C# для профессионалов. Том II - Симон Робинсон

 // к порождению исключения

Если нежелательно преобразовывать что-то в производный класс, но нежелательно также, чтобы генерировалось исключение, можно применить ключевое слово as. При использовании as, если преобразование отказывает, будет возвращаться null.

// пусть MyDerivedClass получен из MyBaseClass

MyBaseClass MyBase = new MyBaseClass();

MyDerivedClass MyDerived as (MyDerivedClass)MyBase; // это

                                                    // возвратит null

Массивы

Массивы являются одной из областей, в которой внешнее сходство в синтаксисе между C++ и C# скрывает то, что реально происходящее "за сценой" существенно различается в этих двух языках. В C++ массив является по сути множеством переменных, упакованных вместе в памяти и доступных через указатель. В C#, с другой стороны, массив является экземпляром базового класса System.Array, и поэтому выступает полноценным объектом, хранящимся в куче под управлением сборщика мусора. Для доступа к методам этого класса C# использует синтаксис типа C++ способом, который создает иллюзию доступа к массиву. Недостаток этого подхода состоит в том, что накладные расходы для массивов больше, чем в C++, но преимуществом является то, что массивы C# более гибкие и при этом проще кодируются. В качестве примера: все массивы C# имеют свойство Length, которое задает число элементов массива, не требуя тем самым хранить его отдельно. К тому же массивы C# значительно безопаснее в использовании — так, проверка границ индекса выполняется автоматически.

В C# возможно сделать простой массив без накладных расходов класса System.Array, но для этого понадобится использовать указатели и ненадежные блоки кода.

Одномерные массивы

Для одномерных массивов (терминология C#: массивы ранга 1) синтаксис доступа в обоих языках идентичен — с квадратными скобками, используемыми для индикации элементов массива. Массивы начинаются с нулевого индекса в обоих языках.

Например, чтобы умножить каждый элемент массива float на 2:

// массив, объявлен как массив float

// этот код работает в C++ и C# без каких-либо изменений

for (int i = 0; i < 10; i++) Array[i] = 2.0f;

Однако, как упоминалось ранее, массивы C# поддерживают свойство Length, которое используется для определения числа элементов в массиве.

// массив, объявлен как массив float

// этот код компилируется только в C#

for (int i = 0; i < Array.Length; i++) Array[i] *= 2.0f;

В C# можно также использовать инструкцию foreach для доступа к элементам массива, что рассматривалось ранее.

Синтаксис объявления массивов в C# слегка отличается, так как массивы C# всегда объявляются как ссылочные объекты.

double [] Array; // простое объявление ссылки без реального

                 // создания экземпляра массива

Array = new double[10]; // реально создается экземпляр объекта

                        // System.Array и задается размер 10.

Или, объединяя эти инструкции, запишем:

double [] array = new double[10];

Отметим, что размер массива задается только вместе с созданием его экземпляра. Объявление ссылки использует просто квадратные скобки для указания, что размерность (ранг) массива будет единица. В C# ранг считается частью типа массива, в отличие от числа элементов.

Ближайший эквивалент в C++ приведенного выше определения будет выглядеть так:

double *pArray = new double[10];

Эта инструкция C++ действительно дает достаточно близкую аналогию, так как обе версии C++ и C# размещаются в куче. Отметим, что версия C++ является просто областью памяти, которая содержит 10 double, в то время как версия C# создает экземпляр полноценного объекта. Более простая стековая версия C++:

doublе pArray[10];

не имеет аналога в C#, который использует реальный массив C#, хотя инструкция C# stackalloc может создать эквивалент этой инструкции с помощью указателей. Об этом мы будем говорить позже в разделе, в котором рассматривается ненадежный код.

Массивы в C# можно явно инициализировать при создании экземпляра:

double [] Array = new double[10] {1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 9.0, 10.0};

Существует также более короткая форма:

double [] Array = {1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 9.0, 10.0};

Если массив не инициализирован явно, то будет автоматически вызываться конструктор по умолчанию для каждого из его элементов. (Элементы массива формально рассматриваются как поля-члены класса.) Это поведение отличается от C++, где не допускается никакой автоматической инициализации массивов, размещенных с помощью оператора new в куче (хотя C++ допускает это для массивов на основе стека).

