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Statische Klassen und Statische Klassenmitglieder (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. Mit anderen Worten, Sie können den neuen Operator nicht verwenden, um eine Variable des Klassentyps zu erstellen. Da keine Instanzvariable vorhanden ist, greifen Sie mithilfe des Klassennamens selbst auf die Member einer statischen Klasse zu. Wenn Sie beispielsweise eine statische Klasse haben, die eine öffentliche statische Methode mit dem Namen UtilityClassMethodAhat, rufen Sie die Methode auf, wie im folgenden Beispiel gezeigt:

UtilityClass.MethodA();

Eine statische Klasse kann als praktischer Container für Methodensätze verwendet werden, die nur für Eingabeparameter arbeiten und keine internen Instanzfelder abrufen oder festlegen müssen. Beispielsweise enthält die statische System.Math Klasse in der .NET-Klassenbibliothek Methoden, die mathematische Vorgänge ausführen, ohne dass Daten gespeichert oder abgerufen werden müssen, die für eine bestimmte Instanz der Math Klasse eindeutig sind. Das heißt, Sie wenden die Member der Klasse an, indem Sie den Klassennamen und den Methodennamen angeben, wie im folgenden Beispiel gezeigt.

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 eine statische Klasse, wenn das Programm geladen wird, das auf die Klasse verweist. Das Programm kann nicht genau angeben, wann die Klasse geladen wird. Jedoch wird sichergestellt, dass sie geladen wird und dass die Felder initialisiert sowie der statischen Konstruktor aufgerufen sind, bevor in Ihrem Programm zum ersten Mal auf die Klasse 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

Informationen zum Erstellen einer nicht statischen Klasse, mit der nur eine Instanz selbst erstellt werden kann, finden Sie unter Implementieren von Singleton in C#.

Die folgende Liste stellt die Haupteigenschaften einer statischen Klasse dar:

  • Enthält nur statische Member

  • Kann nicht instanziiert werden

  • Ist versiegelt

  • Instanzkonstruktoren können nicht enthalten sein.

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 deshalb nicht vererbt werden. Mit Ausnahme von Object können sie nicht von einer Klasse oder Schnittstelle 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 Celsius in Fahrenheit und umgekehrt konvertieren:

public static class TemperatureConverter
{
    public static double CelsiusToFahrenheit(string temperatureCelsius) =>
        double.Parse(temperatureCelsius) * 9 / 5 + 32;

    public static double FahrenheitToCelsius(string temperatureFahrenheit) =>
        (double.Parse(temperatureFahrenheit) - 32) * 5 / 9;
}

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();

        switch (selection)
        {
            case "1":
                Console.Write("Please enter the Celsius temperature: ");
                var f = TemperatureConverter.CelsiusToFahrenheit(Console.ReadLine() ?? "0");
                Console.WriteLine($"Temperature in Fahrenheit: {f:F2}");
                break;

            case "2":
                Console.Write("Please enter the Fahrenheit temperature: ");
                var c = TemperatureConverter.FahrenheitToCelsius(Console.ReadLine() ?? "0");
                Console.WriteLine($"Temperature in Celsius: {c:F2}");
                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 es keine Instanz der Klasse gibt. 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. Bei generischen Typen verfügt jeder geschlossene generische Typ über eine eigene Kopie statischer Member. Statische Felder, die mit ThreadStaticAttribute gekennzeichnet sind, haben jeweils eine Kopie pro Thread. Statische Methoden und Eigenschaften können nicht auf nicht statische Felder und Ereignisse in ihrem enthaltenden Typ zugreifen, und sie können nicht auf eine Instanzvariable eines Objekts zugreifen, es sei denn, sie wird explizit in einem Methodenparameter übergeben.

Es ist typischer, eine nicht statische Klasse mit einigen statischen Membern zu deklarieren, als eine gesamte Klasse als statisch zu deklarieren. Zwei häufige Verwendungen statischer Felder sind das Zählen der Anzahl der Objekte, die instanziiert werden, oder das Speichern eines Werts, 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 constdeklariert werden kann, ist ein Konstfeld im Wesentlichen statisch in seinem Verhalten. 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 sind.

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 => 15;

    public static void Drive() { }

    public static event EventType? RunOutOfGas;

    // Other non-static fields and properties...
}

Statische Member werden initialisiert, bevor zum ersten Mal darauf zugegriffen wird und bevor der statische Konstruktor aufgerufen wird, falls er vorhanden ist. 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();
var 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 Common Intermediate Language (CIL), 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 groß.

C#-Sprachspezifikation

Weitere Informationen finden Sie unter Statische Klassen, Static- und Instance-Member und Static-Konstruktoren in der C#-Sprachspezifikation. Die Sprachspezifikation ist die endgültige Quelle für C#-Syntax und -Verwendung.

Siehe auch

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