C#: ссылочные типы данных

Ранее мы рассматривали вопрос о том, какие типы данных имеются в языке программирования C#.

Типы данных, которые называются значимые (Struct) не требуют особого рассмотрения, поскольку их функциональность и свойства находятся на поверхности. Относительно них следует помнить, что они расположены непосредственно в стеке, поддерживают поля и методы, более эффективны при потреблении памяти, а потому мало влияют на производительность компьютера, не могут быть наследованы, по умолчанию не изменяемы и копируются по значению.

Ссылочные типы данных требуют более основательного рассмотрения, поскольку имеют более глубокую и разветвлённую структуру.

Как было ранее сказано, в C# “ссылочный тип” (class) представляет пользовательский тип данных, который может содержать поля, свойства, методы и другие члены. В отличие от значимых типов (struct), ссылочные типы хранятся в куче памяти компьютера и передаются по ссылке.

Ссылочные типы данных (class) в C# обладают следующими основными особенностями:

1. Ссылочная семантика: При присваивании ссылочного типа переменной, переменная хранит в куче ссылку на объект, а не сам объект. Это означает, что изменения, внесённые в объект через одну переменную, отразятся во всех других переменных, которые ссылаются на этот объект.

2. Динамическое выделение памяти: Объекты ссылочных типов создаются динамически во время выполнения программы с использованием оператора `new`. Они автоматически управляются сборщиком мусора, который освобождает память от неиспользуемых объектов.

3. Наследование и полиморфизм: Ссылочные типы могут быть наследованы от других классов, создавая иерархию наследования. Они поддерживают полиморфизм, что позволяет использовать одну переменную ссылочного типа для хранения разных объектов.

4. Управление памятью: Ссылочные типы могут потреблять больше памяти, чем эквивалентные значимые типы, так как хранятся в куче. Кроме того, использование ссылочных типов может привести к созданию дополнительных объектов и вызовам сборщика мусора.

5. Классы могут быть модифицируемыми: Поля и свойства классов могут быть изменены после их создания. Методы классов могут изменять состояние объекта и выполнять различные операции.

6. Структура объектов: Объекты ссылочных типов содержат указатель на данные и указатель на таблицу виртуальных методов (в случае, если класс определяет виртуальные методы). Это позволяет объектам вызывать свои виртуальные методы даже при работе через ссылку на базовый класс.

Ссылочные типы данных (class) в C# используются для создания сложных объектов и моделирования более сложных структур данных. Они обеспечивают гибкость, наследование и полиморфизм, что позволяет создавать более масштабируемые и поддерживаемые программы.

Ссылочные типы данных делятся на:

• string – строка представляет собой последовательность символов
• Generics – обобщения – мощная функция, которая позволяет вам определять классы, структуры, интерфейсы, методы и делегаты, которые могут работать с различными типами без их предварительного указания
• массивы – представляет массив некоторых данных, например, `int[]`: представляет массив целых чисел, `string[]`: представляет массив строк.

Разберём каждый из них отдельно.

Работа со ссылочным типом данных `string`

Итак, что касается `string`, то этот тип ссылочных данных представляет текстовую последовательность.

С этим типом данных можно проделать следующие технические процедуры и применить элементы управления:

• получить длину строки
• получить доступ по индексу к элементу строки
• произвести конкатацию (соединение) строк
• производить эффективное управление созданием и объединением строк с помощью класса StringBuilder`

Разберём каждый из выше перечисленных пунктов по порядку.

Чтобы получить длину (количество символов) строки, вы можете использовать свойство `Length` класса `string`.

Вот пример использования свойства `Length` для получения длины строки:

“`csharp

using System;

class Program

{

    static void Main()

    {

        string myString = “Привет, мир!”;

        int length = myString.Length;

        Console.WriteLine(“Длина строки: ” + length);

        Console.WriteLine(“Нажмите любую клавишу для выхода…”);

        Console.ReadKey();

    }

}

“`

В этом примере мы объявили переменную `myString`, которая содержит строку `”Привет, мир!”`. Затем мы получаем длину этой строки с помощью свойства `Length` и сохраняем результат в переменную `length`. После этого мы выводим длину строки на консоль.

