напряжение отличается от среднего более, чем на 10%;

о

все соседние часовые интервалы, изменение напряжения между которыми превышает 15% от среднего значения напряжения.

Программа должна вывести таблицу отсчетов, полученных за 72 часа. 8.5. Сумма квадратов. Составьте типизированный метод, который получает через параметры два целых числа и возвращает в качестве своего значения сумму квадратов всех чисел между и включая эти два параметра. Покажите, как вызывается метод для вывода значения i , где i пробегает значения от 1 до 10. Как изменится программа, если данные будут читаться и сохраняться в массиве?

334

Глава 8. Коллекции

8.6. Стандартные проходные баллы. Ученый совет университета постановил, что по каждому курсу по меньшей мере 75% студентов должны получить проходной балл. Это означает, что проходные баллы для разных курсов будут различаться. Составьте программу, которая будет читать файл с оценками и определять наивысшее значение проходного балла, удовлетворяющего правилу, установленному Ученым советом. 8.7. Олимпийские судьи. Во многих индивидуальных состязаниях, например, прыжках в воду или фигурном катании, участвуют до восьми судей, каждый из которых предъявляет оценку, обычно между О и 10. Результатом для соревнующегося является среднее из всех оценок. Напишите программу, которая использует массивы для генерации или чтения восьми оценок для каждого участника и определяет средние оценки и победителя. Пронумеруйте судей от 0 до 7. Обратите особое внимание на состав класса и коллекции. 8.8. Предвзятые судьи. Для некоторого соревнования было решено, что очки судей, давших минимальные и максимальные оценки, будут исключены из вычисления среднего балла. Добавьте в свою программу эту функциональную возможность. •

8.9. Судьи из разных стран. В упражнении 8.7 мы хотели бы вместо номеров судей выводить название страны, к которой они относятся. Используйте массив для организации списка названий стран для дежурных судей и модифицируйте программу, чтобы ее вывод был более информативным. 8.10. Рост популяции. Начиная с 1980 г. статистика популяции пингвинов в Антарктике заносилась в компьютерные файлы, где каждая строка содержала год и число пингвинов, сосчитанных в этом году. Составьте программу, которая будет читать этот файл и находить два соседних года, в которые отмечался максимальный рост популяции. Исходные данные не обязательно упорядочены по годам, поэтому сначала следует выполнить их упорядочивание. 8.11. Двуязычный календарь. Разработайте программу, которая будет выводить календарь, один месяц под другим. Затем, используя упорядоченный список, включите в него варианты названий месяцев и дней недели на разных языках (скажем, французском, испанском или немецком) и предоставьте пользователю возможность выбирать язык, на котором будет выведен календарь. 8.12. Праздничные дни наоборот. В качестве интересного дополнения к примеру 8.4, введите данные из другой таблицы, в которой перечислены названия праздничных дней, и получите в качестве выходных данных дату заданного праздника.

Полиморфизм и наследование

9

Разработка программного обеспечения сегодня редко выполняется одним человеком или в течение конечного интервала времени. Программы имеют тенденцию развиваться и изменяться вместе с изменениями окружающего мира. Объектно-ориентированные языки особенно удобны для внесения в программы изменений такого рода, и С# предоставляет три механизма для существования в изменчивом мире — интерфейсы, наследование и абстрактные классы. Для того чтобы обеспечить полиморфизм и расширяемость, эти механизмы используют некоторые вспомогательные концепции, именно, сериализацию, перегрузку операторов, сравнение классов и преобразование классов. Мы последовательно рассмотрим все эти понятия вместе с соответствующими примерами.

9.1 Объекты в изменчивом мире Программы, которые мы разрабатываем для моделирования класса объектов, редко бывают безупречными. С течением времени в них наверняка придется вносить изменения и дополнения, если мы хотим, чтобы программой все еще можно было пользоваться. Можно выделить две группы методов, способствующих эволюции программ: •

полиморфизм, когда методы и коллекции могут использоваться с самыми разнообразными типами;

• расширяемость, когда тип может приобретать дополнения и расширения на более поздних стадиях разработки без изменения того, что уже существует и используется. В С# эти методы основаны на трех механизмах — наследования, интерфейсов и абстракций.

Полиморфизм Полиморфизм может проявляться по-разному. С первым типом полиморфизма мы сталкиваемся, когда хотим образовать коллекцию или массив, которые могут содержать в себе объекты различных типов. Типы будут

336

Глава 9. Полиморфизм и наследование

схожи в том отношении, что у них будут некоторые общие поля и методы, но нет необходимости записывать их вместе во времени или пространстве программы. Например, университет может иметь две совершенно разные системы регистрации сотрудников и студентов, но программа учета компьютерных пользователей может извлекать информацию из обеих систем. Программа учета пользователей будет в этом случае полиморфной коллекцией, потому что в нее будут входит члены различных типов. Второй тип полиморфизма проявляется в методах, которые могут осуществлять свои операции над различными типами. Классическим примером является упорядочение. Мы уже видели, что Array.Sort является весьма полезным методом, которому не нужно знать тип упорядочиваемых им объектов. Правда, какая-то информация ему все-таки нужна, что не бросалось в глаза, когда мы упорядочивали встроенные типы. Для того чтобы выполнять упорядочение последовательности объектов, необходимо определить понятие порядка для этого типа. Программа упорядочения на каждом шаге должна знать, должен ли объект а выстраиваться перед объектом b в соответствии с присущим им порядком следования. Это функциональное качество обычно инкапсулируется в методе CompareTo, который по договоренности реализуется во всех типах, для которых возможна операция упорядочения. Поэтому метод CompareTo является полиморфным. К примеру, в программе учета университетских пользователей нам понадобится метод, который будет знать, как сравнивать пользователей, из которых одни являются сотрудниками, а другие — студентами. Например, сравнение может использовать идентификаторы пользователей.

Достижение полиморфизма Полиморфизм можно получить посредством интерфейсов или наследования. Выбор метода зависит от того, насколько тесно связаны используемые типы. Если типы в большой степени независимы, поскольку их разрабатывали разные организации или люди, и имеют минимальное перекрытие, тогда более удобны интерфейсы. На рис. 9.1, а показано, как функционируют интерфейсы. Центральная полиморфная коллекция А и определяемый полиморфный метод М вместе используют интерфейсное имя I как свой тип. Интерфейс / располагается между управляющим методом D главного класса и любым числом других классов (на рисунке показаны три). Каждый из них реализует М по-своему. В примере 9.3, который будет рассмотрен позже в этой главе, мы показываем, как извлекать информацию из списка лиц, которым разрешен вход в здание (этот список эквивалентен коллекции А), исходя из типов сотрудника и студента (эквивалентных классам С1 и С2). Каждый тип будет иметь собственный вариант метода проверки (М), который решает, действителен ли еще их пропуск в здание. / является тем интерфейсом, который определяет, что метод проверки М — это именно то, что связывает полиморфный список А с исходными типами С1 и С2.

337

9.1 Объекты в изменчивом мире

D

D

А есть коллекция объектов типа 1 Вызов М для обработки элементов коллекции А

А есть коллекция типов С1, С2, СЗ Вызов М для обработки элементов коллекции А

1

/

•

\ Спецификация ^

I

\

С1

/

м

^

С1

С2

СЗ

м

м

м

С2

сз

М

м

Рис. 9 . 1 . Структура полиморфизма

Полиморфизм может быть также достигнут посредством наследования, которое удобно в тех случаях, когда типы более тесно связаны, чем классы, совместно использующие интерфейс, в том смысле, что в них входят общие методы или поля. Имеется базовый класс с именем С1 на рис. 9.1, б, который адаптируется классами С2 и СЗ. Главный управляющий класс D объявляет коллекцию типа С1, но в нее могут также войти и объекты С2 и СЗ. Все классы могут реализовать метод М, и имеются правила, определяющие, как вызывается каждая из реализаций. Примером полиморфизма с наследованием будет система, изображенная на рис. 8.3. Различные спектакли для конкретного события (оперы «Аида») будут храниться в массиве того или иного рода, но некоторые из них будут принадлежать простому типу, а некоторые — расширенному, с полем «бенефис». С течением времени могут появиться и дополнительные расширения. Как уже упоминалось в разделе 8.1, метод М может быть, например, методом удаления, который по-разному функционирует для обычных спектаклей (Ci) и спектаклей-бенефисов (С2). Сказанное выше является простым введением в полиморфизм. И наследование, и интерфейсы имеют жесткие правила, определяющие их функционирование; эти правила будут рассмотрены в следующем разделе.

Расширяемость Расширяемость обычно реализуется посредством наследования, хотя есть и другой способ: абстрактные классы и методы. Мы начинаем с базового класса, а затем создаем производные классы, которые могут: • использовать члены базового класса без изменений, при условии, что к ним открыт доступ; • замещать члены базового класса для расширения функциональных возможностей; • добавлять новые члены, даже с теми же именами, что и старые.

338

Глава 9. Полиморфизм и наследование

Производные классы можно использовать во всех случаях, когда может использоваться базовый класс. Таким образом, коллекция А может начать с того, что в нее будут входить лишь объекты типа С1, но с течением времени она будет расширена включением новых функциональных возможностей объектов С2 и СЗ. Например, студенческий класс, о котором шла речь выше, может быть в дальнейшем расширен возможностями хранения данных об аспирантах, и тогда в него должны быть добавлены поля для консультанта и темы диссертации, которые не нужны для обычных студентов. При использовании наследования базовый класс самодостаточен, а производные классы могут произвольным образом расширять и изменять свойства базового класса. Важной возможностью в концепции наследования является объявление базового класса или некоторых его методов абстрактными, что означает, что эти методы не имеют реализации в базовом классе. Задача реализации этих методов возлагается на производные классы. В этом случае рис. 9.2, б будет выглядеть по-другому: в коллекции Л фактически не будет объектов С1, поскольку объекты не могут быть созданы от абстрактных классов. Очевидно, что объекты нельзя создать потому, что абстрактный класс не полностью реализован. С1 главным образом служит определением того, что потребуется позже. Продолжая наш пример, класс С1 на рис. 9.1 может быть объявлен, как тип Student [учащийся], но быть абстрактным классом, содержащим лишь некоторые возможности. В этом случае в качестве С2 и СЗ могли бы выступать классы Undergrade [студенты] и Postgrads [аспиранты], и в них будут практически реализованы все недостающие детали.

Какой механизм выбрать? Теперь, наверное, вам стало ясно, что интерфейсы, наследование и абстрактные классы предоставляют в значительной степени одни и те же возможности, и в большинстве случае являются взаимозаменяемыми решениями, дающими одинаковый результат. Выбор того или иного механизма зависит главным образом от общих характеристик проекта — как уже отмечалось, следует принимать в расчет степень независимости классов — однако каждому из механизмов свойственны определенные ограничения, которые могут склонить чашу весов в пользу того или иного выбора. Основные ограничения заключаются в следующем: 1. Тип может наследовать лишь от единственного типа, в то время как реализовывать может любое число интерфейсов. 2. Интерфейсы могут включать лишь методы, свойства, индексаторы и события. В них не могут содержаться, например, поля и операторы, которые, однако, могут входить в базовый класс. 3. Объекты не могут быть созданы от классов с абстрактными членами, при этом объявление членов абстрактными требует их определения в производных классах.

9.2 Интерфейсы ради полиморфизма

339

Как подходить к выбору наилучшего метода, будет показано в приводимых ниже примерах. Сначала мы рассмотрим перечисленные механизмы более детально.

9.2 Интерфейсы ради полиморфизма В разделе 9.1 мы уже упомянули, что методы могут воздействовать на самые разные типы данных при условии, что они удовлетворяют определенным характеристикам. Интерфейс — это то место, где определяются эти характеристики. Интерфейс состоит из набора методов, свойств, индексаторов и событий. (Заметьте, что в этом списке нет полей, но, разумеется, наличие свойств позволяет обращаться к ним на уровне get и set.) Другими словами, интерфейсы только определяют, что можно делать с объектами соответствующих типов; интерфейс не содержит состояний или иной конкретной информации.

Использование существующего интерфейса Мы начнем наше обсуждение интерфейсов со знакомства с существующим интерфейсом в пространстве имен С# System, который показан в приведенной ниже форме. Интерфейс IComparable public int CompareTo(object

obj)

Реализация метода CompareTo должна возвращать отрицательный результат, если текущий объект при сравнении оказывается меньше чем obj (т. е. располагается перед ним по установленным правилам упорядочения); ноль, если они равны; положительное значение, если текущий объект больше, чем obj. Смысл сравнения определяется в самом методе.

Интерфейс IComparable используется методами упорядочения и поиска, уже определенными для массивов и других коллекций. Он уже реализован для таких базовых типов, как int и string, а также для всех типов, определенных в пространстве имен System, например, в DateTime. Важно отметить, что сравнение не является побитовым; оно может быть определено требуемым образом в соответствии с правилами упорядочения для даного типа. Для того чтобы тип мог реализовать интерфейс, он должен удовлетворять двум требованиям: 1. Объявить интерфейс в своем заголовке. 2. Предоставить программное тело для каждого члена, указанного в интерфейсе.

340

Глава 9. Полиморфизм и наследование

В качестве примера предположим, что у нас есть небольшой класс, фиксирующий имена сотрудников организации вместе с датами их поступления на работу. Класс может выглядеть приблизительно следующим образом: public class Staff { string name; int startDate; public Staff (string name n;

n)

{

startDate = DateTime.Now.Year; } public string Name { get {return name;} } public int StartDate { get {return startDate;} } public override string ToStringO { return "Staff "+name;

Предположим далее, что у нас есть массив сотрудников с соответствующими датами, и мы хотим упорядочить этот список. Метод Array.Sort требует, чтобы элементы массива могли сравниваться друг с другом с использованием метода CompareTo, как это определено в интерфейсе IComparable. Поэтому мы реализуем интерфейс для нашего класса. Шаг 1 дает нам: public

class

Staff

:

IComparable

{

На шаге 2 мы должны решить, что должен делать метод CompareTo. Если мы примем, что у двух людей не может быть полностью совпадающих имен (или при наличии такого совпадения не имеет значения, в каком порядке они будут включены в список), мы можем определить CompareTo таким образом: public i n t CompareTo(object о) { return (name.CompareTo( (Staff) o).name));

Другими словами, мы передаем полномочия сравнения методу CompareTo, уже определенному для строк. Важным элементом этого метода является преобразование типа: CompareTo по-разному определяется для различных объектов. Все классы наследуют от супертипа object, но желая конкретно обратиться к полю name, мы должны обеспечить передачу методу параметра именно типа Staff. После того, как класс Staff получил описанное расширение, мы можем завершить относящиеся к делу части программы следующим образом:

9.2 Интерфейсы ради полиморфизма

341

Staff[] staffList • new Staff[100]; //Заполняем данными п объектов Array.Sort(staffList,0, n) ; В этом примере Sort является полиморфным методом, соответствующим методу М на рис. 9.1, a; staffList — это коллекция А, а класс Staff мог бы быть любым из классов Cl, C2 или СЗ.

Альтернативные методы сравнения Может показаться, что после того, как мы реализовали IComparable описанным образом, мы вынуждены использовать только сравнение по полю name. А если мы хотим выполнить упорядочение по другому полю, например, startDate? Это тоже можно сделать. В С# предусмотрен другой интерфейс с именем IComparer, который входит в пространство имен System.Collection. Он соответствует следующей форме: Интерфейс IComparer public int Compare(object x,

object

y)

Реализация метода Compare возвращает отрицательный результат, если текущий объект х меньше, чем объект у; ноль, если они равны; положительный результат, если объект х больше, чем объект у. Смысл сравнения определяется в самом методе.

Мы может заставить метод Sort использовать конкретный метод Compare, вызывая его с указанием четвертого параметра: Array.Sort(staffList,0,n,compareByDate);

Объект compareByDate программируется так, чтобы содержать в себе метод Compare, который выполняет необходимое сравнение дат поступления на работу, например: public class StaffByDate : IComparer { public int Compare(object x, object y) { return (((Staff)x).startDate. CompareTo(((Staff) y) . startDate));}

Обычно этот класс объявляется внутри главного класса Staff. Тогда мы можем создать экземпляр объекта и передать его расширенному варианту Sort: Array.Sort(staffList,0,count, new Staff.StaffByDate() ) ;

Используя описанную методику, мы можем неограниченно расширять количество различных способов сравнения объектов.

342

Глава 9. Полиморфизм и наследование

Определение интерфейсов Следующим шагом будет определение наших интерфейсов. Начнем с простого примера и выясним, из каких шагов состоит этот процесс. Пример 9.1. Определение интерфейсов

В программе реализуется пример, обсуждаемый в разделе 9.1 и показанный на рис. 9.1, а. Файл lnterfaceTest.cs using System; namespace InterfaceTest { intetface I { string M () ; } class Driver { ///<summary> ///Программа Test Interface Bishop & Horspool Sept 2002 ///Демонстрирует базовую структуру полиморфизма /// void Go () { Cl cl = new Cl(); C2 c2 = new C2 () ; C3 c3 = new C3 () ; Poly(cl,c2); Poly(c2,c3); } void Poly(I i, I j) { Console.WriteLine("I am "+i.M() +" you are " + j.M()); } static void Main() { new Driver().Go();

class Cl : I { public string M() { return "good old Cl

class C2 : I { public string M() { return "happy C2";

class C3 : I { public string M() { return "beautiful C3

9.2 Интерфейсы ради полиморфизма

343

Определение интерфейса включает следующие шаги: 1. Определите интерфейс I с методом М. 2. Для каждого из используемых классов Cl, С 2 и СЗ объявите, что они реализуют I включением в объявление конструкции ": Г'. 3. Обеспечьте программное тело метода М каждого класса. 4. Объявите полиморфный метод (в примере названный Poly) с параметрами типа I. 5. Изнутри метода Poly вызывайте метод М для передаваемых параметров. В результате будет вызваться соответствующий вариант М, и вывод управляющей программы будет выглядеть так: I am good old Cl and you are happy C2 I am happy C2 and you are b e a u t i f u l C3 [Я старый знакомый Cl, а ты счастливчик С2] [Я счастливчик С2, а ты красавица СЗ] Интерфейс I очень прост, но, собственно говоря, все интерфейсы не сложны. Для общности приведем форму для интерфейса: Определение интерфейса модификатор i n t e r f a c e имя : база { определения методов, свойств, индексаторов и событий Интерфейсы могут иметь любые модификаторы доступа, и могут наследовать от других интерфейсов. Они определяют набор характеристик, которые передаются всем типам, реализующим интерфейс.

Преобразование классов Полиморфизм используется главным образом в тех случаях, когда у нас есть коллекции объектов различных типов. Каким образом обеспечить, чтобы с каждым типом выполнялись только предназначенные для этого типа операции? Для этого нам нужна коллекция, скажем, массив, объявленный с этим интерфейсом. Тогда массив можно будет заполнить любыми объектами, классы которых реализуют этот интерфейс. Пример 9.2. Интерфейсы для упорядочения Используя поэтапный пример, рассмотренный выше, давайте сначала расширим два класса, чтобы они включали данные-члены п и в , соответственно, вместе с соответствующими конструкторами и свойствами, как это показано ниже. Мы также изменяем их методы М, чтобы они выводили значения своих переменных.

344

Глава 9. Полиморфизм и наследование

class C1 : I { int republic ci о {} public Cl (int i) { n = i; } public int N { get {return n; } } public string M() { return "good old Cl aged

" + n;

class C2 : I { string s; public C2 () {} public C2 (string t) { s = t; } public string S { get {return s; } } public string M() { return "happy C2 "+s

Если мы объявим в управляющей секции массив таким образом: I[]

A

= new

I[10];

то мы сможем включить в него классы: А[0]

= new

Cl (23) ;

A[l]

= new

С2("today");

и т. д. Согласно принципам интерфейсов, установленным выше, мы все еще можем пользоваться такими ссылками:

Теперь предположим, что далее в программе мы пытаемся выполнить следующее: if

(А[0]==А[1])

{...//и

т.

д .

Будет ли эта операция разрешена? Нет, потому что два элемента А объявлены, как элементы разных типов. Можно ли их сделать одинаковыми? Нет. Они принципиально принадлежат к разным типам. Каким же обра-

9.2 Интерфейсы ради полиморфизма

345

зом мы можем упорядочить этот массив, что, вполне возможно, нам понадобится? Ответ заключается в том, что мы будем проверять тип каждого элемента и, возможно, преобразовывать его в другой тип. Три используемых нами механизма показаны в форме, приводимой ниже.

Преобразования и проверки типов имя_объекта i s имя_типа имя_объекта as имя_типа (имя типа) имя объекта Оператор is возвращает true, если объект оказывается данного типа и false в обратном случае. Оператор as преобразует данных объект в данный тип, но если преобразование недопустимо, возвращает null. Третий вариант, известный как преобразование типа, преобразует объект данного типа, но если преобразование недопустимо, генерирует исключение InvalidCastException.

Класс может быть неявно преобразован вверх в класс, из которого он наследуется или который он реализует, и явно преобразован вниз в производный от этого класс. Именно это явное преобразование и может потерпеть неудачу. Например, если мы имеем С1 с = new C1 () ; I i;

тогда i = cl; cl = (Cl)i;

//Преобразование вверх - всегда работает //Преобразование вниз - может и не работать

Для того чтобы избежать возбуждения исключения, мы можем использовать операторы is и as для защиты явного преобразования. Таким образом, надо написать следующее: if

(i i s Cl) cl = (Cl)i; else //Вывести сообщение об ошибке Этот метод используется в методах CompareTo в примере 9.3. Пример 9.3. Обработка пропусков для прохода в здание Факультет вычислительной техники имеет много ценного оборудования, и использует для прохода сотрудников и студентов в здание систему пропусков. В конце каждого года пропуска обновляются или аннулируются. Правила выполнения этой операции встроены в «бизнес-алгоритм» соответствующей системы учета. То есть имеются две системы учета, для сотрудников и для студентов, созданные и функционирующие независимо, и даже расположенные на разных компьютерах.

346

Глава 9. Полиморфизм и наследование

Для того чтобы выполнить обновление пропусков в конце года, мы выберем из этих баз данных все относящиеся к делу записи и затем в каждом случае вызовем метод проверки и подтверждения (или аннулирования). Этот процесс и будет нашим полиморфным методом, который требует наличия интерфейса с методом проверки и двух классов, для сотрудников и студентов, в которых этот метод будет реализован. Структура программы приведена на рис. 9.2. AccessControl register является массивом интерфейсов laccess вызов метода Valid для элементов register IAccess Valid /

\

Staff

Student

Valid

Valid

Рис. 9 . 2 . Программа проверки пропусков с использованием интерфейса

Программа в общем следует процедуре рассмотренного выше простого примера, но в ней имеются и некоторые дополнительные черты. Прежде всего, нам требуется определить упомянутый выше «бизнес-алгоритм». Кто получит пропуск на следующих год? Мы остановились на реализации следующих правил: 1. Все сотрудники получают пропуск на следующий год. 2. Из студентов получают пропуск на следующий год те, кто в течение года или более работал в качестве наставника. 3. Пропуска всех остальных студентов аннулируются: для получения пропуска им следует обратиться с соответствующим заявлением. В классе Staff, таким образом, метод Valid будет выглядеть так: public bool Valid() return true;

{

а для студентов так: p u b l i c bool Valid() { return (tutorYears >0);

9.2 Интерфейсы ради полиморфизма

347

Интерфейс, разумеется, будет таким: i n t e r f a c e IAccess bool Valid ( ) ;

{

и оба класса его реализуют. С целью тестирования программы мы будем вводить в нее простые тестовые данные посредством формы Views, и записывать их в реестр, объявленный как IAccess[]

register

= new

IAccess[100];

Было бы неплохо иметь возможность упорядочения реестра перед выводом его содержимого вместе со сведениями о том, кому был продлен пропуск в здание. Для этого мы опять должны реализовать IComparable. Сложность здесь заключается в том, что после записи о сотруднике следующим элементом реестра может быть запись о студенте. Каким образом можно сравнивать записи о сотруднике и студенте, когда им присущи совершенно разные поля, и создавались они тоже независимо друг от друга? Нам нужно принять решение, что, скажем, запись о сотруднике упорядочивается перед всем остальным, а запись о студенте упорядочивается после всего остального. Тогда метод CompareTo класса Staff будет выглядеть таким образом: public i n t CompareTo(object о) { i f ( о is Staff) return (name.CompareTo(((Staff) o) .name)); //о — это Student [студент] return - 1 ; //Staff[сотрудник] всегда помещается перед студентом Мы начинаем с проверки, является ли второй объект (параметр) объектом Staff. Если это так, мы можем преобразовать его вниз из типа IAccess в тип Staff и выполнить сравнение имен. В противном случае мы возвращаем —1, которая означает меньше чем. Хотя комментарий относится к записям о студентах, в приведенном фрагменте нет ничего, что связало бы нас на этом этапе с классом Student: Staff ничего об объектах класса Student не знает. Аналогично, метод CompareTo в классе Student выглядит так (на этот раз мы опускаем комментарии): public i n t CompareTo(object о) { i f ( о is Student) return (number.CompareTo(((Student) o) .number)); return 1 ; Все, что остается — это организовать с помощью Views пользовательский интерфейс, написать обработчики событий посредством ActionPerformed и протестировать программу. Ниже приведен ее полный текст.

