Статические классы и члены статических классов (Руководство по программированию в C#)
Статический класс в основном такой же, как и нестатический класс, но имеется одно отличие: нельзя создавать экземпляры статического класса. Другими словами, нельзя использовать оператор new для создания переменной типа класса. Поскольку нет переменной экземпляра, доступ к членам статического класса осуществляется с использованием самого имени класса. Например, если есть статический класс, называемый UtilityClass, имеющий открытый статический метод с именем MethodA, вызов метода выполняется, как показано в следующем примере:
UtilityClass.MethodA();
Статический класс может использоваться как обычный контейнер для наборов методов, работающих на входных параметрах, и не должен возвращать или устанавливать каких-либо внутренних полей экземпляра. Например, в библиотеке классов .NET статический класс System.Math содержит методы, выполняющие математические операции, без требования сохранять или извлекать данные, уникальные для конкретного экземпляра класса Math. Это значит, что члены класса применяются путем задания имени класса и имени метода, как показано в следующем примере.
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
Как и в случае с типами всех классов, сведения о типе для статического класса загружаются средой выполнения .NET, когда загружается программа, которая ссылается на класс. Программа не может точно указать, когда загружается класс. Однако гарантируется загрузка этого класса, инициализация его полей и вызов статического конструктора перед первым обращением к классу в программе. Статический конструктор вызывается только один раз, и статический класс остается в памяти на время существования домена приложения, в котором находится программа.
Примечание
Создание нестатического класса, который допускает создание только одного экземпляра самого себя, см. в документе Реализация Singleton в C#.
Ниже приведены основные возможности статического класса.
Содержит только статические члены.
Создавать его экземпляры нельзя.
Является запечатанным.
Не может содержать конструкторы экземпляров.
По сути, создание статического класса аналогично созданию класса, содержащего только статические члены и закрытый конструктор. Закрытый конструктор не допускает создания экземпляров класса. Преимущество применения статических классов заключается в том, что компилятор может проверить отсутствие случайно добавленных членов экземпляров. Таким образом, компилятор гарантирует невозможность создания экземпляров таких классов.
Статические классы запечатаны, поэтому их нельзя наследовать. Они не могут наследовать от любого класса или интерфейса, кроме Object. Статические классы не могут содержать конструктор экземпляров. Однако они могут содержать статический конструктор. Нестатические классы также должен определять статический конструктор, если класс содержит статические члены, для которых нужна нетривиальная инициализация. Дополнительные сведения см. в разделе Статические конструкторы.
Пример
Ниже приведен пример статического класса, содержащего два метода, преобразующих температуру по Цельсию в температуру по Фаренгейту и наоборот.
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.
*/
Статический члены
Нестатический класс может содержать статические методы, поля, свойства или события. Статический член вызывается для класса даже в том случае, если не создан экземпляр класса. Доступ к статическому члены всегда выполняется по имени класса, а не экземпляра. Существует только одна копия статического члена, независимо от того, сколько создано экземпляров класса. Статические методы и свойства не могут обращаться к нестатическим полям и событиям в их содержащем типе, и они не могут обращаться к переменной экземпляра объекта, если он не передается явно в параметре метода.
Более привычно объявление нестатического класса с несколькими статическими членами, чем объявление всего класса как статического. Статические поля обычно используются для следующих двух целей: хранение счетчика числа созданных объектов или хранение значения, которое должно совместно использоваться всеми экземплярами.
Статические методы могут быть перегружены, но не переопределены, поскольку они относятся к классу, а не к экземпляру класса.
Несмотря на то, что поле не может быть объявлено как static const, поле const по своему поведению является статическим. Он относится к типу, а не к экземплярам типа. Поэтому к полям const можно обращаться с использованием той же нотации ClassName.MemberName, что и для статических полей. Экземпляр объекта не требуется.
C# не поддерживает статические локальные переменные (то есть переменные, объявленные в области действия метода).
Для объявления статических методов класса используется ключевое слово static перед возвращаемым типом члена, как показано в следующем примере:
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...
}
Статические члены инициализируются перед первым доступом к статическому члену и перед вызовом статического конструктора, если таковой имеется. Для доступа к члену статического класса следует использовать имя класса, а не имя переменной, указывая расположение члена, как показано в следующем примере:
Automobile.Drive();
int i = Automobile.NumberOfWheels;
Если класс содержит статические поля, должен быть указан статический конструктор, который инициализирует эти поля при загрузке класса.
Вызов статического метода генерирует инструкцию вызова в промежуточном языке Microsoft (MSIL), в то время как вызов метода экземпляра генерирует инструкцию callvirt, которая также проверяет наличие ссылок на пустые объекты. Однако в большинстве случаев разница в производительности двух видов вызовов несущественна.
Спецификация языка C#
Дополнительные сведения см. в разделе Статические классы, статические члены и члены экземпляра и статические конструкторы в спецификации языка C#. Спецификация языка является предписывающим источником информации о синтаксисе и использовании языка C#.