Наследование и интерфейсы

• Основы
  
  
  наследования
• Знакомство с наследованием
• Обращение к функциональности базового класса
• Переопределение свойств и методов
• Как стать начальником?
• Просмотр иерархии наследования
• Правила преобразования и обращения к членам классов в иерархии наследования
• Полиморфизм на практике
• Замещение
• Абстрактные базовые классы
• Пример: класс CollectionBase
• Корневой базовый класс Object
• Основные методы класса Object
• Equals и ReferenceEquals
• МетодToString
• Функция GetType и рефлексия
• MemberWiseClone
• Проблема неустойчивости базовых классов и контроль версии
• Интерфейсы
• Механика реализации интерфейса
• Нетривиальное применение интерфейсов
• Выбор между интерфейсами и наследованием
• Важнейшие интерфейсы .NET Framework
• ICloneable
• Disposable
• Коллекции
• For Each и интерфейс lEnumerable
• ICollection
• IList
• IDictionary
• IComparable
• Интерфейс IComparer

В предыдущей главе кратко упоминались два столпа объектно-ориентированного программирования в VB .NET: наследование реализации, обеспечивающее возможность многократного использования кода, и наследование интерфейсов, то есть «контракт», которому должны соответствовать некоторые аспекты поведения класса. Обе разновидности наследования будут подробно рассмотрены в этой главе.

Для начала мы покажем, как в VB .NET организовано наследование реализации. К сожалению, при изучении этой темы никак нельзя ограничиться поверхностным знакомством. Дело в том, что непродуманные действия программиста при наследовании реализации приводят к весьма неприятным последствиям, поэтому в этой главе мы потратим довольно много времени, показывая, как избежать этих опасностей за счет тщательного проектирования иерархии наследования.

После описания механики и основных принципов наследования реализации мы во всех подробностях изучим класс Object, являющийся предком всех объектов .NET. Завершая описание наследования реализации, мы покажем, как в .NET решается проблема неустойчивости базовых классов, вызывающая немало хлопот при наследовании реализации в других объектно-ориентированных языках — таких, как Java и С++. Не пугайтесь термина «проблема неустойчивости базовых классов»; речь идет всего лишь о том, что непродуманные изменения базового класса могут нарушить работу производных классов.

От наследования мы перейдем к реализации интерфейсов в VB .NET. В завершение этой главы вы узнаете, как использовать важнейшие интерфейсы .NET Framework IComparable, ICloneable и IDisposable.

Основы наследования

Хотя наследование не является панацеей ООП и во многих ситуациях лучше воспользоваться интерфейсами, не стоит полагать, что без наследования можно как-нибудь обойтись. Наследование — замечательное средство, способное сэкономить немало времени и сил... если им правильно пользоваться. Критерий правильного использования прост: не используйте наследование, если у вас нет абсолютной уверенности в существовании логической связи типа «является частным случаем».
Класс А объявляется производным от класса В только в том случае, если вы точно знаете, что сейчас и в сколь угодно отдаленном будущем объект А может использоваться вместо объекта В и это не вызовет никаких проблем.
(Помните пример из главы 4? Оформляя внештатного работника по правилам для обычных сотрудников, вы наживете неприятности с налоговой инспекцией. Класс Contractor не должен объявляться производным от класса Employee даже при том, что "они обладают рядом сходных черт.)
Ниже этот фундаментальный принцип приведен в слегка измененном, более абстрактном виде, ориентированном на практическое программирование.
Экземпляр класса А, производного от класса В, должен нормально работать в каждом фрагменте программы, которому в качестве параметра передается экземпляр базового типа.
Предположим, у вас имеются функция UseIt(bTh1 ng As В) и объект aThi ng, который является экземпляром производного класса А. Следующий вызов должен нормально работать:

Uselt(aThing)

Если все эти рассуждения выглядят слишком абстрактными, ниже приведен вымышленный (и надеемся, забавный) пример. Предположим, вы размышляете над тем, от какого класса следует объявить производным класс ManagerOf Programmers — от Manager или от Programmer? Всем известно, что менеджеры носят аккуратные прически, поэтому класс Manager должен содержать метод SetHalrStyle. А теперь закройте глаза и представьте типичного программиста, которого вдруг назначили управлять другими программистами. Захочет ли он менять свой имидж? Можете ли вы уверенно заявить, что вызов вида

tom.SetHairStyle("sharp razor cut")

всегда имеет смысл? Конечно, среди программистов иногда встречаются экземпляры, которые заботятся о своей прическе, но обо всех программистах этого никак не скажешь. Мораль: класс ManagerOf Programmers должен быть производным от класса Programmer, а не от Manager.

В сущности, при программировании в VB .NET вам никак не удастся скрыться от наследования. Даже если вы привыкли к интерфейсному стилю программирования VB5 и VB6 и считаете, что для ваших задач достаточно интерфейсов вкупе с включением и делегированием, ограничиться одними интерфейсами в VB .NET невозможно. Дело в том, что без явного использования наследования вы не сможете пользоваться .NET Framework. Наследование заложено в основу любого графического приложения .NET, а также многих встроенных классов коллекций — даже работа с объектом FolderBrowser связана с наследованием!

Более того, сам подход к применению наследования в .NET Framework как нельзя лучше доказывает, что наследование в объектно-ориентированном программировании не должно полностью вытесняться интерфейсами. Подход, примененный в .NET Framework, вполне может применяться и в ваших собственных проектах.

При построении библиотек, используемых другими программистами, хорошо спроектированные классы, прошедшие тщательную отладку и тестирование, могут использоваться другими программистами в качестве базовых.

 

Знакомство с наследованием

Начнем с повторения некоторых терминов. Класс, взятый за основу при определении нового класса, называется базовым классом. Класс, определяемый на основе базового класса, называется производным классом. Производный класс автоматически наследует всю открытую функциональность базового класса, однако эта функциональность может переопределяться в производном классе и дополняться новыми возможностями.

Следующий пример наглядно показывает, как это происходит. Допустим, у нас имеется компания с передовой политикой в области материального стимулирования. Каждый раз, когда заработная плата всех служащих компании повышается на 5%, для программистов прибавка составляет 6%. Вам поручено разработать систему учета кадров для этой компании. Вы решаете определить класс Programmer, производный от Employee, и переопределить метод RaiseSal агу в классе Programmer, чтобы отразить автоматическую (и вполне заслуженную!) надбавку.

Итак, приступим к программированию цепочки наследования Employee—>Programmer. Допустим, у нас уже имеется класс Publiс Employee, который входит в решение или включается в него командой Project > References. В этом случае начало кода класса Programmer будет выглядеть так (ключевая строка выделена жирным шрифтом):

Public Class Programmer

Inherits Employee

End Class

Ключевое слово Inherits должно находиться в первой не пустой и не содержащей комментария строке после имени производного класса (кстати, IntelliSense подскажет имена возможных базовых классов). Учтите, что производный класс не может объявляться с модификатором Publ i с, если базовый класс объявлялся с модификатором Friend или Private. Это связано с тем, что модификатор уровня доступа в производном классе не может быть менее ограничивающим, чем модификатор базового класса. С другой стороны, он может устанавливать более жесткие ограничения, поэтому от базового класса с уровнем доступа Publ i с можно объявить производный класс с уровнем Friend.

Следующим шагом в построении производного класса должно стать правильное определение конструктора. Поскольку производный класс должен обладать как минимум теми же возможностями, что и базовый, конструкторы производных классов часто вызывают конструкторы базовых классов для правильной инициализации полей базового класса и передают им аргументы, которые должны использоваться при инициализации. При этом используется специальное ключевое слово MyBase:

Public Sub New(ByVal theName As String, ByVal curSalary As Decimal)

MyBase.NewCName.curSalary)

End Sub

Ключевая строка, выделенная жирным шрифтом, вызывает конструктор базового класса Empl oyee и инициализирует его поля. Если вы забудете вызвать MyBase. New в том случае, когда конструктор базового класса вызывается с аргументами, VB .NET выдает сообщение об ошибке следующего вида:

C:\vb net book \chapter 5 \Examplel \Examplel \Modulel.vb(55):

'Examplel.Programmer'.the base class of 'Examplel.Employee'.

does not have an accessible constructor that can be called with

no arguments. Therefore.the first statement of this constructor

must be a call to a constructor of the base class via 'MyBase.New'

or another constructor of this class via 'MyClass.New' or 'Me.New'.

Хорошо бы, чтобы все сообщения об ошибках были настолько содержательными и понятными. Компилятор напоминает о том, что при отсутствии у базового класса безаргументного конструктора производный класс должен содержать хотя бы один вызов MyBase. New. После включения в программу вызова MyBase. New возникает очень интересный вопрос: как обращаться к полям базового класса? Следующее правило на первый взгляд может вас удивить:

Производный класс не обладает привилегированным доступом к полям базовою класса.