348

Глава 9. Полиморфизм и наследование

Файл University.cs using System; using Views; namespace University { ///<summary> ///Программа Access Control // / ill

•

Bishop

& Horspool 2002

~

///Сохраняет информацию о сотрудниках и студентах, затем ///оценивает, кто имеет право входа в университет в следующем году ///Демонстрирует определение и использование интерфейсов /// i n t e r f a c e IAccess { bool Valid ( ) ; }

class AccessControl { Views.Form f; void SetUpForm() { try { f = new Viwes.Form(@"

<Button Name = Enter/> <Button Name = Appoint/> <Button Name • 'End of Year'/>

"); } catch( Exception e ) { Console.WriteLine( "Exception caught, message follows:\n{0}", e.Message); void Go() { SetUpForm() ; string c;

9.2 Интерфейсы ради полиморфизма for (;;) { c=f.GetControl(); if (c==null) break; ActionPerformed(с); } f . Dispose () ; int kind; int number; string name; IAccess[] register = new IAccess[100]; int count; void HandleAppointments() { number = int.Parse(f.GetText("Number bool found = false; int i; Student s; for (i = 0; i
if

(found) { s = (Student) register[i] ; s .Appoint () ; f.PutText("List",s+" appointed; years now + s.TutorYears); } else f.PutText("list","No such student\n");

} void EnterPerson() { kind = f.GetValue("Student"); switch (kind) { case 1: { number = int.Parse(f.GetText("Number")) register[count] = new Student(number); break; } case 0: { name • f.GetText("Name"); register[count] = new Staff(name); break;

f.PutText("List",register[count].ToString()); count++;

349

350

Глава 9. Полиморфизм и наследование ActionPerformed (string с) { switch (с) { case "Student" : { f .PutValue{"Staff",0) ; break; } case "Staff" : { f.PutValue("Student",0); break; } case "Name": case "Number" break;

: {

case "Enter" : { EnterPerson(); break; } case "Appoint" : { HandleAppointments(); break; } case "End of Year" : { UpdateAccess(); break; } }//switch с }//ActionPerformed void UpdateAccess() { Array.Sort(register,0,count); f.PutText("List", "People granted access for the new year"); for (int i=0; i
s t a t i c void Main() { new AccessControl().Go();

class Student : IAccess, IComparable { int number; int tutorYears; public Student(int n) { number = n; tutorYears = 0; } public void Appoint () { tutorYears++;

9.2 Интерфейсы ради полиморфизма public int Number { get {return number;} } public int TutorYears { get {return tutorYears;) } public bool Valid { return (tutorYears > 0 ) ; } public override string T'oStringO { if (tutorYears == 0) return "Student " +number+"("+tutorYears+")"; else return "Tutor "+number+"("+tutorYears+")"; } public int CompareTo(object o) { if (o is Student) return (number.CompareTo(((Student) o) .number)); else //о — это Staff, return 1;//он всегда помещается перед Student

public class Staff : IAccess,iComparable { string name; int startDate; public Staff(string n) ( name = n; startDate = DateTime.Now.Year; } public string Name { get {return name;} } public int StartDate { get {return startDate;} } public bool Valid { return true; } public override string ToStringO { return "Staff "+name; } public int CompareTo(object o) { if (o is Staff) return (name .CompareTo(((Staff) o) .name)); else //о — это Student return -1;//Staff всегда помещается перед Student

Типичный вывод программы приведен на рис. 9.3.

351

Глава 9. Полиморфизм и наследование

352

W e l c o m e to A c c e s s Control U p d a t e Г Staff Vf Sludent Name

jJoru

for staff

Number

120034040

tor students

End of Year Staff Jones Student 20031П 1(0) Student 20031103(0) Tutor 20031103(1) appointed: years now 1 Student 20002007(0) Tutor 2000t0Q?(1) appointed; yeeis now 1 Tuior 20002007(2) appointed; years now 2 Tutor 20002007(3) appointed; years now 3 Student 20034040(0) People gtanted access far the new year Staff Serra Access ValidO Staff Bishop Access Validfl Staff Horsptral Access Valid Start Jones Access Valid Student 20031111(0) NoAccessI Tutor 20031103(1) Access VaiidO Tutor 20002007(3) Access ValioH Student 20034040(0) Ко Access!

Рис. 9.З. Вывод программы обработки пропусков для прохода в здание

Перегрузка операторов В примере 9.3 мы определили методы СотрагеТо в классах Student и Staff для реализации интерфейса IComparable. Именно благодаря этому интерфейсу мог функционировать метод Array.Sort. В самой программе мы не вызывали непосредственно метод СотрагеТо. Если бы мы захотели выполнить сравнение двух объектов, было бы удобнее использовать вместо вызова метода оператор сравнения. С# предоставляет возможность перегружать почти все стандартные операторы, задавая их действие для новых типов. Заметьте, что некоторые операторы перегружены быть не могут: ключевое слово new, используемое в конструкторах вызов метода ( ) условные булевы операторы и && оператор присваивания = Цель перегрузки оператора сравнения применительно к классам Staff и Student заключается в том, чтобы мы могли написать:

9.2 Интерфейсы ради полиморфизма IComparable s i ,

353

s2;

//Где s i и s2 являются объектами Staff //или Student //Получаем значения в s i и s2 i f (sl<s2) . . . и аналогично для любых других операторов, которые могли бы нам пригодиться. Форма объявления перегруженных операторов приведена ниже. Перегружаемые операторы могут быть, например, арифметическими, поэтому результат не обязательно должен быть булев, а может принадлежать любому типу, как это показано в форме.

Перегрузка операторов public s t a t i c тип-возврата operator оператор (тип1 операнд!, тип2 операнд2) { . . . предложения, 'определяющие требуемое значение r e t u r n результат; //результат должен иметь тип тип-возврата Оператор оператор перегружается для типов, указанных в параметрах, давая тип возвращаемого значения тип-возврата. Эти типы при необходимости могут совпадать. Если определяется оператор <, то и оператор > должен быть определен. Если определен оператор ==, то и оператор != должен быть определен.

Ниже приводится пример перегрузки операторов для класса Student, который использует фрагмент из метода CompareTo: public s t a t i c bool operator < (Student ol, object o2) { if (o2 is Student) return ((Student) ol) .number < ((Student) o2).number; else //o2 — это Staff return false;//Staff всегда помещается перед Student public s t a t i c bool operator > (Student ol, return ! (ol < o2) ;

object

o2) {

Заманчиво, казалось бы, переопределить как можно больше операторов, но здесь есть скрытый недостаток, заключающийся в том, смысл их может быть туманным. Если, например, вспомнив нашу маленькую структуру Time с часами и минутами, мы определим: public s t a t i c Time operator + (Time t,

int

x)

{

то к чему будет прибавляться х, к часам или минутам? Для того чтобы избежать путаницы, лучше прибегать к методам.

12—2047

354

Глава 9. Полиморфизм и наследование

9.3 Расширяемость с наследованием Как уже было объяснено в разделе 9.1, для обеспечения полиморфизма и расширяемости могут быть использованы как наследование, так и интерфейсы. Поэтому название этого раздела не следует понимать, как исключение из рассмотрения метода интерфейсов, а просто как подчеркивание метода наследования. Наследование — это механизм, обеспечивающий взаимоотношения классов в их иерархии. В простейшем случае, каждый класс наследует от класса, расположенного над ним, и сам добавляет некоторое число новых членов, возможно, замещая старые члены с теми же именами. Более сложные иерархические структуры формируют деревья, но такие случаи, пожалуй, редки. Большинство иерархических структур представляют собой либо горизонтальный набор классов, каждый из которых наследует от одного и того же базового класса, либо длинную вертикальную цепочку классов, в которой каждый класс наследует от вышележащего. В гл. 10 мы рассмотрим некоторые более сложные системные иерархии, но здесь мы ограничимся простыми структурами. Однако, чтобы соблюсти формальности, мы приведем почти полную форму определения класса с наследованием с указанием различных вариантов наследования. Определение класса модификаторы1 abstract class имя : базовое_имя, интерфейсы { модификаторы! модификаторы2 поля модификаторы! модификаторыЗ свойства модификаторы! модификаторыЗ индексаторы модификаторы! модификаторыЗ методы модификаторы! имя : base (аргументы) или this (аргументы) { предложения } модификаторы! вложенные -типы }

где модификаторы! это любые модификаторы из следующих public i n t e r n a l private protected модификаторы2 это любые модификаторы из следующих new s t a t i c модификаторыЗ это любые модификаторы из следующих override new v i r t u a l abstract s t a t i c Могут быть использованы также другие модификаторы Каждый из элементов может быть включен в любом порядке. Для наследования данное базовое_имя является именем базового класса. В конструкторе ключевое слово base используется для ссылки на этот класс. Подробные пояснения к этой форме будут даны ниже.

9.3 Расширяемость с наследованием

355

Наследование является более богатым механизмом, чем интерфейсы, по нескольким причинам: 1. Допускается включение не только методов, но и полей. 2. В рамках иерархии имеется возможность замещения и сокрытия членов. 3. Наличие модификаторов доступности играет важную роль в показе и сокрытии различных членов по мере разработки каждого нового класса. 4. В рамках такой иерархии могут создаваться объекты различных типов, хотя и не всегда успешно, что зависит от правил преобразования типов. 5. Виртуальные методы можно как реализовывать в базовом классе, так и оставлять их абстрактными. Все это изобилие возможностей можно, конечно, изучить на теоретическом уровне. На практике, однако, примеры часто оказываются более простыми. Пример 9.4. Расширение класса учащихся Предположим, что в классе Student в примере 9.3 мы хотим обслуживать аспирантов несколько иначе. Они по-прежнему будут иметь номер учащегося и длительность работы в качестве наставников, так же, как и методы Appoint и Valid, но нам хотелось бы добавить в объекты еще и имя их куратора. Для этого мы создаем новый класс, который наследует от класса Student. В этом классе PostGrad [аспиранты] по-прежнему остаются доступны все члены класса Student, но PostGrad содержит дополнительные данные: class Postgrag : Student { string supervisor; public Postgrad (int n, string supervisor = s; public get

s)

: base

(n) {

string Supervisor { {return supervisor;}

}

public override string ToStringO { return "Postgrad "+base.ToString ()+"

with

" + supervisor;

PostGrad объявляется производным от класса Student, как это указано в первой строке. В объявлении не упоминаются интерфейсы (IAccess и IComparable), так как класс их не использует. Затем определяется локальное поле для имени куратора, которое является закрытым, но далее описывается свойство для доступа к его зна-

356

Глава 9. Полиморфизм и наследование

чению, как это обычно и делается. Конструктор класса выполняет два действия: он вызывает базовый класс (Student) для установки полей number и tutorYears, и копирует дополнительно передаваемое ему значение в поле supervisor. Желательно, чтобы каждый класс сам инициализировал определяемые им поля. В противном случае придется либо открыть непосредственный доступ к полям, что сделает их более уязвимыми, либо включить в класс свойство set, чего до сих пор нам удавалось избегать. В классе PostGrad больше полей, чем было в классе Student, поэтому в нем необходимо предусмотреть расширенный метод ToString. Еще раз отметим, что этот метод вызывает базовый класс для получения из него той части возвращаемой строки, которая включает поля, определенные в базовом классе. Итак, не трогая класс Student, мы расширили функциональные возможности программы. Очевидно, что и в другие места программы придется внести изменения, особенно в части создания объектов. Однако мы уже внесли в интерфейсную форму управляющие элементы для различения студентов и аспирантов, так что не составит большого труда добавить третью кнопку-флажок CheckBox, которая позволит создавать объекты типа PostGrad.

Доступность и наследование Доступность полей и методов является важной характеристикой для классов, составляющих иерархию наследования, и С# предоставляет здесь дополнительные возможности защиты. Элементы класса могут объявляться с пятью различными модификаторами доступности (в возрастающем порядке): • private (закрытый) — доступ только внутри типа; действует по умолчанию для членов структур (struct) и классов (class); • internal (внутренний) — доступ внутри пространства имен; действует по умолчанию для невложенных типов; • protected (защищенный) — доступ внутри класса и производных от него классов; • protected internal (защищенный внутренний) — доступ внутри класса и производных от него классов или в пространстве имен; • public (открытый) — члены доступны везде; по умолчанию действует для перечислимых типов (enum) и членов интерфейсов. Многие программисты используют в своих разработках только уровни доступности private и public, как это было до сих пор и в наших примерах. Другими словами, если член класса не является закрытым, он должен быть открытым. Однако модификатор public часто делает члены слишком доступными, что может вызвать проблемы в их пространстве имен, поскольку все открытые члены должны иметь разные имена. Разумным подходом

9.3 Расширяемость с наследованием

357

является использование модификатора internal, который открывает члены класса для всех классов в том же пространстве имен, и модификатора protected internal в иерархических структурах с наследованием. Рассмотрим, например, скелетную структуру класса Student, включив в нее комментарии относительно доступности: class

Student : IAccess, IComparable { //Невложенные типы по умолчанию являются внутренними i n t number; //Члены по умолчанию закрытые int tutorYears; //Члены по умолчанию закрытые i n t e r n a l S t u d e n t ( i n t n) { . . . } //Предоставляет в точности тот доступ, который //требуется для обращения внутри пространства имен p u b l i c bool Valid() {...} //Члены интерфейса IAccess по умолчанию открыты, //поэтому Valid должен быть также открыт public override s t r i n g ToStringO {...} //Метод ToString открыт во всех базовых классах

При разработке классов полезно для всех членов указывать модификаторы. С другой стороны, правила, действующие по умолчанию, просты и разумны, и в их использовании тоже есть смысл.

Данные в иерархии классов Как С# воспринимает объявления данных в иерархиях с наследованием? Здесь есть два варианта: 1. Уникальное имя. Если мы выбираем имя, не совпадающее с именем данного-члена базового класса, тогда, очевидно, это будет самостоятельный член объекта, созданного из производного класса. Таким примером является объявление supervisor в классе PostGrad. 2. То же имя. Если мы выбираем имя, совпадающее с именем данного-члена базового класса, тогда, даже при изменении типа, мы должны объявлять данное-член в производном классе с модификатором new [новый]. В этом случае новое поле скрывает базовое поле для производных объектов. Следует проявлять осторожность, объявляя в производном классе новое поле другого типа, и проследить за тем, чтобы вариант из базового класса не вызывался явным образом снаружи класса даже через свойство, в противном случае в главной программе возникнет конфликт типов. Например, в классе Student имеется номер учащегося, сохраняемый, как тип int. В программе, обрабатывающей учащихся и сотрудников, локальная копия номера сохраняется также как int. Если же мы объявили бы новый

358

Глава 9. Полиморфизм и наследование

тип номера аспиранта как, скажем, string, программа уже не могла бы компилироваться без ошибок.

Виртуальные методы В С# имеются больше вариантов взаимоотношений имен функций, чем в случае имен данных. Из-за того, что функции по большей части используются с ключевым словом virtual [виртуальная], в спецификации языка весь этот раздел носит название виртуальных функций. Здесь имеются следующие варианты: 1. Уникальное имя. Если мы выбираем имя, не совпадающее с именем функции-члена базового класса, тогда, очевидно, это будет самостоятельный член объекта, созданного из производного класса. 2. Перегрузка. Если мы объявляем метод более одного раза, то эти методы считаются различающимися, если только списки их параметров (сигнатуры) различны. Заметьте, что перегрузка возможна также и в рамках одного класса, где она позволяет создавать варианты метода для входных параметров разных типов. 3. Замещение. Базовый класс может объявить функцию виртуальной, и тогда, если производный класс объявляет функцию с такой же сигнатурой, она замещает функцию базового класса. Если виртуальная функция замещена, то для всех объектов производного класса будет использоваться именно эта замещающая функция. Производный класс по-прежнему может получить доступ к замещенному члену, для чего следует использовать ключевое слово base. Если производный класс не замещает виртуальную функцию, беды в этом нет: базовая функция будет в этом случае доступна ввиду наследования. В качестве примера можно привести ToString. В суперклассе object этот метод объявлен, как public virtual string ToString ();

причем он содержит программное тело, которое пытается вывести на экран объект наилучшим образом. Однако каждый тип замещает этот метод, предоставляя разумный формат вывода, соответствующий его собственным полям. Например, в классе Student имеется следующее замещение: public override string ToString() { if

(tutorYears == 0) return "Student " +number+"("+tutorYears + " ) " ;

else return "Tutor "+number+"(" + tutorYears + " ) " ;

9.3 Расширяемость с наследованием

359

4. Замещение абстрактных функций. Виртуальные функции без программного тела, объявленные в абстрактном классе, или функции, явно объявленные, как абстрактные, должны замещаться в каждом производном классе. В этом случае производные классы обязаны описать поведение функции, соответствующее локальным требованиям, поскольку поведения по умолчанию, которым можно было бы воспользоваться, не существует. В качестве примера предположим, мы реализуем IAccess не как интерфейс, а как класс в верхней части иерархии. Это будет выглядеть следующим образом: class

Access {

public

abstract

bool Valid()

{}

Используя ключевое слово abstract, мы требуем, чтобы каждый подкласс имел реализацию метода Valid. 5. Сокрытие. В С# каждая функция-член рассматривается, как новая, даже если в базовом классе со временем появляется виртуальная функция с тем же именем (что может произойти в процессе доработки программного обеспечения). В дальнейшем производный класс может быть перекомпилирован с указанием модификатора new, чтобы сделать различие явным. Если метод объявлен с модификатором new, он скрывает виртуальный метод вышележащего по иерархии класса. Поскольку в процессе разработки классов сокрытие может случиться ненамеренно, оно эквивалентно замещению виртуального класса. Существует отчетливое различие между замещением и сокрытием, однако оно становится ясным лишь в иерархических структурах, содержащих три или более классов. Мы не будем иметь дело с такими сложными программами; желающих познакомиться с превосходными примерами, иллюстрирующими все аспекты виртуальных методов, мы адресуем к документу ЕСМА С# Language Specification, Section 17.5.3.

Когда использовать наследование Одним из самых простых и широко используемых примеров объяснения сущности наследования является система поддержки записей данных, объявленных в виде иерархической структуры. Пример со студентами и аспирантами как раз подпадает под эту категорию. Однако, ограничиваясь такими примерами, мы не можем показать все возможности и значение виртуальных методов. В нашем примере производный класс Postgrad не замещал методы класса Student. Конечно, мы могли заместить метод Valid, предусмотрев для аспирантов другой способ оценки возможности получения ими пропуска в здание на следующий год. Однако, как мы уже обсуждали в разделе 9.2, если все, что нам надо — это варианты метода

360

Глава 9. Полиморфизм и наследование

Valid, тогда нам лучше использовать интерфейсы. Класс Postgrad может также содержать реализацию IAccess. Возможности расширения, предоставляемые наследованием, сложнее проиллюстрировать, чем возможности полиморфизма. Здесь нам нужно полностью трансформировать объект, создав с помощью производного класса его совершенно новый вариант. Описанный ниже проект наглядно показывает эту возможность. Ключевым моментом является возможность в производном классе заместить метод или методы базового класса, создав тем самым другие функциональные возможности для нового класса в дополнение к (возможно) другим данным.

9.4 Проект 5 — Усовершенствование игры StarLord В гл. 3 мы рассмотрели идею компьютерной игры, в которой в качестве персонажей выступали Повелители звезд, борющиеся друг с другом с использованием простых механизмов нападения. Теперь мы можем ввести в программу два усовершенствования. Во-первых, персонажи должны получить возможность увеличивать свою силу, скажем, выпив волшебный напиток. Во-вторых, игра должна содержать графический интерфейс (GUI), т. е. мы хотим использовать в ней возможности Views. Решение этих задач приводит нас к довольно интересной программе.

Класс SuperCharacter В примере 3.1 м ы определили объект starlord, как структуру. Теперь м ы преобразуем ее в класс, назвав его Character [персонаж]: public class Character { string name; int points; int strength; Random r = new Random (); public Character(string n, int s) { name = n; strength = s; points = s; public get } public get set } public get set

string Name { {return name;} int Points { {return points;} {points m value;} int Strength { {return strength;} {strength = value;}

9.4 Проект 5 — Усовершенствование игры StarLord

361

public void Attack(Character opponent) { int damage = r.Next(strength/3+points/2) ; opponent.Points -= damage; }

public override s t r i n g ToStringO { return name + " at " + points;

Далее мы хотим построить на базе этого класса другой, в котором предусмотрен более совершенный метод Attack. Предположим, что при определении повреждения сила делится на 2, но кроме того имеется еще фактор риска, который может уменьшить (но может и не уменьшить) дополнительный ущерб. Тогда метод будет выглядеть таким образом: public override void Attack(Character opponent) { //было i n t damage = r.Next(strength/3+points/2); i n t damage = r.Next(strength/2+points/2)-r.Next(1)*4; opponent.Points -= damage;

в предположении, что в программе определен генератор случайных чисел. Для включения этого метода в новый класс, производный от класса Character, мы начинаем с объявления: public

class SuperCharacter

: Character {

и переходим далее к конструктору. Мы хотим, чтобы объект SuperCharacter мог быть создан только из Character, поэтому конструктору передается исходный персонаж, значения которого используются для установки новых значений посредством базового конструктора. При этом сила персонажа слегка возрастает. public SuperCharacter(Character с) //Начнем с того же, что и раньше : base (с.Name, с.Strength) { Strength += r.Next(10);//Увеличим силу Для преобразования объекта Character в объект SuperCharacter [суперперсонаж] мы просто пишем: с

= new

SuperCharacter(с);

Старый персонаж в переменной с затирается новым, усовершенствованным. Переменная с теперь имеет тип SuperCharacter, но она может использоваться в программе во всех случаях, когда требуется объект Character.

362

Глава 9. Полиморфизм и наследование

Два вопроса требуют специального упоминания. Во-первых, класс Character должен претерпеть обновление. Это не очень удачно, так как хотелось бы, чтобы наследование было прозрачно для уже существующего класса. Однако так сделать нельзя. Метод Attack должен быть объявлен виртуальным, если потребуется его замещение. Далее, в классе следует предусмотреть явный конструктор по умолчанию (без аргументов), чтобы удовлетворить требованиям конструктора по умолчанию, который будет входить в класс SuperCharacter. Второй вопрос относится к логике построения этой конкретной программы. В ней предполагается, что персонажи будут вступать в игру с количеством баллов, равным их силе. Хотя суперперсонажи приобретают дополнительную силу, количество баллов у них должно оставаться тем же самым. Поскольку первой операцией при создании производного класса является конструирование данных базового класса, в нашем варианте программы количество баллов будет затерто новым значением. Мы, следовательно, должны сохранить старое значение и затем заново установить его: int rememberPo.ints = с. P o i n t s ; с= new S u p e r C h a r a c t e r ( с ) ; с . P o i n t s = rememberPoints;

Дублирование блоков прикладного интерфейса Форма, которую мы собираемся разработать, должна содержать детали обоих воюющих Повелителей звезд, несколько кнопок и поле для вывода имени победителя. Должно получиться что-то вроде рис. 9.4. Картинка слева показывает персонажа по имени Toolkey в обычной одежде. Справа персонаж по имени Lukesky надел защитные доспехи (может быть потому, что он проигрывает). Описание большей части элементов этой формы не представляет труда, однако мы здесь сталкиваемся с любопытной особенностью. В нашей форме дважды повторяется некоторый блок элементов управления. Этот блок состоит из пяти элементов управления, описывающих конкретного персонажа или суперперсонажа. Элементы управления Views будут описаны следующим образом:

Мы изменили А на В, а также имена персонажей. Теперь покажем, что мы можем написать программные строки методов таким образом, что они смогут обслуживать оба блока элементов управления, различая их по значению передаваемого параметра. Далее, мы можем получить доступ к блоку прикладного интерфейса и получить из него имя персонажа, в результате чего этот уровень детализации нет необходимости включать в саму программу. Прежде всего рассмотрим метод вывода на экран непрерывно изменяющихся данных о силе и баллах. Вот он: void Display(Character lord, s t r i n g x) { f.PutValue(x+("strength"),lord.Strength); f.PutValue(x+("points",lord.Points);) Вызов метода осуществляется таким образом: Display(A, " A " ) ;

364

Глава 9. Полиморфизм и наследование

Параметр Character предоставляет доступ к значениям в объекте для А; строковый параметр сцепляется с остальными именами относящихся к делу элементов управления и в результате выполняется требуемое обращение к Astrength и Apoints. Если мы вызовем Display(В,

"В");

то обратимся к другому персонажу. Начальная установка персонажей и получение имен из строк прикладного интерфейса можно выполнить таким образом: Label lab = f ["A"] ; А = new Character(lab.Text,80); Заметьте, что с именем персонажа (скажем, Tollkey) была определена надпись (Label). Доступным атрибутом элемента управления Label является Text. Далее мы используем этот атрибут при создании объекта персонажа, сохраняя его в качестве имени поля. Когда битва персонажей завершается, мы можем извлечь это имя для вывода его на экран таким образом: f.PutText("Winner",A.Name); Метод Enhance использует тот же прием для работы либо с А, либо с В.

Использование параметра ref В этой программе иллюстрируется случай правильного использования параметра ref. Мы уже имеем объект в переменной А. Мы хотим заменить его на другой объект, который будет создан внутри метода Enhance. В результате сама переменная А, которая представляет собой ссылку на объект, должна измениться. Правильным здесь будет вызов Enhance(ref

A,

"А");

и метод соответственно объявляется таким образом: void Enhance(ref Character c, string x) { int rememberPoints = с Points; с = new SuperCharacter(c); c.Points = rememberPoints; ProgressBar p = 'f [x+"strength" ] ; p.ForeColor = System. Drawing .Color .Red,*1 Display(c,x);

Программа StarLordTwo Объединив все сказанное, мы получим такую программу:

9.4

Проект 5 — Усовершенствование игры StarLord

Файл Character.cs using System; ///<summary> ///Класс персонажей StarLord с определенными характеристиками ///и возможностью бороться с другими объектами StarLord /// public class Character { string name; int points; int strength; Random r = new Random () ; public Character() { //Требуется, потому что класс — производный } public Character(string n, int s) { name • n; strength = s; points = s; } public string Name { get {return name;} } public int Points { get {return points;} set {points = value; } } public int Strength { get {return strength;} set {strength = value;} } public virtual void Attack(Character opponent) { int damage = r.Next(strength/3+points/2); opponent.Points -= damage; } public override string ToStringO { return name + " at " + points;

Файл SuperCharacter.es using System; ///<summary> ///Производный от класса StarLord класс 111 о улучшенными характеристиками /// public class SuperCharacter : Character { Random r = new Random () ; public SuperCharacter(Character c) //Начнем с того же, что и раньше : base (с.Name, с.Strength) { //Увеличим силу Strength += г.Next(10);

365

366

Глава 9. Полиморфизм и наследование

//Новый метод нападения //Сила оппонента снижается в большей степени (1/2, а не 1/3), //но больше риска - имеется случайная отрицательная составляющая public override void Attack(Character opponent) { //было: int damage = r.Next((strength/3+points/2); int damage =. r.Next(strength/2+points/2-r.Next(1)*4; opponent.Points -= damage;

Файл StarLordTwo.es using System; using System.Windows.Forms; using Views; public class StarLordsTwo { ///<summary> ///Программа StarLords ///

Bishop & Horspool Sept 2002

ill

///Моделирует сражение, имеет персонажи двух уровней ///Демонстрирует наследование, параметры ref ///и интенсивное использование системы Views /// Views.Form f; void SetUpForm() { try { f = new Views.Form(@"

<space Height=5/> <Button Name=Attack/>

9.4 Проект 5 — Усовершенствование игры StarLord

367

"); } catch ( Exception e ) { Console.WriteLine( "Exception caught, message follows:{0}", e.Message);

void Go() { SetUpForm() ; SetUpCharacters(); DoBattle () ; } void Display(Character lord, string x) { //Выводит данные в блоки элементов управления: // // N f.PutValue(x+("strength"),lord.Strength); f.PutValue(x+("points"),lord.Points); } Character A; Character B; void SetUpCharacters() { Label lab = f["A"]; A = new Character(lab.Text, 80); lab = f["B"]; В = new Character(lab.Text, 74); Display (A,"A"); Display (В,"В"); } void DoBattle() { for ( ; ; ) { string с = f.GetControl (); if (c == null) break; if (A.Points > 0) && B.Points > 0) { ActionPerformed(c); } if (A.Points <= 0) M B.Points <= 0) { if (A.Points > B.Points) f.PutText("Winner",A.Name); else f.PutText("Winner",B.Name); f.CloseGUI(); } bool AsTurn = true; void Enhance(ref Character c, string x) { int rememberPoints = c.Points; c= new SuperCharacter(c);

368

Глава 9. Полиморфизм и наследование с.Points • rememberPoints; ProgressBar p • f[x+"strength"]; p.ForeColor = System.Drawing.Color.Red; PictureBox pic = f[x+"image]"; f.Putlmage(x+"image","starlord"+x+"enhanced.jpg"); Display(c,x);

} void ActionPerformed(string c) { switch (c) { case "Attack" : { if (AsTurn) A.Attack (B); else B.Attack(A) ; AsTurn!=AsTurn; Display(A,"A"); Display(В,"В"); break; } case "Aenhance" : { Enhance(ref A,"A"); break; } case "Benhance" : { Enhance(ref В,"В"); break;

static void Main() { new StarLordsTwo () .Go () ;

9.5 Сериализация Последняя тема этой главы будет посвящена сохранению данных между запусками программы. Для программ обслуживания наборов данных, вроде системы учета и обновления пропусков из примера 9.3, сохранность данных имеет принципиальное значение. К счастью, С#, как и Java и другие современные языки предоставляют машины сериализации для сохранения и восстановления данных. Термин «сериализация» подразумевает, что выходные данные могут существовать в произвольном графическом формате, привязанном к данным посредством ссылок на объекты. Машина сериализации должна иметь средства заменять ссылки значениями, которые затем в процессе восстановления интерпретируются должным образом, заново создавая исходную структуру. Существуют два типа сериализации: двоичная и XML. Двоичная сериализация действует по умолчанию и хорошо согласована с пространст-

9.5 Сериализация

369

вом имен .NET. Чтобы получить полную текстовую сериализацию, работающую на разных платформах, мы вместо двоичной сериализации, продемонстрированной ниже, можем использовать XML-форматтер. Этот тип сериализации описан в документации к XML.

