理解C#編程中的靜態(tài)類和靜態(tài)成員以及密封類
靜態(tài)類
靜態(tài)類與非靜態(tài)類基本相同,但存在一個區(qū)別:靜態(tài)類不能實(shí)例化。也就是說,不能使用 new 關(guān)鍵字創(chuàng)建靜態(tài)類類型的變量。因?yàn)闆]有實(shí)例變量,所以要使用類名本身訪問靜態(tài)類的成員。例如,如果名為 UtilityClass 的靜態(tài)類有一個名為 MethodA 的公共方法,則按下面的示例所示調(diào)用該方法:
UtilityClass.MethodA();
對于只對輸入?yún)?shù)進(jìn)行運(yùn)算而不獲取或設(shè)置任何內(nèi)部實(shí)例字段的方法集,靜態(tài)類可以方便地用作這些方法集的容器。例如,在 .NET Framework 類庫中,靜態(tài)類 System.Math 包含的方法只執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算,而無需存儲或檢索特定 Math 類實(shí)例特有的數(shù)據(jù)。就是說,通過指定類名稱和方法名稱來應(yīng)用類成員,如下示例所述。
double dub = -3.14; Console.WriteLine(Math.Abs(dub)); Console.WriteLine(Math.Floor(dub)); Console.WriteLine(Math.Round(Math.Abs(dub)));
輸出:
3.14 -4 3
和所有類類型一樣,當(dāng)加載引用靜態(tài)類的程序時,.NET Framework 公共語言運(yùn)行時 (CLR) 將加載該靜態(tài)類的類型信息。程序不能指定加載靜態(tài)類的確切時間。但是,可以保證在程序中首次引用該類前加載該類,并初始化該類的字段并調(diào)用其靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)。靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)僅調(diào)用一次,在程序駐留的應(yīng)用程序域的生存期內(nèi),靜態(tài)類一直保留在內(nèi)存中。
靜態(tài)類的主要特性:
- 僅包含靜態(tài)成員。
- 無法實(shí)例化。
- 是密封的。
- 不能包含實(shí)例構(gòu)造函數(shù)。
因此,創(chuàng)建靜態(tài)類與創(chuàng)建僅包含靜態(tài)成員和私有構(gòu)造函數(shù)的類基本相同。私有構(gòu)造函數(shù)阻止類被實(shí)例化。使用靜態(tài)類的優(yōu)點(diǎn)在于,編譯器能夠執(zhí)行檢查以確保不致偶然地添加實(shí)例成員。編譯器將保證不會創(chuàng)建此類的實(shí)例。
靜態(tài)類是密封的,因此不可被繼承。它們不能從除 Object 外的任何類中繼承。靜態(tài)類不能包含實(shí)例構(gòu)造函數(shù),但可以包含靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)。如果非靜態(tài)類包含需要進(jìn)行重要的初始化的靜態(tài)成員,也應(yīng)定義靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)。
下面是一個靜態(tài)類的示例,它包含兩個在攝氏溫度和華氏溫度之間執(zhí)行來回轉(zhuǎn)換的方法:
public static class TemperatureConverter
{
public static double CelsiusToFahrenheit(string temperatureCelsius)
{
// Convert argument to double for calculations.
double celsius = Double.Parse(temperatureCelsius);
// Convert Celsius to Fahrenheit.
double fahrenheit = (celsius * 9 / 5) + 32;
return fahrenheit;
}
public static double FahrenheitToCelsius(string temperatureFahrenheit)
{
// Convert argument to double for calculations.
double fahrenheit = Double.Parse(temperatureFahrenheit);
// Convert Fahrenheit to Celsius.
double celsius = (fahrenheit - 32) * 5 / 9;
return celsius;
}
}
class TestTemperatureConverter
{
static void Main()
{
Console.WriteLine("Please select the convertor direction");
Console.WriteLine("1. From Celsius to Fahrenheit.");
Console.WriteLine("2. From Fahrenheit to Celsius.");
Console.Write(":");
string selection = Console.ReadLine();
double F, C = 0;
switch (selection)
{
case "1":
Console.Write("Please enter the Celsius temperature: ");
F = TemperatureConverter.CelsiusToFahrenheit(Console.ReadLine());
Console.WriteLine("Temperature in Fahrenheit: {0:F2}", F);
break;
case "2":
Console.Write("Please enter the Fahrenheit temperature: ");
C = TemperatureConverter.FahrenheitToCelsius(Console.ReadLine());
Console.WriteLine("Temperature in Celsius: {0:F2}", C);
break;
default:
Console.WriteLine("Please select a convertor.");
break;
}
// Keep the console window open in debug mode.