Из этого правила следует, что производный класс Programmer не получает доступа к закрытым полям базового класса Employee. Предположим, заработная плата хранится в закрытом поле базового класса с именем m_Sal ary и вы пытаетесь включить в код метода RaiseSalary класса Programmer следующий фрагмент:

Public Sub New(ByVal theName As String. ByVal curSalary As Decimal)

MyBase.New(theName. curSalary)

MyBase.m_salary = 1.2 * curSalary End Sub

Компилятор выдает сообщение об ошибке:

'Examplel.Employee.m_Salary'is Private.and is not accessible

in this context.

Что же делать? Если вы хотите, чтобы производный класс получил доступ к некоторым возможностям базового класса, об этом должен позаботиться сам базовый класс. В следующем разделе будет показано, как это делается.

Как стать начальником?

Предположим, вы построили замечательную объектно-ориентированную систему учета кадров, в которой в полной мере используются все преимущества полиморфизма. А теперь попробуйте ответить на простой вопрос — как в вашей системе реализован перевод простого работника в менеджеры?

Как ни странно, в ООП подобные операции (то есть изменение типа текущего экземпляра в объектно-ориентированной программе) считаются одним из сложнейших аспектов архитектуры приложения, о котором обычно никто всерьез не думает, пока ситуация не станет критической. В соответствии со спецификой объектно-ориентированного программирования после создания объекта изменить его тип невозможно.

В нашей системе учета кадров существует только одно приемлемое решение — включить в класс Employee метод, который копирует состояние Employee в новый объект Manager, после чего помечает старый объект Employee как неиспользуемый.

 

Просмотр иерархии наследования

С усложнением иерархии классов в программе на помощь приходит окно классов и Object Browser. Например, из окна классов на рис. 5.1 видно, что класс Programmer является производным от класса Employee и переопределяет только конструктор и метод RaiseSalary.

Рис. 5.1. Иерархия наследования в окне классов

 

Правила преобразования и обращения к членам классов в иерархии наследования

Объекты производных классов могут храниться в переменных базовых классов:

Dim tom As New Programmer("Tom". 65000)

Dim employeeOfTheMonth As Employee

employeeOfTheMonth = torn

В режиме жесткой проверки типов (Option Strict On), если объект tom хранится в переменной employeeOfTheMonth, для сохранения его в переменной Programmer приходится использовать функцию СТуре, поскольку компилятор заранее не знает, что такое преобразование возможно:

Dim programrnerOnCall As Programmer

programmerOnCal1 = CType(employeeOfTheMonth,Programmer)

Конечно, простое сохранение tom в переменной programmerOnCall выполняется простым присваиванием.

 

Полиморфизм на практике

Наследование часто помогает избавиться от громоздких конструкций Select Case и If-Then-Else, чтобы вся черновая работа выполнялась компилятором и механизмом полиморфизма. Например, цикл из следующего фрагмента работает как с экземплярами класса Employee, так и с экземплярами Programmer:

Sub Maln()

Dim tom As New Employee("Tom". 50000)

Dim sally As New Programmer("Sally", 150000)

Dim ourEmployees(l) As Employee ourEmpl.oyees(0)=tom

ourEmployees(l)= Sally

Dim anEmployee As Employee

For Each anEmployee In ourEmployees

anEmployee.RaiseSalary(0.1D)

Console.WriteLine(anEmployee.TheName & "salary now is " & _

anEmployee.Salary()) Next

Console. ReadLine()

End Sub

Результат выполнения этого примера показан на рис. 5.2. Мы видим, что в каждом случае вызывается правильный метод RaiseSalary, несмотря на то что в массиве типа Employee хранятся как объекты Employee, так и объекты Programmers.

Рис. 5.2. Использование полиморфизма в программе

В только что рассмотренном примере под виртуальностью следует понимать, что, хотя все ссылки относятся к типу Empl oyee (поскольку объекты хранятся в массиве Employee), компилятор проверяет истинный тип объекта sally (это тип Programmer) для вызова правильного метода Rai seSal агу, обеспечивающего большую прибавку.
Виртуальные методы довольно часто используются в ситуациях, когда в контейнере базового типа хранятся объекты как базового, так и производного типа. Впрочем, наш упрощенный подход к вызову виртуальных методов сопряжен с некоторыми опасностями. Модификация класса Programmer и включение в него уникальных членов нарушают нормальную работу полиморфизма. В следующем примере класс Programmer дополняется двумя новыми членами (полем и свойством), выделенными жирным шрифтом:

Public Class Programmer

Inherits Employee

Private m_gadget As String

Public Sub New(ByVal theName As String.

ByVal curSalary As Decimal)
MyBase.New(theName. curSalary)

End Sub

Public Overloads Overrides Sub RaiseSalary(ByVal Percent As Decimal)
MyBase.RaiseSalary(1.2D * Percent, "special")

End Sub
Public Property ComputerGadget() As String Get
Return m_Gadget End Get SetCByVal Value As String)
m_Badget = Val ue

End Set

End Property

End Class

В процедуру Sub Main добавляются новые строчки, выделенные жирным шрифтом:

Sub Main()
Dim tom As New Employee("Tom". 50000)
Dim sally As New Programmed"Sally". 150000)
sally.ComputerGadget = "Ipaq"
Dim ourEmployees.d) As Employee
ourEmployees(0)= tom
ourEmployees(l)= sally
Dim anEmployee As Employee
For Each anEmployee In ourEmployees
anEmployee.RaiseSalary(0.1D)
Console.WriteLine(anEmployee.TheName & "salary now is "
& anEmployee.Salary()) Next

Console.WriteLine(ourEmployeesd).TheName & "gadget is an "_
& ourEnployees(l).Gadget) Console. ReadLine()

End Sub

При попытке откомпилировать новый вариант программы будет выдано сообщение об ошибке:

C:\book to comp\chapter 5\VirtualProblems\VirtualProblems\Modulel.vb(17): The name 'Gadget'is not a member of 'VirtualProblems.Employee¹.

Хотя объект sally, хранящийся в элементе массива ourEmployees(l), относится к типу Programmer, компилятор этого не знает и потому не может найти свойство ComputerGadget. Более того, при включенном режиме Option Strict (а отключать его не рекомендуется) для использования уникальных членов класса Programmer вам придется производить явное преобразование элементов массива к типу Programmer:

Console.WriteLine(ourEmployees(l).TheName & "gadget is an " & _

CType(ourEmployeesd), Programmer).ComputerGadget)

Преобразование объекта, хранящегося в объектной переменной базового типа, в объект производного класса называется понижающим преобразованием (down-casting); обратное преобразование называется повышающим (upcasting). Понижающее преобразование весьма широко распространено, однако использовать его не рекомендуется, поскольку при этом часто приходится проверять фактический тип объектной переменной в конструкциях следующего вида: If TypeOf ourEmployees(l)Is Programmer Then

Else If TypeOf ourEmployees(l)Is Employee Then

End If

Перед вами те самые конструкции, для борьбы с которыми нам понадобился полиморфизм! (Повышающее преобразование всегда обходится без проблем, поскольку основополагающее правило наследования гласит, что объекты производных классов всегда могут использоваться вместо объектов базовых классов.)

 

Замещение

Термин «замещение» (shadowing) встречался и в ранних версиях VB, и в большинстве языков программирования. Локальная переменная, имя которой совпадает с именем переменной, обладающей более широкой областью видимости, замещает (скрывает) эту переменную. Кстати, это одна из причин, по которой переменным уровня модуля обычно присваиваются префиксы m_, а глобальные переменные снабжаются префиксами g_ — грамотный выбор имен помогает избежать ошибок замещения. Переопределение унаследованного метода тоже можно рассматривать как своего рода замещение. В VB .NET поддерживается еще одна, чрезвычайно мощная разновидность замещения:

Член производного класса, помеченный ключевым словом Shadows (которое впервые появилось в бета-версии 2), замещает все одноименные члены базового класса.

При помощи ключевого слова Shadows можно определить в производном классе функцию, имя которой совпадает с именем процедуры базового класса. С практической точки зрения ключевое слово Shadows приводит к тому, что в производном классе появляется абсолютно новый член с заданным именем, в результате чего все одноименные унаследованные члены становятся недоступными в производном классе. Из этого следует, что унаследованные члены класса с ключевым словом Shadows невозможно переопределить, поэтому полиморфизм перестает работать.

