Классы: подробности

Перегрузка методов

Презентацию к данной лекции Вы можете скачать здесь.

Часто бывает удобно, чтобы методы, реализующие один и тот же алгоритм для различных типов данных, имели одно и то же имя. Использование нескольких методов с одним и тем же именем, но различными типами параметров называется перегрузкой методов.

Компилятор определяет, какой именно метод требуется вызвать, по типу фактических параметров. Этот процесс называется разрешением (resolution) перегрузки. Тип возвращаемого методом значения в разрешении не участвует. Механизм разрешения основан на достаточно сложном наборе правил, смысл которых сводится к тому, чтобы использовать метод с наиболее подходящими аргументами и выдать сообщение, если такой не найдется. Допустим, имеется четыре варианта метода, определяющего наибольшее значение:

// Возвращает наибольшее из двух целых:
int max( int a, int b )
// Возвращает наибольшее из трех целых:
int max( int a, int b, int c )
// Возвращает наибольшее из первого параметра и длины второго:
int max ( int a, string b )
// Возвращает наибольшее из второго параметра и длины первого:
int max ( string b, int a )
...
Console.WriteLine( max( 1, 2 ) );
Console.WriteLine( max( 1, 2, 3 ) );
Console.WriteLine( max( 1, "2" ) );
Console.WriteLine( max( "1", 2 ) );

При вызове метода max компилятор выбирает вариант метода, соответствующий типу передаваемых в метод аргументов (в приведенном примере будут последовательно вызваны все четыре варианта метода).

Если точного соответствия не найдено, выполняются неявные преобразования типов в соответствии с общими правилами. Если преобразование невозможно, выдается сообщение об ошибке. Если соответствие на одном и том же этапе может быть получено более чем одним способом, выбирается вариант, содержащий меньшее количество и длину преобразований. Если существует несколько вариантов, из которых невозможно выбрать лучший, выдается сообщение об ошибке.

Перегруженные методы имеют одно имя, но должны различаться параметрами, точнее их типами и способами передачи ( out или ref ). Например, методы, заголовки которых приведены ниже, имеют различные сигнатуры и считаются перегруженными:

int max( int a, int b )
int max( int a, ref int b )

Перегрузка широко используется в классах библиотеки .NET. Например, в стандартном классе Console метод WriteLine перегружен 19 раз для вывода величин разных типов. Пример класса с перегруженными методами приведен в конце этой лекции (листинг 7.3).

Рекурсивные методы

Рекурсивным называется метод, который вызывает сам себя. Такая рекурсия называется прямой. Существует еще косвенная рекурсия, когда два или более метода вызывают друг друга. Если метод вызывает себя, в стеке создается копия значений его параметров, как и при вызове обычного метода, после чего управление передается первому исполняемому оператору метода. При повторном вызове этот процесс повторяется.

Ясно, что для завершения вычислений каждый рекурсивный метод должен содержать хотя бы одну нерекурсивную ветвь алгоритма, заканчивающуюся оператором возврата. При завершении метода соответствующая часть стека освобождается, и управление передается вызывающему методу, выполнение которого продолжается с точки, следующей за рекурсивным вызовом.

Классическим примером рекурсивной функции является функция вычисления факториала (это не означает, что факториал следует вычислять именно так). Для того чтобы получить значение факториала числа n, требуется умножить на n факториал числа (n – 1 ). Известно также, что 0!= 1 и 1 != 1.

long fact( long n ) {
    if ( n == 0 || n == 1 ) return 1;        // нерекурсивная ветвь
    return ( n * fact( n – 1 ) );            // рекурсивная ветвь
}

То же самое можно записать короче:

long fact( long n ) {
    return ( n > 1 ) ? n * fact( n – 1 ) : 1;
}

Рекурсивные методы чаще всего применяют для компактной реализации рекурсивных алгоритмов, а также для работы со структурами данных, описанными рекурсивно, например, с двоичными деревьями.

К достоинствам рекурсии можно отнести компактность записи, к недостаткам — расход времени и памяти на повторные вызовы метода и передачу ему копий параметров, а главное, опасность переполнения стека.

Методы с переменным количеством аргументов

Иногда бывает удобно создать метод, в который можно передавать разное количество аргументов. Язык C# предоставляет такую возможность с помощью ключевого слова params. Параметр, помеченный этим ключевым словом, размещается в списке параметров последним и обозначает массив заданного типа неопределенной длины, например:

public int Calculate( int a, out int c, params int[] d ) …

В этот метод можно передать три и более параметров. Внутри метода к параметрам, начиная с третьего, обращаются как к обычным элементам массива. Количество элементов массива получают с помощью его свойства Length. В качестве примера рассмотрим метод вычисления среднего значения элементов массива (листинг 7.1).

using System;
namespace ConsoleApplication1
{    class Class1
    {
        public static double Average( params int[] a )
        {
            if ( a.Length == 0 ) 
                throw new Exception( "Недостаточно аргументов в методе" );

            double av = 0;
            foreach ( int elem in a ) av += elem;
            return av / a.Length;
        }

        static void Main()
        {   try
            {
                int[] a = { 10, 20, 30 };
                Console.WriteLine( Average( a ) );            // 1
                int[] b = { -11, -4, 12, 14, 32, -1, 28 };
                Console.WriteLine( Average( b ) );            // 2
                short z = 1, e = 12;
                byte v = 100;
                Console.WriteLine( Average( z, e, v ) );      // 3
                Console.WriteLine( Average() );               // 4
            }
            catch( Exception e )
            {
                Console.WriteLine( e.Message );
                return;
            }
        }
    }
}

Результат работы программы:

10
20
40
Недостаточно аргументов в методе

Параметр-массив может быть только один и должен располагаться последним в списке. Соответствующие ему аргументы должны иметь типы, для которых возможно неявное преобразование к типу массива.

Метод Main

Метод, которому передается управление после запуска программы, должен иметь имя Мain и быть статическим. Он может принимать параметры из внешнего окружения и возвращать значение в вызвавшую среду. Предусматривается два варианта метода — с параметрами и без параметров:

// без параметров: 
static тип  Main() { ... }
static void Main() { ... }
// с параметрами:
static тип  Main( string[] args ) { /* ... */ }
static void Main( string[] args ) { /* ... */ }

Параметры, разделяемые пробелами, задаются при запуске программы из командной строки после имени исполняемого файла программы. Они передаются в массив args.

Если метод возвращает значение, оно должно быть целого типа, если не возвращает, он должен описываться как void. Ненулевое значение обычно означает аварийное завершение. Возвращаемое значение анализируется в командном файле, из которого запускается программа. Обычно это делается для того, чтобы можно было принять решение, выполнять ли командный файл дальше. В листинге 7.2 приведен пример метода Main, который выводит свои аргументы и ожидает нажатия любой клавиши.

using System;
namespace ConsoleApplication1
{   class Class1
    {   static void Main( string[] args )
        {
            foreach( string arg in args ) Console.WriteLine( arg );
            Console.Read();
        }
    }
}