9. díl - Statika

C# .NET Objektově orientované programování Statika American English version English version

Unicorn College ONEbit hosting Tento obsah je dostupný zdarma v rámci projektu IT lidem. Vydávání, hosting a aktualizace umožňují jeho sponzoři.

V minulém tutoriálu ze seriálu o C# jsme si v praxi vyzkoušeli dědičnost a polymorfismus, dnes se budeme věnovat pojmu statika. Až doposud jsme byli zvyklí, že data (stav) nese instance. Atributy, které jsme definovali, tedy patřily instanci a byly pro každou instanci jedinečné. OOP však umožňuje definovat atributy a metody na samotné třídě. Těmto prvkům říkáme statické (někdy třídní) a jsou nezávislé na instanci.

Pozor na statikuPOZOR! Dnešní lekce vám ukáže statiku, tedy postupy, které v podstatě narušují objektový model. OOP je obsahuje jen pro speciální případy a obecně platí, že vše jde napsat bez statiky. Vždy musíme pečlivě zvážit, zda statiku opravdu nutně potřebujeme. Obecně bych doporučoval statiku vůbec nepoužívat, pokud si nejste naprosto jisti, co děláte. Podobně, jako globální proměnné (které C# naštěstí nemá) je statika v objektovém programování něco, co umožňuje psát špatný kód a porušovat dobré praktiky. Dnes si ji tedy spíše vysvětlíme, abyste pochopili určité metody a třídy v .NET, které ji používají. Znalosti použijte s rozvahou, na světe bude potom méně zla.

Statické (třídní) atributy

Jako statické můžeme označit různé prvky. Začněme u atributů. Jak jsem se již v úvodu zmínil, statické prvky patří třídě, nikoli instanci. Data v nich uložená tedy můžeme číst bez ohledu na to, zda nějaká instance existuje. V podstatě můžeme říci, že statické atributy jsou společné pro všechny instance třídy, ale není to přesné, protože s instancemi doopravdy vůbec nesouvisí. Založme si nový projekt (název např. Statika) a udělejme si jednoduchou třídu Uzivatel:

class Uzivatel
{
        private string jmeno;
        private string heslo;
        private bool prihlaseny;

        public Uzivatel(string jmeno, string heslo)
        {
                this.jmeno = jmeno;
                this.heslo = heslo;
                prihlaseny = false;
        }

        public bool PrihlasSe(string zadaneHeslo)
        {
                if (zadaneHeslo == heslo)
                {
                        prihlaseny = true;
                        return true;
                }
                else
                        return false; // hesla nesouhlasí
        }

}

Třída je poměrně jednoduchá, reprezentuje uživatele nějakého systému. Každá instance uživatele má své jméno, heslo a také se o ni ví, zda je přihlášená či nikoli. Aby se uživatel přihlásil, zavolá se na něm metoda PrihlasSe() a v jejím parametru heslo, které člověk za klávesnicí zadal. Metoda ověří, zda se jedná opravdu o tohoto uživatele a pokusí se ho přihlásit. Vrátí true/false podle toho, zda přihlášení proběhlo úspěšně. V reálu by se heslo ještě tzv. hashovalo, ale to zde opomineme.

Když se uživatel registruje, systém mu napíše, jakou minimální délku musí jeho heslo mít. Toto číslo bychom měli mít někde uložené. Ve chvíli, kdy uživatele registrujeme, tak ještě nemáme k dispozici jeho instanci. Objekt není vytvořený a vytvoří se až po vyplnění formuláře. Nemůžeme tedy v třídě Uzivatel k tomuto účelu použít veřejný atribut minimalniDelka­Hesla. Samozřejmě by bylo velmi přínosné, kdybychom měli údaj o minimální délce hesla uložený ve třídě Uzivatel, protože k němu logicky patří. Údaj uložíme do statického atributu pomocí modifikátoru static:

class Uzivatel
{
        private string jmeno;
        private string heslo;
        private bool prihlaseny;

        public static int minimalniDelkaHesla = 6;

        ...

}

Nyní se přesuňme do Program.cs a zkusme si atribut vypsat. K atributu nyní přistoupíme přímo přes třídu:

Console.WriteLine(Uzivatel.minimalniDelkaHesla);

Vidíme, že atribut opravdu náleží třídě. Můžeme se na ni ptát v různých místech programu bez toho, aniž bychom měli uživatele vytvořeného. Naopak na instanci uživatele tento atribut nenalezneme:

Uzivatel u = new Uzivatel("Tomáš Marný", "heslojeveslo");
Console.WriteLine(u.minimalniDelkaHesla);

Visual Studio zahlásí chybu a kód se nezkompiluje.

