Dev Blog

Класи, об’єкти та поля ​

Об’єктно-орієнтований підхід ​

У попередніх темах дані й дії над ними існували окремо: масиви цін, кількостей і назв товарів обробляли окремі методи. Коли програма зростає, такий процедурний стиль ускладнюється: легко передати в метод не той масив або забути оновити один із паралельних масивів.

Об’єктно-орієнтоване програмування (ООП, object-oriented programming) об’єднує дані та дії над ними в об’єкти. Об’єкт має:

  • стан – значення його даних: баланс рахунку, назва й ціна товару;
  • поведінку – дії, які він виконує: поповнити рахунок, обчислити вартість;
  • ідентичність – кожен об’єкт є окремою сутністю, навіть якщо його стан збігається зі станом іншого.

Клас (class) – опис (шаблон) об’єктів одного виду: які дані вони зберігають і що вміють робити. Об’єкт, створений за класом, називається екземпляром (instance) класу. Один клас описує багато об’єктів з різним станом (рис. 7.1) (https://learn.microsoft.com/dotnet/csharp/fundamentals/object-oriented/objects).

Рис. 7.1. Клас і його об’єкти

Класи моделюють поняття предметної області: Student, BankAccount, Order. Добре спроєктований клас відповідає за одне поняття й сам стежить за коректністю свого стану: наприклад, рахунок не дозволяє зняти більше, ніж на ньому є.

Оголошення класу ​

Клас оголошують ключовим словом class; у фігурних дужках записують його члени: поля, властивості, конструктори й методи (https://learn.microsoft.com/dotnet/csharp/fundamentals/types/classes). Структуру класу зручно зображати UML-діаграмою класу: прямокутником із трьома секціями – назва, дані, операції (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Позначення класу на UML-діаграмі

У невеликих прикладах класи оголошують у файлі Program.cs після операторів верхнього рівня. У реальних проєктах кожен клас розміщують в окремому файлі з назвою класу: BankAccount.cs. У Visual Studio файл класу додають командою Project → Add Class… або з контекстного меню проєкту у Solution Explorer (рис. 7.3). Новий файл отримує простір імен проєкту:

cs
namespace Banking;

public class BankAccount
{
    // члени класу
}

Додавання класу до проєкту

Рис. 7.3. Додавання класу до проєкту

Усі класи проєкту та їх члени показує вікно Class View (View → Class View, Ctrl+Shift+C) (рис. 7.4).

Члени класу у вікні Class View

Рис. 7.4. Члени класу у вікні Class View

Створення об’єктів і посилальна семантика ​

Об’єкт створюють операцією new, яка виділяє пам’ять у керованій купі, викликає конструктор і повертає посилання на об’єкт. Якщо тип змінної вже вказано, після new тип можна не повторювати (new() з типом цілі):

cs
BankAccount first = new BankAccount("Олена", 100m);
var second = new BankAccount("Петро", 0m);
BankAccount third = new("Ірина", 250m);

Клас – посилальний тип: змінна зберігає посилання, а не сам об’єкт. Присвоювання b = a копіює посилання, і обидві змінні вказують на той самий об’єкт: зміна через одну змінну видна через іншу (рис. 7.5). Операція == для класів за замовчуванням порівнює посилання: два різні об’єкти з однаковим станом не рівні.

Рис. 7.5. Дві змінні посилаються на один об’єкт

Змінна класу може мати значення null – «не посилається ні на що». Звернення до члена через null спричиняє виняток NullReferenceException. Щоб уникнути цього, змінні, які можуть бути null, позначають ? і перевіряють: операція умовного доступу ?. повертає null, якщо об’єкт дорівнює null, а в іншому разі звертається до члена (https://learn.microsoft.com/dotnet/csharp/nullable-references):

cs
string? name = args.Length > 0 ? args[0] : null;

int? length = name?.Length;          // null, якщо name == null
int safeLength = name?.Length ?? 0;  // 0 замість null
Console.WriteLine($"{length} {safeLength}");

if (name is not null)
{
    Console.WriteLine(name.ToUpper());
}

Компілятор попереджає (CS8602), якщо змінну з можливим значенням null використано без перевірки (рис. 7.6).

Попередження про можливе значення null

Рис. 7.6. Попередження про можливе значення null

Поля, методи та this ​

Поле (field) – змінна, оголошена в класі. Кожен об’єкт має власну копію полів екземпляра: вони й утворюють його стан. Метод екземпляра працює з полями того об’єкта, для якого його викликано. Усередині методу ключове слово this посилається на поточний об’єкт; його записують, коли ім’я параметра збігається з ім’ям поля (this.hours = hours;).

Доступ до членів класу задають модифікатори доступу. У цій темі використовуються два:

  • public – член доступний будь-якому коду: це інтерфейс класу, яким користуються інші частини програми;
  • private – член доступний лише всередині класу; поля зазвичай роблять приватними, щоб стан об’єкта можна було змінити лише методами класу, які перевіряють коректність.

Якщо модифікатор не вказано, члени класу є private. Модифікатор readonly у полі дозволяє присвоїти значення лише під час оголошення або в конструкторі. Детально модифікатори доступу та інкапсуляція розглядаються в темі 8.

cs
var counter = new Counter();
counter.Increment();
counter.Increment(5);
Console.WriteLine(counter.Value);    // 6

class Counter
{
    private int value;               // стан об’єкта

    public int Value => value;

    public void Increment(int step = 1)
    {
        ArgumentOutOfRangeException.ThrowIfNegativeOrZero(step);
        value += step;               // те саме, що this.value += step
    }
}

Спроба звернутися до приватного поля ззовні (counter.value = 100;) спричиняє помилку CS0122: змінити стан можна лише через метод Increment, який перевіряє крок.