Училищен курс по програмиране на c# (2013/2014), занятие №9

2013Copyright © 2013 DAVID Holding Company

Курс по програмиране на C#

Занятие №9Наследяване. Видимост и капсулиране

Copyright © 2013 DAVID Holding Company

Съдържание

• Наследяване• Наследяване в C#• Превръщане на типове нагоре и надолу по йерархията• Видимост• Капсулиране


Наследяване

• Какво е „наследяване“?– Основен принцип в ООП– Един клас може да наследи характеристиките и поведението на

друг– Родителски клас – по-общ; обхваща по-голямо множество

обекти– Наследен клас – по-специализиран; обхваща по-тясно

множество обекти, описвайки ги по-подробно– Един родителски клас може да има много наследници– Йерархии от класове – един клас може едновременно да бъде

наследен за друг и да бъде родителски за няколко други класа– Някои езици позволяват множествено наследяване (няколко

независими родителски класа); C# не е от тях



• Примери за наследяване– Жив организъм <- Бактерия, Растение, Животно, Гъба– Животно <- Риба, Земноводно, Влечуго, Птица, Бозайник– Бозайник <- Лъв, Котка, Куче, Примат, Човек– Сграда <- Жилищна сграда, Обществена сграда– Обществена сграда <- Библиотека, Читалище, Училище– Художествено произведение <- Картина, Скулптура, Роман,

Мюзикъл– Файл <- Текстов файл, Двоичен файл– Текстов файл <- TXT файл, HTML файл, XML файл– Графичен елемент <- Прозорец, Бутон, Текстово поле, Календар– Бутон <- Обикновен бутон, Радио бутон, Бутон в лента с

инструменти



• Защо е полезно наследяването?– Категоризирането на обекти в практиката става на различни

нива– Служи за по-добро смислово структуриране на кода на

програмата– Позволява манипулациите с нехомогенни набори от данни– Прави възможно приложението на алгоритми върху категория

от обекти, независимо от пълният им набор от характеристики и поведение



• Принципи на действие на наследяването– Родителският клас описва набор от характеристики и

поведение, присъщи на всички обекти от него– Наследеният клас автоматично получава всички описани от

родителския клас характеристики и поведение, като в допълнение към тях описва други, специфични само за неговите обекти

– Всеки екземпляр на наследения клас може автоматично да се разглежда и като екземпляр на родителския клас

– Същите принципи важат и в по-сложни йерархии на повече от едно ниво


Наследяване в C#

• Деклариране на наследени класове– В декларацията на клас може да се укаже родителски клас,

който той наследява– Не може да бъде указан повече от един родителски клас– Родителският клас може от своя страна да наследява трети

клас и т.н.– Не може клас да наследява себе си или някой от своите

наследници– Ако не се укаже родителски клас, декларираният клас по

подразбиране наследява object– Членовете на родителския клас не се декларират повторно в

наследения клас; те могат да се използват наготово



// Родителски клас - произволно животноclass Animal{ public string Species; public int Weight; public int Age;

public void Vocalize() { }}// Наследен клас – кучеclass Dog : Animal{ public string Breed; public string Name;

public void Vocalize() { Console.WriteLine("Woof!"); }}

• Деклариране на наследен клас– Ключова дума class– Наименование на класа– Двоеточие– Наименование на родителския клас

(частично или пълно)– Блок с декларации на членове– При неуказване на родителски клас,

класът по подразбиране наследява object

– Разрешено е член на наследения клас да има същото наименование като член на родителския клас (но в общия случай не е желателно)


Деклариране на наследен клас - демо

// Демонстрация



• Употреба на членовете на родителски клас– В декларацията на наследен клас могат да бъдат достъпвани

членовете на родителския клас, все едно са членове на същия клас

– Ако наследения клас декларира член със същото име като член на родителския клас, членът на родителския клас може да бъде достъпен чрез представката “base.”