Jako další praktické využití statických atributů se nabízí číslování uživatelů. Budeme chtít, aby měl každý uživatel přidělené unikátní identifikační číslo. Bez znalosti statiky bychom si museli hlídat zvenčí každé vytvoření uživatele a počítat je. My si však můžeme vytvořit přímo na třídě Uzivatel privátní statický atribut dalsiId, kde bude vždy připraveno číslo pro dalšího uživatele. První uživatel bude mít id 1, druhý 2 a tak dále. Uživateli tedy přibude nový atribut id, který se v konstruktoru nastaví podle hodnoty dalsiId. Pojďme si to vyzkoušet:

class Uzivatel
{
        private string jmeno;
        private string heslo;
        private bool prihlaseny;
        private int id;
        private static int minimalniDelkaHesla = 6;
        private static int dalsiId = 1;

        public Uzivatel(string jmeno, string heslo)
        {
                this.jmeno = jmeno;
                this.heslo = heslo;
                prihlaseny = false;
                id = dalsiId;
                dalsiId++;
        }

        ...

}

Třída si sama ukládá, jaké bude id další její instance. Toto id přiřadíme nové instanci v konstruktoru a zvýšíme ho o 1, aby bylo připraveno pro další instanci. Statické však nemusí být jen atributy, možnosti jsou mnohem větší.

Statické metody

Statické metody se volají na třídě. Jedná se zejména o pomocné metody, které potřebujeme často používat a nevyplatí se nám tvořit instanci. Mnoho takovýchto metod již známe, jen jsme si to neuvědomovali. Nikdy jsme např. netvořili instanci konzole k tomu, abychom do ní mohli zapisovat. Metoda WriteLine() na třídě Console je statická. Konzole je jen jedna a bylo by zbytečné tvořit si z ní instanci, když ji chceme používat. Podobně je tomu např. u metody Round() na třídě Math. Když chceme zaokrouhlit číslo, nebudeme si k tomu přeci tvořit objekt. Jedná se tedy většinou o pomocné metody, kde by instanciace zbytečně zdržovala nebo nedávala smysl.

Ukažme si opět reálný příklad. Při registraci uživatele potřebujeme znát minimální délku hesla ještě před jeho vytvořením. Bylo by také dobré, kdybychom mohli před jeho vytvořením i heslo zkontrolovat, zda má správnou délku, neobsahuje diakritiku, je v něm alespoň jedno číslo a podobně. Za tímto účelem si vytvoříme pomocnou statickou metodu ZvalidujHeslo():

public static bool ZvalidujHeslo(string heslo)
{
        if (heslo.Length >= minimalniDelkaHesla)
        {
                // podrobnou logiku validace hesla vynecháme
                return true;
        }
        return false;
}

Opět si zkusíme, že metodu můžeme na třídě Uzivatel zavolat:

Console.WriteLine(Uzivatel.ZvalidujHeslo("heslojeveslo"));

Pozor! Díky tomu, že metoda ZvalidujHeslo() náleží třídě, nemůžeme v ní přistupovat k žádným instančním atributům. Tyto atributy totiž neexistují v kontextu třídy, ale instance. Ptát se na jmeno by v naší metodě nemělo smysl! Můžete si zkusit, že to opravdu nejde.

Stejné funkčnosti při validaci hesla samozřejmě můžeme dosáhnout i bez znalosti statiky. Vytvořili bychom si nějakou třídu, např. ValidatorUzivatelu a do ní napsali tyto metody. Museli bychom poté vytvořit její instanci, abychom metody mohli volat. Bylo by to trochu matoucí, protože logika uživatele by byla zbytečně rozdělena do dvou tříd, když může být za pomoci statiky pohromadě.