Иногда замещение усложняет ситуацию и приводит к возникновению нетривиальных ошибок — например, при полиморфном вызове замещенных методов и свойств через объект базового класса. Чтобы рассмотреть эти проблемы на конкретном примере, мы внесем некоторые изменения в класс Programmer (новые строки выделены жирным шрифтом):

Public Class Programmer Inherits Employee Private m_gadget As String

Private m_HowToCallMe As String = "Code guru "

Public Sub NewCByVal theName As String, ByVal curSalary As Decimal)

MyBase.New(theName, curSalary)

m_HowToCal1Me = m_HowToCallMe StheName

End Sub

Public Overloads Overrides Sub RaiseSalary(ByVal Percent As Decimal)

MyBase.RaiseSalary(1.2D * Percent, "special")

End Sub

Public Shadows Readonly Property TheName() As String

Get

Return mJtowToCallMe

End Get

End Property

End Class

А теперь попробуйте запустить новый вариант процедуры Sub Main:

Sub Main()

Dim torn As New Employee('Tom". 50000)

Dim sally As New Programmer("Sally". 150000)

Console.WriteLinetsally.TheName)

Dim ourEmployees(l) As Employee

ourEmployees(0)= tom

ourEmployees(l)= sally

Dim anEmployee As Employee

For Each anEmployee In ourEmployees

anEmployee.RaiseSalary(0.lD)

Console.WriteLinetanEmployee.TheName & "salary now is " &

anEmployee. Salary())

Next

Console. ReadLine()

End Sub

Рис. 5.3. Замещение нарушает работу полиморфных вызовов

Результат показан на рис. 5.3.

Как видно из рисунка, полиморфный вызов перестал работать. Первая строка, выделенная в Sub Main жирным шрифтом, правильно ставит перед именем Sally титул «Code Guru». К сожалению, во второй выделенной строке полиморфизм уже не работает, вследствие чего не вызывается метод TheName производного класса Programmer. Результат — имя выводится без титула. Другими словами, при использовании ключевого слова Shadows обращения к членам объектов осуществляются в соответствии с типом контейнера, в котором хранится объект, а не их фактическим типом (можно сказать, что при использовании ключевого слова Shadows в производном классе метод или свойство становится невиртуальным).

Абстрактные базовые классы

На стадии проектирования наследственных связей в программе часто выясняется, что многие классы обладают целым рядом сходных черт. Например, внештатные сотрудники не относятся к постоянным работникам, но и те и другие обладают рядом общих атрибутов — именем, адресом, кодом налогоплательщика и т. д. Было бы логично выделить все общие атрибуты в базовый класс Payabl eEnt i ty. Этот прием, называемый факторингом, часто используется при проектировании классов и позволяет довести абстракцию до ее логического завершения.

В классах, полученных в результате факторинга, некоторые методы и свойства невозможно реализовать, поскольку они являются общими для всех классов в иерархии наследования. Например, класс Payabl eEnt i ty, от которого создаются производные классы штатных и внештатных работников, может содержать свойство с именем TaxID. Обычно в процедуре этого свойства следовало бы организовать проверку кода налогоплательщика, но для некоторых категорий внештатных работников эти коды имеют особый формат. Следовательно, проверка этого свойства должна быть реализована не в базовом классе Payabl eEntity, а в производных классах, поскольку лишь они знают, как должен выглядеть правильный код.

В таких ситуациях обычно определяется абстрактный базовый класс. Абстрактным называется класс, содержащий хотя бы одну функцию с ключевым словом MustOverride; при этом сам класс помечается ключевым словом Mustlnherit. Ниже показано, как может выглядеть абстрактный класс Payabl eEntity:

Public Mustlnherit Class PayableEntity

Private m_Name As String

Public Sub New(ByVal itsName As String)

m_Name = itsName

End Sub

Readonly Property TheName()As String

Get

Return m_Name

End Get

End Property

Public MustOverride Property TaxID()As String

End Class

Обратите внимание: свойство TaxID, помеченное ключевым словом MustOverride, только объявляется без фактической реализации. Члены классов, помеченные ключевым словом MustOverride, состоят из одних заголовков и не содержат команд End Property, End Sub и End Function. Доступное только для чтения свойство TheName при этом реализовано; из этого следует, что абстрактные классы могут содержать как абстрактные, так и реализованные члены. Ниже приведен пример класса Егор! оуее, производного от абстрактного класса PayableEntity (ключевые строки выделены жирным шрифтом):

Public Class Employee

Inherits PayableEntity

Private m_Salary As Decimal

Private m_TaxID As String

Private Const LIMIT As Decimal = 0.1D

Public Sub NewCByVal theName As String, ByVal curSalary As Decimal.

ByVal TaxID As String) MyBase.New(theName)

m_Salary = curSalary

m_TaxID = TaxID End Sub

Public Overrides Property TaxID() As String Get

Return m_TaxID

End Get

Set(ByVal Value As String)

If Value.Length <> 11 then

' См. главу 7 Else

m_TaxID = Value

End If

End Set

End Property

Readonly Property Salary() As Decimal Get

Return MyClass.m_Salary

End Get

End Property

Public Overridable Overloads Sub RaiseSalary(ByVal Percent As Decimal)

If Percent > LIMIT Then

' Операция запрещена - необходим пароль

Console.WriteLineC'NEED PASSWORD TO RAISE SALARY MORE " & _

"THAN LIMIT!!!!") Else

m_Salary =(1D + Percent) * m_Salary

End If

End Sub

Public Overridable Overloads Sub RaiseSalary(ByVal Percent As

Decimal. ByVal Password As String) If Password ="special" Then

m_Salary MID + Percent) * m_Salary

End If

End Sub

End Class

Первая ключевая строка расположена внутри конструктора, который теперь должен вызывать конструктор абстрактного базового класса для того, чтобы правильно задать имя. Во втором выделенном фрагменте определяется элементарная реализация для свойства Taxld, объявленного с ключевым словом MustOverride (в приведенном примере новое значение свойства не проверяется, как следовало бы сделать в практическом примере).

Ниже приведена процедура Sub Mai n, предназначенная для тестирования этой программы:

Sub Main()

Dim tom As New Employee("Tom". 50000. "111-11-1234")

Dim sally As New Programmed "Sally", 150000. "111-11-2234".)

Console.Wri teLi ne(sa1ly.TheName)

Dim ourEmployees(l) As Employee

ourEmployees(0) = tom

ourEmployees(l) = sally

Dim anEmployee As Employee

For Each anEmployee In ourEmployees anEmployee.RaiseSalary(0.lD)

Console.WriteLine(anEmployee.TheName & "has tax id " & _

anEmployee.TaxID & ".salary now is " & anEmployee.Salary())

Next

Consol e.ReadLine() End Sub

В программе невозможно создать экземпляр класса, объявленного с ключевым словом Mustlnherit. Например, при попытке выполнения следующей команды:

Dim NoGood As New PayableEntity("can't do")

компилятор выводит сообщение об ошибке:

Class 'PayableEntity' is not creatable because it contains at least one member marked as 'MustOverride' that hasn't been overridden.

Тем не менее объект производного класса можно присвоить переменной или контейнеру абстрактного базового класса, что дает возможность использовать в программе полиморфные вызовы:

Dim torn As New Employee("Tom". 50000, "123-45-6789")

Dim whoToPay(13) As PayableEntity whoToPay(0) = tom

 

Пример: класс CollectionBase

При использовании классов коллекций .NET Framework (таких, как ArrayList и HashTable) возникает неожиданная проблема: эти классы предназначены для хранения обобщенного типа Object, поэтому прочитанные из них объекты всегда приходится преобразовывать к исходному типу функцией СТуре. Также возникает опасность того, что кто-нибудь сохранит в контейнере объект другого типа и попытка вызова СТуре завершится неудачей. Проблема решается использованием коллекций с сильной типизацией — контейнеров, позволяющих хранить объекты конкретного типа и типов, производных от него.

Хорошим примером абстрактного базового класса .NET Framework является класс CollectionBase. Классы, производные от Coll ectionBase, используются для построения коллекций с сильной типизацией (прежде чем создавать собственные классы коллекций, производные от Coll ectionBase, убедитесь в том, что нужные классы отсутствуют в пространстве имен System.Collections.Specialized). Коллекции, безопасные по отношению к типам, строятся на основе абстрактного базового класса System. Collections. CollectionBase; от вас лишь требуется реализовать методы Add и Remove, а также свойство Item. Хранение данных во внутреннем списке реализовано на уровне класса System. Collections. CollectionBase, который и выполняет все остальные операции.

Рассмотрим пример создания специализированных коллекций (предполагается, что проект содержит класс Employee или ссылку на него):

1 Public Class Employees

2 Inherits System.Col lections.CollectionBase

3 ' Метод Add включает в коллекцию только объекты класса Employee.