– В останалата част от програмата, оперирането с всички членове на обект се извършва по еднотипен начин, независимо в кой клас в йерархията от класове на обекта е деклариран съответният член



class Animal{ //... public string GetDescription() { return string.Format( "Species: {0}; Age: {1}", Species, Age); }}class Dog : Animal{ //... public string GetDescription() { return string.Format( "{0}; Breed: {1}; Name: {2}", base.GetDescription(), Breed, Name); }}

• Употреба на членовете на родителски клас в декларацията на наследения клас

• Достъпване на членове с припокриващи се имена в декларацията на наследения клас– Ключова дума base– Оператор за достъпване на член .– Наименование на члена

• Употреба на членовете на родителски клас в останалата част от програмата


Употреба на членовете на родителски клас - демо




• Конструктори на наследени класове– При деклариране на конструктор в наследен клас може да се

укаже кой конструктор на родителския клас да бъде изпълнен, както и аргументите, които да му бъдат подадени

– Тези аргументи може да са както константи и литерали, така и параметри на конструктора в наследения клас или по-сложни изрази

– Конструкторът на базовия клас се изпълнява преди конструктора на наследения клас

– Ако не е указано кой конструктор на родителския клас да бъде изпълнен, по подразбиране се изпълнява конструкторът без параметри



class Animal{ //... public Animal() { }

public Animal(string species) { Species = species; }}class Dog : Animal{ //... public Dog() : base("Canis lupus familiaris") { }

public Dog(string breed) { Species = "Canis lupus familiaris"; Breed = breed; }}

• Конструктори на наследени класове - изпълнение на конструктор на родителския клас– Модификатор за видимост– Наименование– Списък с параметри– Двоеточие– Ключова дума base– Списък с аргументи на родителския

конструктор– Тяло на конструктора

• Изпълнение на конструктор по подразбиране


Конструктори на наследени класове - демо



Превръщане на типове нагоре и надолу по йерархията• Променливи и екземпляри на класове в паметта– Не е задължително типът на променлива и типът на обекта в

паметта, който тази променлива реферира, да съвпадат– Разрешено е променлива от тип A да реферира обект от тип B,

ако типът А е част от йерархията от родителски типове на типа B (казваме, че тип B е съвместим с тип A)

– В противен случай се предизвиква грешка (при компилация или по време на изпълнение)


Превръщане на типове нагоре и надолу по йерархията• Превръщане на типове нагоре по йерархията (upcasting)– Нека тип A е част от йерархията от родителски типове на тип B– Присвоява се на променлива от тип A израз от тип B– Друг вариант: израз от тип B участва в по-сложен израз в

ролята на израз от тип A– Не е необходим специален синтаксис (неявно превръщане на

типове)– Винаги е разрешено и не може да предизвика грешка– Типът на обекта в паметта не се променя– Следствие: на променлива от тип object може да бъде

присвоен произволен израз


Превръщане на типове нагоре и надолу по йерархията

// Създаване на екземпляр на класа DogDog dog = new Dog("German shepherd");// Превръщане на типове нагоре по// йерархията към родителския клас AnimalAnimal animal = dog;// Превръщане на типове нагоре по// йерархията в сложен израз((Animal)dog).Vocalize();

• Присвояване на израз от наследен тип на променлива от родителски тип

• Сложни изрази с превръщане на типове нагоре по йерархията


Превръщане на типове нагоре по йерархията - демо



Превръщане на типове нагоре и надолу по йерархията• Превръщане на типове надолу по йерархията

(downcasting)– Нека тип A е част от йерархията от родителски типове на тип B– Присвоява се на променлива от тип B израз от тип A– Друг вариант: израз от тип A участва в по-сложен израз в

ролята на израз от тип B– Необходимо е явно превръщане на типове– В случай че типът на обекта в паметта не е съвместим с типа B,

се предизвиква грешка– Компилаторът не разрешава преобразуване между типове,

които се намират в различни клонове от йерархията (тъй като това води до сигурна грешка при изпълнение)



// Присвояване на екземпляр na класа Dog// на променлива от тип AnimalAnimal animal = new Dog("Poodle");// Превръщане на типове надолу по// йерархията към наследения клас DogDog dog = (Dog)animal;// Превръщане на типове надолу по// йерархията в сложен изразConsole.WriteLine(((Dog)animal).Breed);

