Statische Klassen und statische Klassenmember (C#-Programmierhandbuch)

Eine statische Klasse ist im Grunde identisch mit einer nicht statischen Klasse, aber es gibt einen Unterschied: Eine statische Klasse kann nicht instanziiert werden. Das heißt, Sie können der new-Operator nicht verwenden, um eine Variable des Klassentyps zu erstellen. Da keine Instanzvariable vorhanden ist, greifen Sie auf die Member einer statischen Klasse mit dem Klassennamen selbst zu. Wenn Sie z.B. eine statische Klasse dem Namen UtilityClass haben, die eine öffentliche statische Methode mit dem Namen MethodA besitzt, rufen Sie die Methode wie im folgenden Beispiel gezeigt auf:

UtilityClass.MethodA();  

Eine statische Klasse kann als geeigneter Container für Reihen von Methoden verwendet werden, die nur Eingabeparameter verarbeiten und keine internen Instanzfelder haben oder festlegen müssen. In der .NET Framework-Klassenbibliothek enthält z. B. die statische Klasse System.Math Methoden, die mathematische Operationen durchführen, ohne dass Daten gespeichert oder abgerufen werden müssen, die in einer bestimmten Instanz der Klasse Math einzigartig sind. Sie wenden also die Member der Klasse an, indem der Klassen- und Methodennamen angegeben wird, wie im folgenden Beispiel gezeigt wird.

double dub = -3.14;  
Console.WriteLine(Math.Abs(dub));  
Console.WriteLine(Math.Floor(dub));  
Console.WriteLine(Math.Round(Math.Abs(dub)));  
  
// Output:  
// 3.14  
// -4  
// 3  

Wie bei allen Klassentypen lädt die .NET-Runtime die Typinformationen für statische Klassen beim Laden des auf die Klasse verweisenden Programms. Das Programm kann nicht genau angeben, wann die Klasse geladen wird. Jedoch wird sichergestellt, dass es geladen wird, und dass seine Felder initialisiert sowie seine statischen Konstruktoren aufgerufen sind, bevor zum ersten Mal auf die Klasse in Ihrem Programm verwiesen wird. Ein statischer Konstruktor wird nur einmal aufgerufen, und eine statische Klasse verbleibt im Speicher für die Lebensdauer der Anwendungsdomäne, in der sich das Programm befindet.

Hinweis

Wie Sie eine nicht statische Klasse erstellen, die es erlaubt, dass nur eine Instanz von ihr selbst erstellt wird, finden Sie unter Implementierung von Singleton in C#.

Die folgende Liste stellt die Haupteigenschaften einer statischen Klasse dar:

  • Enthält nur statische Member

  • Kann nicht instanziiert werden

  • Ist versiegelt

  • Darf keine Instanzkonstruktoren enthalten

Daher ist das Erstellen einer statischen Klasse grundsätzlich dasselbe wie das Erstellen einer Klasse, die nur statische Member und einen privaten Konstruktor enthält. Ein privater Konstruktor verhindert, dass die Klasse instanziiert wird. Der Vorteil bei der Verwendung einer statischen Klasse ist, dass der Compiler überprüfen und dadurch sicherstellen kann, dass keine Instanzmember versehentlich hinzugefügt werden. Der Compiler garantiert, dass Instanzen dieser Klasse nicht erstellt werden können.

Statische Klassen sind versiegelt und können nicht vererbt werden. Sie können nur von der Klasse Object erben. Statische Klassen können keinen Instanzkonstruktor enthalten. Sie können jedoch einen statischen Konstruktor enthalten. Nicht statische Klassen sollten auch einen statischen Konstruktor definieren, wenn die Klasse statische Member enthält, die eine nicht triviale Initialisierung erfordern. Weitere Informationen finden Sie unter Statische Konstruktoren.

Beispiel

Dies ist ein Beispiel für eine statische Klasse, die zwei Methoden enthält, die die Temperatur von Grad Celsius in Fahrenheit und umgekehrt konvertieren:

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() ?? "0");
                Console.WriteLine("Temperature in Fahrenheit: {0:F2}", F);
                break;

            case "2":
                Console.Write("Please enter the Fahrenheit temperature: ");
                C = TemperatureConverter.FahrenheitToCelsius(Console.ReadLine() ?? "0");
                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();
    }
}
/* Example Output:
    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.
 */

Statische Member

Eine nicht statische Klasse kann statische Methoden, Felder, Eigenschaften oder Ereignisse enthalten. Der statische Member ist für eine Klasse aufrufbar, selbst wenn keine Instanz der Klasse erstellt wurde. Auf den statischen Member wird immer vom Klassennamen, nicht vom Namen der Instanz, zugegriffen. Es ist nur eine Kopie eines statischen Members vorhanden, unabhängig davon, wie viele Instanzen der Klasse erstellt werden. Statische Methoden und Eigenschaften können nicht auf nicht statische Felder und Ereignisse in ihrem enthaltenden Typ zugreifen. Zudem können sie nicht auf eine Instanzvariable für ein beliebiges Objekt zugreifen, sofern es nicht ausdrücklich in einem Methodenparameter übergeben wird.

Es ist üblicher, eine nicht statische Klasse mit einigen statischen Membern zu deklarieren, statt eine ganze Klasse als statisch zu deklarieren. Zwei häufige Verwendungen von statischen Feldern bestehen daraus, dass die Anzahl von instanziierten Objekten mitgezählt wird, oder dass ein Wert gespeichert wird, der für alle Instanzen freigegeben werden muss.

Statische Methoden können überladen, aber nicht überschrieben werden, da sie zu der Klasse gehören und nicht zu einer Instanz der Klasse.

Obwohl ein Feld nicht als static const deklariert werden kann, ist ein const-Feld in seinem Verhalten grundsätzlich statisch. Es gehört zum Typ und nicht zu Instanzen des Typs. Daher kann auf const-Felder mithilfe der gleichen ClassName.MemberName-Notation zugegriffen werden, die für statische Felder verwendet wird. Es wird keine Objektinstanz benötigt.

C# unterstützt keine statischen lokalen Variablen (d. h. Variablen, die im Methodenbereich deklariert werden).

Deklarieren Sie statische Klassenmember mithilfe des Schlüsselworts static vor dem Rückgabetyp des Members, wie im folgenden Beispiel gezeigt wird:

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...
}

Statische Member werden initialisiert, bevor auf die statischen Member zum ersten Mal zugegriffen wird, und bevor der statische Konstruktor, sofern vorhanden, aufgerufen wird. Verwenden Sie zum Angeben des Speicherorts des Members den Namen der Klasse anstelle des Variablennamens, um auf einen statischen Klassenmember zuzugreifen, wie im folgenden Beispiel gezeigt wird:

Automobile.Drive();
int i = Automobile.NumberOfWheels;

Wenn Ihre Klasse statische Felder enthält, stellen Sie einen statischen Konstruktor bereit, der sie beim Laden der Klasse initialisiert.

Ein Aufruf einer statischen Methode erzeugt eine Aufrufanweisung in Microsoft Intermediate Language (MSIL), während ein Aufruf einer Instanzmethode eine callvirt-Anweisung erzeugt, die auch auf Verweise auf ein NULL-Objekt überprüft. Jedoch ist in den meisten Fällen der Leistungsunterschied zwischen den beiden nicht bedeutend genug.

C#-Programmiersprachenspezifikation

Weitere Informationen finden Sie unter Statische Klassen, Statische und Instanzelemente und statische Konstruktoren in der C#-Sprachspezifikation. Die Sprachspezifikation ist die verbindliche Quelle für die Syntax und Verwendung von C#.

Siehe auch