Последовательные шаги обеспечения сериализации Сериализация применима к любым классам объектов, но фактически сериализуются коллекции или структуры объектов. Сериализация обеспечивается посредством следующих шагов: 1. Придайте классам атрибут сериализации. Для каждого класса, который будет входит в сериализуемую коллекцию, добавьте атрибут [Serializable]

2. Объявите, что программа использует три приведенных ниже пространства имен: using System.10; using System.RunTime.Serialization; using System.RunTime.Serialization.Formatters.Binary; 3. Создайте методы Save и Restore согласно приведенным ниже шаблонам. 4. Вызывайте по мере необходимости методы Save и Restore. Шаблоны методов сериализации void Save(object о) { Stream databank = new FileStream("file",FileMode.Create) IFormatter format = new BinaryFormatter() ; format.Serialize(databank,o); databank.Flush(); databank.Close(); } object Restore() { Stream databank = new FileStream("file",FileMode.Open); IFormatter format = new BinaryFormatter(); object о - format.Deserialize(databank); databank.Close(); return o; Метод Save [сохранить] имеет параметр о и, кроме того, в нем должно быть указано имя файла file. Это имя может быть каким угодно, но оно же должно использоваться в методе Restore [восстановить], и над этим файлом нельзя выполнять никаких действий между операциями сохранения и восстановления. Метод Save помещает весь объект о в файл с именем "file". Тот же объект возвращается методом Restore.

370

Глава 9. Полиморфизм и наследование

Методы Save и Restore очень просты и пишутся по приведенному выше шаблону. Мы можем, например, пополнить нашу систему учета пропусков двумя кнопками, активизирующими следующие действия: case

"Save"

:

{

Save(register); f .PutText("List",count + " records break;

saved");

} case "Restore" : { register = (IAccessf]) Restore(); count = 0; while (register[count] != null) count++; f . PutText ( "List" , count + " records, restored"); break;

Обратите внимание на две тонкости, связанные с методом Restore: возвращаемый объект должен быть преобразован в тот тип массива, который сохранялся методом Save. Далее, мы должны вести учет количества использованных элементов в массиве. Это количество не обязательно должно совпадать с текущим значением переменной count, если выполнялись локальные изменения, а затем мы решили от них отказаться, восстановив сохраненный вариант массива. Сериализация используется в некоторых из предлагаемых ниже упражнений.

Основные понятия, рассмотренные в гл. 9 В главе рассмотрены следующие понятия: полиморфизм

расширяемость

инкапсуляция

интерфейсы

наследование

абстрактные классы

абстрактные методы

производные классы

базовые классы

компараторы

преобразования классов

замещение

сокрытие

доступность

иерархия

виртуальные методы

перегрузка

сериализация

Контрольные вопросы

371

Введены или более подробно рассмотрены ключевые слова и члены библиотек (API): IComparable IComparer

CompareTo is

as

casting

abstract

internal

private

protected

IAccess

virtual

override

new

ref

[Serializable]

BinaryFormatter

IFormatter

Serialize

DeSeialize

В главу включены следующие формы: Интерфейс IComparable

Интерфейс для IComparer

Определение интерфейса

Преобразования и проверки типов

Перегрузка операторов

Определение класса

Шаблоны методов сериализации

Контрольные вопросы 9.1. Для достижения полиморфизма наследование будет предпочтительнее интерфейсов, если: -* (а) Типы имеют поля и методы (б) Между типами имеются вертикальные взаимоотношения (в) Не (а) и не (б): оба варианта приложимы в равной степени (г) И (а), и (б) 9.2. Различие между интерфейсами IComparable и IComparer заключается в том, что: (а) IComparable определяет метод, который непосредственно вызывается методом Sort; IComparer определяет метод, передаваемый методу Sort в качестве параметра и вызываемый косвенным образом (б) как в (а), но только наоборот по отношению к интерфейсам IComparable и IComparer

372

Глава 9. Полиморфизм и наследование

(в) IComparable включает метод Compare по умолчанию, а в IComparer он всегда должен быть определен (г) нет никакого различия — это два имени одного и того же интерфейса 9.3. В примере 9.1 c l представляет собой (а) класс (в) интерфейс

(б) объект (г) метод

9.4. В примере 9.2 каков будет вывод следующих строк? I[] A = new I [ 1 0 ] ; А[0] = new C l ( 2 3 ) ; А[1] = new C 2 ( " t o d a y " ) Poly(A[0],A[l]);

где метод Poly определен в примере 9.1. (а) I

am good

o l d Cl and you a r e happy C2

(б) I am good old A[0] aged 23 and you are happy A[l] today (в) I am good

old Cl aged

23 and you a r e happy

C2 today

(г) никакой из приведенных 9.5. Если IAnything является интерфейсом, a Typel и Туре2 — структуры, реализующие этот интерфейс, какое из приведенных ниже предложений правильно? IAnything varl; Typel v a r 2 - new Typel ( ) ; varl = var2; var2 = varl; var2 = (Typel) varl;

//1 //2 //3

(а) Последовательность предложений всегда будет выполняться правильно (б) Предложение 1 выполняется правильно; предложения 2 и 3 могут привести к отказу на этапе выполнения (в) Предложение 1 приведет к отказу на этапе выполнения, потому что объект varl еще не создан; предложения 2 и 3 будут выполняться правильно (г) Предложение 1 выполняется правильно; предложение 2 не будет компилироваться; предложение 3 может привести к отказу при выполнении 9.6. Если IAnything является интерфейсом, в котором определен метод Q, тогда класс С в том же пространстве имен, что и Q, и реализующий IAnything, должен определить следующий уровень доступности для своего варианта Q: (a) internal

(б) private

(в) public

(г) protected

internal

Контрольные вопросы

373

9.7. Перегрузка методов означает, что (а) Они имеют одинаковые (б) Они имеют одинаковые классам в иерархии (в) Они имеют одинаковые параметров (г) Они имеют одинаковые параметров

имена имена, но относятся к разным имена и одинаковые списки имена и различные списки

9.8. Если метод объявлен, как виртуальный, тогда любой производный класс (а) может предоставить альтернативный (перегруженный) вариант этого метода с точно теми же параметрами (б) должен предоставить альтернативный (перегруженный) вариант этого метода с точно теми же параметрами (в) может предоставить альтернативный (перегруженный) вариант этого метода с теми же или иными параметрами (г) должен предоставить альтернативный (перегруженный) вариант этого метода с теми же или иными параметрами 9.9. Программа вызывает методы сериализации Save и Restore, описанные в разделе 9.5, следующим образом: DateTime[] h o l i d a y s = new Save(holidays); holidays = Restore ();

holidays[20];

Наблюдается ошибка компиляции. Почему? (а) DateTime не имеет атрибута [Serializable] (б) Результат Restore должен быть преобразован вниз в тип DateTime (в) Не было указано имя файла (г) holidays еще не содержит никаких значений 9.10. Если класс В имеет конструктор с двумя инициализируемыми в этом конструкторе полями, а класс С наследует от класса В и имеет собственное поле cField, то какие из этих конструкторов С будут создавать экземпляр переменной С и инициализировать все три поля? (а) C(int

i,

int j , int k)

cField

: base(i,j)

= k;

} (б) С (int i, int j , int k) { B(i, j ) ; cField = k;

} (в) С (int

1, int j, int base (i,j) cField = k;

k) {

{

374

Глава 9. Полиморфизм и наследование (г) C(int

i, int j , int к) { super(i,j) cField = k;

Упражнения 9.1. Даты праздничных дней. Для получения навыков для работы с интерфейсом IComparable, модифицируйте пример 8.4 следующим образом. Измените типы дат, заменив string на Date, где Date — класс, который вы сами определяете и реализуете. В класс Date входят день и месяц праздника в виде типов int и string. Для того чтобы класс SortedList функционировал правильно, в нем должен быть реализован метод CompareTo интерфейса IComparable. Включите его в свою реализацию Date и удостоверьтесь, что программа работает так же, как и раньше. 9.2. Сериализация любимцев. Добавьте к программе Pets примера 8.1 механизм сериализации. Для ввода и вывода данных и активизации методов сохранения и восстановления используйте простой интерфейс Views. 9.3. Упорядочение любимцев. Нам хотелось бы иметь возможность упорядочения любимцев в примере 8.1 по любому из трех сохраняемых полей — имени, виду и возрасту. Пусть класс Pet реализует интерфейс IComparer и предоставляет три соответствующие условиям задачи метода Compare. Модифицируйте упражнение 9.2, поместив на форму Views селективные кнопки для выбора критерия упорядочения. Затем предусмотрите метод, который будет копировать каждый элемент списка в массив или другую коллекцию, для которой может быть вызван встроенный метод Sort. 9.4. Прививки любимцам. Для новых любимцев у нас есть данные, кому из них делались прививки, а кому нет. Измените программу так, чтобы она с самого начала использовала такую коллекцию, удалив из примера самодельную списочную структуру. Затем добавьте новый класс, который будет наследовать от класса Pets и включать информацию о прививках. Покажите, что коллекция будет успешно функционировать при любимцах двух видов. 9.5. Подрядчики. Университет, о котором шла речь в примере 9.3, нанял подрядчиков для выполнения в здании ремонтных работ. Разработайте соответствующую случаю политику выдачи пропусков подрядчикам и встройте ее в класс, который реализует интерфейс I Access. Включите подрядчиков в графический интерфейс и удостоверьтесь в том, что программа функционирует правильно. 9.6. Сериализация реестра пропусков. Включите механизм сериализации в реестр пропусков, рассмотренный в примере 9.3.

Графика и сети

ю

Целью этой главы является ознакомление читателя с некоторыми действительно интересными и имеющими большие возможности API в С # . В первой части говорится о графике, а также об анимации с использованием потоков и о представлении изображений. Рассматривается также включение графики в систему Views. Затем мы перейдем к сетям, остановившись на Web-запросах и объединении с помощью сокетов программ, работающих на разных компьютерах.

10.1 Графические интерфейсы Компьютеры поистине вступили в свои права, получив возможность отображать на экране графические образы. Мы можем выделить три аспекта компьютерной графики: спецификацию на том или ином языке графических фигур и образов, которые должны появиться на экране; фактическую аппаратную реализацию рисования, называемую визуализацией; генерацию непрерывно движущихся изображений, известную под именем анимации. Усложнение сегодняшней компьютерной графики мы можем наблюдать в фильмах, производство которых требует весьма специализированных графических языков, аппаратуры и методов анимации. С другой стороны, весьма привлекательные эффекты могут быть получены с помощью простого набора графических средств, обычной компьютерной аппаратуры и программного метода, называемого многопоточностью. Мы начинаем эту главу рассмотрением фундаментальных структур, необходимых для включения графики в С#-программы а также кратким перечислением доступных средств. Для начинающего программиста важно освоить правильные способы вызова графических методов; как только вы научитесь это делать, для вас откроется возможность использования в вашей программе огромного диапазона графических средств. В то же время изучать каждое средство в отдельности нет никакой необходимости. Здесь можно провести определенную аналогию с графическими модулями, с которыми вы сталкиваетесь в современных текстовых процессорах, например, в Microsoft Word. В этом пакете можно пользоваться широким набором средств для выбора фигур, цветов, размеров, шрифтов и т. д., причем пользователь быстро осваивает технику их объе-

376

Глава 10. Графика и сети

динения в создаваемом документе с целью создания сложных графических образов. Следует подчеркнуть, что графика, обсуждаемая в этой главе, отличается от графического интерфейса пользователя, который рассматривался в гл. 5 в связи с системой Views. Составляющими графического интерфейса (GUI) являются элементы управления — кнопки, текстовые поля и надписи, большинство которых обладают свойством интерактивности; элементами компьютерной графики являются фигуры — круги, прямоугольники, точки, совершенно не имеющие интерактивных свойств, если только они не накладываются на элементы управления GUI.

Графические интерфейсы В большинстве языков программирования общего назначения существуют пространства имен, поддерживающие рисование и позволяющие программисту создавать графику, выводить текст и манипулировать графическими образами, как объектами. С# на платформе Windows использует графический интерфейс, называемый GDI+. С помощью GDI+ мы можем визуализировать графические образы в формах Windows и на элементах управления. В этой главе мы рассмотрим основы GDI+-nporpaMMHpoBaния. Не претендуя на исчерпывающее описание графических средств, эта глава все же включает информацию о типах графических образов, перьев, кистей, шрифтов и цветов и объясняет, как выполняется вывод фигур, текста и изображений. Для получения более детальной информации читатель может обратиться к справочнику, включенному в пакет GDI+ Software Development Kit. Если С# работает на платформах других операционных систем, таких как Linux или Mac OSX, то и в этих случаях интерфейс GDI+ может оказаться доступным, хотя это и не гарантируется. Возможно, вам придется воспользоваться альтернативными графическими интерфейсами, среди которых одним из наиболее популярных является Tcl/ТК. Учитывая, однако, весьма широкое распространение GDI+ и возможность на его примере ясно продемонстрировать принципы программирования графики, мы ограничимся здесь рассмотрением только этого интерфейса.

10.2 Простые графические средства Графические образы, как и GUI, отображаются в окнах на экране компьютера. На программном уровне, как мы знаем из гл. 5, элементы GUI создаются в рамках форм с использованием класса System.Windows.Forms.Form. Для вывода в форму графических изображений мы должны выполнить несколько шагов. Прежде всего, наша программа должна наследовать от класса Form. Затем нам придется изменить стиль программирования. Вместо создания программного объекта с помощью конструктора и вызова такого метода, как Go, мы используем специальный механизм С#, позволяющий начать выполнение программы с отображением на экране соответствующей формы. Программно этот механизм выглядит следующим образом:

10.2 Простые графические средства Application.Run(new

377

имя_программы) ;

Имя программы совпадает с именем конструктора, поэтому управление передается конструктору. Далее выполняются типичные предложения, устанавливающие размер и заголовок формы, после чего система реализует вывод в новое окно содержимого формы. Этот процесс показан в первой части приводимого ниже описания. Шаблон программы с графикой using System; using System.Drawing; using System.Windows.Form; class

имя_класса : Form {

имя_класса()

{

this.Width = 450; this.Height

= 450;

this.Text = "имя класса или другой заголовок"; }

protected Graphics

override void OnPaint(PaintEventArgs

e)

{

g = e.Graphics;

предложения рисования

посредством объекта g

}

s t a t i c void Main()

{

Application.run(new

имя_класса() ) ;

Метод Application.Run активизирует программу и создает ее форму. Предложения в конструкторе придают форме определенные атрибуты. После завершения конструктора форма появляется на экране. Далее в качестве одного из событий этой формы вызывается метод OnPaint. После получения соответствующего объекта g типа Graphics, может начаться рисование.

Как показано в этом описании , для формы возбуждается событие, которое инициирует вызов системой метода OnPaint. (О событиях чуть ниже.) По параметру, передаваемому методу OnPaint, программа находит объект класса Graphics. Все методы рисования в методе OnPaint должны ссылаться на этот графический объект. Например, для рисования круга следует вызвать следующий метод: g.FillEllipse(brush,

x, у, 20,

20);

Для того чтобы избежать путаницы, которая может возникнуть из-за двух значений слова форма (свод синтаксических правил, помещенный в рамку, и абстракция Windows), мы в этой главе для обозначения первой конструкции будем использовать слово описание.

378

Глава 10. Графика и сети

Последние четыре параметра показывают, в каком месте экрана по осям х и у будет выведен круг, а также его размеры в пикселах. (Сведения об экранных координатах и пикселах можно найти в разделе 5.2.) Если два последних параметра различаются, фигура будет не кругом, а эллипсом, как это и видно из названия метода. Первый параметр необходим в GDI+, хотя во многих других графических интерфейсах в нем нет необходимости. Этот параметр определяет вид и цвет «кисти», которая будет использована для заливки фигуры. Простое объявление такой кисти выглядит следующим образом: SolidBrush

brush

= new

SolidBrush(Color.Black)

Имеются и другие кисти, например, HatchedBrush [штрихованная кисть]; все они наследуют от класса Brush, поэтому их объекты можно использовать в качестве параметров при вызове метода FillEllipse. Пример 10.1. Рисование пятен Рассмотрим очень простой пример, в котором в форме рисуются 100 круглых пятен. Текст программы приведен ниже. Файл Spotty.cs using using using using public

System; System.Drawing; System.Threading; System.Windows.Forms; c l a s s Spotty: Form {

///<summary> ///Программа / //

Spotty

Bishop

& Horspool

Feb

2003

I I I

///Рисует пятна разных цветов ///Демонстрирует использование простых классов пространства /// Spotty () {

//Настроим графическую форму this.Width = 450; this.Height = 450; this.Text = "Spotty"; } protected override void OnPaint(PaintEventArgs e) { Graphics g = e.Graphics; //Переменные, описывающие пятна и их положение Random r = new Random (); SolidBrush brush = new SolidBrush(Color.Red); for (int s = 0; s<100; s++) { //Вычислим положение очередного пятна int x - г.Next(380) ; int у = r.Next(380) ; //Нарисуем пятно

Drawing

10.2 Простые графические средства g.FillEllipse(brush, Thread.Sleep(lOO);

s t a t i c void Main() { A p p l i c a t i o n .Run (new

x,

379 20,

20);

SpottyO);

Вывод этой программы показан на рис. 10.1.

Рис. 1 0 . 1 . Вывод программы Spotty

События в графике Событие является членом, побуждающим объект или класс послать оповещение. Эти оповещения имеют вид вызова назначенных им методов, называемых обработчиками событий, или просто обработчиками. Для обычной программы событие, возникающее, когда на экране должна появиться форма, приводит к вызову замещенного в программе метода OnPaint. Поэтому если мы включим в метод OnPaint строки вызова методов для рисования тех или изображений, все они появятся на экране. Однако здесь возникает некоторая сложность. Дело в том, что обработчик выполняется вплоть до своего завершения, блокируя на это время все остальные события. В приведенном выше примере нам может захотеться остановить программу в процессе вывода ею на экран точек, для чего мы щелкаем по кнопке завершения в строке меню. Однако программа не будет готова к получению этого нового события, и не отзовется должным образом. Если же мы подождем, пока все точки будут нарисованы, окно можно будет закрыть. Заметьте, что сворачивание окна тоже является событием. Если после сворачивания мы снова развернем окно, что произойдет? Точки начнут рисоваться на экране с самого начала. Так происходит потому, что

380

Глава 10. Графика и сети

событие разворачивания окна вызывает метод OnPaint, а его функции заключаются в выводе на экран 100 точек. Имеется и другой способ обработки событий при выводе изображений. Вместо того, чтобы опираться на вызов метода по умолчанию OnPaint, мы можем определить свой собственный обработчик с произвольным именем. Пусть это делается таким образом: public

void

SpottyPaint(Object

source,

PaintEventArgs

e)

{

Сигнатура метода должна включать в себя дополнительный параметр, описывающий источник события, однако обычно нам об этом не нужно думать. Далее в конструкторе мы регистрируем наш обработчик, закрепляя его за требуемым событием: this.Paint

+=new PaintEventHandler(SpottyPaint);

Этим предложением мы говорим, что наш метод, SpottyPaint, будет выступать в качестве нового обработчика для событий перерисовывания, и должен быть прикреплен (обратите внимание на синтаксис +=) к событию Paint, связанному с нашей программой (на что указывает this). В приводимой ниже форме описаны обе альтернативы обработки событий перерисовывания. События и обработчики для графики Вариант 1 : автоматический

Сигнатура обработчика protected override

void OnPaint(PaintEventArgs

e)

{

Вариант 2: программный В конструкторе: t h i s . P a i n t += new PaintEventHandler(обработчик) Сигнатура обработчика public void обработчик (Object source, PaintEventArgs e) Метод OnPaint является методом по умолчанию, вызываемым, когда форма должна появиться на экране. Его можно заменить методом с любым другим именем (как в варианте 2). Этот новый метод регистрируется в конструкторе, закрепляясь за событием Paint.

Предлагаем читателю изменить программу Spotty, использовав в ней второй вариант обработчика.

Цвет Все графические интерфейсы предоставляют возможность устанавливать цвета графических элементов посредством класса Color, в котором определен ряд констант с понятными именами. Этими константами описываются все стандартные цвета, а остальная часть спектра реализуется с помощью странноватых имен; примеры нескольких из них приведены ниже:

10.2 Простые графические средства

381

Color myColor; myColor = Color.Red; myColor = Color.Aquamarine; myColor = Color.LightGoldenrodYellow; myColor = Color.PapayaWhip myColor = Color.Tomato

Созданный таким образом объект Color может быть затем использован с объектами кистей и перьев, которые, в свою очередь, используются для рисования фигур и линий.

Фигуры, линии и точки Большинство графических интерфейсов предоставляют стандартный набор фигур. Методы отображения этих фигур подразделяются на два вида: методы рисования и методы их заливки. Типичными фигурами являются эллипсы, прямоугольники, секторы и многоугольники. Детальное описание их параметров можно найти в документации по API C#. На экране можно также изобразить и линии (как прямые, так и изогнутые). Прямая линия рисуется с помощью метода DrawLine, который имеет две формы. В одной указываются х- и 1/-координаты, в другой — структура point, содержащая эти координаты. Примеры использования этих двух форм: g. DrawLine (myPen, д.DrawLine(myPen,

0, 10, 3 0 0 , 6 0 0 ) ; pointA, pointB);

Кисти и перья В С# методы рисования фигур используют объекты пера, а методы заливки фигур используют объекты кисти. Эти объекты содержат в себе данные относительно цвета, толщины линии и т. д. Перья также используются для рисования линий. Перо можно создать просто с указанием цвета, или используя спецификацию кисти: Brush myBrush = new Brush(Color.Black); Pen myPen = new Pen(Color.Black); Pen myFancyPen • new Pen(myBrush);

Шрифты и текст Для вывода в форму текста используется метод DrawString, который следует вызывать таким образом: д.DrawString(s, myFont, myBrush, x, у ) ;

Метод DrawString имеет три очевидных параметра — позиция в виде координат х и у и выводимая строка — однако он также требует обязательного указания кисти и шрифта.

382

Глава 10. Графика и сети

Класс Font предоставляет возможность выбора размера и стиля шрифта, как в следующем примере: Font

myFont

= new F o n t ( " A r i a l " ,

24,

FontStyle.Bold);

Краткие итоги Мы очень поверхностно рассмотрели структуру класса Graphics и привели несколько простых примеров обработки событий. Подробное описание класса можно найти в справочных файлах, входящих в документацию API. Некоторые навыки использования графики можно приобрести, выполняя упражнения, предлагаемые в конце этой главы.

10.3 Изображения В любом графическом пакете предусматриваются средства для работы с изображениями. В GDI+ объекты изображения могут получать данные из файла, как это показано в следующем предложении: Image pic

= Image.FromFile("Jacarandas.jpg);

После получения изображения простейший способ его вывода на экран заключается в использовании метода OnPaint, в котором вызывается метод Drawlmage с указанием в качестве параметра объекта типа Graphics. Это делается таким образом: protected override void OnPaint(PaintEventArgs e.Graphics.Drawlmage(pic, 30, 30) ;

e)

{

Метод Drawlmage выводит на экран объект, устанавливая положение его верхнего левого угла соответственно указанным координатам. Программа, выводящая изображение таким способом, была показана в примере 2.4. Синтаксис и семантика вывода изображений описываются следующим образом: Вывод изображений Image имя = Image.FromFile("имя_файла"); protected override

void OnPaint(PaintEventArgs e). {

e.Graphics.Drawlmage(имя,х,у); Изображение, хранящееся в указанном файле, назначается новому объекту изображения. При выводе на экран формы в ней рисуется изображение. Это изображение будет иметь исходный размер, что может привести к тому, что часть изображения справа и снизу будет обрезана. Разумеется, окно, содержащее форму, может быть растянуто. Можно воспользоваться и другим способом и задать в программе атрибуты, отвечающие размерам изображения.

10.3 Изображения

383

Изображения на элементах управления Идея элемента управления была введена в гл. 5 при обсуждении класса Views.Form. Элемент управления помещается внутри формы, и на него можно вывести изображение. Таким образом, в окне могут рисоваться не только изображения, но и кнопки, списки и надписи. Наиболее удобным элементом управления для вывода изображения является поле для изображения (PictureBox), потому что в него встроены средства установки размера элемента управления соответственно размерам изображения. Используя поле для изображения, мы можем ввести изображение в программу и организовать его полномасштабный вывод с помощью таких предложений: PictureBox p i c t u r e = new PictureBox ( ) ; picture.Image = Image.FromFile("Jacarandas.jpg"); picture.SizeMode = PictureBoxSizeMode.AutoSize; Для того чтобы поле для изображения появилось на экране, мы должны добавить его в форму: this.Controls.Add(picture); Эти механизмы описаны в приводимой ниже форме. Очевидным преимуществом такого метода вывода изображений является возможность автоматической установки размера изображения. При этом мы, конечно, можем принудительно установить атрибут размера поля для изображения и тем самым отрезать часть нашей картинки или получить поля справа и внизу. В следующем примере демонстрируется вывод изображения вместе с рисованием фигур. Вывод изображения в элемент управления PictureBox имя = new PictureBox(); имя.Image = Image.FromFile("имя_файла" ); имя.SizeMode = PictureBoxSizeMode.AutoSize; имя.Location - new Point(x,y); this.Controls.Add(имя); Создается объект PictureBox, и ему назначается изображение из файла. Задание режиму размера SizeMode значения AutoSize приводит к сохранению размера выводимого изображения. Другие значения режима SizeMode можно найти в API. Позицию формы также можно задать с помощью атрибута Location. Поле для изображения добавляется в форму, создаваемую программой. Когда форма выводится на экран (т. е. после завершения конструктора), в форме появляется поле для изображения вместе с изображением в нем.