При выполнении этого кода вывод будет следующим:

“`

Длина строки: 12

“`

Свойство `Length` возвращает целое число, представляющее количество символов в строке. Обратите внимание, что свойство `Length` не считает нулевой символ, если он присутствует в строке (например, в C-style строках), так как в C# строки являются объектами и имеют информацию о своей длине.

Рассмотрим доступ по индексу к элементу строки.

В C# `string` является индексируемым типом данных, что позволяет получать доступ к отдельным символам в строке по их индексу. Индексация начинается с нуля, то есть первый символ имеет индекс 0, второй символ – индекс 1 и так далее.

Чтобы получить доступ к символу в строке по его индексу, вы можете использовать квадратные скобки `[]` с указанием индекса внутри них.

Вот пример использования доступа по индексу для строки:

“`csharp

using System;

class Program

{

    static void Main()

    {

        string myString = “Привет, мир!”;

        // Получаем символы по индексу

        char firstChar = myString[0]; // символ ‘П’

        char fifthChar = myString[4]; // символ ‘е’

        Console.WriteLine(“Первый символ: ” + firstChar);

        Console.WriteLine(“Пятый символ: ” + fifthChar);

        Console.WriteLine(“Нажмите любую клавишу для выхода…”);

        Console.ReadKey();

    }

}

“`

В этом примере мы объявили переменную `myString`, которая содержит строку `”Привет, мир!”`. Затем мы получаем доступ к отдельным символам в строке по их индексам. Первый символ имеет индекс 0, и его значение сохраняется в переменную `firstChar`. Пятый символ имеет индекс 4, и его значение сохраняется в переменную `fifthChar`.

При выполнении этого кода вывод будет следующим:

“`

Первый символ: П

Пятый символ: е

“`

Обратите внимание, что индексы должны быть в допустимом диапазоне длины строки, иначе будет сгенерировано исключение `IndexOutOfRangeException`.

Следующий из возможных элементов управления типом данных `string` – конкатенация (соединение) строк, которое производится с помощью оператора `+` или метода `string.Concat()`. Конкатенация позволяет объединять несколько строк в одну.

Вот примеры использования конкатенации строк:

1. С использованием оператора `+`:

“`csharp

using System;

class Program

{

    static void Main()

    {

        string firstName = “John”;

        string lastName = “Doe”;

        // Конкатенация с использованием оператора +

        string fullName = firstName + ” ” + lastName;

        Console.WriteLine(“Полное имя: ” + fullName);

        Console.WriteLine(“Нажмите любую клавишу для выхода…”);

        Console.ReadKey();

    }

}

“`

2. С использованием метода `string.Concat()`:

“`csharp

using System;

class Program

{

    static void Main()

    {

        string firstName = “John”;

        string lastName = “Doe”;

        // Конкатенация с использованием string.Concat()

        string fullName = string.Concat(firstName, ” “, lastName);

        Console.WriteLine(“Полное имя: ” + fullName);

        Console.WriteLine(“Нажмите любую клавишу для выхода…”);

        Console.ReadKey();

    }

}

“`

В обоих примерах мы объединяем переменные `firstName` и `lastName` с помощью оператора `+` или метода `string.Concat()` и сохраняем результат в переменную `fullName`. Затем выводим значение `fullName` на консоль.

При выполнении обоих примеров вывод будет следующим:

“`

Полное имя: John Doe

“`

Конкатенация строк часто используется для создания сообщений, вывода данных и объединения текстовых фрагментов в C# приложениях. Обратите внимание, что при конкатенации строк следует быть осторожным с производительностью, особенно при объединении большого количества строк, поскольку каждая операция конкатенации создает новую строку в памяти.