• Присвояване на израз от родителски тип на променлива от наследен тип– Тип, към който ще бъде извършено

превръщането, заграден в кръгли скоби

– Израз, който трябва бъде превърнат в указания тип

• Сложни изрази с превръщане на типове надолу по йерархията


Превръщане на типове надолу по йерархията - демо



Превръщане на типове нагоре и надолу по йерархията• Проверка за съвместимост на типове– Нека тип A е част от йерархията от родителски типове на тип B– С оператора is може да се провери дали обектът в паметта,

рефериран от израз от тип A, е съвместим с типа B– Ако операторът is върне стойност истина, превръщането на

типове надолу по йерархията е безопасно– Операторът as може да се използва за безопасно превръщане

надолу по йерархията; в случай че типовете са несъвместими, резултатът от превръщането е null

– Операторът as може да се използва единствено за превръщане надолу по йерархията към референтен тип



// Създаване на екземпляр на класа AnimalAnimal animal = new Animal( "Felis silvestris catus");// Проверка за съвместимост на типове за// безопасно превръщане на типове надолу// по йерархията с isif (animal is Dog){ Console.WriteLine( ((Dog)animal).Breed);}// Безопасно превръщане на типове надолу// по йерархията с asDog dog = animal as Dog;if (dog != null) Console.WriteLine(dog.Breed);

• Проверка за съместимост на типове с is– Израз, чиято стойност трябва да

бъде проверена за съвместимост– Оператор is– Тип, съвместимостта с който трябва

да бъде проверена

• Безопасно превръщане на типове надолу по йерархията с as– Израз, чиято стойност трябва да

бъде превърната към друг тип– Оператор as– Референтен тип, към който трябва да

бъде извършено безопасното превръщане


Проверка за съместимост на типове и безопасно превръщане на типове надолу по йерархията - демо



Видимост

• Какво е „видимост“?– Понятие в програмирането, служещо за ограничаване на

достъпа до фрагменти от кода– В ООП – видимост на членове и видимост на типове– Видимостта на член ограничава достъпа до съответния член от

различни участъци от програмата (същия клас, наследени класове, други класове в същия модул, други модули)

– Видимостта на тип ограничава достъпа до съответния тип от различни участъци от програмата (същия модул, друг модул)


Видимост

• Видимост в C#– Модификатори за достъп– Поставят се в декларациите на типове и членове– Важат единствено за съответния тип/член– Ако модификатор за достъп не е указан, по подразбиране

видимостта е минималната възможна


Видимост

• Модификатори за достъп за членове в C#– Модификаторът за достъп се поставя в началото на

декларацията на съответния член– private – членът е достъпен единствено в рамките на

декларация на същия клас (това е видимостта по подразбиране)– protected – членът е достъпен в рамките на декларацията на

същия клас и всички негови наследени класове– public – членът е достъпен навсякъде в програмата– internal – членът е достъпен навсякъде в рамките на същото

асембли– internal protected – членът е достъпен навсякъде в рамките на

същото асембли, както и в декларациите на всички наследени класове, независимо в кое асембли са декларирани


Видимост

class MailMessage{ private string _subject; protected MailMessage(string subject) { _subject = subject; } public string GetSubject() { return _subject; } internal void Send() { // ... }}

• Видимост на членове– Членове, достъпни единствено за

същия клас– Членове, достъпни за същия клас и

наследените от него класове– Членове, достъпни за цялата

програма– Членове, достъпни в същото асембли


Видимост на членове - демо



Видимост

• Модификатори за достъп за типове в C#– Модификаторът за достъп се поставя в началото на

декларацията на съответния тип (клас, структура, изброен тип и др.)