4 ' Вызов перепоручается методу Add внутреннего объекта List.

5 Public Sub AddtByVal aEmployee As Employee)

6 List.Add(aEmployee)

7 End Sub

8 Public Sub Remove(ByVal index As Integer)

9 If index > Count-1 Or index < 0 Then

10 ' Индекс за границами интервала, инициировать исключение (глава 7)

11 MsgBox("Can't add this item")' MsgBox условно заменяет исключение

12 Else

13 List.RemoveAt(index)

14 End If

15 End Sub

16

17 Default Public Readonly Property Item(ByVal index As Integer)As Employee

18 Get

19 Return CType(List.Item(index). Employee)

20 End Get

21 End Property

22 End Class

В строках 5-7 абстрактный метод Add базового класса реализуется передачей вызова внутреннему объекту List; метод принимает для включения в коллекцию только объекты Empl oyee. В строках 8-10 реализован метод Remove. На этот раз мы также используем свойство Count внутреннего объекта List, чтобы убедиться в том, что удаляемый объект не находится перед началом или после конца списка. Наконец, свойство Item реализуется в строках 17-21. Оно объявляется свойством по умолчанию, поскольку пользователи обычно ожидают от коллекций именно такого поведения. Свойство объявляется доступным только для чтения, чтобы добавление новых элементов в коллекцию могло осуществляться только методом Add. Конечно, свойство можно было объявить и доступным для чтения/записи, но тогда потребовался бы дополнительный код для проверки индекса добавляемого элемента. Следующий фрагмент проверяет работу специализированной коллекции; недопустимая операция включения нового элемента (в строке, выделенной жирным шрифтом) закомментирована:

Sub Main()

Dim torn As New Employee("Tom", 50000)

Dim sally As New Employee("Sally", 60000)

Dim myEmployees As New Employees()

myEmployees.Add(tom)

myEmployees.Add(sally)

' myEmployees.Add("Tom")

Dim aEmployee As Employee

For Each aEmployee In myEmployees

Console.WriteLine(aEmployee.TheName)

Next

Console. ReadLine()

End Sub

Попробуйте убрать комментарий из строки myEmpl oyees. Add("Tom"). Программа перестанет компилироваться, и вы получите следующее сообщение об ошибке:

C:\book to comp \chapter 5\EmployeesClass\EmployeesClass\Modulel.vb(9):

A value of type 'String'cannot be converted to 'EmployeesClass.Employee'.

 

Корневой базовый класс Object

Вся работа .NET Framework (а следовательно, и VB .NET) основана на том, что каждый тип является производным от корневого класса Object, общего предка всех классов (в ООП такие классы иногда называются космическими (space) базовыми классами). К классу Object восходят все типы, как ссылочные (экземпляры классов), так и структурные (числовые типы и даты, перечисляемые типы и структуры). В частности, из этого следует, что любой функции, получающей параметр типа Object, можно передать параметр произвольного типа (поскольку главное правило наследования, упоминавшееся в начале главы, требует, чтобы переменная производного типа могла использоваться в любом контексте вместо переменной базового типа).

Класс Object содержит ряд встроенных логических функций, предназначенных для проверки типа объектной переменной:

• IsArray: функция проверяет, содержит ли объектная переменная массив.
  
• IsDate: функция проверяет, можно ли интерпретировать объект как дату и время.
  
• IsNumeri с: функция проверяет, можно ли интерпретировать объект как число.
  

Потомки класса Object делятся на две категории: структурные типы, производные от System. Val ueType (базовый класс всех структурных типов), и ссылочные типы, производные непосредственно от Object. Чтобы узнать, принадлежит ли некоторый тип к категории структурных типов, воспользуйтесь проверкой следующего вида:

Sub Maine)

Dim a As Integer = 3

Console.Writel_ine("a is a value type is " & IsValueType(a))

Console. ReadLine()

End Sub

Function IsValueType(ByVal thing As Object) As Boolean

Return (TypeOf (thing) Is System.ValueType)

End Function

 

Основные методы класса Object

Поскольку класс Object является общим предком всех типов VB .NET, весьма вероятно, что вам придется часто использовать (или переопределять) методы этого класса. Основные методы Object описаны в нескольких ближайших разделах.

 

Equals и ReferenceEquals

В классе Object поддерживаются две версии Equals — общая и обычная. Общая версия имеет следующий синтаксис:

Overloads Public Shared Function Equals(0bject. Object) As Boolean

Пример использования:

Equals(a. b)

Синтаксис обычной версии:

Overloads Over-ridable Public Function Equals(Object) As Boolean

Пример использования:

a.Equals(b)

Обе версии метода Equal s проверяют, обладают ли два объекта одинаковыми данными, но вы должны быть готовы переопределить Equals, если этого требует специфика вашего класса. Не забывайте, что общие члены класса не переопределяются, поэтому переопределение допускается лишь для обычной (не общей) версии Equal s.

Например, если в вашей программе предусмотрены два способа представления некоторого структурного типа, позаботьтесь о том, чтобы это обстоятельство учитывалось методом Equals (именно так разработчики VB .NET поступили с классом String, хотя, строго говоря, этот класс не относится к структурным типам).

В классе Object также предусмотрен общий (и потому не переопределяемый) метод ReferenceEquals. Метод ReferenceEquals проверяет, представляют ли две переменные один экземпляр. Например, как показывает следующий фрагмент, для двух строк а и b выражение a.Equals(b) может быть истинным, а выражение Reference-Equals (a. b) — ложным:

Sub Main()

Dim a As String = "hello"

Dim b As String = "Hello"

Mid(b.l.D= "h"

Console.Writeline("Is a.Equals(b)true?" & a.Equals(b))

Console.WriteLine("Is ReferenceEquals(a.b)true?" & _

ReferenceEquals(a.b))

Console. ReadLine()

End Sub

Результат показан на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Различия между методами Equals и ReferenceEquals

Метод ToString

Метод ToString возвращает представление текущего объекта в строковом формате. Вопрос о том, будет ли это представление удобным при отладке и для пользователей, зависит от реализации класса. По умолчанию ToString возвращает полное имя типа для заданного объекта — например, System. Object или Examplel.Programmer.

Постарайтесь привыкнуть к переопределению ToStnng в ваших классах, чтобы этот метод возвращал более содержательное строковое представление класса. Например, в классе Employee из программы EmployeeTestl, приведенной в главе 4, метод ToString может выглядеть примерно так:

Public Overrides Function ToString() As String

Dim temp As String

temp = Me.GetType.ToString()& "my name is " & Me.TheName

Return temp

End Function

Примерный результат:

EmployeeTestl+EmployeeTestl+Employee my name is Tom

 

Функция GetType и рефлексия

Каждый тип .NET Framework представлен объектом Туре. Класс Туре содержит множество методов со сложными именами — например, метод GetMembers возвращает информацию об именах всех методов заданного класса. Метод GetType класса Object возвращает объект Туре, при помощи которого можно получить информацию о типе во время выполнения программы. В частности, эта чрезвычайно полезная возможность используется для выполнения рефлексии (также используется термин «идентификация типов на стадии выполнения»). Кстати, пространство имен Reflection занимает столь важное место в работе .NET Framework, что оно автоматически импортируется в каждый проект VS IDE.

Чтобы увидеть, как выполняется рефлексия, включите в проект ссылку на сборку System.Windows.Forms и запустите приведенную ниже программу. Когда через короткий промежуток времени на экране появится приглашение, нажмите клавишу Enter. Продолжайте нажимать Enter, и постепенно в консольном окне будет выведена информация обо всех членах класса Windows. Forms. Form, на основе которого строятся графические приложения в .NET. Примерный вид окна показан на рис. 5.5.

Рис. 5.5. Информация о членах класса Windows.Forms.Form, полученная посредством рефлексии

1 Option Strict On

2 Imports System.Windows.Forms

3 Module Modulel

4 Sub Main()

5 Dim aForm As New Windows.Forms.Form()

6 Dim a Type As Type

7 a Type = aForm.GetType()

8 Dim member As Object

9 Console.Writellne("This displays the members of the Form class")

10 Console.WriteLineC'Press enter to see the next one.")

11 For Each member In aType.GetMembers

12 Console.ReadLine()

13 Console. Write(member.ToSthng)

14 Next

15 Console.WriteLine("Press enter to end")

16 Console.ReadLine()

17 End Sub

18 End Module

В строках 6 и 7 мы получаем объект Туре для класса Windows. Forms. Form. Затем, поскольку метод GetMembers класса Туре возвращает коллекцию объектов Memberlnfo, описывающих члены класса, программа просто перебирает все элементы коллекции в строках 11-14.