ется тяк. «я» fi,Tnn Л Т Т „ Л в ;

I!" ~^":Г

" ™*±1V1 " ^ Р ^ е н и е м выполня-

384

Глава 10. Графика и сети

Пример 10.2. Выделение участков изображения Допустим, у нас есть изображение, и мы хотим выделить определенный его участок квадратной рамкой. Мы всегда можем нарисовать в форме квадрат, даже если в нее уже выведено изображение, но в данном случае мы хотим нарисовать фигуру относительно границ самого изображения. Для этого следует прикрепить обработчик события paint не к форме, а к элементу управления PictureBox. Ниже приведен текст программы. Файл FetchlmageWithBox.cs using System; using System.Drawing; using System.Windows.Forms; using System.Drawing.Imaging; public c l a s s FetchlmagewithBox: Form { ///<summary> ///Программа вывода изображения с рамкой Bishop & Horspool ///March 2003 // / Iff ///Выводит в окно с изображением рамку фиксированного размера ///Демонстрирует обработку событий перерисовки /// public FetchlmagewithBox () { this.Width = 1000; this.Height - 800; this. Text = " Fetch Image with Box"; //Получим изображение и назначим его окну изображения PictureBox picture = new PictureBox(); picture.Image = Image.FromFile("Jacarandas.jpg"); picture.SizeMode = PictureBoxSizeMode.AutoSize; picture.Location • new Point (50,50) ; //Добавим изображение к элементам управления этой программы //(объекта) this.Controls.Add(picture); //Прикрепим указанный метод к событию Paint объекта picture picture.Paint += new PaintEventHandler(FetchlmagePaint); }

//Когда на экране появляется форма для этой программы, отображаются //ее элементы управления (включая рисунок) и вызывается событие //перерисовывания void FetchlmagePaint (Object s o u r c e , PaintEventArgs e) { Graphics g = e . G r a p h i c s ; Pen pen = new Pen(new SolidBrush(ColorBlack) , 10) ; g.DrawRectangle(pen,150,200, 100, 100) ; }

s t a t i c void Main() { Application.Run(new FetchlmagewithBox() ) ; i

386

Глава Ш. Графика и сети

разделе 10.5 рассмотрены другие приложения этой

10.4 Анимация с помощью потоков

387

Поток не нуждается в имени, если к нему больше не будет обращений; такая ситуация является весьма распространенной. Следующий пример иллюстрирует очень простое использование потоков; после него мы перейдем к анимации. Пример 10.3. Смешивание чисел В этом примере мы показываем, как можно заставить два потока выполнять в сущности одно и то же, но так, что при каждом их запуске мы получаем различающиеся результаты, потому что потоки работают независимо. Каждый из наших потоков включает рабочий метод, выводящий 10 чисел. Текст программы приведен ниже: Файл MixedNumbers.cs using System; using System.Threading; class MixedNumbers { ///<summary ///Программа Mixed Up Numbers / / /======== =====

Bishop & Horspool March

2003

tit

///Выводит на экран 2 0 чисел посредством двух потоков. ///Демонстрирует независимое выполнение потоков /// Thread numberThread; void Go () { new Thread(new ThreadStart(this.LowNums)).Start(); new Thread(new ThreadStart(this.HighNums)).Start(); } static Random r = new Random(); void LowNums() { for (int i=0; i<10; i++) { Console.WriteLine(i + " " ) ; Thread.Sleep(r.Next(100)); void HighNums() { for (int i=1000; i<1010; Console.WriteLine(i + " Thread.Sleep(r.Next(100))

static void Main() { new MixedNumbers().Go();

Два рабочих метода названы LowNums [маленькие числа] и HighNums [большие числа]. Каждый из них связан с делегатом отдельного потока. Оба потока запускаются, и при первом прогоне мы получаем вывод, показанный в столбце Прогон 1 табл. 10.1. Если, однако, мы запустим про-

388

Глава 10. Графика и сети

грамму снова, мы можем получить вывод, показанный в столбце Прогон 2. Любопытно отметить, что поток, выводящий большие числа, начал вывод своих результатов раньше другого потока, даже не смотря на то, что в программе он был запущен вторым. Таблица 1 0 . 1 . Вывод программы MixedNumbers Прогон 1

Прогон 2

0 1000 1 1001 2 3 4 1002 1003 5 6 7 1004 8 9 1005 1006 1007 1008 1009

1000 0 1001 1002 1 2 1003 3 4 1004 1005 5 1006 б 1007 7 1008 8 1009 9

Анимация с помощью потоков Сущностью потока на нашем простом уровне рассмотрения можно считать тот его метод, который связан с делегатом ThreadStart. Для получения анимации мы должны вывести изображение, а затем очень быстро его перерисовывать с небольшими изменениями, так что оно будет выглядеть движущимся. Мы уже знаем, как выполнить процедуру рисования посредством обработчиков события Paint. Чтобы заставить этот процесс повторяться, нам нужно поместить его в цикл. Этот цикл будет состоять из двух шагов: • подождать немного; • перерисовать изображение. Первый шаг выполняется вызовом ThreadSleep. Для выполнения второго шага мы должны установить атрибут Invalidate того элемента управления

10.4 Анимация с помощью потоков

389

в нашем окне, в который выводится изображение. Этот процесс описан в приводимой ниже форме. Анимация с помощью потоков new Thread

(new ThreadStart(this.рабочий_метод_потока)

void рабочий_метод_потока () while

( ! условие_завершения)

).Start()

{ {

элемент_упр авлентля. I n v a l i d a t e () Thread.Sleep(л)

Для запуска потока ему придается рабочий метод потока. Этот метод с помощью атрибута Invalidate периодически объявляет недействительным содержимое указанного элемента управления, в результате чего этот элемент перерисовывается.

Пример 10.4. Тикающие часы Мы хотим вывести в окно часы с тремя движущимися стрелками (часовой, минутной и секундной). Этот пример часто используется для иллюстрации действия одного потока. Здесь же мы делаем упор на сравнении структур, используемых потоком и обработчиком событий Paint. Общим для них является использование атрибута Invalidate, который периодически запускает обработчик события Paint и заставляет перерисовываться стрелки часов. Разумеется, каждый раз мы перемещаем секундную стрелку. Текст программы приведен ниже. Файл WorldTime.cs using System; using System.Windows.Forms; using System.Threading; using System.Drawing; c l a s s WorldTime:Form { ///<summary ///Программа Clock

Bishop

& Horspool

March

2003

///Выводит на экран изображение часов с движущимися стрелками ///Демонстрирует использование потока для периодической перерисовки /// PictureBox p i c t u r e ; Thread clockThread; WorldTime() { //Создадим окно для изображения picture = new PictureBox(); pictureSize = new Size(250,250) ; this.Text = "Clock"; //Добавим окно изображения к форме

14—2047

390

Глава 10. Графика и сети this.Controls.Add(picture) ; //Добавим обработчик события picture.Paint += new PaintEventHandler(new Clock().ClockPaint); //Создадим и запустим поток для управления часами clockThread = new Thread(new ThreadStart(this.TickClock)); clockThread.Start ();

} bool ended = false; void TickClock() { while (!ended) { picture.Invalidate() ; Thread.Sleep(10) ; public class Clock { int seconds = 0; SolidBrush bluebrush, whitebrush; Pen blackpen; int start = 100; public Clock() { blackpen= new Pen(Color.Black) ; bluebrush = new SolidBrush(Color.Blue); whitebrush = new SolidBrush(Color.LightGray); } //Обработчик перерисовывает все часы public void ClockPaint(Object source, PaintEventArgs e) { Graphics g = e. Graphics.; g.DrawEllipse(blackpen,start/2,start/2,100,100); g.FillEllipse(whitebrush,start/2,start/2,100,100); g.FillEllipse(bluebrush,start,start,5,5); Hands(g); seconds++; } void Hands(Graphics g) { double hourAngle = 2*Math.PI*(seconds - 3*60*60)/ (12*60*60) double minuteAngle = 2*Math.PI*(seconds - 15*60)/ (60*60); double secondAngle = 2*Math.PI*(seconds - 15)/60; g.DrawLine(blackpen,start,start, start+(int)(30*Math.Cos(hourAngle)), start+(int)(30*Math.Sin(hourAngle))+5); g.DrawLine(blackpen,start,start, start+ (int) (40*Math.Cos(minuteAngle)) , start+(int)(40*Math.Sin(minuteAngle))); g.DrawLine(blackpen,start,start, start+(int)(45*Math.Cos(secondAngle)), start+(int)(45*Math.Sin(secondAngle)));

static void Main() { Application.Run(new

WorldTime())

10.4 Анимация с помощью потоков

391

Вывод программы в некоторый момент времени приведен на рис. 10.3.

Рис. 10.3. Вывод программы Clock

Первая часть программы объединяет часть того, что мы уже делали в разделе 10.2 (рисование), с материалом, рассмотренным в разделе 10.3 (вывод изображений). Другими словами, мы используем обработчик события Paint в окне для изображения: picture.Paint

+=new PaintEventHandler(new

Clock().ClockPaint) ;

Ранее мы прикрепляли обработчик к событию this.Paint, т. е. к целой форме. Использованная в данной программе организация обработки отличается тем, что при наличии в окне других элементов управления, они не будут затрагиваться при периодической перерисовке поля PictureBox. Для отображения на экране часов надо использовать кисти и перья и рисовать эллипсы и линии. Линии рисуются под определенными углами относительно главного диаметра часов с использованием в качестве координат (г cos a, r sin а). Математика нас здесь не интересует, желающие могут заняться изучением этого вопроса. Теперь рассмотрим, в качестве расширения функций наших часов, вывод в них текущего времени. Мы можем добавить в конструктор еще один элемент управления: //Добавим текстовое поле time = new TextBoxO; time.Location = new Point(50,220); time.BackColor = Color.Pink; time.TextAlign = HorizontalAlignment.Center; this.Controls.Add(time);

Теперь в объекте часов, где выполняется все рисование, мы можем обратиться к элементу управления time и изменить его значение: time.Text

=

(seconds/3600).ToString() (seconds/60) .ToStringO + '

+

(seconds%60) .ToStringO ;

Глава 10. Графика и сети

392

Единственное различие между time и picture заключается в том, что элемент time необходимо объявить статическим, потому что обращение к нему выполняется изнутри вложенного класса Clock. Элемент picture также можно было объявить static, но на него нет ссылки изнутри класса Clock; мы ссылаемся только на изображение, связанное с этим элементом. Для того чтобы подчеркнуть возможность включения в форму любых элементов управления, мы добавили в верхней части часов надпись: Label t i t l e = new L a b e l ( ) ; t i t l e . T e x t = "Ticking clock";

Новый вывод приведен на рис. 10.4. Ш Clock

Рис. 10.4. Часы с выводом времени в символьной форме

Завершение программы с потоками В программе World Time имеются два потока: главная программа, а также поток, управляющий часами. Если мы щелкнем по кнопке закрытия окна, в котором работают часы, то окно закроется, но поток часов будет продолжать работать, как и главная программа, и консольное окно будет оставаться открытым. Для того чтобы закрыть оба окна, мы сначала перехватываем событие ликвидации окна, а затем завершаем все «дочерние» потоки — в данном случае поток часов. Форма обработки события ликвидации и запроса на завершение другого потока приведена ниже:

10.4 Анимация с помощью потоков

393

Завершение потока bool ended = false; protected override void Dispose(bool disposing) { ended = true; Console.WriteLine("Wait

while we shut down ...

childthread.Join() ; base.Dispose(disposing); Application.Exit();

Метод Dispose вызывается, когда мы щелкаем по кнопке закрытия окна. Переменная ended анализируется в цикле дочернего потока. После вызова метода Join переменная ended принимает значение true, и дочерний поток childthread завершается естественным образом. После этого мы ликвидируем окно и завершаем программу.

Эту последовательность предложений можно включить в программу WorldTime или схожую с ней.

Массивы потоков Как и в случае любых других объектов, мы можем создать массив потоков. Это особенно удобно в тех случаях, когда у нас есть объект, который мы хотим выполнять снова и снова с незначительными изменениями свойств. Пример 10.5. Множество пятен Предположим, что мы хотим одновременно выводить на экран пятна трех различных размеров и цветов. Пример 10.1 может служить для этого хорошей основой, но он использует один метод OnPaint. Нам же здесь понадобится процесс, состоящий из трех шагов: 1. Определить класс для рисуемых объектов и создать требуемое количество таких объектов с различающимися характеристиками. 2. Установить массив потоков и запустить все эти потоки. 3. В методе Dispose предусмотреть цикл по всем потокам массива, в котором каждый поток, после его успешного завершения, снова присоединяется к основному потоку. В этой программе мы не основываемся на событиях. Вместо этого каждый поток вызывает локальный метод Draw, который извлекает из формы ссылку на изображение (сохраненную в процессе создания объекта) и рисует с ее помощью. В результате все потоки рисуют в одном и том же окне. Текст программы приведен ниже: Файл SpottyThreads.cs using using

System; System.Drawing,

394

Глава 10. Графика и сети

using System.Threading; using System.Windows.Forms; public class SpottyThreads: Form { ///< s umma г у> ///Программа Spotty с потоками Bishop ///

& Horspool

Feb 2003

ill

///Рисует пятна разных цветов ///Демонстрирует массивы простых потоков /// Static Random r; SpottyThreads() { //Зададим атрибуты графической формы this.Width = 450; this.Height = 450; this.Text = "SpottyThreads"; r = new Random; //Создадим три объекта пятен Spots one = new Spots(this, Color.Red,100,20); Spots two = new Spots(this, Color.Blue,1000,100); Spots three = new Spots(this, Color.Green,10000,200); //Закрепим их за потоками и запустим потоки (thread[0] = new Thread(new ThreadStart(one.Run))).Start(); (thread[1] = new Thread(new ThreadStart(two.Run))).Start(); (thread[2] = new Thread(new ThreadStart(three.Run))).Start(); } Thread [] thread * new Thread[3];//Массив потоков static bool ended = false; protected override void Dispose (bool disposing) { ended = true; Console.WriteLine("Please wait while we shut down . . . " ) ; for (int i=0; i<3; i + + ) //Приостановим выполнение этого потока до завершения //остальных потоков thread [i] .Join () ; base.Dispose(disposing); } class Spots { Form f; Color colour; int speed; int size; SolidBrush brush; Graphics g; public Spots (Form f, Color c, int s, int z) { this.f = f; g = f.CreateGraphics() ; color = c; speed = s; size = z; //Создадим кисть нужного цвета brush = new SolidBrush(colour);

10.4 Анимация с помощью потоков

395

public void Run() { while ( ! ended) { Draw () ; Thread.Sleep(speed);//Миллисекунды

public void Draw() { //Вычислим положение очередного пятна int x = г.Next (380) ; int у = r.Next (380) //Нарисуем пятно на экране g.FillEllipse(brush, х, size, size);

static void Main() { Application.Run(new SpottyThreads());

Типичный вывод программы приведен на рис. 10.5.

Рис. 10.5. Множество пятен

Интеграция графики в систему Views Как было показано в примере 10.4, анимация изображения может не затрагивать другие элементы управления. Тикающие часы являются очень простым примером, но в этой программе непосредственно использовались элементы управления из Windows.Forms, и такой метод по мере развития программы приводит к громоздким и трудно управляемым конструкциям. В частности, в этой книге не рассматривается вопрос о вводе информации из элемента управления. Проще и удобнее вернуться в мир Views и в эту среду включить графику. Никаких препятствий к этому нет. В разделе 5.7 мы уже обсуждали вопрос о непосредственном доступе к элементам управления, поддерживаемым Views. В то время, как в примере 10.4 мы подключали элемент управления с изображением таким предложением:

396

Глава 10. Графика и сети

picture.Paint

+= new

PaintEventHandler(new

Clock().ClockPaint);

в системе Views это действие будет выполнено иначе: f["pic"].с.Paint

+= new

PaintEventHandler(new

Clock().ClockPaint);

Здесь f — это форма Views; с помощью индекса, определяющего элемент управления Views, мы можем получить доступ к записи в таблице, содержащей информацию об этих элементах управления. Одно из полей записи, с, представляет собой ссылку на сам элемент управления. Далее мы организуем связь с событием Paint точно так же, как и раньше. Все остальное в программе может оставаться более или менее неизменным. В дополнение к простому и удобному размещению элементов управления, обеспечиваемому системой Views, мы можем взаимодействовать с элементами управления. Любопытно будет включить в программу кнопки, с помощью которых можно приостанавливать и возобновлять выполнение потока (например, потока часов). В класс Thread входят методы Suspend [приостановить] и Resume [возобновить], и их, разумеется, можно вызывать по мере необходимости. Использование этих методов проиллюстрировано в примере 10.6. Пример 10.6. Секундомер в системе Views В этом примере мы вносим два изменения в программу тикающих часов из примера 10.4. Во-первых, интерфейс пользователя разработан с помощью средств Views и, во-вторых, в него включены дополнительные кнопки для временной остановки (паузы), возобновления и остановки работы часов. В результате окно больше напоминает секундомер, чем часы. Отработка нажатия кнопок выполняется обычным для Views образом. В программе опущено определение класса Clock, которое в точности повторяет соответствующий текст примера 10.4. Еще одно изменение состоит в том, что в главной программе опять вызывается метод Go, поскольку метод Application.Run вызывается изнутри самой Views. Файл StopWatchWithViews.cs using System; using System.Drawing; using System.Drawing.Imaging; using System.Windows.Forms; using System.Threading; * using Views; public class StopWatchwithViews { ///<summary ///Программа Stop Watch with Views Bishop & Horspool March 2003 ///Реализует секундомер ///Демонстрирует анимацию в системе Views ///

10.4 Анимация с помощью потоков

397

Views.Form f; Thread clockThread; void SetUp() { f = new Views. Form ( @"

<Button Name=Pause/> <Button Name=Resume/> <Button Name=Start/> <Button Name=End/>

"); //с является ссылкой на фактическую управляющую переменную, //имя которой записывается в Views, как f["pic"] //Добавим обработчик события f["pic"]•с.Paint += new PaintEventHandler(new Clock().ClockPaint); //Создадим и запустим поток для управления часами clockThread = new Thread(new ThreadStart(this.TickClock)); clockThread.Start(); } bool done = false; void Go() { Setup () ; while(!done) { string с = f.GetControl(); if (c == null) break; ActionPerformed(c); } f .CloseGUI () ; } void ActionPerformed(string c) { switch (c) { case "Start" : clockThread.Start(); break; case "Resume" : clockThread.Resume() ; break; case "Pause" : clockThread.Suspend() ; break; case "End" : clockThread.Suspend() ; done = true; break;

Глава 10. Графика и сети

398 default break;

Void TickClockO { while(true) { f["pic"].с.Invalidate(); Thread.Sleep(10); Сюда следует включить класс Clock static void Main() { new StopWatchwithViews().Go();

f ) Stop Watch Pause

Start

J

_ End

Рис. 10.6. Вывод программы секундомера

Текст программы вряд ли нуждается в каких-либо пояснениях. Вывод программы приведен на рис. 10.6.

10.5 Работа в сети Язык С# был разработан в конце 1990-х годов, когда Интернет уже определенно стал частью повседневной жизни, а язык Java предоставил способ простого взаимодействия между файлами и программами в сети. Язык С# также включает превосходные средства для работы в сети, хотя здесь мы познакомимся лишь с двумя из них. К этим средствам относятся Web-запросы и сокеты. В С# имеется также API для организации связи с базами данных и обслуживания удаленных объектов, но эти темы выходят за рамки настоящей книги.

Web-запросы Мы можем послать запрос через Интернет для подсоединения к файлу по данному URL. Файл может содержать изображение или текст. С# поддер-

10.5 Работа в сети

399

живает три популярных протокола извлечения данных — "http://", "https://" и "file://". Все они становятся доступны посредством абстрактного класса WebRequest, который определяет тип файла и возвращает WebResponse [Web-ответ] соответствующего типа. Получив web-ответ, мы можем установить поток Stream, а затем из этого потока получить требуемые данные. Описанный пошаговый процесс показан на рис. 10.7. String Проверка и преобразование в URL WebRequest Выйти в Интернет, найти ресурс, зернуться назад с заголовком и телом

WebResponse Получить тело в виде потока

Stream Преобразовать поток в

изображение

Image Рис. 10.7. Последовательные шаги получения изображения через Интернет

Весь объект получается на втором шаге этого процесса. Объект можно также получать по частям с помощью методов BeginGetResponse и EndGetResponse. Пример 10.7. Получение изображения через Интернет Предположим, что где-то в Интернете у нас есть изображение, которое мы хотели бы отобразить в качестве части нашей программы. Мы можем приступить к выполнению описанных шагов, начав с простого URL и дойдя до объекта Image, который мы затем можем отобразить обычным образом с помощью Drawlmage. Дополнительное преимущество типа С# WebRequest заключается в том, что этот тип адаптируется к другим протоколам, помимо "http://". В частности, он воспринимает протокол "file://". В результате мы можем запустить приведенную ниже программу с командной строки с указанием имени ресурса, который может быть как локальным, так и расположенным сколь угодно далеко. Файл FetchlmageFromWeb.cs using using using

System; System.Drawing; System.Windows.Forms,

400

Глава 10. Графика и сети

using System.10; using System.Net; public c l a s s FetchlmageWeb : ///<summary ///Программа Web Request / //

Form { Bishop

& Horspool

March 2003

til

///Обращается к всемирной сети web для получения и вывода ///на экран изображения ///Демонстрирует web-запросы посредством протоколов h t t p или f i l e ///Командная строка с вашим. запросом должна содержать адрес в форме /// http://www.google.com/images/logo.gif или /// file://с:/My work/images/Jacarandas.jpg /// Image p i c ;

protected override void OnPaint(PaintEventArgs e) { e.Graphics.Drawlmage(pic,30,30); } public FetchlmageWeb(String url) { this.Size = new Size (400,400); this.Text = "Web request"; WebRequest request = WebRequest.Create(url); WebResponse response • request.GetResponse(); Stream stream = response.GetResponseStream(); pic = Image.FromStream(stream); } static void Main(string[] args) {) Application.Run(new FetchlmageWeb(args[0] ) ) ) ;

Запустить программу можно с помощью команд: FetchlmageWeb "http://www.google.com/images/logo.gif" FetchlmageWeb "file://c:/My work/images/Jacarandas. jpg"-

Для каждого из прогонов м ы получим в окне программы соответствующее изображение.

Порты и сокеты Все современные языки общего назначения предоставляют средства для взаимодействия программ путем посылки друг другу сообщений. Эти сообщения могут иметь любой согласованный формат и передаваться посредством протокола TCP/IP транспортного уровня сети. Здесь мы сталкиваемся с протоколом более низкого уровня, чем "http://", однако этот протокол предоставляет нам возможность непосредственного управления взаимодействием. Протокол TCP/IP основывается на аппаратных портах, которые имеются в некотором количестве на любом компьютере, но он также обеспечивает возможность совместного использования портов многими

10,5

Работа в сети

401

программами, если только им даны различающиеся номера. Таким образом, если две С#-программы желают обмениваться информацией, они прежде всего совместно решают, что будут использовать для этой цели порт с конкретным номером, например, 8190. Следует заметить, что большие номера портов не используются компьютерной системой и доступны пользователям. Далее программы принимают концепцию, известную под названием клиент-сервер. Другими словами, одна программа в общем случае рассматривается, как управляющая, и имеет в таком качестве доступ к данным и вычислительным мощностям, в которых нуждается вторая программа. Эта первая программа называется сервером. Затем мы определяем тип клиента, и можем при этом создать сколько угодно экземпляров клиентов, причем все они будут иметь доступ к серверу через заданный порт. Сначала начинает работать сервер, он подготавливает данные, после чего приступает к прослушиванию клиентов. Прослушивание осуществляется с помощью программного обеспечения, носящего название сокета. В С# для таких сокетов предусмотрен тип TcpListener. Как только клиент появляется в порте и направляется объекту TcpListener, сервер создает объект Socket, основываясь на предварительном обмене данными (в процессе которого будет получен адрес удаленного компьютера), запускает новый поток для конкретного клиента и затем возвращается к прослушиванию других возможных клиентов. В рамках потока, обслуживающего клиента, имеются еще три класса, которые обеспечивают полное обслуживание сокета. Это классы NetworkSocketStream, BinaryWriter и StreamReader. (Фактически можно использовать и другие варианты программ чтения и записи, но BinaryWriter и StreamReader достаточно хорошо справляются со своими обязанностями при выполнении таких простых программ, как приведенная ниже.) Для обеспечения непосредственной связи между каждым клиентом и сервером устанавливается объект NetworkSocketStream. Эта связь работает в обе стороны, поэтому нам нужны программы как чтения, так и записи. На рис. 10.8 показан процесс установления взаимоport

порт предоставляется для прослушивания на нем TcpListener

• принимает клиента и создает для него индивидуальный сокет

ч

Socket организует базовый поток данных NetworkSocketStream

устанавливает конкретные .потоки данных в обоих направлениях BinaryWriter StreamReader

Рис. 10.8. Последовательные шаги организации взаимодействия через сокет

402

Глава 10. Графика и сети

действия, начиная от целочисленного номера порта и до двух потоков данных, посредством которых осуществляется ввод и вывод данных, пересылаемых компьютерами.

10.6 Проект 6 — система ATM клиент-сервер Для иллюстрации обмена данными через сокеты мы воспользуемся примером простой системы ATM (Automatic Teller Machine, банкомат). Сервером является банк, а клиентами — посетители, которые пользуются различными банкоматами для выполнения банковских операций. В рассматриваемом варианте системы одновременно может существовать много клиентов, и мы обслуживаем их посредством потоков. Программа начинается с определения сервера. Сервер будет иметь простое окно Views, ожидающее клиента. Когда клиент начинает работать на том же порте, сервер автоматически активизируется (находясь в методе класса TcpListener), устанавливает сокет и затем создает новый поток для клиента, который вызывает метод Run обработчика класса Handler. В этом методе устанавливается соединение с клиентом, как это было показано на рис. 10.8. Затем клиенту посылается запрос на ввод PIN-кода, а клиент пересылает его посредством своего объекта класса BinaryWriter. Сервер читает эти данные посредством своего объекта класса StreamReader. Здесь могут быть выполнены дополнительные проверки и обмен сообщениями, после чего посетитель сможет приступить к выполнению банковской операции. В нашем примере, однако, мы рассматриваем только один набор коммуникационных потоков данных, и поэтому прекращаем моделирование в этой точке. На рис. 10.9 показано типичное взаимодействие сервера с двумя клиентами. Программы оказываются довольно длинными, но они включают все затронутые выше моменты. Сначала приведем программу сервера. Файл ATMServer.cs using System; u s i n g System.ComponentModel; using System.Threading; using System.Net.Sockets; u s i n g System.IO; p u b l i c c l a s s ATMServer { ///<summary ///Программа ATMServer / // , ; , i l l

Bishop

& Horspool

"

///Моделирует начало протокола ATM ///Допускает последовательные подсоединения ///Демонстрирует сокеты и работу в сети /// Socket socket; Thread client;

Feb

2003

10.6 Проект 6 — система ATM клиент-сервер

403

fflServer ***** SAVANNA BANK ***** [Simulating an ATM session on port 8190 Watting far connection ... (Starting a new client, numbered 1 [Starting a new client, numbered 2 Client 2:1234 (Client 1:4444 Client 2:5678 (Simulation complete. Thanks.