Многомерные массивы

C# существенно отклонился от C++ в вопросе многомерных массивов, так как C# поддерживает как прямоугольные, так и неровные массивы.

Прямоугольный массив является правильной сеткой чисел. В C# это указывается синтаксисом, где запятая разделяет число элементов в каждой размерности. Например, двухмерный прямоугольный массив, можно определить следующим образом:

int [,] MyArray2d;

MyArray2d = new int[2, 3] {{1, 0}, {3, 6}, {9, 12}};

Синтаксис здесь является интуитивно понятным расширением синтаксиса одномерных массивов. Список инициализации в таком коде может отсутствовать. Например:

int [,,] MyArray3d = new int [2, 3, 2];

Это приведет к вызову конструктора по умолчанию для каждого элемента и к инициализации каждого int нулем. В этом частном примере проиллюстрировано создание трехмерного массива. Общее число элементов в массиве равно 2×3×2 = 12. Характеристика прямоугольных массивов состоит в том, что все строки имеют одинаковое число элементов.

Элементы прямоугольного массива доступны с помощью следующего синтаксиса.

int X = MyArray3d[1, 2, 0] + MyArray2d[0, 1];

Прямоугольный массив C# не имеет прямых аналогов в C++. Однако неровные массивы в C# соответствуют достаточно точно многомерным массивам C++. Например, если объявить в C++ массив следующим образом:

int MyCppArray[3][5];

то реально объявляется не массив 3×5, а массив массивов — массив размера 3, каждый элемент которого является массивом размера 5. Это будет, возможно, понятнее, если сделать то же самое динамически. Запишем:

int pMyCppArray = new int[3];

for (int i=0; i<3; i++) pMyCppArray[i] = new int[5];

Из этого кода должно быть видно, что теперь не существует причины, чтобы каждая строка содержала одинаковое число элементов (хотя это вполне может быть, как в данном примере). В качестве примера неровного массива в C++, который имеет различное число элементов в каждой строке, можно написать:

int pMyCppArray = new int[3];

for (int i=0; i<3; i++) pMyCppArray[i] = new int[2*i + 2];

Соответствующие строки этого массива имеют размерности 2, 4 и 6. C# делает те же самые вещи почти таким же образом, хотя в случае C# синтаксис указывает число размерностей более явно:

int[][] MyJaggedArray = new int[3][];

for (int i = 0; i < 3, i++) MyJaggedArray[i] = new int[2*i + 2];

Доступ к членам неровного массива следует точно тому же синтаксису, что и в C++.

int X = MyJaggedArray[1][3];

Здесь показан неровный массив ранга 2. Однако так же, как и в C++, можно определить неровный массив с любым рангом, необходимо просто добавить прямоугольные скобки в его определение.

Проверка границ

Одной из областей, где объектная сущность массивов C# становится явной, является проверка границ. Если обратиться к элементу массива C#, указывая индекс, который не находится в границах массива, то это будет обнаружено во время выполнения и породит исключение IndexOutOfBoundsException. В C++ этого не происходит, в результате появляются трудноуловимые ошибки. C# выполняет дополнительную проверку ошибок за счет производительности. Хотя можно было бы ожидать, что это создаст потерю производительности, на самом деле здесь содержится преимущество, так как среда выполнения .NET способна контролировать код, чтобы гарантировать, что он является безопасным в том смысле, что не будет пытаться обратиться к памяти, которая не выделена для его переменных. Это обеспечивает выигрыш производительности, так как различные приложения могут, например, выполняться в одном процессе, и все равно есть уверенность, что эти приложения будут изолированы друг от друга. Имеется также выигрыш и в безопасности, так как возможно более точное предсказание, что данная программа будет или не будет пытаться делать.

С другой стороны, теперь нет ничего необычного в том, что программисты C++ используют какой-либо из различных классов оболочек массивов в стандартной библиотеке или в MFC, в основном для линейных массивов, чтобы получить тот же контроль границ и различные другие свойства, хотя в этом случае — без выигрыша в безопасности и производительности, связанных с возможностью анализа программы до ее выполнения.