 

MemberWiseClone

В программировании, как и в современной науке:

• Клоном называется точная копия объекта.
  
• Состояние клона может измениться и стать отличным от состояния исходного объекта.
  

Но самое важное правило клонирования формулируется так:

• Изменения в клоне не должны отражаться на исходном объекте, на основе которого клон создавался.
  

Следующий пример наглядно показывает, что имеется в виду под этим предупреждением. Массивы VB .NET в отличие от массивов VB6 являются объектами.

Допустим, мы пытаемся клонировать объект класса, одно из полей которого представляет собой массив:

1 Public Class EmbeddedObjects

2 Private m_Data() As String

3 Public Sub New(ByVa1 anArray() As String)

4 m_Data = anArray

5 End Sub

6 Public Sub OisplayData()

7 Dim temp As String

8 For Each temp In m_Data

9 Console.WriteLine(temp)

10 Next

11 End Sub

12 Public Sub ChangeData(ByVal newData As String)

13 m_Data(0) = newData

14 End Sub

15 Public Function Clone() As EmbeddedObjects

16 Return CType(Me.MemberwiseClone. EmbeddedObjects)

17 End Function

18 End Class

Выполните следующую процедуру Sub Main:

Sub Main()

Dim anArray() As String ={"HELLO"}

Dim a As New EmbeddedObjects(anArray)

Console.WriteLinet"Am going to display the data in object a now!")

a.DisplayData()

Dim b As EmbeddedObjects

b =a.Clone()

Dim newData As String ="GOODBYE"

b.ChangeData(newData)

Console.WriteLine("Am going to display the data in object b now!")

b.DisplayData()

Console.WriteLine("Am going to re-display the data in a" & _

"after making a change to object b!!!") a.DisplayData()

Console. ReadLine() End Sub

Рис. 5.6. Метод MemberWiseClose не работает

Как видно из рис. 5.6, результат получился весьма неожиданным: изменения клона отражаются на исходном объекте!

Что происходит в этом примере? Почему метод MemberWiseClone не работает, как задумано? Почему изменения в объекте b отражаются на объекте а? Потому что в строках 2 и 4 класса EmbeddedObjects в качестве значения поля, задаваемого в конструкторе, используется массив. Массивы являются изменяемыми объектами; как было показано в главе 3, из этого следует, что содержимое массива может изменяться даже при передаче по значению (ByVal). Состояние внутреннего массива изменяется в строках 12-14 класса EmbeddedObjects. Поскольку объект и псевдоклон связаны ссылкой на массив m_Data, изменения клона отражаются на исходном объекте.

Решение этой проблемы рассматривается в разделе «ICloneable» этой главы. А пока мы просто укажем, что настоящий клон (иногда называемый глубокой копией) создает клоны всех полей объекта, при необходимости выполняя рекурсивное кло-нирование. Например, если одно из полей класса является объектом и содержит еще один внутренний объект, процесс клонирования должен опуститься на два уровня в глубь.

Наконец, в качестве средства дополнительной защиты разработчики .NET Framework объявили MemberWiseClone защищенным методом класса Object. Как было показано выше, это означает, что MemberWi seCI one может вызываться только из производных классов. Код за пределами производного класса не может клонировать объекты при помощи этого небезопасного метода. Также обратите внимание на то, что MemberWi seCIone возвращает тип Object, поэтому в строке 1б класса EmbeddedObjects приходится использовать функцию СТуре.

 

Проблема неустойчивости базовых классов и контроль версии

Проблема несовместимости компонентов хорошо известна всем, кому доводилось программировать для Windows. Обычно она выступает в форме так называемого кошмара DLL (DLL Hell) — программа использует определенную версию DLL, a потом установка новой версии компонента нарушает работу программы. Почему? Причины могут быть разными, от очевидных (случайное исключение функции, использовавшейся в программе) до весьма нетривиальных (например, изменение типа возвращаемого значения у функции). В любом случае все сводится к вариациям на одну тему — при изменении открытого интерфейса кода, от которого зависит ваша программа, программа не может использовать новую версию вместо старой, а старая версия уже стерта. В большинстве объектно-ориентированных языков наследование сопряжено с потенциальной угрозой работоспособности вашей программы из-за несовместимости компонентов. Программисту остается лишь надеяться на то, что открытые и защищенные члены классов-предшественников в ¹ иерархии наследования не будут изменяться, таким образом, что это нарушит ра-

ботоспособность их программ. Эта ситуация называется проблемой неустойчивости базовых классов. Наследование часто превращает наши программы в некое подобие карточного домика — попробуйте вытащить нижнюю карту, и все сооружение развалится.

Проблему неустойчивости базовых классов желательно рассмотреть на конкретном примере. Разместите приведенное ниже определение класса Payabl eEntity в отдель-ной^библиотеке и откомпилируйте его в сборку с именем PayableEntity Example командой Build (чтобы задать имя сборки, щелкните правой кнопкой мыши на имени проекта в окне решения, выберите в контекстном меню команду Properties и введите нужные значения в диалоговом окне). Если вы не используете архив с примерами, прилагаемый к книге, запомните, в каком каталоге был построен проект:

Public Mustlnherit Class PayableEntity

Private m_Name As String

Public Sub New(ByVal theName As String)

m_Name =theName

End Sub

Public Readonly Property TheName()As String Get

Return m_Name

End Get

End Property

Public MustOverride

Property TaxID()As

String End Class

После построения DLL закройте решение.

Допустим, вы решили включить в класс Employee новый способ получения адреса, зависящий от базового класса PayableEntity; при этом следует помнить, что класс будет использоваться только в откомпилированной форме. Для этого необходимо включить ссылку на сборку, содержащую этот проект (находится в подкаталоге \bin того каталога, в котором была построена DLL PayableEntityExample). Примерный код класса Empl oyee приведен ниже. Обратите внимание на строку, выделенную жирным шрифтом, в которой класс объявляется производным от абстрактного класса, определенного в сборке

PayableEntityExample.

Public Class Employee

' Пространство имен называется PayableEntityExample.

' поэтому полное имя класса записывается в виде

PayableEntityExample.PayableEntity! Inherits

PayableEntityExample.Employee

Private m_Name As String

Private m_Salary As Decimal

Private m_Address As String

Private m_TaxID As String

Private Const LIMIT As Decimal = 0.1D

Public Sub New(ByVal theName As String,

ByVal curSalary As Decimal,

ByVal TaxID As String)

MyBase.New(theName)

m_Name = theName

m_Salary = curSalary

m_TaxID = TaxID

End Sub

Public Property Address()As String

Get

Return m_Address

End Get

Set(ByVal Value As String)

m_Address = Value

End Set

End Property

Public Readonly Property Salary()As Decimal Get

Return m_Salary «

End Get

End Property

Public Overrides Property TaxIDO As String Get

Return m_TaxID

End Get

SetCByVal Value As String)

If Value.Length <> 11 Then

' См. главу 7 Else

m_TaxID = Value

End If

End Set

End Property

End Class

Процедура Sub Main выглядит так:

Sub Main()

Dim torn As New EmployeeC'Tom". 50000)

tom.Address ="901 Grayson"

Console.WriteCtom.TheName & "lives at " & tom.Address)

Console. ReadLine()

End Sub

Результат показан на рис. 5.7. Программа работает именно так, как предполагалось.

Рис. 5.7. Демонстрация неустойчивости базовых классов (контроль версии отсутствует)

Программа компилируется в исполняемый файл Versiomngl.exe, все идет прекрасно.

Теперь предположим, что класс PayableEntity был разработан независимой фирмой. Гениальные разработчики класса PayableEntity не желают почивать на лаврах! Заботясь о благе пользователей, они включают в свой класс объект с адресом и рассылают новый вариант DLL. Исходный текст они держат в секрете, но мы его приводим ниже. Изменения в конструкторе выделены жирным шрифтом:

Imports Microsoft.Vi sualBasic.Control Chars

Public Class PayableEntity

Private m_Name As String

Private m_Address As Address

Public Sub New(ByVal theName As String,ByVal theAddress As Address)

m_Name = theName

m_Address = theAddress

End Sub

Public Readonly Property TheName()As String Get

Return m_Name End Get

End Property

Public Readonly Property TheAddress() Get

Return

m_Address.DisplayAddress

End Get

End Property

End Class

Public Class Address

Private m_Address As String

Private m_City As String

Private m_State As String

Private m_Zip As String

Public Sub New(ByVal theAddress As String.ByVal theCity As String.