Terminate

Я Client

Ш.СИ*"* Welcome to Savanna bank! Attempting connection... {Connection successful,

Welcome to Savanna bank! Attempting connection... Connection successful.

Please type in your PIN number or type CANCEL (Incorrect PIN. Try again, please type in your PiN number [Please type in your PIN number or type CANCEL llncorrect PIN. Try again. (Please start your transactions, Please type in your PIN number f Simulation complete. Thanks.

Submit

Рис. 10.9. Система ATM клиент-сервер

static string magicPIN = "5678"; static int port = 8190; static bool done = false; Views.Form view; ATMServer(int port) { views = new Views. Form ( @"

halign=center

404

Глава 10. Графика и сети <Button Name='Terminate' Width='110' Font=boldlO/>
void GUICommunication() { while (views != null) { string b = view.GetControl() ; //Завершаем done = true; if (socket != null) { socket.Close (); client. Join () ; } view.PutText("Output", "Server view . Close () ;

public class Handler { Socket socket; NetworkStream socketStream;

terminated.")

10.6 Проект 6 — система ATM клиент-сервер

405

BinaryWriter writer; StreamReader reader; Views.Form view; int id; public Handler(Socket s, int i, Views.Form f) { socket = s; id = i; view = f; } public void Run() { try { //Установим коммуникационные потоки socketStream =new NetworkStream(socket); writer = new BinaryWriter(socketStream); reader = new StreamReader(socketStream); writer.Write("Connection successful."); writer.Write("" ) ; bool okay = false; for (int tries = 0; tries < 3 && 'okay; tries + + ) { writer. Write ("Please type in your PIN number " + "or type CANCEL") ; string message = reader.ReadLine(); message = message.Substring(1,message.Length-1); view. PutText ("Output", "Client " + id + ":" + message); okay = true; switch (message) { case "SHUTDOWN" : writer.Write("Shutting down. Goodbye."); done = true; break; case "CANCEL" : writer.Write("Trasaction halted. Goodbye."); break; default: if (message.Equals(magicPIN)) { writer.Write("Please start your transactions."); break; } else { writer.Write("Incorrect PIN. Try again."); okay = false; } break;

}

writer.Write("Simulation complete. Thanks."); view.PutText("Output", "Simulation complete. Thanks." catch(Exception error) { Console.WriteLine(error.ToString ());

406

Глава 10. Графика и сети static void Main(string[] args) { if (args.Length > 0) port = int.Parse(args[0]);v new ATMServer(port);

Заметьте, что потокам обработчика передаются ссылки на их сокеты, идентификатор конкретного клиента, который к этому времени будет уже известен серверу, а также ссылки на их формы Views. А разве форм Views несколько? Да, для каждого выполняемого клиента создается своя форма. Поэтому команды для активизации системы будут выглядеть таким образом: @rem Откройте командное окно ATMServer @rem Откройте второе командное окно ATMClient @гега Откройте третье командное окно ATMClient

При такой форме команд будет использован порт по умолчанию 8190. Теперь приведем программу клиента: Файл ATMClient.cs using System; using System.ComponentModel; using System.Threading; using System.Net.Sockets; using System.Windows.Forms; using System.10; public class ATMClient { ///<summary ///Программа ATMClient

Bishop & Horspool Feb 2003

ill

///Обеспечивает связь путем подсоединения к серверу ATM ///Демонстрирует сетевой обмен информацией /// private NetworkStream output; private BinaryWriter writer; private BinaryReader reader; private string message = ""; private Thread readThread; Views.Form view; static int port = 8190; ATMClient () { try { view = new Views . Form (@"

10.6 Проект 6 — система ATM клиент-сервер

407


void Connect () { TcpClient client; view.PutText("Out", "Attempting connection..."); client = new TcpClient(); client.Connect("localhost",port); output = client.GetStream(); writer - new BinaryWriter(output); reader = new BinaryReader(output) ; do { try { message - reader.ReadString(); view.PutText("Out",message); } catch(Exception error) { Console.WriteLine(error.ToString) ; } } while (message != "Simulation complete. Thanks"); reader . Close () ; writer.Close (); output.Close (); } void GUICommunication() { while (view != null) { * string b = view.GetControl (); switch(b) { case "Submit" : writer.Write(view.GetText("In") + " \ n " ) ; view.PutText ("In", " " ) ; break; view.CloseGUI() ; } static void Main(string[] args) {

Глава 10. Графика и сети

408 if

(args.Length > 0) port = int.Parse(args[0]); new ATMClient ();

Основные понятия, рассмотренные в гл. 10 В главе рассмотрены следующие понятия: графические интерфейсы

многопоточность

анимация

события

обработчики

цвет

фигуры, линии и точки

текст и шрифты

изображения, как объекты Классы и методы API, конкретно затронутые в этой главе: System. Windows. Forms. Form

Application. Run

FillEllipse

SolidBrush

System. Drawing

System. Threading

OnPaint

PaintEventArgs

PaintEventHandler

Color

DrawLine

Pen

DrawString

Font

Image

FromFile

Drawlmage

.

SizeMode

В главу включены следующие формы: Шаблон программы с графикой

События и обработчики для графики

Вывод изображений

Вывод изображения в элемент управления

Создание и запуск потока

Анимация с помощью потоков

Закрытие потока

Контрольные вопросы

409

Контрольные вопросы 10.1. OnPaint представляет собой: (а) событие (в) графический объект

(б) метод (г) форму

10.2. Для активизации метода с именем DrawMe, чтобы он вызывался каждый раз, когда форма должна быть перерисована, мы используем: (а) this.Controls.Add(DrawMe) (б) this.Paint

+- OnPaint(DrawMe);

(в) this.Paint

+=

new

FaintEventHandler(DrawMe)

(r) DrawMe.PaintEventHandler.Add()

10.3. FromFile представляет собой: (а) статический метод класса Image (в) команду GDI+ 10.4. Потоки представляют собой: (а) методы экземпляров (в) события

(б) метод экземпляра класса Image (г) графическое событие (б) статические методы (г) объекты

10.5. ThreadStart представляет собой: (а) метод, который выполняет бесконечный цикл до тех пор, пока не возникнет какое-либо событие, завершающее этот поток (б) делегата, который поддерживает реестр рабочего метода потока (в) объект, который запускает поток вызовом его рабочего метода (г) событие, которое активизирует выполнение потока 10.6. Предложение, которое заставит перерисоваться рисунок в окне для изображения PictureBox p, выглядит так: (а) р. Invalidate () / (б) p.Validate (в) OnPaint (p) ; (г) p.ReDraw(); 10.7. Когда (а) (б) (в)

мы выполняем Web-запрос, результатом этого будет: доступ к ресурсу посредством протокола http:// доступ к Web-ответу посредством протокола http:// доступ к WTeb-oTBerry посредством любого из нескольких протоколов (г) URL

15—2047

410

Глава 10. Графика и сети

10.8. Протоколом, используемым для передачи сообщений между сокетами, является: (а) протокол сокета

(б) https://

(в) поток данных

(г) TCP/IP

10.9. Предложение в сервере, которое позволяет серверу ожидать контакта с клиентом, выглядит так: (а) Thread.Sleep(100); (б) listener.AcceptSocket ( ) ; (в) listener.Start ( ) ; (г) client .Start () ;

10.10. Если у нас есть ATM-система банкомата с тремя клиентами, сколько всего в ней будет выполняться потоков? (а) один

(б) три

(в) четыре

(г) невозможно ответить

Упражнения 10.1. Цветные пятна. Модифицируйте программу Spotty так, чтобы она выводила пятна четырех различных цветов, выбираемых случайным образом. 10.2. Пятна с размерами. Заставьте программу Spotty взаимодействовать с пользователем через консольное окно, чтобы в нее можно было перед началом работы ввести размеры пятен. 10.3. Пятна в Views. Перепишите программу Spotty, включив в нее интерфейс Views с элементами управления для ввода нескольких цветов и размеров пятен. (Подсказка: рисуйте пятна в элементе управления PictureBox.) 10.4. Перемещение прямоугольника, выделяющего часть изображения. Поместите пример 10.2 в интерфейс Views и используйте элементы управления ТгаскВаг для изменения размера выделяющего прямоугольника и перемещения его по изображению. Дополнительно выводите текущую позицию прямоугольника в элемент управления TextBox.

Список форм

Приложение

А

Это приложение предназначено для обеспечения поиска кратких описаний конструкций и классов С# в пространстве имен С#. Команды командной строки (выборка) Объект Тип Простой тип Структурный тип Обращение к членам Объявление поля (упрощено) Создание объекта Класс в качестве простой программы Простые предложения ввода Структура DateTime (сокращенно) Структура int или Int32 (сокращенно) Класс Random (сокращенно) Определение структуры Определение свойства Повышение типа (сокращено) Типы результата сравнения Явное преобразование Цикл for (простой) Предложение вывода с форматированием Спецификация формата Класс NumberFormatlnfо (сокращено) Объявление метода (упрощено) Вызов метода (упрощено). Операторы отношения Булевы логические операторы Булевы условные операторы Предложение if Цикл while Цикл do-while Цикл for Объявление массива (упрощено)

27 35 36 37 39 40 40 42 46 64 68 70 70 81 82 91 95 98 100 107 109 110 112 113 130 131 132 133 136 138 140 145

412

Приложение А. Список форм

Цикл foreach Объявление и использование строк Класс string (сокращено) Объявление и использование типа символов Символьные escape-последовательности (сокращено) Тип char (сокращено) Предложение switch Обозначения XML для Views Создание объекта Views.Form Взаимодействие с элементами управления в системе Views . . . Взаимодействие с текстовыми полями и списками в системе Views Предложение try-catch Метод Debug.Assert Трассировочные предложения — условная компиляция Класс Debug — использование для трассировочного вывода . . . Класс StringBuilder (сокращено) Классы StreamReader и StreamWriter (сокращено) Файловые операции (общие) Класс Array (сокращено) Класс ArrayList (сокращено) Объявления массивов — прямоугольных и рваных Коллекция SortedList (сокращено) Цикл foreach для упорядоченного списка SortedList Определение и использование перечислимых типов Интерфейс IComparable Интерфейс для IComparer Определение интерфейса Преобразования и проверки типов Перегрузка операторов Определение класса Шаблоны методов сериализации Шаблон программы с графикой События и обработчики для графики Вывод изображений Вывод изображения в элемент управления Создание и запуск потока Анимация с помощью потоков Завершение потока

152 154 155 156 157 159 165 190 191 193 194 238 243 246 247 266 269 270 302 305 306 312 315 323 339 341 343 345 353 354 369 377 380 382 383 386 389 393

Ключевые слова и операторы

Приложение

Б

Более детальную информацию относительно ключевых слов и операторов можно найти в спецификациях языка С # . Не все они были рассмотрены в этой книге.

Б.1 Ключевые слова Ключевые слова С# для облегчения ссылок распределены здесь по пяти группам. В некоторых случаях ключевое слово может принадлежать нескольким группам. В этих случаях мы поместили его в наиболее используемую группу.

Простые типы bool

byte

char

const

decimal

double

enum

false

fixed

float

int

lock

sbyte

short

true

uint

ulong

ushort

Структурные типы abstract

base

class

delegate

event

interface

namespaces

null

object

readonly

sealed

string

struct

using

volatile

as

base

checked

is

new

sizeof

stackalloc

this

typeof

unchecked

unsafe

Выражения

Приложение Б. Ключевые слова и операторы

414

Управляющие структуры break default

case do

catch else

continue finally

for

foreach

goto

if

in

switch

throw

try

while

Методы explicit

extern

internal

operate

out

override

params

private

protected

public

ref

return

static

virtual

void

Специальные слова В некоторых местах отдельные идентификаторы имеют специфический смысл, хотя и не являются ключевыми словами. Например, в объявлениях свойства слова get, set и value имеют специфический смысл.

Б.2 Операторы и знаки препинания Имеются несколько видов операторов и знаков препинания. Операторы используются в выражениях для описания операций, в которых участвуют один или несколько операндов. Знаки препинания предназначены для группирования и разделения.

Знаки препинания

Операторы присваивания += <=

Операторы выражений

&&

Форматтеры

в

Приложение

В этом приложение продолжается обсуждение форматирования, начатое в разделе 3.6, и приводятся дополнительные возможности форматирования, предусмотренные в С # .

В.1 Спецификация формата Здесь повторяется форма с описанием форматтеров, приведенная в разделе 3.6. Спецификация формата {N,

M:s}

N указывает на позицию элемента в списке выводимых переменных после того, как строка формата будет передана в метод Write; позиции элементов нумеруются от 0. М задает ширину области, в которую будет помещено форматированное значение. Если М отсутствует или отрицательно, значение будет выровнено влево, в противном случае — вправо. Параметр s является необязательной строкой форматирующих кодов, которые используются для управления форматированием чисел, даты и времени, денежных знаков и т. д.

Значения N и М задаются в программе. Нам еще надо иметь список возможных выражений для s. Параметр s носит название спецификатора формата. В системе .NET имеются три стандартных типа спецификаторов формата: для чисел, объектов даты и времени и для перечислимых объектов.

В.2 Числовые спецификаторы форматов Для вывода чисел предусмотрены девять стандартных спецификаторов, и в них нетрудно запутаться. В табл. В.1 представлены эти спецификаторы с примером их действия при выводе числа 1234.5, если формат позволяет выводить дробные числа, и 1234, если не позволяет. Для формата Р исполь-

Приложение В. Форматтеры

416

зовано число 89, а для формата X — 89AF3. Знаки подчеркивания обозначают пробелы. Таблица В.1. Примеры числовых спецификаторов форматов

Спецификатор Общий

Буква G

К каким данным относится

Пример

ко всем (настраивается)

О . 1л 8 : G

Строка _1234.5 1234

Фиксированная точка

F

ко всем

8 : F 2

_1234.50

С возвратом

R

ко всем

8 : R 2

1234.5

Число

N

ко всем

8 : N 1

1,2345.6

Выражение со степенью

Е

ко всем

1 4 : E 6

_1.234500E+003

Десятичное выражение

D

только к целым

8 : D

00001234

Денежные единицы

С

ко всем

10: С

_$l,234.50

Проценты

Р

ко всем

0:P

89.00%

Шестнадцатеричные числа

X

только к целым

8X

00089AF3

Спецификатор G при использовании его с числами обладает наибольшей гибкостью. Он подстраивается к типу получаемого им значения и не принимает в расчет спецификаторы точности. Им удобно пользоваться, если требуется вставлять числа в текст. Для таблиц он не так удобен. Для того чтобы выровнять числа и десятичные точки, следует использовать F или даже R. Спецификатор R формирует строку примерно так же, как F или Е, но имеет то дополнительное преимущество, что формируемая им строка при вводе может быть преобразована в точности в то число, из которого она получена, поэтому он удобен для сериализации. Спецификатор N удобен для представления больших чисел, потому что он делит число на группы из трех цифр, хотя во многих странах вставляемую им запятую приходится преобразовывать в пробел (см. ниже). Спецификатор Е также удобен для представления больших чисел, a D полезен в тех случаях, когда во всех числах должно быть одно и тоже число цифр, как, например, в банковских счетах. Область использования спецификатора денежных единиц очевидна, однако может возникнуть необходимость в его настройке (см. ниже). Спецификатор Р может привести к ошибке, так сначала он умножает значение на 100. Спецификатор X предназначен для представления шестнадцатеричных чисел и часто используется с фиксированным числом цифр, когда слева вставляются лидирующие ноли. Спецификаторы включаются в строки формата. Строка формата может появиться в качестве первого параметра вызова WriteLine; за ним перечисляются выводимые данные:

В.З Настройка числовых форматтеров Console.WriteLine("{0:G} 63

+ 7.005

.

417

+ { 1 : G }= { 2 : G } " , 63, 7.005, 63+7.005);

= 70.005

В.З Настройка числовых форматтеров Перечисленные выше девять спецификаторов являются встроенными. Мы можем создавать свои варианты, используя специальные символы, указывающие позиции лидирующих нолей, десятичных разделителей и т. д. Эти символы могут быть вам знакомы по таким программам, как MS Word или Excel, а также по старым компьютерным языкам типа COBOL. К дополнительным форматирующим символам относятся, в частности, символы «О», «# », «.» и «,». Символ 0 указывает, что если в данной позиции нет цифры, там должен появиться ноль, в то время как # вставляет пробел. Символ точки указывает позицию десятичной точки, запятая (или запятые) определяет позицию (или позиции) разделителей групп. Заметьте, однако, что при использовании этих символов мы не можем изменять вид точки и разделителя и при необходимости должны выполнять эту операцию где-то еще. Так что полезность специальных символов несколько ограничена. Примером может служить операция замены лидирующих нолей в формате F пробелами. Такой спецификатор и пример его применения выглядят следующим образом: 8:"####0.0#"

_1234.5_

12345.0

Ноли с обеих сторон десятичной точки сформируют числа единообразно, даже если некоторые числа являются целыми, как это и видно в приведенном примере. Использование такой строки в предложении WriteLine будет выглядеть так: Console.WriteLine("{0,8:"####0.0#"}",1234.5); _1234.5_

Информация, которую мы обсуждаем, содержится в классе NumberFormatlnfo, упоминавшемся уже в разделе 3.6 в связи с выводом денежных сумм. Ниже приводится список полезных атрибутов для спецификаторов N и С: CurrencyGroupSeparator CurrencyDecimalDigits CurrencyDecimalSeparator CurrencySymbol

NumberGroupSeparator NumberDeсimalDigits NumberDecimalSeparator

Используя эти атрибуты, мы можем создавать выходные строки, соответствующие национальным форматам, вместо формата, действующего в США и установленного на большинстве компьютеров в качестве умолчания. Если ваш компьютер настроен на другой регион, то эти значения мо-

418

Приложение В. Форматтеры

гут быть взяты оттуда. С# имеет широкий выбор предустановленных стран в пространстве имен System.Globalization, которые можно выбирать программным образом. В то время, как спецификаторы формата могут использоваться непосредственно в строках формата в вызовах WriteLine и ToString, связь с объектом форматтера, называемого поставщиком формата, требует дополнительного преобразования. В классе String имеется метод Format, который форматирует строку и переменные так, как это требуется для объекта форматтера. Например, NumberFormatlnfо f = new NumberFormatlnfо() ; f.CurrencyDecimalSeparator = ", "; f.CurrencyGroupSeparator = " "; f. CurrencySymbol = "Redouble salary = 10000; Console.WriteLine( String.Format(f,"Your new salary is {0:C}",salary*l.04)); выведет Your

new

salary

is

R10

400,00

B.4 Форматтеры DateTime Спецификаторы формата пишутся как строки. Метод, которому они передаются, интерпретирует содержимое строки согласно определенным правилам. Правила для чисел встроены в метод WriteLine класса Console и описаны выше. Тип DateTime также предоставляет набор однобуквенных спецификаторов формата, которые интерпретируются его методом ToString. Если myDate является объектом DateTime и «D» обозначает такой спецификатор, то предложение вывода будет выглядеть таким образом: Console.WriteLine(myDate.ToString("D") ) ;

В таблицах В.2 и В.З приведены большинство спецификаторов, которые можно использовать в классе DateTime, вместе с двумя примерами, иллюстрирующими эффект локализации вывода. В этом случае мы для достижения нужного эффекта просто переустанавливаем регион компьютера. Заметьте, что формат выводит универсальное (Гринвичское) время, которое на два часа меньше, чем южноафриканское и на шесть часов меньше, чем время французской Канады.

В.4 Форматтеры DateTime

419

Таблица В.2. Форматы класса DateTime для английского (южноафриканского) региона Формат

Код

Год-месяц

Y

Месяц-день

М

Длинная дата

D

Короткая дата

d

Длинное время

Т

Короткое время

t

Полная дата, длинное время

F

Полная дата, короткое время

.

f

Стандартная дата, длинное время

G

Стандартная дата, короткое время

g

Универсальное упорядочиваемое время

и

Английское (южноафриканское) время

October 2003 07 October 07 October 2003 2003/10/07 15:02:27 03:02 PM 07 October 2003 15:02:27 07 October 2003 03:02 PM 2003/10/07 15:02:27 2003/10/07 03:02 PM 07 October 2003 13:02:27

Таблица В.З. Форматы класса DateTime для французского (Канадского) региона Формат

Код

Год-месяц

Y

Месяц-день

М

Длинная дата

D

Короткая дата

d

Длинное время

Т

Короткое время

t

Полная дата, длинное время

F

Полная дата, короткое время

f

Стандартная дата, длинное время

G

Стандартная дата, короткое время

g

Универсальное упорядочиваемое время

и

Французское (канадское) время

octobre 2003 07 octobre 07 octobre, 2003 2003-10-07 15:02:27 15:02 7 octobre 2003 15:02:27 7 octobre 2003 15:02 2003-10-07 15:02:27 2003-10-07 15:02 7 octobre, 2003 09:02:27

г

Приложение

U n i c o d e

Unicode представляет собой стандарт международной спецификации символов. В этом приложении, обобщающем материал раздела 4.5, приводятся некоторые таблицы символов общего употребления. Более детальную информацию относительно Unicode можно найти по адресу http://www.unicode.org.

Г. 1 Ввод символов Unicode Мы рассматриваем набор символов с точки зрения программирования. Чаще всего кодировка Unicode используется для расширения набора символов, вводимых с клавиатуры. Вряд ли мы будем составлять длинные предложения из символов Unicode, скорее несколько таких символов будут включаться в обычную строку, обычно передаваемую в качестве параметра вызову WriteLine. Прежде всего мы должны каким-то образом ввести эти символы в программу. Используемая нами программа должна иметь расширение, позволяющее распознавать дополнительные комбинации клавиш с использованием alt, shift и Ctrl. Такой программой является Microsoft Word. Если мы вводим с клавиатуры alt-ctrl-c, получится символ ©. Однако эта комбинация не будет восприниматься в Visual Studio, как и в Adobe Framemaker (который использован при создании этой книги). В редакторе Microsoft Word предусмотрено также стандартное средство ввода любых символов Unicode, которое действует для всех клавиатур: введите символ Unicode, затем ctrl-X. В большинстве интегрированных сред для разработки программного обеспечения (Integrated Development Environment, IDE) вы не можете вводить с клавиатуры специальные символы, чтобы они потом появлялись на экране. Для этого следует использовать кодировку Unicode. Обратившись к табл. Г.2, мы видим, что значение Unicode для символа авторского права © составляет 00А9. Таким образом, для включения этого символа в строку для WriteLine следует написать: Console.WriteLine("\u00A9

2003");

что приведет к выводу на экран: © 2003

Г.2 Некоторые символы

421

Г.2 Некоторые символы Не все клавиатуры содержат, кроме символа $, еще и символы национальной валюты. Здесь будут весьма полезны символы Unicode. Часто на клавиатурах предусматриваются специальные клавиши, воспринимаемые Microsoft Word, например, на большинстве клавиатур европейских стран имеется клавиша ALT-GR (что обозначает alternate graphic, альтернативная графика), и сочетание клавиш alt-gre обычно дает символ евро. Можно видеть, что этот символ новее других, так как его код Unicode имеет большее значение и, следовательно, добавлен позже. Символ $, однако, входит в обычную таблицу латинских букв. Таблица Г. 1. Символы денежных единиц Символ

Unicode

Сочетание клавиш

00А2

Unicode Alt-X

02АС

Unicode Alt-X

О О A3

Unicode Alt-X

00А5

Unicode Alt-X

0024

Shift-4

В дополнительной латинской таблице мы найдем много специальных знаков, некоторые из которых показаны в табл. Г.2. Таблица Г.2. Специальные знаки Символ

Unicode

Сочетание клавиш

оово

Unicode Alt-X

6

00BF

Alt+Ctrl+Shift+?

©

00А9

Alt+Ctrl-c

00В2

Unicode Alt-X

00BD

Unicode Alt-X

2

7;

Наконец, имеется большое количество международных акцентированных знаков того или иного вида. В табл. Г.З перечислены лишь некоторые из них. Другие можно определить путем экстраполяции таблицы или найти в полных таблицах Unicode. В табл. Г.З приведены сочетания клавиш, воспринимаемые Microsoft Word, например, символ а получается, если ввести комбинацию ctrl+*, а затем букву а. Вместо буквы а можно указывать и другие буквы (как строчные, так и прописные). Например, ввод сочетания ctrl+^ и вслед за ним буквы Е даст символ Ё.

422 Таблица Символ

Приложение Г. Unicode Г.3. Международные акцентированные символы Unicode

Сочетание клавиш

00DF

Ctrl+Shift+&, s

00Е0

Ctrl+Y буква

00Е1

Ctrl+', буква

00Е2

Ctrl+Shift+", буква

00Е4

Ctrl+Shift+:, буква

00Е5

Ctrl+Shift+@, буква

00Е7

Ctrl+,, с

00Е8

Ctrl+", буква

00Е9

Ctri+', буква

ООЕВ

Ctrl+Shift+:, буква

ООП

Ctrl+Shift+~, буква

00F6

Ctrl+Shift+:, буква

00FB

Ctrl+Shift+", буква

00FC

Ctrl+Shift+:, буква

00F8

Ctrl+/. о

Употребительные пространства имен

В данном приложении приведен список пространств имен, используемых в этой книге, и показана иерархия типов, входящих в каждое пространство. В каждом случае приведены лишь выборочные сведения о типах; полную информацию можно найти в справочных файлах Visual Studio или в других справочных изданиях, посвященных системе .NET. В первом разделе данного приложения мы рассматриваем пространства имен, упорядоченные по их именам. Во втором разделе пространства имен сгруппированы согласно тому, как они обычно используются в программах.

Д.1 Библиотека классов интегрированной системы .NET Библиотека классов интегрированной системы .NET является сердцем любой нетривиальной С#-программы. Эта библиотека предоставляет поддержку всего на свете, от ввода-вывода до дат и времени, от удаленного доступа к сетям до упорядочения и поиска. В этом разделе мы посмотрим, какие существуют пространства имен, и какова их структура. Хотя раздел посвящен библиотеке классов, более точно было бы говорить о библиотеке типов, поскольку раздел включает в себя такие структурированные типы, как структуры, которые не являются классами.