– public – типът е достъпен навсякъде в програмата– internal – типът е достъпен в рамките на същото асембли (това

е видимостта по подразбиране)


Видимост

public class MusicAlbum{ // ...}public enum MusicGenre{ // ...}internal class AlbumCollection{ // ...}internal struct UserInfo{ // ...}

• Видимост на типове– Типове, достъпни за цялата програма– Типове, достъпни в същото асембли


Видимост на типове - демо



Капсулиране

• Какво е „капсулиране“?– Основен принцип в ООП– Всеки обект трябва да скрива от външния свят вътрешната си

реализация– Видими за останалата част от програмата са само важните за

нея характеристики и поведение на обектите



• Защо е полезно капсулирането?– Опростява „външния вид“ на обекта– Позволява промяна на вътрешната реализация на обекта, без

да се налага промяна в останалата част от програмата– Осигурява интегритет на вътрешните характеристики на обекта



• Принципи на капсулирането– Всеки член или тип данни трябва да има възможно най-

ограничената видимост, позволяваща смисленото реализиране на програмата

– Характеристиките на обекта са достъпни само за самия клас– Методите, реализиращи вътрешно поведение, също са

достъпни само за самия клас– Външен достъп до характеристиките на обекта може да се

осъществи само чрез други членове на класа (методи – аксесори и мутатори; конструктори; свойства; индексатори)

– Възможно е наследените класове да имат привилегирован достъп до някои членове на родителския клас, но само за тези, които са им нужни


Капсулиране - демо



Задачи за упражнение

• Преработете програмата с геометричните фигури и тела от упражненията към предишната лекция, така че да се възползвате от принципите за наследяване и капсулиране:– Капсулирайте данните на всички обекти: всички полета да

бъдат частни и промяната на стойностите им да се извършва през конструктори и методи (публични или защитени)

– Създайте базови класове Object2D (характеристики: периметър и лице) и Object3D (характеристики: обем и пълна повърхнина) и реализирайте изчисляването им на базата на специфичните характеристики наследени класове

– Създайте колекции от базовите класове и реализирайте логика за въвеждане/извеждане на характеристиките им (използвайки upcasting и downcasting)



• Реализирайте приложение за регистриране и разглеждане на списък с произведения в библиотека със следните класове:– Печатно произведение (заглавие; език; издателство)

• Периодично печатно произведение (година; брой)– Вестник (вид: ежедневник, седмичник, двуседмичник; гл. редактор; водеща

новина за броя)– Списание (тема; авторски колектив; описание на корицата на броя)

• Самостоятелно печатно произведение (дата на издаване; автор/автори; брой страници)– Научна статия (научна област; препоръчана литература)– Книга (номер на изданието; твърди/меки корици; наличие на илюстрации)

» Художествена литаратура (жанр; целева аудитория)» Техническа литература (научна област; ниво на аудиторията:

начинаещи, напреднали, експерти)



• Реализирайте походова конзолна ролева игра:– Играта се развива в правоъгълна мрежа от символи, подобно на

Златотърсачи– Създайте базов клас за единица (играч или чудовище), който съдържа

информация за координатите на единицата, точките живот и нанасяните от единицата щети

– Създайте наследени класове за играч и различни видове чудовища– В началото на играта, поставете играча и известен брой чудовища в

игралното поле– Реализирайте безкраен цикъл, в който всяка единица получава ход, в

който може да се придвижва или атакува противник, отнемайки му точки живот; чудовищата управлявайте програмно

– Бонус: добавете случаен елемент в играта (например случайно количество щети при нападение, случайно генериран терен на игралното поле, и/или различни характеристики за чудовища от един и същи вид)

– Бонус: добавете екипировка за играча


Въпроси?


Благодаря!

• Александър Далемски– [email protected]– Skype: musasho– https://facebook.com/adalemski

• ДАВИД академия– [email protected]– http://acad.david.bg/– @david_academy– https://facebook.com/DavidAcademy

mailto:[email protected]

skype:musasho?chat

https://www.facebook.com/adalemski

mailto:[email protected]

http://acad.david.bg/

https://twitter.com/david_academy

https://twitter.com/david_academy

https://facebook.com/DavidAcademy

Училищен курс по програмиране на c# (2013/2014), занятие №9

Education