В случае объединения большого количества строк рекомендуется использовать класс `StringBuilder`, который обеспечивает более эффективное объединение строк.

Рассмотрим этот вариант управления.

В C# `StringBuilder` – это класс, который предоставляет более эффективный способ объединения и изменения строк по сравнению с простой конкатенацией (`+`) или методом `string.Concat()`.

Когда строки объединяются с использованием оператора `+` или метода `string.Concat()`, каждая операция конкатенации создает новую строку в памяти, что может быть неэффективным, особенно при объединении большого количества строк. Класс `StringBuilder` позволяет избежать ненужных выделений памяти за счет работы с изменяемым буфером.

Вот пример использования `StringBuilder`:

“`csharp

using System;

using System.Text;

class Program

{

    static void Main()

    {

        StringBuilder sb = new StringBuilder();

        sb.Append(“Hello”);

        sb.Append(” “);

        sb.Append(“World”);

        string result = sb.ToString();

        Console.WriteLine(result);

        Console.WriteLine(“Нажмите любую клавишу для выхода…”);

        Console.ReadKey();

    }

}

“`

В этом примере мы создаем объект `StringBuilder` с именем `sb`. Затем мы используем метод `Append()` для добавления текста к буферу `StringBuilder`. После объединения всех частей строки мы вызываем метод `ToString()` для получения финальной строки и выводим ее на консоль.

При выполнении кода вывод будет следующим:

“`

Hello World

“`

Класс `StringBuilder` обеспечивает более эффективное управление памятью при объединении строк, поэтому рекомендуется использовать его, когда вы планируете объединять большое количество строк или когда часто изменяете содержимое строки. Это поможет улучшить производительность вашего кода.

Работа со ссылочным типом данных `Generics`

‘Generics’ (Обобщения) в C# – это мощная функция, которая позволяет вам определять классы, структуры, интерфейсы, методы и делегаты, которые могут работать с различными типами без их предварительного указания. Это обеспечивает способ создания повторно используемых, типобезопасных компонентов.

Вот несколько ключевых моментов, касающихся дженериков (‘Generics’ (Обобщения)) в C#:

1. Параметры типа: Дженерики (‘Generics’ (Обобщения)) используют параметры типа, которые являются заполнителями для определенных типов. Параметры типа указываются в угловых скобках (`<>`) при определении универсального типа или метода.

2. Возможность повторного использования: Дженерики (‘Generics’ (Обобщения)) позволяют вам писать код, который можно использовать с разными типами, не дублируя код для каждого конкретного типа. Это способствует повторному использованию кода и уменьшает избыточность.

3. Безопасность типов: Универсальные средства обеспечивают проверку типов во время компиляции, обеспечивая безопасность типов. Компилятор может применять ограничения типа и обнаруживать ошибки, связанные с типом, во время компиляции, а не во время выполнения.

4. Универсальные классы и структуры: Вы можете создавать универсальные классы и структуры, используя один или несколько параметров типа. Эти классы или структуры могут работать с различными типами на основе аргументов типа, предоставляемых при их использовании.

5. Универсальные методы: Аналогичным образом вы можете определить универсальные методы, которые могут работать с различными типами на основе аргументов типа, предоставляемых при вызове метода. Параметры типа для универсальных методов указываются перед типом возвращаемого значения.

6. Ограничения: Ограничения типа позволяют вам ограничить типы, которые могут использоваться в качестве аргументов типа в дженериках (‘Generics’ (Обобщения)). Вы можете указать ограничения, такие как требование, чтобы тип реализовывал интерфейс, имел конструктор по умолчанию или был типом ссылки или значения.

7. Универсальные интерфейсы: Интерфейсы также могут быть универсальными, что позволяет вам определять интерфейсы, которые могут быть реализованы различными типами. Это обеспечивает гибкость и позволяет использовать более общие контракты кода.