Как читать эти списки Библиотека .NET разделена на целый ряд пространств имен. Одно из них носит название System, а большинство остальных называются System. что-нибудь-еще. Это может вас запутать (особенно тех, кто знаком, скажем, с языком Java). Например, System.10 не является подпространством имен пространства System, а представляет собой совершенно самостоятельное пространство имен. Приводимые здесь списки не являются перечнями типов, определенных в пространствах имен; это названия типов, входящих в иерархию данного пространства имен. Так, например, последние три строки пространства имен System.Collections выглядят так:

424

Приложение Д. Употребительные пространства имен

System.Collections.Stack System.ValueType System. Collections.DictionaryEntry

Здесь тип System.ValueType не определен в этом пространстве имен, а является базовым типом для структуры, указанной ниже. Вы всегда можете выделить типы, определенные в данном пространстве имен, так как они начинаются с префикса, в точности совпадающего с именем пространства. Таким образом, первая и третья строки в приведенном выше фрагменте определены в пространстве имен System.Collections, а вторая строка относится к типу, определенному в пространстве имен System. Наконец, не забывайте, что большая часть приведенного ниже материала является лишь выборкой из обширного состава библиотеки типов. Для получения полного списка предоставляемых библиотекой типов обратитесь к справочнику по API.

Пространство имен System Пространство имен System содержит 135 типов, сгруппированных в несколько иерархий. На верхнем уровне располагаются 29 типов, большинство из которых содержат наследуемые подтипы. С некоторыми из них м ы уже встречались в этой книге. Н и ж е приведен список упоминавшихся в книге типов вместе с их подтипами. Пространство имен System System.Object System.Array System.Console System.Math System.Random System.String System.TimeZone System.ValueType System.Arglterator System.Boolean System.Byte System.Char System.DateTime System.Decimal System.Double System.Enum System.Intl6 System.Int32 System.Int64 System.IntPtr System.SByte System.Single System.TimeSpan System.UIntl6 System.UI.nt32

(выборка)

Д.1 Библиотека классов интегрированной системы .NET

425

System.UInt64 System.UlntPtr System.Void

He все типы, входящие в тип System.ValueType, будут вам знакомы, но типы, с которых начинается приведенный выше список, хорошо известны. Кроме того, в пространстве имен System имеется иерархия классов, связанных с исключениями. Ниже приводится выборка из этой иерархии. System.Exception (выборка) System.SystemException System.ArgumentException System.ArgumentNu11Exception System.ArgumentOutOfRangeException System.DuplicateWaitObjectException System.ArithmeticException System.DivideByZeroException System.NotFiniteNumberException System.OverflowException System.ArrayTypeMismatchException System.BadlmageFormatException System.FormatException System.UriFormatException System.IndexOutOfRangeException System.InvalidCastException System.InvalidOperationException System.MemberAccessException System.FieldAccessException System.MethodAccessException System.MissingMemberException System.MissingFieldException System.MissingMethodException System.NullReferenceException System.OutOfMemoryException System.RankException System.StackOverflowException .System.TypeInitializationException System.TypeLoadException System.DllNotFoundException System.EntryPointNotFoundException System.TypeUnloadedException Systern.UnauthorizedAccessException

Пространство имен System.Collections Пространство имен System.Collections содержит большое количество хорошо известных и широко используемых типов для обслуживания многочисленных объектов, включая Array List, Comparer и SortedList. Полный список этих типов приведен ниже.

426

Приложение Д. Употребительные пространства имен

System.Collections (полный список) System.Collections.ArrayList System.Collections.BitArray System.Collections.CaselnsensitiveComparer System.Collections.CaselnsensitiveHashCodeProvider System.Collections.CollectionBase System.Collections.Comparer System.Collections.DictionaryBase System.Collections.HashTable System.Collections.Queue System. Collections. ReadOnlyCollectionB'ase System.Collections.SortedList System.Collections.Stack System.ValueType System.Collections.DictionaryEntry

Пространство имен System.Diagnostics Это пространство имен содержит большое количество типов, используемых при отладке программ и диагностике ошибок, но ограничимся лишь одним: System.Diagnostics (выборка) System.Diagnostics.Debug

Пространство имен System.Drawing Некоторые типы Drawing были затронуты в гл. 10. Пространство имен System.Drawing содержит огромное количество типов, из которых ниже перечислены лишь немногие: System.Drawing (выборка) System.Drawing.Brushes System.Drawing.ColorTranslator System.Drawing.ImageAnimator System.Drawing.Pens System.Drawing.Font System.Drawing.FontFamily System.Drawing.Graphics System.Drawing.Icon System.Drawing.Image System.Drawing.Bitmap System.Drawing.Pen System.Drawing.Region System.Drawing.StringFormat System.ValueType System.Drawing.CharacterRange System.Drawing.Color System.Drawing.Point System.Drawing.PointF

Д.1 Библиотека классов интегрированной системы .NET

427

System.Drawing.Rectangle System.Drawing.RectangleF System.Drawing. Size System.Drawing.SizeF System.Enum

Пространство имен System.Globalization Хотя это пространство имен в явной форме в этой книге не обсуждалось, тем не менее м ы использовали пару типов из него (например, NumberFormatlnfo), и интересно посмотреть, что ж е в него входит. Н и ж е приведен полный состав пространства имен System.Globalization. System.Globalization (полный перечень) System.Object System.Globalization.Calendar System.Globalization.GregorianCalendar System. Globalization. Hebre.wCalendar System.Globalization.HijriCalendar System.Globalization.JapaneseCalendar System.Globalization.JulianCalendar System.Globalization.KoreanCalendar System.Globalization.TaiwanCalendar System.Globalization.ThaiBuddhistCalendar System.Globalization.Comparelnfо System.Globalization.CultureInfo System.Globalization.DateTimeFormatlnfо System.Globalization.DaylightTime System.Globalization.NumberFormatlnfo System.Globalization.RegionInfo System.Globalization.SortKey System.Globalization.Stringlnfo System.Globalization.TextElementEnumerator System.Globalization.TextInfo System.ValueType System.Enum Systern.Globalization.CalendarWeekRule System.Globalization.CompareOptions System.Globalization.CultureTypes System.Globalization.DateTimeStyles System.Globalization.GregorianCalendarTypes System.Globalization.Numberstyles System.Globalization.UnicodeCategory

Пространство имен System.10 System.10 относится к числу широко известных пространств имен. Заметьте, что в него входят несколько типов, связанных с обработкой исключений (exception). Кроме того, главные классы наследуют от двух других классов — System.MarshalByRef Object и System.ComponentModel.Component, ко-

428

Приложение Д . Употребительные пространства имен

торые позволяют использовать классы этого пространства имен в удаленном программировании (предмет, безусловно выходящий за рамки этой книги). System.10 (выборка) System.Exception System.SystemException System.10.InternalBufferOverflowException System.10.IOException System.10.DirectoryNotFoundException System.IO.EndOfStreamException System.10.FileLoadException System.IO.FileNotFoundException System.10.PathTooLongException System.10.BinaryReader System.IO.BinaryWriter System.10.Directory System.10.File System.10.Path Systern.MarshalByRefObject System.ComponentModel.Component System.10.FileSystemWatcher System.IO.FileSystemlnfo System.IO.Directorylnfo System.10.FileInfo System.10.Stream System.IO.BufferedStream System.IO.FileStream System.IO.MemoryStream System.IO.TextReader System.10.StreamReader System.10.StringReader System.10.TextWriter System.10.StreamWriter System.10.StringWriter

Пространство имен System.Net Пространство имен System.Net предоставляет большое число классов для связи с другими компьютерами посредством разнообразных протоколов. Здесь так же главные классы наследуют от классов MarshalByRef Object и ComponentModel. Component. System.Net (выборка) System.Exception System.SystemException System.FormatException System.Net.CookieException System.InvalidOperationException System.Net.ProtocolViolationException System.Net.WebException

Д.1 Библиотека классов интегрированной системы .NET

429

System.MarshalByRefObj ect System.ComponentModel.Component System.Net.WebClient System.Net.WebRequest System.Net.FileWebRequest System.Net.HttpWebRequest System.Net.WebResponse System.Net.FileWebResponse System.Net.HttpWebResponse System.Net.SocketAddress System.Net.WebProxy

Пространство имен System.Net.Sockets Вместе с пространством System.Net, это пространство имен предоставляет специфические классы для реализации сокетов. System.Net.Sockets (выборка) System.Exception System.SystemException System.RunTime.InteropServices.ExternalException System.ComponentModel.Win32Exception System.Net.Sockets.SocketException System.MarshalByRefObject System.10.Stream System.Net.Sockets.NetworkStream System.Net.Sockets.LingerOption. System.Net.Sockets.MulticastOption System.Net.Sockets.Socket System.Net.Sockets.TcpClient System.Net.Sockets.TcpListener System.Net.Sockets.UdpClient

Пространство имен System.Runtime.Serialization В различных пространствах имен содержатся самые разнообразные форматтеры, предназначенные для сериализации. Тот, который мы использовали, описывается единственным классом. System.RunTime.Serialization.Formatters.Binary System.RunTime.Serialization.Formatters.Binary.BinaryFormatter

Пространство имен System.Text Это небольшое пространство имен, обеспечивающее кодирование и декодирование символов. Однако в него входит также класс, с которым мы уже встречались: System.Text (выборка) System.Text.StringBuilder

430

Приложение Д . Употребительные пространства имен

Пространство имен System.Threading В пространство имен System.Threading входит большое количество типов, некоторые из которых обеспечивают синхронизацию, которой м ы не занимались. Эти типы не входят в приводимую ниже выборку. System.Threading (выборка) System.Object System.EventArgs System.Threading.ThreadExceptionEventArgs System.Exception System.SystemException System.Threading.ThreadAbortException System.Threading.ThreadlnterruptedException System.Threading.ThreadStateException System.Threading.Thread System.Threading.ThreadPool System.Threading.Timeout System.ValueType System.Enum System.Threading.ApartmentState Systern.Threading.ThreadPrioritу System.Threading.ThreadState

Пространство имен System.Windows.Forms Это одно из самых больших по объему пространств имен; в него входят типы для отображения и управления всевозможными элементами управления. Ниже приводится лишь выборочный список. System.Windows.Forms (выборка) System.Delegate Systern.MulticastDelegate System.Windows.Forms.ContentResizedEventHandler System.Windows.Forms.ControlEventHandler System.Windows.Forms.DrawItemEventHandler System.Windows.Forms.InvalidateEventHandler System.Windows.Forms.ItemChangeEventHandler System.Windows.Forms.ItemCheckEventHandler Systern.Windows.Forms.KeyEventHandler System.Windows.Forms.LabelEditEventHandler System.Windows.Forms.MouseEventHandler System.Windows.Forms.PaintEventHandler System.Windows.Forms.ScrollEventHandler System.Windows.Forms.InvalidateEventArgs System.Windows.Forms.ItemChangedEventArgs Systern.Windows.Forms.ItemCheckEventArgs Systern.Windows.Forms.ItemDragEventArgs System.Windows.Forms.KeyEventArgs System.Windows.Forms.KeyPressEventArgs System.Windows.Forms.MouseEventArgs

Д.2 Использование пространств имен

431

System.Windows.Forms.PaintEventArgs System.Windows.Forms.ScrollEventArgs System.MarshalByRefObject System.ComponentModel.Component System.Windows.Forms.ColumnHeader System.Windows.Forms.CommonDialog System.Windows.Forms.ColorDialog System.Windows.Forms.FileDialog System.Windows.Forms.OpenFileDialog System.Windows.Forms.SaveFileDialog System.Windows.Forms.FontDialog System.Windows.Forms.PageSetupDialog System.Windows.Forms.PrintDialog System.Windows.Forms.Control System.Windows.Forms.Button System.Windows.Forms.CheckBox System.Windows.Forms.RadioButton System.Windows.Forms.GroupBox System.Windows.Forms.Label System.Windows.Forms.ListControl System.Windows.Forms.ComboBox System.Windows.Forms.ListBox System.Windows.Forms.CheckedListBox System.Windows.Forms.ListView System.Windows.Forms.PictureBox System.Windows.Forms.ProgressBar System.Windows.Forms.ScrollableControl System.Windows.Forms.Panel System.Windows.Forms.ScrollBar System.Windows.Forms.HScrollBar System.Windows.Forms.VScrollBar System.Windows.Forms.TextBoxBase System.Windows.Forms.TextBox System.Windows.Forms.ToolBar System.Windows.Forms.TrackBar System.Windows.Application

Д.2 Использование пространств имен На пространства имен можно взглянуть по-другому, именно, рассмотреть их функциональные возможности, которые не относятся собственно к языку С#, а затем рассортировать классы по областям использования их в программах. Ниже перечислены основные из этих областей. Для того чтобы получить доступ к любому из указанных пространств имен, необходимо включить в начало программы соответствующее предложение using.

Числа Определения структур для чисел содержатся в пространстве имен System. Средства ввода-вывода, предоставляемые классом Console, также включе-

432

Приложение Д . Употребительные пространства имен

ны в System. Ввод-вывод для файлов использует типы из пространства имен System.10. В System.Globalization можно найти типы, обеспечивающие разнообразное форматирование чисел, особенно настройку ввода и вывода согласно правилам, действующим в конкретной стране или языке.

Даты и время Типы для дат и времени располагаются там же, где и типы для чисел, именно, в пространствах имен System, System. 10 и System.Globalization, где можно найти класс DateTimeFormatlnfo. Пространство имен System. Globalization содержит богатый набор типов для обработки дат, написанных на разных языках. Отметьте любопытную особенность в пространстве имен System, состав которого приведен в разделе Д.1: DateTime является структурой, входящей в тип ValueType, a TimeZone представляет собой класс, принадлежащий непосредственно объекту.

Строки и символы Строки и символы обеспечиваются пространствами System и System. 10. Полезную информацию можно также найти в System.Globalization, a класс StringBuilder определен в System.Text.

Математические функции и случайные числа Полный набор математических функций и генераторов случайных чисел можно найти в пространстве имен System, в классах Math и Random, соответственно.

Массивы Массивы могут существовать и без поддержки со стороны пространств имен, однако, как уже обсуждалось в гл. 8, С# предоставляет весьма полезные расширения и методы в классе Array, входящем в пространство имен System. В пространстве имен System.Collections имеются также классы AttayList и Bit Array. Для упорядочения элементов массивов вам, вероятно, понадобятся интерфейсы IComparable или IComparer.

Файлы Обслуживание файлов входит в пространство имен System.10. К файлам можно также обращаться по сети; в этом случае понадобятся классы из System.Net. Чтобы сохранять данные в сериализованных файлах, следует воспользоваться одним из пространств имен сериализации. В этой книге мы затронули пространство System.Runtime.Serialization. Имеются также средства сериализации XML в собственном пространстве имен.

Д.2 Использование пространств имен

433

Структуры данных Структуры данных, дополнительно к массивам и файлам, можно найти в пространстве имен System.Collection.

Сетевой доступ Сетевой доступ поддерживается пространством имен System.Net, а также классами для обслуживания сокетов из пространства System.Net.Sockets.

Графика и графические интерфейсы пользователя Графика и графические интерфейсы пользователя (GUI) в действительности являются двумя разными областями. Графика, т. е. рисование фигур и вывод шрифтов, поддерживается пространством имен System.Drawing; графические интерфейсы описаны в хорошо известном пространстве имен System. Windows.Form. Оба эти пространства содержат большое количество различных типов. Помимо этих базовых средств, графика и графические интерфейсы могут включать в себя анимацию, организуемую посредством многопоточности, и в этом случае надо будет использовать пространство имен System.Threading.

Класс Views.Form

Приложение

E

Класс Views.Form предоставляет альтернативные по отношению к Visual Studio средства для разработки графических интерфейсов пользователя. В этом приложении приводятся спецификации системы обозначений XML, используемые конструкторами классов для заполнения форм различными элементами управления, и описываются свойства и методы, экспортируемые этим классом.

Е. 1 Создание форм с помощью Views Класс Form из пространства имен Views предоставляет простой способ создания весьма совершенных графических интерфейсов пользователя (GUI). Работая в системе Windows, вы можете разработать GUI с помощью классов, входящих в пространство имен System.Windows.Forms. Составление программ на базе этих классов вполне возможно, однако является утомительным занятием, чреватым ошибками. Профессиональные программисты обычно используют среду разработки Microsoft Visual Studio, которая автоматически генерирует многие фрагменты программ. Система Views представляет собой альтернативное инструментальное средство для разработки программ, отличающееся простотой. Графические интерфейсы, созданные с помощью Views, поддерживают лишь подмножество (хотя и богатое подмножество) полного набора элементов управления, доступных в формах Windows. Взаимодействие между программой и элементами управления, используемыми в формах Windows, обычно реализуется посредством событий. Интерфейс, предоставляемый классом Views.Form, относительно прост, в силу чего программы Views не могут воспользоваться полным набором средств, доступных Windows-приложениям. Если ваша программа нуждается в более тонких средствах взаимодействия с элементами управления, то вам придется реализовать собственные обработчики событий, отказавшись от упрощенных методов обслуживания взаимодействия, предоставляемых классом Views. Form. При разработке системы Views во главу угла ставились простота использования, малые требования к памяти компьютера и возможность переноса на другие платформы. Views можно переписать по сети как в виде

Е.2 Синтаксис спецификаций Views.Form

435

исходных текстов, так и в откомпилированном виде с официального Web-сайта. URL этого сайта http://www.cs.up.ac.za/csharp

При работе в системе Windows для вызова компилятора С# следует ввести команду в командном окне (окне MS-DOS). При компиляции программ, использующих Views, эта команда будет иметь такой вид: esc

filel.cs

file2.cs ...

или esc

/r:Views.dll

filel.cs

file2.cs

...

где файлы с исходными текстами ваших программ имеют имена filel.cs, file2.cs и т. д. Первой, более простой командой можно пользоваться, если пространство имен Views было установлено на компьютере и зарегистрировано системным администратором. В противном случае следует использовать второй вариант команды. Она требует, чтобы копия файла Views.dll находилась в той же папке, где и ваши исходные файлы. (Это относительно небольшой файл и вы вряд ли переполните диск, если будете хранить несколько его копий, по одной копии для каждой программы, с которой вы работаете.)

Е.2 Синтаксис спецификаций Views.Form Конструктор класса Views.Form проверяет строку аргументов, чтобы удостовериться, что она содержит правильную спецификацию расположения в форме Windows элементов управления. В ходе проверки анализируется допустимость вложенности тегов, наличие у тегов всех необходимых атрибутов, отсутствие атрибутов, не поддерживаемых Views, а также разумность значений атрибутов. Теги могут быть вложенными, если они удовлетворяют правилам, приведенным в табл. Е.1. Первые два правила свидетельствуют о том, что форму можно сконструировать двумя разными способами. 1. Согласно первому способу надо указать тег , за ним controlGroup, а далее закрывающий тег . 2. Согласно второму способу надо указать тег

, за ним positionList, а далее закрывающий тег

. В свою очередь, состав controlGroup определяется тремя правилами, приведенными далее в той же таблице, а состав positionList определяется своим правилом, также приведенным в таблице. Как видно из таблицы, positionList определяется как {positionedControl}. Фигурные скобки используются для указания того, что предложения внутри скобок могут повторяться неограниченное число раз. Другими

Приложение Е. Класс Views.Form

436

Таблица Е.1. Синтаксис спецификаций XML для Views form: I controlGroup:

controlList: positionList: positionedControl: textltemList: control:

radioButtonList:

controlGroup

positionList controlList controlList <Panel> positionList {control} {positionedCon trol}

<position> control { text } controlGroup <Button/> textltemList textltemList radioButtonList . <SaveFileDialog/> {}

словами, positionList состоит из ноля или более конструкций {positionedControl }, одна за другой. Заметьте, что правило, утверждающее, что элемент управления может быть группой элементов управления (controlGroup), фактически разрешает вложенность групп ... внутрь групп ... и т. д. Атрибуты, допустимые для каждого тега, описаны в последующих разделах этого приложения, где теги перечислены с некоторыми пояснениями. Обратите внимание использование в именах тегов в табл. ЕЛ прописных букв, например, RadioButton, соответствует именам соответствующих классов в пространстве имен System.Windows.Forms. Полное имя класса RadioButton, таким образом, будет System.Windows.Forms.RadioButton

Е.З Теги группирования

437

и в Сопрограммах следует использовать в точности такое написание при ссылке на имя класса. Для удобства программиста класс Views.Forms допускает произвольное использование прописных и строчных букв в именах тегов и атрибутов. Однако гораздо лучше использовать те правила, которые действуют для имен классов Windows, потому что в этом случае вы уменьшите вероятность ошибок, когда начнете использовать эти классы.

Е.З Теги группирования В табл. Е.З перечислены те теги, которые включают в себя группы других тегов. Теги , и <Panel> используются для родовых групп элементов управления (называемых controlGroup в табл. Е.1), в то время как

и используются в более ограниченных условиях. Знак звездочки рядом с атрибутом (обычно атрибутом Name) указывает, что этот атрибут должен быть задан. Объяснения буквенных кодов, используемых для указания значений атрибутов, даны в разделе Е.5. Таблица Е.2. Конструкции группирования Views.Forms Конструкции группирования

<Panel>



Атрибуты

Описание

Text=S ForeColor=C BackColor=C

Самая внешняя пара тегов необходима для того чтобы начать и завершить спецификацию. В качестве вложенных конструкций допускаются вертикальный список, горизонтальный список, панель, одиночный элемент управления и список элементов управления вида <position> ...

Width=M Height=M ForeColor=C BackColor=C

Выводит на экран вложенные конструкции в виде вертикального списка

Width=M Height=M ForeColor=C BackColor=C

Выводит на экран вложенные конструкции в виде горизонтального списка

*Name=S Width=M Height=M ForeColor=C BackColor=C

Вложенной конструкцией должен быть список элементов управления вида <position> ... , каждый из которых помещается точно в указанную позицию

*Name=S Text=S Width=M Height=M ForeColor=C BackColor=C

Вложенной конструкцией должны быть элементы управления

438

Приложение Е. Класс Views.Form

Е.4 Теги элементов управления В табл. Е.З перечислены все основные элементы управления, поддерживаемые классом Views.Form. В'таблице приведены все атрибуты, соответствующие каждому элементу управления, за исключением halign и valign. Атрибут halign можно использовать с любым открытым тегом, который вложен непосредственно в группу ..., в то время как тег valign можно использовать с любым открытым тегом, который вложен непосредственно в группу .... Знак звездочки рядом с атрибутом (обычно атрибутом Name) указывает, что этот атрибут должен быть задан. Объяснения буквенных кодов, используемых для указания значений атрибутов, даны в разделе Е.5. Таблица Е.З. Элементы управления Views Элемент управления Views.Form

Атрибуты

Описание

<Button/>

*Name=S

Создает нажимаемую кнопку.

Text=S

Кнопка может быть снабжена надписью (полученной из строкового атрибута Text) или изображением (в этом случае имя файла, содержащего изображение, берется из атрибута Image), или и тем, и другим одновременно.

Image=F Width=M Height=M ForeColor=C BackColor=C Font=FNT



*Name=S Text=S Width=M Height=M

Размер кнопки по умолчанию устанавливается таким, чтобы на ней помещалась надпись или изображение. Щелчок по кнопке приводит к тому, что метод GetControl() возвращает имя элемента управления Создает небольшую квадратную рамку. Щелчок пользователя по ней добавляет или удаляет флажок. Для получения состояния кнопки-флажка можно использовать метод GetValue

ForeColor=C BackColor=C Font=FNT

*Name=S Text=S



Width=M Height=M ForeColor=C BackColor-C Font=FNT

Создает список кнопок-флажков. Для получения состояния любой кнопки-флажка можно использовать метод GetValue

Е.4 Теги элементов управления

439

Таблица Е.З. Элементы управления Views (продолжение) Элемент управления Views. Form

Атрибуты

Описание



*Name=S Text=S



Width=M Height=M ForeColor=C BackColor=C F.ont=FNT

Создает прокручиваемый список, в котором можно выделять любой элемент в качестве текущего значения. С помощью метода GetValue можно получить индекс выбранного элемента



*Name=S Text=S Width=M Height=M ForeColor=C BackColor=C Font=FNT



Выводит прямоугольную рамку, используемую для помещения в нее группы селективных кнопок. Из этих кнопок в любой момент времени может быть выбрана только одна — если пользователь щелкает по кнопке, она выбирается, а выбранная перед этим становится невыбранной. Для получения надписи выбранной в данный момент кнопки можно использовать метод GetText



*Name=S Text=S Width=M Height=M ForeColor=C BackColot=C Font=FNT

Выводит строку текста



*Name=S Text=S Width=M Height=M ForeColor=C BackColor=C Font=FNT

Создает прямоугольную рамку, в которую можно поместить (и из которой извлекать) много строк текста.

*Name=S Text=S Width=M Height=M ForeColor=C BackColor=C Font=FNT

Создает кнопку, щелчок по которой открывает новое окно, позволяющее просмотром файловой системы найти требуемый файл из числа существующих.