Console.WriteLine("Press any key to exit.");
Console.ReadKey();
}
}
輸出:
Please select the convertor direction 1. From Celsius to Fahrenheit. 2. From Fahrenheit to Celsius. :2 Please enter the Fahrenheit temperature: 20 Temperature in Celsius: -6.67 Press any key to exit.
靜態(tài)成員
非靜態(tài)類可以包含靜態(tài)的方法、字段、屬性或事件。即使沒有創(chuàng)建類的實(shí)例,也可以調(diào)用該類中的靜態(tài)成員。始終通過類名而不是實(shí)例名稱訪問靜態(tài)成員。無論對一個類創(chuàng)建多少個實(shí)例,它的靜態(tài)成員都只有一個副本。靜態(tài)方法和屬性不能訪問其包含類型中的非靜態(tài)字段和事件,并且不能訪問任何對象的實(shí)例變量(除非在方法參數(shù)中顯式傳遞)。
更常見的做法是聲明具有一些靜態(tài)成員的非靜態(tài)類,而不是將整個類聲明為靜態(tài)類。靜態(tài)字段有兩個常見的用法:一是記錄已實(shí)例化對象的個數(shù),二是存儲必須在所有實(shí)例之間共享的值。
靜態(tài)方法可以被重載但不能被重寫,因?yàn)樗鼈儗儆陬悾粚儆陬惖娜魏螌?shí)例。
雖然字段不能聲明為 static const,但 const 字段的行為在本質(zhì)上是靜態(tài)的。這樣的字段屬于類型,不屬于類型的實(shí)例。因此,可以同對待靜態(tài)字段一樣使用 ClassName.MemberName 表示法來訪問 const 字段。不需要對象實(shí)例。
C# 不支持靜態(tài)局部變量(在方法范圍內(nèi)聲明的變量)。
通過在成員的返回類型之前使用 static 關(guān)鍵字可以聲明靜態(tài)類成員,如下面的示例所示:
public class Automobile
{
public static int NumberOfWheels = 4;
public static int SizeOfGasTank
{
get
{
return 15;
}
}
public static void Drive() { }
public static event EventType RunOutOfGas;
// Other non-static fields and properties...
}
靜態(tài)成員在第一次被訪問之前并且在調(diào)用靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)(如有存在)之前進(jìn)行初始化。若要訪問靜態(tài)類成員,應(yīng)使用類名而不是變量名來指定該成員的位置,如下面的示例所示:
Automobile.Drive(); int i = Automobile.NumberOfWheels;
如果類包含靜態(tài)字段,請?zhí)峁┰诩虞d類時初始化這些字段的靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)。
對靜態(tài)方法的調(diào)用以 Microsoft 中間語言 (MSIL) 生成調(diào)用指令,而對實(shí)例方法的調(diào)用生成 callvirt 指令,該指令還檢查 null 對象引用。但是,兩者之間的性能差異在大多數(shù)時候并不明顯。
C#的密封類
使用 sealed 關(guān)鍵字可以防止繼承以前標(biāo)記為 virtual 的類或某些類成員。
通過在類定義前面放置關(guān)鍵字 sealed,可以將類聲明為密封類。例如:
public sealed class D
{
// Class members here.
}
密封類不能用作基類。因此,它也不能是抽象類。密封類禁止派生。由于密封類從不用作基類,所以有些運(yùn)行時優(yōu)化可以略微提高密封類成員的調(diào)用速度。
在對基類的虛成員進(jìn)行重寫的派生類上,方法、索引器、屬性或事件可以將該成員聲明為密封成員。在用于以后的派生類時,這將取消成員的虛效果。方法是在類成員聲明中將 sealed 關(guān)鍵字置于 override 關(guān)鍵字的前面。例如:
public class D : C
{
public sealed override void DoWork() { }
}
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