ByVal theState As String.ByVal theZip As String)

m_Address = theAddress

m_City = theCity

m_State = theState

m_Zip = theZip

End Sub

Public Function DisplayAddress() As String

Return m_Address & CrLf & m_City & "." & m_State _

&crLF & m_Zip

End Function

End Class

Перед вами пример редкостной халтуры. В процессе «усовершенствования» авторы умудрились потерять исходный конструктор класса PayableEntity! Конечно, такого быть не должно, но раньше подобные катастрофы все же случались. Старая DLL устанавливалась на жесткий диск пользователя (обычно в каталог Windows\System). Затем выходила новая версия, устанавливалась поверх старой, и вполне благополучная программа Versioningl переставала работать (а как ей работать, если изменился конструктор базового класса?).

Конечно, проектировщики базовых классов так поступать не должны, однако на практике бывало всякое. Но попробуйте воспроизвести этот пример в .NET, и произойдет настоящее чудо: ваша старая программа будет нормально работать, потому что она использует исходную версию Payabl eEnti ty из библиотеки, хранящейся в каталоге \bin решения Versioningl.

Схема контроля версии в .NET позволяет разработчикам компонентов дополнять свои базовые классы новыми членами (хотя на практике делать этого не рекомендуется). Такая возможность сохраняется даже в том случае, если имена новых членов совпадают с именами членов, включенных вами в производный класс. Старый исполняемый файл, созданный на базе производного класса, продолжает работать, поскольку он не использует новую DLL.

Впрочем, это не совсем верно: он действительно продолжает работать — до тех пор, пока вы не откроете исходный текст приложения Versioningl в VS .NET, создадите ссылку на DLL PayableEntityExample и попробуете построить приложение Versioningl заново. Компилятор выдаст сообщение об ошибке:

C:\book to comp\chapter 5\Versioningl\Versioningl\Modu1el.vb(21):

No argument specified or non-optional parameter 'theAddress' of

'Public Sub New(theName As String,theAddress

As PayableEntityExample.Address)'.

Итак, как только вы загрузите старый исходный текст производного класса и создадите ссылку на новую DLL, вам не удастся откомпилировать программу до исправления той несовместимости, на которую вас обрекли разработчики базового класса.

Прежде чем завершить этот раздел, мы хотим разъяснить еще одно обстоятельство. Исключение конструктора из класса и замена его другим конструктором — весьма грубая и очевидная ошибка. Способен ли механизм контроля версии .NET спасти от других, менее тривиальных ошибок? Да, способен.

Рассмотрим самый распространенный (хотя довольно тривиальный) источник ошибок несовместимости при использовании наследования. Имеется производный класс Derived, зависящий от базового класса Parent. В класс Derived включается новый метод Parselt (в следующем примере он просто разделяет строку по словам и выводит каждое слово в отдельной строке):

Imports Microsoft.VisualBasic.ControlChars Module Modulel

SubMain()

Dim myDerived As New Oerived()

myDerived.DisplayIt 0

Console.ReadLine()

End Sub

End Module

Public Class Parent

Public Const MY STRING As String ="this is a test"

Public Overridable Sub Displaylt()

Console.WriteLine(MY_STRING)

End Sub

End Class

Public Class Derived Inherits Parent

Public Overrides Sub Displaylt()

Console.WriteLine(ParseIt(MyBase.MY_STRING))

End Sub

Public Function ParselUByVal aString As String)

Dim tokens() As String

' Разбить строку по пробелам tokens -

aString.Split(Chr(32))

Dim temp As String

' Объединить в одну строку, вставляя между словами

' комбинацию символов CR/LF

temp = Join(tokens.CrLf)

Return temp

End Function

End Class

End Module

Результат показан на рис. 5.8.

Рис. 5.8. Простейшее разбиение строки по словам

Теперь представьте себе, что класс Parent распространяется не в виде исходных текстов, а в откомпилированной форме. Версия 2 класса Parent содержит собственную версию Parselt, которая широко используется в ее коде. В соответствии с принципом полиморфизма при хранении объекта типа Den ved в объектной переменной типа Parent вызовы Displaylt должны использовать метод Parselt класса Derived вместо метода Parselt базового класса. Однако здесь возникает маловероятная, но теоретически возможная проблема. В нашем сценарии код класса Parent, использующий свою версию функции Parselt, не знает, как функция Parselt реализована в классе Derived. Полиморфный вызов версии Parselt производного класса может нарушить какие-либо условия, необходимые для работы базового класса.

В этой ситуации средства контроля версии VB .NET тоже творят чудеса: код откомпилированного базового класса Parent продолжает использовать свою версию Parselt всегда, даже несмотря на то, что при хранении объектов Derived в переменных типа Parent полиморфизм привел бы к вызову неправильной версии метода. Как упоминалось в предыдущем примере, при открытии кода Derived в Visual Studio компилятор сообщает, что для устранения неоднозначности в объявление метода Parselt производного класса следует включить ключевое слово Override или Shadows.

Интерфейсы

Вероятно, вы убедились в том, что наследование занимает важное место в VB .NET, но для полноценного использования объектно-ориентированных средств VB .NET вам также придется освоить реализацию интерфейсов. Этой важной теме посвящены несколько ближайших разделов.

Прежде всего реализацию интерфейса можно рассматривать как контракт, обязательный для любого класса. Интерфейсы занимали важнейшее место в программировании СОМ, а также в реализации объектно-ориентированных средств в прежних версиях VB. При реализации интерфейса класс-обязуется предоставлять некоторую функциональность в соответствии с сигнатурами заголовков членов, отныне и во веки веков. В отличие от объектов при наследовании интерфейсы не связаны никакими взаимными зависимостями — каждая реализация интерфейса существует независимо от других.

Реализация интерфейса предполагает, что ваш класс содержит методы со строго определенными сигнатурами. Эти методы могут быть пустыми, но они обязательно должны присутствовать.

Фактическая реализация методов не фиксируется; как было только что сказано, методы могут вообще ничего не делать. Поддержка интерфейса — всего лишь обязательство определить методы с заданными сигнатурами. Из этого простого факта вытекает множество замечательных следствий. Особый интерес представляют следующие:

• «умный» компилятор может заменить вызовы функций быстрым поиском по таблице с последующей передачей управления;
  
• с точки зрения программиста — разработчики могут вызывать методы вашего класса по сигнатуре, не опасаясь, что указанный метод не существует;
  
• при наличии подобных обязательств компилятор может использовать полиморфизм так же, как это делается при наследовании.
  

А теперь подумайте, что произойдет, если:

• вы не будете связаны обязательством на поддержку метода с заданной сигнатурой в результате реализации интерфейса;
  
• ваш класс не входит в иерархию наследования, в которой VB .NET сможет найти метод с нужной сигнатурой.
  

Происходит следующее: в режиме жесткой проверки типов (Option StrictOn) программа вообще не будет компилироваться. Если этот режим отключить, умный компилятор .NET поймет, что вызов метода класса не удастся заменить в откомпилированном коде неким подобием простого вызова функции. Таким образом, компилятору придется сгенерировать значительно больший объем кода. Фактически он должен во время выполнения программы вежливо спросить у объекта, поддерживает ли он метод с указанной сигнатурой, и если поддерживает — не будет ли он возражать против его вызова? Подобное решение обладает двумя характерными особенностями, из-за которых оно работает значительно медленнее и гораздо чаще приводит к возникновению ошибок:

1. Необходимо предусмотреть обработку ошибок на случай непредвиденных ситуаций.
   
2. Поскольку компилятор на стадии компиляции не может определить, по какому адресу следует передать управление в блоке памяти, занимаемом объектом, ему приходится полагаться на косвенные методы передачи управления на стадии выполнения.
   

Описанный процесс называется поздним связыванием (late binding). Он не только значительно уступает раннему связыванию по скорости, но и вообще не разрешен при включенном режиме Option Strict за исключением позднего связывания, основанного на применении рефлексии.

 

Механика реализации интерфейса

Во многих компаниях, занимающихся программированием (хотя бы в Microsoft), существует должность ведущего программиста или ведущего специалиста по тестированию. Предположим, вы решили расширить систему учета кадров и включить в нее эти новые должности с особыми свойствами — скажем, наличием фонда материального поощрения для особо отличившихся подчиненных.

В описанной выше иерархии классов VB .NET определить новый класс «ведущий специалист» не удастся, поскольку классы Programmer и Tester уже являются производными от класса Empl oyee, а множественное наследование в .NET не поддерживается. Перед нами идеальный пример ситуации, когда вам на помощь приходят интерфейсы.