*Name=S Text=S Width=M Height=M ForeColor=C BackColor=C Font=FNT

Создает прямоугольную область, называемую панелью, в которой можно разместить требуемые элементы управления. Панель можно снабдить линейками вертикальной и горизонтальной прокрутки, если это требуется для перемещения в поле зрения элементов управления



<Panel>

Выбранную в данный момент строку можно извлечь с помощью метода GetText; метод PutText добавляет новую строку к содержимому списка

Щелчок по кнопке и выбор файла приводит к тому, что метод GetControlO возвращает имя элемента управления; имя выбранного файла можно получить с помощью метода GetText

442

Приложение Е. Класс Views.Form

Имя Bold (и его синоним bf) дает полужирный шрифт; обычный светлый шрифт можно получить, используя имя Medium (или его синоним md). Имя Italic (и его синонимы it, Emphasis или em) дает курсивный ширфт; обычный прямой шрифт можно получить, используя имя Upright (или его синоним up). Размер шрифта можно задать, указав его размер в пунктах в виде десятичного числа; число может также включать дробную часть. Дескрипторы могут комбинировать в любом порядке. Некоторые примеры показаны ниже. Пример

Описание шрифта

Hello there

Bold24

ItalicSansl6

Hello there

Courier9.5

Hello there

Единицы размера. Высота или ширина элемента управления могут быть заданы просто в виде десятичных чисел, и в этом случае за единицу размера по умолчанию принимается пункт. При желании непосредственно вслед за числом можно указать другую единицу. Допустимые единицы размера приведены в табл. Е.4. Таблица Е.4. Единицы размера Имя

Значение

in

дюймы

cm

сантиметры

mm

миллиметры

pt

пункты

рс

пайка

В дюйме (2.54 см) содержится 72 пункта. Views предполагает, что разрешение экрана равно одному пикселу на пункт, т. е. 72 пиксела на дюйм (28.3 пиксела на см). Пример задания атрибутов: Width=64 Height=2.5cm Image='С:\Temp\MyPhotos\picturel.jpg' Name=Start Text='Select the input file'

Е.6 Методы Views.Form

443

Задание выравнивания. Атрибутам valign и halign могут быть присвоены следующие значения: valign: halign:

Top (по умолчанию), Left (no умолчанию),

Middle, Bottom Centre (или Center),

Right

Е.б Методы Views.Form Методы, входящие в класс Views.Form, перечислены в табл. Е.б. Заметьте, что поскольку реализация Windows класса Views.Form наследует от класса System. Windows.Forms.Form, вы можете вызывать любые открытые методы этого родительского класса, если вы компилируете свою Сопрограмму в системе Windows. Таблица. Е.5. Методы Views.Form Метод Views. Form

Описание

Form( string спецификация,

Это конструктор: создается и выводится на экран форма Windows с элементами управления, определенными в XML-спецификации. Первый аргумент может быть либо XML-спецификацией, предоставляемой в виде строковой константы, либо именем файла, содержащего спецификацию. Спецификация может содержать шаблоны { 0 } , {1} которые относятся либо к необязательным аргументам, следующим за XML-спецификацией, либо к элементам необязательного второго аргумента, представляющего собой массив объектов. Если используется шаблон {/}, активизируется метод ToString /-го необязательного аргумента, и результирующая строка подставляется на место шаблона {/} в строке спецификации

void C l o s e G U I ()

Завершает выполнение потока, который ожидает щелчка пользователя по форме, и освобождает другие системные ресурсы. Этот метод должен обязательно вызываться, когда исчезает необходимость в наблюдении формы на экране

string G e t C o n t r o l {)

Ожидает от пользователя выполнения действия с формой (т. е. щелчка по кнопке), после чего возвращает имя элемента управления, по которому щелкнули

string GetText( string имя)

Возвращает текстовое значение, связанное с элементом управления с указанным именем. Если элементом управления является TextBox или ListBox, это тот текст, который был введен пользователем. Если элементом управления является OpenFileFialog или SaveFileDialog, текст представляет собой имя выбранного файла

int GetValue( string имя)

Возвращает целочисленное значение, связанное с элементом управления с указанным именем. Для элементов управления TrackBar или ProgressBar это значение определяет текущую позицию ползунка. Для элемента управления CheckBox результат 1 или 0 указывает, установлен или не установлен флажок в данной кнопке, соответственно. Для элемента управления DomainUpDown результат является индексом выбранного в настоящий момент элемента списка (нумерация элементов списка начинается от 0)

Приложение Е. Класс Views.Form

444

Таблица. Е.5. Методы Views.Form (окончание) Метод Views. Form

Описание

int GetValue( string имя, int индекс)

Для элемента управления CheckedListBox результат показывает состояние кнопки-флажка с указанным индексом в списке кнопок, причем 1 обозначает отмеченную кнопку, а 0 — не отмеченную. Для других элементов управления результат совпадает с результатом, возвращаемым методом СетЛ/а!ие(имя)

void PutText( string имя, string текст)

Устанавливает атрибут Text элемента управления с указанным именем. Может использоваться для вывода текста в элементы управления ТехШох и ListBox

void PutValue( string имя, int значение)

Устанавливает целочисленное значение, связываемое с элементом управления с указанным именем. Метод используется для настройки состояния элемента управления ProgressBar и для установки состояния элемента управления CheckBox

void Putlmage( string имя, string имя файла)

Заменяет изображение, выводимое в элемент управления с атрибутом Image, новым изображением, получаемым из файла с указанным именем

void Putlmage( string имя, Image экземпляр)

То же с той разницей, что используемое изображение является экземпляром класса Image

(объект Views. Form) string имя]

Это индексная операция, возвращающая элемент управления с указанным именем. В реализации Views для системы Windows элемент управления является экземпляром класса в пространстве имен System.Windows. Forms

Е.7 Рекомендуемый стиль программирования Для того чтобы ваши программы были похожи на те, которые создаются при использовании форм Windows в среде Microsoft Visual Studio» мы рекомендуем при оформлении текста программы использовсять следующий базовый шаблон: string f = @"

. . .

"; try { new Views.Form(f); Views.Form form for (;;) { string name = form.GetControl(); if (name == null) break; ActionPerformed(name);

Е.8 Использование индексных операций

}

form.CloseGUI(); catch (Exception e) { Console.WriteLine("Error e.Message);

while

445

using

Views.Form:\n\n{0}",

Предложение try будет перехватывать все ошибки фрагмента программы от предложения, в котором создается форма, до предложения, где эта форма закрывается. Метод ActionPerformed может иметь структуру, схожую с приведенным ниже фрагментом, хотя для относительно простых форм и некоторых специальных случаев приведенный шаблон можно упростить: void ActionPerformed(string switch (name) { case "narnel" :

name)

{

break; case "name2": break; case ...//Столько конструкций case,

сколько требуется

Е.8 Использование индексных операций Если создается экземпляр класса Views.Form, например, таким образом: Views.Form f = new Views.Form (@"

";

тогда выводимая на экран форма содержит экземпляры элементов управления. Доступ к конкретным элементам управления может быть получен с использованием индексных операций, и такой доступ можно использовать для достижения некоторых эффектов во время выполнения. Например, если используется приведенная выше форма, то программа, создающая экземпляр формы, может выполнить такие предложения: System.Windows.Forms.TextBox tb = f["Boxl"]; System.Windows.Forms.Label lab = f["Labell"]; lab.BackColor = Color.Red lab.ForeColor = Color.Yellow; f.Invalidate();//Заставляет форму перерисоваться

с новыми цветами

446

Приложение Е. Класс Views.Form

которые изменяют шрифт, используемый в элементе управления TextBox, а также цвета элемента управления Label. Замечания: • Имена цветов также определены в пространстве имен System.Drawing. • Класс Views.Form наследует метод Invalidate от своего родительского класса, System.Windows.Form.

Отладка в Windows

ж

Приложение

В этом приложении дается обзор средств отладки С#-программ в системе Windows.

Ж.1 Введение Компиляция программы Для того чтобы программу можно было отлаживать, ее необходимо компилировать с установленным флагом debug. Если этот флаг сброшен, большую часть режимов, описанных в этом приложении, использовать не удастся. Команда командной строки, выполняющая компиляцию программы и установку флага debug, выглядит таким образом: esc

/debug:full

myprogram.esc

Если предположить, что в программе нет ошибок, которые не позволят довести компиляцию до конца, в результате компиляции будут созданы два файла. Для данного примера они будут названы myprogram.exe и myprogram.pdb. Первый файл является обычным выполнимым файлом. Второй представляет собой базу данных программы, содержащую информацию о программе; эту информацию использует отладчик, а также механизм трассировки стека, активизируемый при возникновении исключения. Если для составления и компиляции файла используется среда Visual Studio, тогда важно, чтобы для проекта была установлена конфигурация Debug. Для этого необходимо выполнить следующие шаги. 1. В подокне Solution Explorer выберите имя проекта. 2. В выпадающем меню с именем Project на панели задач Visual Studio выберите Properties. 3. В меню Property Pages, которое появляется в результате выполнения шага 2, выберите в левой панели Configuration Properties. 4. Удостоверьтесь в том, что в поле, помеченном Configuration, имеются надписи либо Debug, либо Active(Debug). Если этих надписей нет, щелкните по этому полю и выберите Debug.

448

Приложение Ж. Отладка в Windows

Отладчик командной строки и полноэкранные средства отладки Полная установка .NET, включая Visual Studio, в системе Windows позволит использовать три различные средства отладки. К этим средствам относятся: 1. Оперативный (Just-In-Time) отладчик, используемый для анализа выполняемой программы, которая встретилась с ошибкой (т. е. с необрабатываемым исключением). Полное имя этой программы отладчик DbgCLR. Для взаимодействия с пользователем он использует GUI. 2. Отладчик командной строки cordbg, который управляется посредством команд, вводимых в командном окне; с помощью этих команд можно запустить программу и наблюдать за ее выполнением. 3. Отладчик Visual Studio .NET. Этот отладчик можно использовать как для анализа программы, встретившейся с ошибкой, так и для трассировки выполняемой программы. Отладчик взаимодействует с пользователем посредством GUI, весьма похожего на тот, который встроен в отладчик DbgCLR.

Ж.2 Отладчик cordbg Команды cordbg Наиболее употребительные команды отладчика приведены в табл. Ж . 1 . Полный перечень команд можно получить, запустив отладчик и введя команду help. В этой таблице запись вроде b[reak] обозначает, что полное наименование команды есть break, но его допустимо сокращать до одной буквы b (другими словами, буквы, заключенные в квадратные скобки, не являются обязательными); некоторые команды имеют синонимы, например, break и stop действуют одинаково. Синонимы также перечислены в таблице.

Запуск отладчика cordbg Отладчик cordbg запускается с командной строки. Поэтому в качестве первого шага необходимо открыть командное окно. Далее в этом окне можно ввести команду (или несколько команд) cd (change directory, сменить каталог), чтобы перейти к той папке, где находится выполнимый файл программы, предназначенной для отладки. Пример сеанса с использованием команды cd может выглядеть таким образом: Microsoft Windows XP [Version 5.1.2600] (С) Copyright 1985-2001 Microsoft Corp. C:\Documents and Settings\nigelh>d: D:\>cd "Csharp Programs\Debugging

Ж.2 Отладчик cordbg

449

Таблица Ж . 1 . Выборочный список команд cordbg Справочная информация по командам отладчика h [elp] -р

Выводят описание команд отладчика

Запуск и останов отладчика и программы r[un]

Начинает процесс отладки

ex[it]

Завершают текущий процесс и сам отладчик

qluit] k [ill]

Завершает текущий процесс

Control-C

Прерывание текущего процесса

Доступ к переменным и состоянию программы p[rint]

Распечатывает переменные (локальные, аргументы, статические и пр.)

sh[ow]

Выводит строки исходного текста программы

w[here]

Выводит трассировку стека для текущего потока

d [ own ]

Позволяет переместиться вниз от текущего значения указателя кадра стека

и [р]

Позволяет переместиться вверх от текущего значения указателя кадра стека

set

Изменяет значение переменной (локальной, статической и пр.)

Обслуживание точек останова b [reak] stop del [ete]

Устанавливают новую точку останова или выводят список текущих точек останова Удаляет одну или несколько точек останова

rem[ove]

Пошаговое выполнение i [п]

Вход в следующее предложение исходного текста программы

si s[tep] n [ext]

Переход через следующее предложение исходного текста программы

so о [ut]

Выход из текущей функции

cont

Продолжение текущего процесса

д[о]

450

Приложение Ж. Отладка в Windows

Прежде всего, мы вводим команду "d:", чтобы перейти на логический диск, обозначаемый буквой D. Если нужный нам каталог находится на диске С, эта первая команда не потребуется. Далее вводится команда cd для перехода в папку с полным именем "D:\Csharp Programs\Debugging". Из-за того, что в имени пути к папке имеется пробел, аргумент команды cd предваряется символом двойной кавычки. Теперь можно ввести команду запуска отладчика. Казалось бы, эта команда должна совпадать с именем запускаемой программы, именно, cordbg (или cordbg.exe, если вы отличаетесь педантичностью). Однако, весьма вероятно, что переменная окружения PATH не содержит имени папки, в которой находится файл cordbg.exe. Если переменная PATH не установлена должным образом, вы получите сообщение 'cordbg' i s not recognized as an internal or external command, operable program or batch f i l e . ['cordbg' не распознана, как внутренняя или внешняя команда, выполнимая программа или командный файл.] В этом случае сначала необходимо найти папку, в которой установлена программа cordbg. Для этого может понадобиться поиск в файловой системе, например, с помощью средства Search (в меню Start). По умолчанию cordbg устанавливается в папке C:\Program Files\Microsoft Visual Studio NET\FrameworkSDK\Bin Найдя местоположение отладчика, можно поступить одним из трех способов: •

Воспользуйтесь системной Панелью управления для изменения значения переменной PATH, в которую надо включить местоположение cordbg, после чего вызовите его снова.

•

В качестве имени программы в командном окне ведите полное имя файла cordbg (вместе с путем к нему), заключенное в двойные кавычки.

•

С помощью текстового редактора, например программы Блокнот, создайте в текущем каталоге командный файл с именем, например, RunCordbg.bat, содержащий единственную строку текста: "C:\Program Files\Microsoft Visual Studio NET\FrameworkSDK\ Bin\cordbg.exe (строка, очевидно, должна быть изменена, если файл cordbg.exe расположен не в том каталоге, который указан в нашем примере). Затем введите в командном окне команду RunCordbg.

При использовании третьего способа вызова отладчика вы увидите на экране приблизительно следующее: d:\>cd "CSharp Programs\Debugging" D:\CSharp Programs\Debugging>runcordbg

Ж.2 Отладчик cordbg

451

C:\Program Files\Microsoft Visual Studio NET\FrameworkSDK\Bin\ cordbg.exe Microsoft (R) CommonLanguage RunTime Test Debugger Shell Version 1.0.3705.0 Copyright (C) Microsoft Corporation 1998-2001. All rights reserved. (cordbg)

Строка (cordbg) является запросом отладчика на ввод команды. Теперь пользователь может вводить команды cordbg, многие из которых были перечислены в табл. Ж . 1 . Одной из наиболее полезных является команда help. Ввод этой команды (или ее синонима, знака вопроса) без параметра выведет список всех команд с краткими пояснениями. Если требуется получить информацию об определенной команде, следует ввести команду help с именем команды в качестве аргумента. Например, ввод help

run

выведет информацию о команде run.

Запуск отлаживаемой программы Команда run. Если отлаживаемая программа называется myprogram.exe, то после запуска отладчика введите команду run

myprogram.exe

При этом в той же папке, откуда была запущена программа cordbg, должны находиться файлы myprogram.exe и myprogram.pdb. (He забудьте, что при запуске компилятора С# с ключом /debug:full, будет создан файл с расширением ".pdb".) Отлаживаемая программа будет загружена, и ее выполнение остановится на первой строке метода Main. Команда go. Ввод команды go (или ее синонима cont) заставляет программу выполняться до тех пор, пока она не дойдет до точки останова, или пока не будет перехвачена ошибка, или пока программа не завершится. Если программа входит в бесконечный цикл, ее можно остановить вводом с клавиатуры комбинации control-C, что заставляет отладчик взять управление на себя и остановиться в ожидании новых команд.

Использование точек останова Команда break. Новую точку останова можно установить с помощью одной из команд вроде следующих: break break break

47 myfile.cs:47 FooClass:BarMethod

452

Приложение Ж. Отладка в Windows

Первый вариант команды устанавливает точку останова на предложении в строке 47 исходного текста отлаживаемой программы. Второй вариант устанавливает точку останова на строке 47 файла с именем "myfile.cs". Третий вариант устанавливает точку останова на первой строке метода с именем BarMethod в классе с именем FooClass. Перечень действующих в настоящий момент точек останова можно получить с помощью команды break

введенной без аргументов. В полученном списке рядом с каждой точкой останова выводится ее номер. Команда remove. Для удаления точки останова следует ввести команду remove с указанием номера удаляемой точки останова. Например, команда

удаляет точку останова с номером 3.

Пошаговое выполнение Если программа находится в состоянии останова (либо на первом предложении программы после использования команды run, либо потому что выполнение достигло точки останова), можно выполнить одно предложение программы и остановить программу на следующем предложении. Такой режим называется пошаговым выполнением. Команда next. Эта команда (или ее синоним so от step over) заставляет отладчик выполнить одно полное предложение программы, даже если это предложение вызывает другой метод в программе. Команда step. Эта команда (или ее синонимы in или si от step into) заставляет отладчик выполнить одно полное предложение программы. Если, однако, это предложение содержит вызов метода, то программа останавливается перед выполнением первого предложения этого метода. Вслед за командами next и step можно указывать число их повторений. Например, команда next 10 эквивалентна вводу 10 команд next. Команда out. Если произошел вход в метод (возможно в результате выполнения команды step), то команда out продолжит выполнение до выхода из этого метода.

Ж.2 Отладчик cordbg

453

Доступ к переменным и к состоянию программы Команда where. Если программа останавливается на некотором предложении, то с помощью команды where можно получить последовательность активных методов (т. е. методов, которые были вызваны, но из которых еще не произошло выхода). Команда show. При вводе команды show на экран выводится последовательность строк исходного текста, окружающих текущее предложение. По умолчанию выводится пять строк до текущего предложения и пять строк после него. Команда print. Если программа останавливается на некотором предложении, то значение любой переменной, видимой в этой точке программы, может быть выведено с помощью команды print. Например, команда print

a [10],count

выведет значение поля count объекта, хранящегося в элементе массива а с номером 10. Команды up и down. Команда where выводит последовательность активных методов; каждый метод имеет локальные переменные, которые могут быть не видны в той точке, где остановилась программа. Эти методы могут принадлежать другим классам, в состав которых входят данные-члены, также невидимые в текущем предложении. Для получения доступа к таким переменным и полям, можно один или несколько раз использовать команду up. Ввод команды up имеет своим результатом назначение текущим предложения, которые вызвало текущий метод. Другими словами, отладчик переходит по цепочке вызываемых методов вверх по направлению к начальному методу Main. Команда down выполняет действие, противоположное команде up, заставляя отладчик перемещаться вниз по цепочке методов от метода Main по направлению к последнему активному методу в цепочке. Команда set. Иногда в процессе отладки требуется установить для некоторой переменной не то значение, которое в ней содержится в настоящий момент. Возможно, наилучшим примером использования этой процедуры будет такая ситуация, когда переменной, в силу ошибки в программе, было присвоено неправильное значение, и программист хотел бы посмотреть, будет ли программа выполняться далее без ошибок, если заменить текущее значение переменной на правильное.

Приложение Ж. Отладка в Windows

454

Ж.З Оперативный отладчик Если выполнение программы прекращается по причине необрабатываемого исключения, Windows выводит окно, пример которого изображен на рис. Ж . 1 .

An exception 'System.Exception' has occurred in Try.exe,

Possible Debuggers; Hew instance of Microsoft CLR Debuc Mew instance of Microsoft Development Environment

Set the currently selected debugger as the default.

Do you want to debug using the selected debugger? Yes

No

I

Рис. Ж . 1 . Оперативный отладчик

В качестве первого пункта в выводимым перечне альтернатив указывается отладчик Microsoft CLR, программа с именем DbgCLR, которая обычно устанавливается в системе Windows, как часть инструментального пакета .NET Software Development Kit (SDK). Второй пункт, среда разработки Microsoft (Microsoft Development Environment, MDE) обычно устанавливается вместе с пакетом Visual Studio и является отладчиком этого пакета. Выбор одного из указанных пунктов и щелчок по кнопке Yes запускает выбранный отладчик. Отладчик позволяет найти в программе местоположение необрабатываемого исключения, а также просмотреть значения переменных на момент ошибки. Оба отладчика работают в интерактивном графическом режиме и предоставляют схожие средства исследования программы. Отладчик Visual Studio рассмотрен в следующем разделе.

Ж.4

Отладчик Visual Studio

455

Ж.4 Отладчик Visual Studio Интерактивная отладочная среда Visual Studio включает в себя интерактивный редактор исходного текста программы и интерактивный отладчик. Каждая программа разрабатывается в виде проекта; имя проекта обычно совпадает с именем той папки, в которой находятся все исходные файлы этой программы. Для использования всех возможностей отладчика важно для отлаживаемого проекта установить конфигурацию Debug. Как это делается, описано в начале этого приложения. Предположим, что мы достигли такого этапа в разработке программы, что она компилируется без ошибок. Однако работает она неправильно. В этом случае можно начать выполнение программы под управлением отладчика Visual Studio, останавливая программу в заданных точках и наблюдая при этом значения переменных.

Установка точек останова Заметьте, что в подокне Solution Explorer выводится список имен всех исходных файлов, составляющих вместе программу. Двойной щелчок по любому из этих имен открывает файл с исходным текстом и выводит его содержимое в главное окно Visual Studio. Разумеется, выводить следует прежде всего файлы с «сомнительными» предложениями, на которых мы хотим устанавливать точки останова. Точки останова. Для установки точки останова на некотором предложении программы откройте файл, в который входит это предложение и щелкните по самому началу строки с этим предложением. После этого выберите New Breakpoint в ниспадающем меню Debug на панели инструментов. Откроется окно, внешний вид которого показан на рис. Ж.2. В окне New Breakpoint мы можете выбрать место установки точки останова. Окно позволяет установить точку останова как в некотором месте функции (т. е. метода), так и на определенной строке файла. Последнее, пожалуй, более удобно. Если щелкнуть по ярлыку File в верхней части окна, откроется вкладка, вид которой приведен на рис. Ж.З. Имя файла, номер строки и номер столбца в этой строке заполняются автоматически по местоположению курсора в окне исходного текста. После установки точки останова в левой части строки исходного текста появится большой оранжевый кружок. Точку останова можно установить и по-другому. Выберите нужное предложение исходного текста, щелкните по нему правой кнопкой мыши, а затем выберите пункт Insert Breakpoint в появившемся меню. Точки останова на данных. К наиболее неприятным относятся такие ошибки, когда какие-то переменные необъяснимо принимают неправильные значения. Некоторые отладчики позволяют прикреплять точки останова к переменным; когда программа выполняет присваивание этой переменной некоторого значения, она останавливается. К сожалению, эта возможность не реализована в текущей версии компилятора С#.

Приложение Ж. Отладка в Windows

456

Functo i n j File | Address J Data | Break executo i n when the program ruches this location in a function Function; [ I Line: j1 Character, i 1

Language:

Condition...

Hit Count..,

breakaways

OK

Cancel

rfeip^

Рис. Ж.2. Окно точки останова в Visual Studio

Function F'ie

j Address j Data |

Break execution when the program reaches this location in a file. File: Line:

)cuments\Visuat Studio Proiects\ConsoteADDlicationl\dassl .cs |29

Character: |1

Condition... 1 (no condition) Hit Count...

break always

OK

Cancel

Help

Рис. Ж.З. Установка точки останова на строке исходного текста

Ж.4 Отладчик Visual Studio

457

Удаление точек останова. Все точки останова могут быть удалены с помощью пункта Clear All Breakpoints в ниспадающем меню Debug. Для удаления одной точки останова самое простое — это открыть окно с исходным текстом и выбрать предложение, которому соответствует эта точка останова. Щелчок правой кнопкой мыши активизирует всплывающее меню, содержащее пункт удаления точки останова Remove breakpoint. Блокировка точек останова. Иногда бывает удобно удалить на время (блокировать) одну или несколько точек останова. Эту операцию позволяет выполнить пункт Disable all breakpoints в ниспадающем меню Debug. Щелчок правой кнопкой мыши по предложению исходного текста активизирует всплывающее меню, содержащее пункт блокирования точки останова Disable breakpoint. Соответственно, выбор пункта разблокирования точек останова Enable all breakpoints в ниспадающем меню Debug позволяет заново активизировать все заблокированные точки останова.

Выполнение программы В случае необходимости точки останова можно установить в программе еще перед ее выполнением. После этого следует выбрать пункт пуска программы Start в ниспадающем меню Debug на панели инструментов. Программа будет выполняться до тех пор, пока ей не понадобится ввод данных с клавиатуры (или из другой программы или устройства), или программа полностью и успешно выполнится, или возникнет ошибка, или будет достигнута точка останова. Во всех случаях, кроме варианта полного успешного выполнения, имеется возможность анализировать значения переменных, а также добавлять, удалять или блокировать точки останова. Если программа остановилась на точке останова, выполнение можно продолжить, выбрав пункт Continue в ниспадающем меню Debug (этот пункт появляется в меню на том месте, где сначала был пункт Start). Можно поступить по-другому, именно, продолжить выполнение программы команда за командой с помощью соответствующих команд отладчика. Ниспадающее меню Debug содержит три разных команды пошагового выполнения - Step Over, Step Into и Step Out, описания которых приведены ниже. С помощью меню Dedug можно также полностью завершить сеанс отладки (если, например, мы решаем повторить процедуру отладки с начала программы, или просто завершили отладку). Step Over. Выбор пункта Dedug/Step Over приводит к выполнению одного полного предложения. Если в этом предложении вызываются один или несколько методов, эти методы будут полностью выполнены (если, конечно, в них нет точек останова и не возникла ошибка). Если возникает необходимость пройти в пошаговом режиме большое количество команд, можно нажимать клавишу F10 на клавиатуре или щелкать мышью по кнопке Step Over на панели инструментов. Часть панели инструментов с указанием, где в ней найти кнопку Step Over, показана на рис. Ж.4.

Приложение Ж. Отладка в Windows

458 File

£dit

View

Project

• о

Build

Qebug Toots W

1 j Hex ! Ц§] *•' , | Progr

&

<+! step into

step over

ste

P0lIt

Рис. Ж.4. Кнопки пошагового выполнения на панели инструментов.

Step Into. Выбор пункта Dedug/Step Into приводит к выполнению одного полного предложения. Если, однако, предложение содержит вызов метода, расположенного где-то еще в программе, тогда выполнение останавливается на первом предложении этого метода. Команда Step Into используется в тех случаях, когда программист хочет контролировать выполнение всех без исключения предложений программы. Команда же Step Over удобна в тех случаях, когда про некоторый метод достоверно известно, что он работает правильно, и нет необходимости проходить его в пошаговом режиме. Эквивалентами команды Step Into являются нажатие клавиши F11 или щелчок по кнопке Step Into на панели инструментов (см. рис. Ж.4). Step Out. Если требуется возобновить нормальное выполнение программы до точки, где завершается выполнение текущего метода, и, соответственно, управление передается вызвавшей этот метод процедуре, надо воспользоваться командой Step Out. Команду удобно использовать, если вы случайно выполнили команду Step Into, или когда про текущий метод достоверно известно, что его оставшаяся часть будет работать правильно. Эквивалентами команды Step Out являются нажатие клавиш Shift-Fll (т. е. надо нажать на клавишу F11 при нажатой клавише Shift) или щелчок по кнопке Step Out на панели инструментов (см. рис. Ж.4).

Анализ состояния программы Точка выполнения в программе. В окне исходного текста предложение, которое будет сейчас выполняться, подсвечивается желтым цветом. В подокне вызова стека Call Stack в отладчикеУ1зиа1 Studio можно увидеть список всех активных методов в программе, вместе со значениями аргументов этих методов. Щелчки мышью по различным элементам этого подокна вызывают изменение содержимого окна исходного текста, в котором подсвечивается строка с вызовом данного метода.