8. Коллекции и структуры данных: Платформа .NET framework включает в себя богатый набор универсальных классов коллекций и структур данных, таких как List<T>, Dictionary<TKey, TValue>, Queue<T>, Stack<T> и многое другое. Эти классы обеспечивают типобезопасное хранение данных и манипулирование ими.

Дженерики (‘Generics’ (Обобщения)) широко используются в C# для создания повторно используемых и типобезопасных компонентов кода. Они обеспечивают гибкий и эффективный способ работы с различными типами, сохраняя при этом безопасность типов во время компиляции. Обобщенные методы особенно полезны в сценариях, где вы хотите создать библиотеки, фреймворки или структуры данных, которые можно использовать с широким спектром типов.

На самом деле дженерики (‘Generics’ (Обобщения)) требуют более детального рассмотрения, поэтому разберём их в отдельной статье.

Работа со ссылочным типом данных Массивы

Работа со ссылочным типом данных массивами в C# довольно распространена и важна при разработке приложений. Массивы представляют собой упорядоченные коллекции элементов одного типа. Элементы массива хранятся в памяти последовательно, что обеспечивает быстрый доступ к данным.

Вот некоторые ключевые аспекты работы с массивами:

1. Объявление и инициализация массивов:

// Объявление массива целых чисел
int[] numbers;

// Инициализация массива и присвоение значений
numbers = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };

2. Доступ к элементам массива по индексу:

int firstNumber = numbers[0]; // Получение первого элемента (индекс 0)
int thirdNumber = numbers[2]; // Получение третьего элемента (индекс 2)

3. Изменение значений элементов массива:

numbers[1] = 10; // Изменение второго элемента на 10

4. Длина массива:

int length = numbers.Length; // Получение количества элементов в массиве

5. Обход элементов массива с помощью цикла:

for (int i = 0; i < numbers.Length; i++)
{
    Console.WriteLine(numbers[i]);
}

6. Использование методов массивов из класса System.Array:

int[] copy = new int[numbers.Length];
Array.Copy(numbers, copy, numbers.Length); // Копирование массива

Array.Reverse(copy); // Реверс массива

int index = Array.IndexOf(copy, 3); // Поиск индекса элемента

7. Многомерные массивы:

int[,] matrix = new int[3, 3]; // Объявление двумерного массива

matrix[0, 0] = 1;
matrix[1, 1] = 2;

8. Зубчатые массивы (Jagged Arrays):

int[][] jaggedArray = new int[3][];
jaggedArray[0] = new int[] { 1, 2, 3 };
jaggedArray[1] = new int[] { 4, 5 };
jaggedArray[2] = new int[] { 6, 7, 8, 9 };

Отдельно и более подробно рассмотрим вопрос итерации в массивах по элементам.

Итерация по элементам массива в C# можно выполнять с помощью циклов. Существует несколько способов прохода по элементам массива. Вот некоторые из них:

1. Использование цикла for:

int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };

for (int i = 0; i < numbers.Length; i++)
{
    Console.WriteLine(numbers[i]);
}

2. Использование цикла foreach:

int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };

foreach (int number in numbers)
{
    Console.WriteLine(number);
}

3. Использование метода Array.ForEach:

int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };

Array.ForEach(numbers, number => Console.WriteLine(number));

4. Использование LINQ-запроса (требует using System.Linq;):

int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };

foreach (int number in numbers.Where(n => n % 2 == 0))
{
    Console.WriteLine(number);
}

5. Использование индексатора:

int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };

for (int i = 0; i < numbers.Length; i++)
{
    Console.WriteLine(numbers[i]);
}

Выбор способа зависит от вашей предпочтительной структуры кода и конкретной задачи. foreach обычно предпочтительнее, так как он обеспечивает более компактный и читаемый код, а также автоматически обрабатывает граничные условия. Однако для некоторых сценариев, таких как обращение к элементам по индексу, цикл for или метод Array.ForEach могут быть более удобными.

Таким образом, работа с массивами в C# довольно гибкая и мощная, и они широко используются для хранения и обработки данных во многих приложениях.