Прежде всего интерфейс необходимо определить. В отличие от VB6, где интерфейс был обычным классом, в VB .NET появилось специальное ключевое слово Interface. Предположим, наши «ведущие» должны оценивать своих подчиненных и тратить средства из фонда материального поощрения. Определение интерфейса выглядит так:

Public Interface ILead

Sub SpendMoraleFund(ByVal amount As Decimal)

Function Rate(ByVal aPerson As Employee) As String

Property MyTeam() As Empl oyee ()

Property MoraleFuod() As Decimal End Interface

Обратите внимание — в определении интерфейса отсутствуют модификаторы уровня доступа Publiс и Private. Разрешены только объявления Sub, Function и Property с ключевыми словами Overloads и Default. Как видите, определение интерфейса выглядит просто. Любой класс, реализующий интерфейс ILead, обязуется содержать:

• процедуру с параметром типа Decimal;
  
• функцию, которая получает объект Empl oyee и возвращает строку;
  
• свойство, доступное для чтения и записи, возвращающее массив объектов Employee;
  
• свойство, доступное для чтения и записи, возвращающее значение типа Decimа1.
  

Как будет показано ниже, имена методов реализации несущественны — главное, чтобы методы имели заданную сигнатуру.

Чтобы реализовать интерфейс в классе, прежде всего убедитесь в том, что он сам или ссылка на него входит в проект. Далее за именем класса и командой Inherits в программу включается строка с ключевым словом Implements, за которым следует имя интерфейса. Пример:

Public Class LeadProgrammer

Inherits Programmer

Implements Head

End Class

Имя Head подчеркивается синей волнистой чертой, свидетельствующей о возникшей проблеме. Тем самым компилятор настаивает на выполнении обязательств по реализации интерфейса хотя бы пустыми методами.

Как это сделать? В отличие от ранних версий VB, где члены классов, входящие в реализацию интерфейса, обозначались особой формой сигнатуры, в VB .NET используется более наглядный синтаксис. В следующем фрагменте соответствующая строка выделена жирным шрифтом.

Public Function Rate(ByVal aPerson As Employee) As String _

Implements ILead.Rate End Function

Конечно, имена членов интерфейса обычно совпадают с именами методов, их реализующих, но это не обязательно. Например, следующий фрагмент вполне допустим.

Public Property OurMoraleFund() As Decimal Implements

Head.MoraleFund Get

Return m_Moral e Fund

End Get

Set(ByVal Value As Decimal)

m_MoraleFund =Value

End Set

End Property

Главное, чтобы типы параметров и возвращаемого значения соответствовали сигнатуре данного члена интерфейса. При объявлении метода могут использоваться любые допустимые модификаторы, не мешающие выполнению контракта, — Overloads, Overrides, Overridable, Public, Private, Protected, Friend, Protected Friend, MustOverride, Default и Static. Запрещается только использовать атрибут Shared, поскольку члены интерфейса должны принадлежать конкретному экземпляру, а не классу в целом.

Если в реализации интерфейса используется член класса с модификатором Pri vate, обращения к этому члену возможны только через переменную, объявленную с типом данного интерфейса. В отличие от предыдущих версий VB в остальных случаях к членам интерфейса всегда можно обращаться через объекты класса. Теперь вам не придется присваивать их промежуточным интерфейсным переменным. Пример:

Dim tom As New LeadProgrammer("Tom",65000) tom.SpendMoraleFund(500)

Однако в обратных преобразованиях приходится использовать функцию СТуре:

Dim tom As New LeadProgrammer("Tom". 65000)

Dim aLead As ILead.aName As String

aLead = tom

aName = Ctype(aLead. Programmer).TheName 'OK

Следующая строка недопустима:

aName =tom.TheName ' ЗАПРЕЩЕНО!

Ниже перечислены общие правила преобразования между типом объекта и интерфейсом, им реализуемым.

• Переменную, объявленную с типом класса, всегда можно присвоить переменной, объявленной с типом любого из интерфейсов, реализуемых классом. В частности, если метод получает в качестве параметра переменную интерфейсного типа, ему можно передать переменную любого из типов, реализующих этот интерфейс (данное правило напоминает основной принцип наследования, в соответствии с которым производные типы всегда могут использоваться вместо базовых). Запомните следующее правило:
  
• При переходе от переменной типа интерфейса к переменной типа, реализующего интерфейс, необходимо использовать функцию СТуре.
  

Чтобы определить, реализует ли объект некоторый интерфейс, воспользуйтесь ключевым словом TypeOf в сочетании с Is. Пример:

Dim torn As New LeadProgrammer("tom". 50000)

Console.WriteLine((TypeOf (tom) Is Head))

Вторая строка выводит значение True.

Один метод может реализовывать несколько функций, определенных в одном интерфейсе:

Public Sub itsOK Implements

Interface1.Ml.Interfacel.M2,Interfacel.M3

Ниже приведена полная версия класса LeadProgrammer. Конечно, реализация методов интерфейса выглядит несколько условно, однако опадает представление о том, что можно сделать при реализации интерфейса:

Public Class LeadProgrammer

Inherits Programmer Implements Head

Private m_MoraleFund As Decimal

Private m_MyTeam As Employee()

Public Function Rate(ByVal aPerson As Employee) As String _

Implements Head.Rate

Return aPerson.TheName & "rating to be done"

End Function

Public Property MyTeam() As Employee()

Implements ILead.MyTeam

Get

Return m_MyTeam

End Get

SeUByVal Value As Employee()) X.

m_MyTeam = Value

End Set End Property

Public Sub SpendMoraleFund(ByVal

amount As Decimal)_

Implements ILead.SpendMocaleFund

' Израсходовать средства из фонда мат. поощрения

Console.WriteLine("Spent " & amount.ToString())

End Sub

Public Property OurMoraleFund()As Decimal

Implements ILead.MoraleFund

Get

Return m_MoraleFund

End Get

SettByVal Value As Decimal)

m_MoraleFund = Value

End Set End Property

Public Sub New(ByVal theName As String. ByVal curSalary As Decimal)

MyBase.New(theName. curSalary)

End Sub

End Class

Нетривиальное применение интерфейсов

Интерфейсы также могут объявляться производными от других интерфейсов. В этом случае интерфейс просто дополняется новыми членами. Предположим, в нашей системе учета кадров ведущим программистам предоставлено право разрешать модернизацию компьютеров своих подчиненных. В программе это моделируется методом UpGradeHardware:

Public Interface ILeadProgrammer

Inherits Head

Public Function UpGradeHardware(aPerson As Programmer)

End Interface

В этом случае реализация ILeadProgrammer требует дополнительного выполнения контракта интерфейса Head.

В отличие от классов, которые могут наследовать лишь от одного базового класса, интерфейс может быть объявлен производным от нескольких интерфейсов:

Public Interface ILeadProgrammer

Inherits Head.Inherits ICodeGuru

Public Function UpGradeHardware(aPerson As Programmer)

End Interface

Поскольку интерфейс может наследовать от нескольких интерфейсов, реальна ситуация, при которой в нем потребуется определить два одноименных метода, принадлежащих к разным интерфейсам, — например, если интерфейсы Head и ICodeGuru содержат методы с именем SpendMoraleFund. В этом случае вы не сможете обратиться к одному из этих методов через переменную типа, реализующего такой интерфейс:

Dim tom As New LeadProgrammer("Tom", 65000)

tom.SpendMoraleFund(500)

Интерфейс должен указываться явно, как в следующем фрагменте:

Dim tom As New LeadProgrammer("Tom", 65000)

Dim aCodeGuru As ICodeGuru

aCodeGuru = tom

aCodeGuru.SpendMoraleFund(500)

 

Выбор между интерфейсами и наследованием

Хотя на первый взгляд интерфейсы чем-то напоминают базовые классы, от этой аналогии больше вреда, чем пользы. Абстрактный класс может содержать реализованные методы, а в интерфейсе они недопустимы. Абстрактные базовые классы создаются только в результате тщательного анализа функциональности с выделением самого примитивного общего предка, и ни по какой другой причине.

Интерфейсы существуют вне иерархии наследования, и в этом их достоинство. Вы теряете возможность автоматического использования существующего кода, но взамен приобретаете свободу выбора собственной реализации контракта. Интерфейсы используются в тех случаях, когда вы хотите показать, что поведение класса должно соответствовать определенным правилам, но фактическая реализация этих правил остается на усмотрение класса. В .NET структуры не могут наследовать ни от чего, кроме Object, но они могут реализовывать интерфейсы. Наконец, в .NET интерфейсы становятся единственным решением в ситуации, когда два класса обладают сходным поведением, но не имеют общего предка, частными случаями которого они бы являлись.