Ж.4 Отладчик Visual Studio

459

Значения переменных. В то время как активная программа выполняется под управлением отладчика, можно анализировать значения переменных. Проще всего наблюдать значение простой переменной с помощью мыши, для чего достаточно поместить курсор мыши на имя требуемой переменной где-либо в программе. На экране появится небольшое окно с текущим значением этой переменной. Все время, пока программа находится в активном состоянии, отладчик позволяет работать с двумя подокнами. Одно называется Autos, а другое — Locals. Чтобы эти подокна стали видимыми, следует щелкнуть по пункту Windows... в ниспадающем меню Windows на панели инструментов. Выбор в появившемся меню Autos или Locals активизирует соответствующее окно. В окно Autos выводятся значения всех переменных, используемых в текущем и предыдущем предложениях. (Окно называется Autos, потому что оно автоматически обновляется по мере выполнения предложений программы в пошаговом режиме.) В окно Locals выводятся значения локальных переменных, т. е. переменных, видимых из данной точки программы. При выборе Debug /Windows /Watch /Watchl (для чего надо открыть ниспадающее меню Debug на панели инструментов, щелкнуть в нем по пункту Windows, в появившемся подменю выбрать пункт Watch, и, наконец, в последнем подменю выбрать пункт Watchl) на экран выводится подокно с именем Watchl. В левом столбце этого окна можно ввести имена переменных; тогда в среднем и правом столбцах появятся значения и типы этих переменных. По мере выполнения программы содержимое окна Watchl будет динамически изменяться. Всего имеются четыре окна наблюдения, от Watchl до Watch4. Эти окна можно использовать для наблюдения за поведением различных групп переменных. Ярлыки окон наблюдения служат для переключения с одного окна на другое. Пример окна наблюдения показан на рис. Ж.5. Заметьте, что щелкнув дважды по имени переменной в левом столбце, можно затем ввести новое значение этой переменной. ? х

Watch 1 Name num plural

; Value

\о _

;'

•_

_

; . •; _

0 null

_

j Туре

>\

int string

I Watch \ \Щ Search Р.&Жа for Auto;

Рис. Ж.5. Окно наблюдения за значениями переменных

Выбор пункта QuickWatch ... в меню Debug создает окно быстрого наблюдения QuickWatch. Это окно удобно для анализа значения выражения, например, Array[i*2]. Однако для того чтобы продолжить выполнение программы, это окно следует закрыть.

Предметный указатель

break, предложение 162 Brush, класс 381 Button, элемент управления 185, 206 byte 87

Символы - 90 - 95 ! 131 != 130 % 91 % = 96 & 131 && 132 * 90 */ 52 *= 96' / 90 /* 52 II 52 /// 51 /= 96 | 131

catch, предложение 261 char 155 сравнение 129 CheckBox, элемент управления 207 checked, модификатор 98 class 41 Clear, метод в классе Array 302 в классе ArrayList 305 Color, класс 380 Command Prompt, программа 27 Compare, метод 117 в структуре DateTime 69 CompareTo, метод 117, 336, 339-340 в структуре DateTime 69 со ссылками 295 в коллециях 306 Console, класс 43, 54, 63, 259 Contains, метод в классе ArrayList 305 continue, предложение 163 Сору, метод в классе Array 302 CPU 13 esc, команда 20 ключ /debug 246

II 132 + 90 + + 95

+=• 96 < 130 < - 130 -= 96 130 > 130 >= 130

API 45, 67 Application Programming Interface Application.Run, метод 377 Array, класс 302 определение 302 Array.Sort, метод 336, 340 ArrayList, класс 302, 304 определение 305" as, оператор 345 ASCII 15 В BinarySearch, метод в классе Array 302 в классе ArrayList 305 в коллекциях 306 Binary Writer, класс 401 Bit Array, класс 321 bool, тип 130

67 DateTime, структура 41 определение 67 свойство Now 43 сравнение 69 форматтеры 418 форматы 61 Debug, класс 247 метод Assert 243, 249 метод Indent 249 метод Listeners.Add 247 метод Listeners.Clear 247 метод Unident 249 метод WriteLine 247 decimal 8 7 DirectoryNotFoundException, исключение 261 DivideByZeroException, исключение 237 double 87

Предметный указатель сравнение 129 Drawlmage, метод 56, 382 DrawLine, метод 381 DrawString, метод 381

ЕСМА, стандарты 359 else, в предложении if 133 Equals, метод 117 со ссылками 295 в коллекциях 306 Escape-последовательности 157 Exam, структура 77 конструктор 79 свойство 82 Exception, класс 236

false 38, 95 представление, как 0 130 File, класс 270 FileLoadException, исключение 261 FileNotFoundException, исключение 261 float 87 Font, класс 382 foreach, цикл 152 в SortedList 315 Form, класс 376 Format, метод 111 FormatException, исключение 237 FromFile, метод 382

GDI+ 376 GetNextldentifier, метод 159 GetText, метод для файлового диалога 272 Graphics, класс 56, 377 GroupBox, элемент управления 209 GUI 9, 26, 183, 376 И HashTable, класс

321

IComparable, интерфейс 321, 339 IComparator, интерфейс 321 IComparer, интерфейс 341 IDE 25 IEnumerable, интерфейс 321 IEnumerator, интерфейс 321 if, предложение 133 Image, класс 41, 382

461 инициализация 41 IndexOf, метод в классе Array 302 в классе ArrayList 305 IndexOutOfRangeException, исключение 237, 302 int 69, 87 инициализация 41 определение 70 сравнение 129 Int32 69 internal, модификатор 356 Invalidate, атрибут элемента управления 388 IOException, исключение 261 is, оператор 345

JPEG, формат изображения

271

Label, элемент управления 185, 205 LastlndexOf, метод в классе ArrayList 305 Length, свойство 150 ListBox, элемент управления 186 long 87 М Main, метод 46 Math, тип 45 Microsoft Intermediate Language 22 Microsoft Word графика 375 и Unicode 421 MSIL22 Ы

.NET runtime, программа 23, 46 NetworkSocketStream, класс 401 new, модификатор 359 NextDouble, метод 278 null 41, 154, 158 в связанных структурах 291 ссылочное значение 292 NullReferenceException, исключение NumberE'ormatlnfo, класс 110, 417

OnPaint, метод 377 OpenFileDialog, элемент управления OutOfMemoryException, исключение OverflowException, исключение 98 overide, модификатор 80

236

272 263

Предметный указатель

462

Parse, метод 63, 70 с перечислимыми типами 323 Реп, класс 381 PictureBox, элемент управления 208, 217, 383 private, модификатор 170 ProgressBar, элемент управления 209 protected internal, модификатор 356 protected, модификатор 356 public, модификатор 81, 170, 356 Putlmage, метод 270

Queue, класс

321

default 165 правила использования 165 System, пространство имен 45, 67, 424 System.Collections, пространство имен 304, 425 System.Diagnostics, пространство имен 243 System.Drawing, пространство имен 377 System.Exception, класс 237 System.Globalization, пространство имен 418 System. 10, пространство имен 259, 369 System.Net, пространство имен 399 System.Runtime.Serialization, пространство имен 369 System.Text, пространство имен 265 System.Threading, пространство имен 378

R RadioButton, элемент управления 209 RAM 258 Random, класс 70, 278 определение 70 ReadLine, метод 64 ReadLine, метод для файлов 259 ref, параметр 115, 364 Remove, метод в классе ArrayList 305 Restore, метод 369 Resume, метод 396 return, предложение 113 в предложении switch 165

Save, метод 369 SaveFileDialog, элемент управления 272 sbyte 87 Serializable, атрибут 369 short 87 Simula67 18 Sort, метод 341 в классе Array 302 в коллекциях 306 SortedList пример 313 циклическая обработка 321 Split, метод 278 Stack, класс 321 StreamReader, класс 259, 262, 269, 401 StreamWriter, класс 259, 269 String, класс 111 string, тип 41, 69, 152 сравнение 129 String.Format, метод для имен файлов 271 StringBuilder, класс 266 struct 41 Suspend, метод 396 switch, предложение 164

Tcl/TK 376 TCP/IP, протокол 400 TcpListener, класс 402 TextBox, элемент управления 186, 206 then, в предложении if 134 this, индексатор в упорядоченном списке 313 Thread, класс 386, 396 ThreadStart, делегат 386 throw, предложение 238 Time, структура 85 TimeSpan, структура 67 ТоАггау, метод в класе ArrayList 305 ToString, метод 56, 61 для int 70 для структуры Time 85 TrackBar, элемент управления 209 true 95 представление, как 1 130 try-catch, предложение 236, 238, 260, 262 U uint 87 ulong 87 Unicode 15, 130, 156, 158, 420 Unix 25 позиции табуляции 264 ushort 87 UTC, универсальное скоординированное время 68 UtcNow, свойство 60

Views 184 создание форм

434

Предметный указатель

463 В

Views.Form, класс 191 атрибут Font 202 атрибут Height 204 атрибут Width 204 атрибуты 205 метод CloseGui 212 метод GetControl 193, 212 метод Getlmage 213 метод GetText 194, 212 метод GetValue 213 метод PutText 194, 213 методы 443 спецификации 435 тег

200 тег 196, 200-201 тег <Panel> 216 тег <space> 197, 201 тег 196, 200 теги группирования 437 теги элементов управления 438 Visual Studio 25, 183, 187 Visual Studio .NET 25

Ввод данных 63 окончание 151 Визуализация 375 Виртуальная функция 358 Виртуальные методы 355 Время по Гринвичу 68 Вывод 55 выражений 56 объектов 56 предложение 55 форматирование 61 Выполнимый файл 20, 30 Выравнивание строк и чисел 109 Выражение 40, 57, 90 Выражения 413 в предложениях вывода 57 отношения 95

Генератор случайных чисел 173, 361 Графика в системе Views 395 Графический интерфейс GDI+ 376 пользователя 183 Группирование объектов 286 Группы объектов 287

W Web-запросы 398 Write, метод 55 для файлов 262 WriteLine, метод 43, 55 для файлов 262 с форматом 107, 418

д

X XML

190

Абстракция 335 Алфавитный порядок в SortedList Анализ программы 52 Анимация 375 Ассемблер 16 Ассоциативность 97

Байт 14 Библиотеки 45 Биты 14, 160 для числовых типов 87 Булев тип 38 Булева алгебра 130 Булева переменная 136 Булевы выражения 131-132 Булевы значения 130 Булевы операторы 131 приоритет 132

314

Данные 77 в иерархии классов 357 объекта 35 Дата как объект 35 как структурный тип 38 тип 36 Даты и время, типы 432 Двоичная система счисления 14 Двоичное представление 160 Делегат 386 Деление 90 • по модулю 91 Дерево 287 Десятичная система 16 Динамичная компиляция 22 Директива компиляции #if 246 Доступ к полям через свойства 43 только для чтения через свойства 85 по имени 298 по номеру 296 Доступность private 81 public 81 и наследование 356 модификаторы в наследовании 355 модификаторы, список 356

Предметный указатель

464

Единицы измерения в системе Views

204

Ж Жесткий диск

258

3 Загрузчик 16 Замещение 337, 355 Запуск программы 46 Знак + для сцепления и сложения Знак равенства 58 Знаки препинания 414 Значащие цифры 89 Значение 58 в упорядоченном списке 299

57

И Игра «Камень—ножницы—бумага» 169, 171, 173, 175, 177, 179, 181 Идентификаторы 49 Иерархия 288, 354 объектов 286 Изображение как объект 35 Изображения на элементах управления 383 Имена типов и объектов 39 файла и программы 47 Индексатор 313 Инициализация изображений 41 структур и классов 41 структуры 79 целочисленных полей 41 Инкапсуляция 82 Интерактивная среда разработки 25 Интерактивный справочник 26 Интерпретация 21 Интерфейс 335 для достижения полиморфизма 336 дублирование блоков 362 определение 338 реализация 339 Интерфейс прикладного программирования 45, 67 Исключение PathTooLongException 261 Исключения для файлов 261 К Кавычки 55, 154 в строках 154 Каталог 28, 260 Квантование времени 385 Класс 41, 45, 286 инициализация полей 292

ArrayList 302, 304 ArrayList, определение 305 BinaryWriter 401 Brush 381 Color 380 Console 259 File 270 Font 382 Image 382 NetworkSocketStream 401 NumberFormatlnfo 417 Pen 381 Random 278 StreamReader 259, 262, 269, 401 StreamWriter 259, 269 TcpListener 402 Thread 386, 396 ThreadStart 386 Views.Form 434-435, 437, 439, 441, 443, 445 абстрактный 338 базовый 337, 356 определение 354 структурная единица 46 Классы кистей 378 производные 337 Клиент-сервер 401 Ключ 28, 299 в упорядоченном списке 312 Ключевые слова 49, 413 Коллекции выбор 323 определяемые пользователем 321 перечислимые 321 список 321 сравнимость 321 Коллекция 152, 296-297, 299 Команда esc 28 ключ /debug 246 Комментарии 51 XML 51 Компилятор 19, 26 Компиляция 19 программы 447 Компьютерная графика 375 Консоль, как экран 54 Константы 58 Конструктор 42, 78 по умолчанию 80 пустой по умолчанию 292 Л Латинские числа, преобразование 166 Лексикографический порядок 130 Лексические ошибки 233 Логические операторы 38, 131 Ложь 38

Предметный указатель

Мантисса 88 Массив 145, 147 диапазон 298 индексируемые переменные 298 индексы 147, 150, 298 как коллекция 297, 300-301, 303, 305, 307, 309, 311 лишний элемент 0 149 простое объявление 145 размер 145, 150 свойство Length 150 элементы 297 Массивы 432 многомерные 307 потоков выполнения 393 прямоугольные 306 рваные 306 Математические функции 432 Метка выбора 165 default 165 Метод 80 Application.Run 377 Close 262 Сору, в классе File 270 Delete, в классе File 270 Drawlmage 382 DrawLine 381 DrawString 381 Exists, в классе File 270 FromFile 382 GetText, для файлового диалога 272 Go, обоснование 48 NextDouble 278 OnPaint 377 Putlmage 270 Read, для файлов 263 ReadLine, возврат null 263 ReadLine, для файлов 263 ReadToEnd 277 ReadToEnd, для файлов 263 Resume 396 Split 278 static 115 String.Format, для имен файлов 271 Suspend 396 void 112 Write для файлов 262 WriteLine для файлов 262 вызов 113 объявление 112 разработка 114, 120 скрытый 359 создание объекта 43 типизированный 113 экземпляра 115 Методы 414 абстрактные 338

465 Многопоточность 375 Множественные присваивания 97 Модификатор checked 98 overide 80 Модификаторы доступности, список

356

Н Назначение 58 с помощью оператора new 42 Наследование 286, 335, 354 для достижения полиморфизма использование 359 ради расширяемости 337 Неравенство ссылок 296 Неявное преобразование 98 Нулевая строка 154 Нуль-символ 158

336

Область видимости 113 Обработчики событий 193, 379 Обращение к членам 39 Объект неформальное определение 33 создание 42 Объектно-ориентированное программирование 18 Объекты создание в иерархии 355 создание из структуры и класса 289 сравнение 116 ООП 18 Оперативная компиляция 22 Оперативный отладчик Microsoft 454 Оператор + 55 as 345 is 345 булев 132 действие над объектами 44 декремента 95 И 131 ИЛИ 131 конкатенации 55 логический 131 назначения 17 НЕ 131 присваивания 17, 58 сцепления 55 точка (.) 39, 43 Операторы 44 выражений 414 перегрузка 304 присваивания 96 сравнения 129 числовые 90

466

Предметный указатель

Операционная система Windows 26 Отладка 238-239, 241, 243, 245, 247, 249 Отладчик 26 CLR 250 CLR Debugger 241, 250 cordbg 448 Visual Studio 455 пошаговое выполнение 255 точки останова 255 Отступы в тексте программы 49 Ошибки времени выполнения 234 семантические 233 П Пакеты 45 Память основная 258 Параметр 42, 112 ref 115 Перегрузка операторов 352 Передача по значению 115 Переменная 58 индексируемая 298 инициализация 58 объявление перед использованием окружения Path 28 Перечислимые типы 322 определение 322 Пикселы, единицы измерения 204 Плавающая точка 15 Повторное использование 18, 45 Повышение типа 91 Погрешность чисел decimal 190 чисел с плавающей точкой 89 Показатель степени 88 Поле 78 объявление 40 Полиморфизм 335 в методах 336 в типах 335 посредством наследования 337 Порт 400 Порядок 88 Поток выполнения 385 завершение 392 как средство анимации 389 массивы 393 Поток данных 259 ввода 259 вывода 259 закрытие 262 ошибки 260 Пошаговое выполнение 255 Предложение 17 catch 261 continue 163

58

if 133 return 113 try-catch 236, 260, 262 вывода 55 языка программирования 48 Предложение ввода 63 Представление данных 14 чисел 87 числа с плавающей точкой 88 Преобразование 98 класса вверх 345 класса вниз 345 классов 343 латинских чисел в арабские 167 неявное 98 типа 345 числовых типов 87 явное 98 Приоритет 97 Присваивание значений объектам 59 в предложениях ввода 63 множественное 97 список операторов 414 строкам 59 Программа 47 содержательные действия 47 Программная инженерия 45 Программная поддержка 25 Прописные и строчные буквы в типах 69 Простой тип, определение 37 Простой цикл 99 Пространство имен 45, 423 System 424 System.Collections 304, 425 System.Diagnostics 243, 426 System.Drawing 377, 426 System.Globalization 427 System.IO ^-259, 369, 427 System.Net 399, 428 System.Net.Sockets 429 System.Runtime.Serialization 429 System.Text 265, 429 System.Threading 378, 430 System.Windows.Forms 430 Процессор 13 Пункты, единицы измерения 204 Пустая строка 158

Работа в сети 398-399, 401 Расширяемость 18, 337 с наследованием 354-355, 357, 359 Редактор 19 отступы 46 Родословная 287

Предметный указатель

Свойство 43, 80-81 ключевые слова get и set 82 определение 82 Связанный список, создание 293 Связи в списке 293 Связывание объектов 286 Семантика 19, 39 Семантические ошибки 233 Сериализация 368-369, 371, 373 двоичная и XML 368 Сигнатура 79 Символ перевода строки 158 табуляции 158 Символы 50 акцентированные 422 Символьный тип 38 Синтаксис 39 Синтаксические ошибки 233 Скобки 57 для булевых выражений 132 Случайные числа, классы 432 Событие 379 Соглашения о структуре программы 46 Создание объекта 42 Сокеты 398, 401 Сокрытие 355 Специальные слова 414 Спецификации Views, хранение в файле 277 Сравнение 95 ссылок 296 объектов 116 операторы 129 типов с плавающей точкой 95 Сравнение циклов while и for 139 Среднее значение 309 Ссылки 289 Ссылочный тип массив 295 строка 295 Стандартное отклонение 309 Статический метод 115 Строка 55 escape-символ 157 вывод 55 нулевая 154 пустая 154, 158 тип 38 Строки конкатенация 153 неизменяемость 153 операции 154 сцепление 153 упорядочение 130 Строки и символы, типы 432 Строковые константы 154 Строчные и прописные буквы

467 в идентификторах 50 в именах классов и структур 41 в именах типов и объектов 37 в свойствах 50 Структура 41, 286 инициализация 79 определение 81 программы 48 управляющая 414 Структурная единица 46 Структурное оформление программы 49 Структурный тип ^struct и class 41 определение 39 Структуры данных, пространство имен 433

Текстовый редактор 26 Терминология объектной ориентации Тип 8 даты 36 имя 36 определение 36 повышение 91 Тип char, методы 159 Тип string, методы 155 Типизированный метод 113 Типы ввода-вывода 36 значений 289 значений, ограничения 289 математических операций 36 план объявления 81 простые 413 с плавающей точкой 88 с фиксированной точкой 90 ссылочные 289 структурные 413 функций 36 чисел 36 Точка входа 47 Точка с запятой 49 Точки останова 255

Удаленные объекты 398 Умножение 90 Упорядочение строк 130 Упорядоченный список 299, 312 значение 299, 312 ключ 299, 312 определение 312 Управляющая переменная инициализация 140 как объект 142 продвижение 140 Условная компиляция 246 Условная операция 129

45

468

Предметный указатель

Ф Файл 258 как последовательность байтов 258 запись 261 ошибки ввода 262 ошибки чтения 262 поиск слова 267 создание 260 суффикс .txt 259 текстовый 259 чтение символов 263 чтение строки 263 Файловые диалоги 272 Файлы в системе Views 270-271, 273, 275, 277, 279, 281, 283, 285 пространства имен 432 с изображениями 270 Фигурные скобки 47 Форма 19 Форма для синтаксиса и семантики 39 Формат ошибки 108 С для денежных единиц 120 спецификации 108, 415 Форматирование 61 выбор 111 вывода 106-107, 109 даты 61 денежные единицы 110 другие типы 110 Форматирующая строка 107 Форматирующий параметр 107 Форматтер 415 XML 369 настройка 417 Фотоальбом 271 Функции объекта 35 Функция 42, 78

Хеш-таблица

299

ц Целочисленные типы 87 Цикл do-while 138 for 135 Цикл for 99 структура 140 бесконечный 141 вложенный 141 вперед 140 двойной 141 использование с массивом назад 141

145

объявление переменной 140 проверка на повторение 140 простой 99 пустой 141 с неоднозначным выходом 142 управляющая переменная 140 Цифровая камера 271 Цицеро, единицы измерения 204

Числа спецификаторы форматов 415 типы 36, 431 Числовые операторы 90 Числовые типы 87, 89 преобразования 99 Член типа 39 статический 39 обращение 39 экземпляра 39 Ш Шестнадцатеричная система 16 Шрифт Courier 264 sans serif 202 serif 202 равноширинный 264 размеры 202 семейства 202 стили 202 Шрифты, в системе Views 202

Экземпляр 37 Элемент типа 39 Элемент управления Button 185, 206 CheckBox 207 GroupBox 209 Label 185, 205 ListBox 186 PictureBox 208, 217 ProgressBar 209 RadioButton 209 TextBox 186, 206 TrackBar 209 позиционирование в Views относительное 188 Элементы управления, позиционирование в Views 215

Язык ассемблера 16 Язык программирования 17

Оглавление К читателям

5

Предисловие

6

С# — откуда и куда Обзор книги Наш подход Система Views , Благодарности Глава 1 : Введение 1.1 Преамбула 1.2 Роль языков программирования 1.3 О компиляции 1.4 Интерактивные среды разработки 1.5 Начинаем работать на С# Основные понятия, рассмотренные в гл. 1 Контрольные вопросы Упражнения Глава 2 : Использование объектов 2.1 Введение в объекты 2.2 Члены объектов 2.3 Структура программ 2.4 Строки, вывод и форматирование 2.5 Переменные, присваивание и ввод 2.6 Основы API С# Основные понятия, рассмотренные в гл. 2 Контрольные вопросы Упражнения Глава 3 : Внутри объектов 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6

Структура типа Поля и свойства Числовые типы Выражения Простые циклы Форматирование вывода

6 7 9 10 10 12 .12 13 19 25 26 30 31 32 33 33 39 45 54 57 67 72 73 74 77 77 81 87 90 99 106

470

Оглавление 3.7 Методы и параметры 3.8 Проект 1 — сравнение телефонных счетов Основные понятия, рассмотренные в гл. 3 Контрольные вопросы Упражнения

Глава 4 : Управление и массивы 4.1 Булевы выражения 4.2 Предложения выбора 4.3 Предложения повторения 4.4 Простые массивы 4.5 Строки и символы 4.6 Дополнительные предложения выбора 4.7 Проект 2. Игра «Камень—ножницы—бумага» Основные понятия, рассмотренные в гл. 4 Контрольные вопросы Упражнения Глава 5: Графические интерфейсы пользователя с применением системы Views 5.1 5.2 5.3 5.4

Графические интерфейсы пользователя Элементы GUI Введение в систему Views Планировка элементов с помощью системы Views 5.5 Элементы управления Views 5.6 Методы Views 5.7 Углубленное использование Views 5.8 Проект 3 — касса супермаркета Основные понятия, рассмотренные в гл. 5 Контрольные вопросы Упражнения

Глава 6: Исключения и отладка 6.1 Ошибки 6.2 Обработка ошибок 6.3 Отладка 6.4 Использование программы отладчика Основные понятия, рассмотренные в гл. 6 Контрольные вопросы

111 117 124 125 .127 129 129 133 135 145 152 162 169 173 174 178 182 182 184 189 200 203 210 215 222 227 228 230 232 232 236 238 250 256 256

Оглавление

Глава 7 : Файлы и потоки 7.1 Файлы и потоки 7.2 Потоки вывода 7.3 Потоки ввода 7.4 Обработка файла по заданным алгоритмам 7.5 Файлы в системе Views Основные понятия, рассмотренные в гл. 7 Контрольные вопросы Упражнения Глава 8 : Коллекции 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5

Еще о классах Коллекции Массивы как коллекции Упорядоченные списки Проект 4 — Расписание курсов повышения квалификации Основные понятия, рассмотренные в гл. 8 Контрольные вопросы Упражнения Глава 9 : Полиморфизм и наследование 9.1 Объекты в изменчивом мире 9.2 Интерфейсы ради полиморфизма 9.3 Расширяемость с наследованием 9.4 Проект 5 — Усовершенствование игры StarLord 9.5 Сериализация Основные понятия, рассмотренные в гл. 9 Контрольные вопросы Упражнения Глава 1 0 : Графика и сети 10.1 Графические интерфейсы 10.2 Простые графические средства 10.3 Изображения 10.4 Анимация с помощью потоков 10.5 Работа в сети 10.6 Проект 6 — система ATM клиент-сервер Основные понятия, рассмотренные в гл. 10 Контрольные вопросы Упражнения

471

258 258 260 262 . . . . 267 270 281 282 283 286 286 296 300 312 322 329 330 333 335 335 339 354 . . . 360 368 370 371 374 375 375 376 382 385 398 402 408 409 410

472

Оглавление

Приложение А: Список форм

411

Приложение Б: Ключевые слова и операторы

413

Б.1

Ключевые слова

413

Б.2

Операторы и знаки препинания

414

Приложение В: Ф о р м а т т е р ы

415

8.1 Спецификация формата 8.2 Числовые спецификаторы форматов 8.3 Настройка числовых форматтеров 8.4 Форматтеры DateTime П р и л о ж е н и е Г: Unicode . . . .

415 415 417 418 420

Г.1 Г.2

Ввод символов Unicode Некоторые символы

Приложение Д: Употребительные пространства имен

420 421

423

Д.1

Библиотека классов интегрированной системы .NET

423

Д.2

Использование пространств имен

431

Приложение Е: Класс Views.Form

434

Е.1 Создание форм с помощью Views Е.2 Синтаксис спецификаций Views.Form Е.З Теги группирования Е.4 Теги элементов управления Е.5 Значения атрибутов Е.6 Методы Views.Form Е.7 Рекомендуемый стиль программирования Е.8 Использование индексных операций Приложение Ж : Отладка в Windows

434 435 437 438 441 443 444 445 447

Ж.1 Ж.2 Ж.З Ж.4

Введение Отладчик cordbg Оперативный отладчик Отладчик Visual Studio .

Предметный указатель

447 448 454 455

460