 

Важнейшие интерфейсы .NET Framework

Описать все интерфейсы .NET Framework на нескольких страницах невозможно, но хотя бы получить некоторое представление о них вполне реально. Интерфейсы ICloneable и IDisposable обладают особой декларативной функцией — реализуя их, вы тем самым заявляете, что ваш класс обладает некой стандартной функциональностью, присутствующей во многих классах.

• ICloneable: в классе реализуется метод Clone, обеспечивающий глубокое копирование.
  
• IDisposable: класс потребляет ресурсы, которые не могут автоматически освобождаться сборщиком мусора.
  

Далее в этой главе рассматриваются базовые интерфейсы для построения специализированных коллекций. Если вы помните, с какими трудностями была связана

реализация циклов For-Each в VB6, они станут для вас настоящим подарком!

 

ICloneable

Как было показано в разделе «MemberWiseClone», клонирование объекта, содержащего внутренние объекты, вызывает немало проблем. Разработчики .NET дают вам возможность сообщить о том, что данная возможность реализована в вашем классе. Для этой цели используется декларативный интерфейс ICloneable, состоящий из единственной функции Clone:

Public Interface ICloneable

Function Clone() As Object

End Interface

Этот интерфейс (а следовательно, и метод Clone) реализуется в том случае, если вы хотите предоставить пользователям своего класса средства для клонирования экземпляров. Далее вы сами выбираете фактическую реализацию метода Clone — не исключено, что она будет сводиться к простому вызову MemberWiseClone. Как было сказано выше, MemberWiseCl one нормально клонирует экземпляры, поля которых относятся к структурному типу или являются неизменяемыми (такие, как String). Например, в классе Empl oyee клонирование экземпляров может осуществляться методом Clone, поскольку все поля представляют собой либо строки, либо значения структурных типов. Таким образом, реализация IC1 опеаЫ е,для класса Empl oyee может выглядеть так:

Public Class Employee Implements ICloneable

Public Function Clone() As Object _

Implements ICloneable.Clone

Return CType(Me.MemberwiseClone, Employee)

End Function ' И т.д.

End Class

В классах, содержащих внутренние объекты, реализация метода Clone потребует значительно больших усилий (хотя в главе 9 описан прием, позволяющий достаточно просто решить эту задачу в большинстве случаев). Так, в приведенном выше классе EmbeddedObject необходимо клонировать внутренний массив, не ограничиваясь простым копированием.

Как это сделать? Очень просто. Поскольку класс Array реализует интерфейс ICloneable, он должен содержать метод для клонирования массивов. Остается лишь вызвать этот метод в нужном месте. Ниже приведена версия класса Ет-beddedObjects с реализацией ICloneabl e (ключевые строки выделены жирным шрифтом):

Public Class EmbeddedObjects Implements

ICloneable Private m_Ma() As String

Public Sub New(ByVal anArray() As String)

m_Data = anArray

End Sub

Public Function Clone() As Object Implements

ICloneable.Clone

Dim temp()As String

temp = m_Data.Clone ' Клонировать массив

Return New EmbeddedObjects(temp)

End Function

Public Sub DisplayData()

Dim temp As String

For Each temp In m_Data

Console.WriteLine(temp)

Next End

Sub Public

Sub ChangeDataCByVal

newData As String)

m_Data(0) = newData

End Sub

End Class

 

IDisposable

Выше уже упоминалось о том, что метод Finalize не обеспечивает надежного освобождения ресурсов, не находящихся под управлением сборщика мусора. В программировании .NET у этой задачи существует общепринятое решение — класс реализует интерфейс IDisposable с единственным методом Dispose, освобождающим занятые ресурсы:

Public Interface IDisposable

Sub Dispose()

End Interface

Итак, запомните следующее правило:

Если ваш класс использует другой класс, реализующий IDisposable, то в конце работы с ним необходимо вызвать метод Dispose.

Как будет показано в главе 8, метод Dispose должен вызываться в каждом графическом приложении, зависящем от базового класса Component, поскольку это необходимо для освобождения графических контекстов, используемых всеми компонентами.

 

Коллекции

Коллекцией (collection) называется объект, предназначенный для хранения других объектов. Коллекция содержит методы для включения и удаления внутренних объектов, а также обращения к ним в разных вариантах — от простейшей индексации, как при работе с массивами, до сложной выборки по ключу, как в классе Hashtable, представленном в предыдущей главе. .NET Framework содержит немало полезных классов коллекций. Расширение этих классов посредством наследования позволяет строить специализированные коллекции, безопасные по отношению к типам. И все же при нетривиальном использовании встроенных классов коллекций необходимо знать, какие интерфейсы в них реализованы. Несколько ближайших разделов посвящены стандартным интерфейсам коллекций.

 

For Each и интерфейс lEnumerable

Поддержка For-Each в классах VB6 была недостаточно интуитивной, а ее синтаксис воспринимался как нечто совершенно инородное (мы упоминали об этом в главе 1). В VB .NET существуют два способа организации поддержки For-Each в классах коллекций. Первый метод уже был продемонстрирован выше: новый класс определяется производным от класса с поддержкой For-Each и автоматически наследует его функциональность. В частности, этот способ применялся для класса Empl oyees, производного от класса System. Collections. CollectionBase.

Второй способ, основанный на самостоятельной реализации интерфейса IEnumerable, обеспечивает максимальную гибкость. Определение интерфейса выглядит следующим образом:

Public Interface lEnumerable

Function GetEnumerator() As Enumerator

End Interface

При реализации lEnumerable класс реализует метод GetEnumerator, который возвращает объект IEnumerator, обеспечивающий возможность перебора в классе. Метод перехода к следующему элементу коллекции определяется именно в интерфейсе IEnumerator, который определяется следующим образом:

Public Interface lEnumerator

Readonly Property Current As Object

Function MoveNext() As Boolean

Sub Reset ()

End Interface

В цикле For-Each перебор ведется только в одном направлении, а элементы доступны только для чтения. Этот принцип абстрагирован в интерфейсе lEnumerator — в интерфейсе присутствует метод для перехода к следующему элементу, но нет методов для изменения данных. Кроме того, в интерфейс IEnumerator должен входить обязательный метод для перехода в начало коллекции. Обычно этот интерфейс реализуется способом включения (containment): в коллекцию внедряется специальный класс, которому перепоручается выполнение трех интерфейсных методов (один из lEnumerable и два из IEnumerator).

Ниже приведен пример коллекции Employees, построенной «на пустом месте». Конечно, класс получается более сложным, чем при простом наследовании от System. Collections. CollectionBase, но зато он обладает гораздо большими возможностями. Например, вместо последовательного возвращения объектов Employee можно использовать сортировку по произвольному критерию:

1 Public Class Employees

2 Implements IEnumerable.IEnumerator

3 Private m_Employees() As Employee

4 Private m_index As Integer = -1

5 Private m_Count As Integer = 0

6 Public Function GetEnumerator() As lEnumerator _

7 Implements lEnumerable.GetEnumerator

8 Return Me

9 End Function

10 Public Readonly Property Current() As Object _

11 Implements IEnumerator.Current

12 Get

13 Return m_Employees(m_Index)

14 End Get

15 End Property

16 Public Function MoveNext() As Boolean _

17 Implements lEnumerator.MoveNext

18 If m_Index < m_Count Then

19 m_Index += 1

20 Return True

21 Else

22 Return False

23 End If

24 End Function

25 Public Sub Reset() Implements IEnumerator.Reset

26 m_Index = 0

27 End Sub

28 Public Sub New(ByVal theEmployees() As Employee)

29 If theEmployees Is Nothing Then

30 MsgBox("No items in the collection")

31 ' Инициировать исключение - см. главу 7

32 ' Throw New ApplicationException()

33 Else

34 m_Count = theEmployees.Length - 1

35 m_Employees = theEmployees

36 End If

37 End Sub

38 End Class

Строка 2 сообщает о том, что класс реализует два основных интерфейса, используемых при работе с коллекциями. Для этого необходимо реализовать функцию, которая возвращает объект lEnumerator. Как видно из строк 6-9, мы просто возвращаем текущий объект Me. Впрочем, для этого класс должен содержать реализации членов IEnumerable; они определяются в строках 10-27.

Ниже приведена небольшая тестовая программа. Предполагается, что Publiс-класс Employee входит в решение:

Sub Main()

Dim torn As New Emplpyee("Tom". 50000)

Dim sally As New Employee("Sally". 60000)

Dim joe As New Employee("Joe", 10000)

Dim theEmployees(l) As Employee

theEmployees(0) = torn

theEmployees(1) = sally

Dim myEmployees As New Employees(theEmployees)

Dim aEmployee As Employee

For Each aEmployee In myEmployees

Console.WriteLine(aEmployee.TheName)

Next

Console.ReadLine()

End Sub

---

---