U příkladu se statickým atributem minimalniDelka­Hesla jsme porušili zapouzdření, neměli bychom dovolovat atribut nekontrolovaně měnit. Můžeme ji samozřejmě nastavit jako privátní a k jejímu čtení vytvořit statickou metodu. To ostatně dobře známe z minulých dílů. Takovou metodu doplníme i pro navrácení id:

public static int VratMinimalniDelkuHesla()
{
        return minimalniDelkaHesla;
}

public int VratId()
{
        return id;
}

A vyzkoušíme si ještě nakonec naše metody. Program.cs bude vypadat takto:

Uzivatel u = new Uzivatel("Tomáš Marný", "heslojeveslo");
Console.WriteLine("ID prvního uživatele: {0}", u.VratId());
Uzivatel v = new Uzivatel("Olí Znusinudle", "csfd1fg");
Console.WriteLine("ID druhého uživatele: {0}", v.VratId());
Console.WriteLine("Minimální délka hesla uživatele je: {0}", Uzivatel.VratMinimalniDelkuHesla());
Console.WriteLine("Validnost hesla \"heslo\" je: {0}", Uzivatel.ZvalidujHeslo("heslo"));
Console.ReadKey();

A výstup bude:

Statické metody a atributy v C#

Všimněte si, že i metoda Main() je statická, program totiž máme jen jeden. Z Main můžeme volat také jen statické metody v hlavní třídě našeho programu. Umíte tedy přidávat metody přímo do Program.cs, což však úplně nemá smysl, neboť by se veškerá logika měla odehrávat v zapouzdřených objektech.

Statický konstruktor

Třída může mít i statický konstruktor. Ten se vykoná někdy ve chvíli, kdy se aplikace spustí a třída se zaregistruje k použití. Můžeme ho použít pro přípravné práce, výpočty a podobně. Můžeme v něm podobně jako v instančním konstruktoru vytvořit instance nějakých tříd a uložit si je do statických atributů.

Statické třídy

Pokud se nám vyskytne třída, která obsahuje jen pomocné metody nebo nemá smysl od ni tvořit instance (např. nikdy nebudeme mít 2 konzole), můžeme ji označit jako statickou. Takovouto třídu poté nelze instanciovat (vytvořit její instanci). Statické třídy v C# nelze dědit. Je to pravděpodobně z toho důvodu, aby nevznikaly příliš divoké a špatně napsané struktury. Statické třídy, se kterými jsme se setkali, jsou Console a Math. Zkusme si vytvořit instanci statické třídy Math:

Math m = new Math();

Dostaneme vyhubováno, statická třída má všechny prvky statické a tedy nedává smysl od ni tvořit instanci, ta by nic neobsahovala.

Statický registr

Pojďme si takovou jednoduchou statickou třídu vytvořit. Mohlo by se jednat o třídu, která obsahuje jen pomocné metody a atributy (jako Math). Já jsem se však rozhodl vytvořit tzv. statický registr. Ukážeme si, jak je možné předávat důležitá data mezi třídami, aniž bychom museli mít instanci.

Mějme aplikaci, řekněme nějakou větší a rozsáhlejší, např. diář. Aplikace bude obsahovat přepínání jazyka jejího rozhraní, zvolení používaných záložek, složky k ukládání souborů, barevného schématu a ještě třeba zda ji chceme spouštět při spuštění operačního systému. Bude mít tedy nějaká nastavení, ke kterým se bude přistupovat z různých míst programu. Bez znalosti statiky bychom museli všem objektům (kalendáři, úlohám, poznámkám...) předat v konstruktoru v jakém jazyce pracují, případně jim dodat tímto způsobem další nastavení, jako první den v týdnu (neděle/pondělí) a podobně.

Jednou z možností, jak toto řešit, je použít k uložení těchto nastavení statickou třídu. Bude tedy přístupná ve všech místech programu a to i bez vytvoření instance. Obsahovat bude všechna potřebná nastavení, která si z ní budou objekty libovolně brát. Mohla by vypadat např. nějak takto:

static class Nastaveni
{
        private static string jazyk = "CZ";
        private static string barevneSchema = "cervene";
        private static bool spustitPoStartu = true;

        public static string Jazyk()
        {
                return jazyk;
        }

        public static string BarevneSchema()
        {
                return barevneSchema;
        }

        public static bool SpustitPoStartu()
        {
                return spustitPoStartu;
        }

}

Všechny atributy i metody musí obsahovat modifikátor static, stejně tak i samotná třída. Záměrně jsem do třídy nedával veřejné atributy, ale vytvořil metody, aby se hodnoty nedaly měnit. Je to trochu nepohodlné pro programátora, příště si ukážeme, jak to udělat lépe, představíme si totiž vlastnosti.

Zkusme si třídu nyní použít, i když program diář nemáme. Vytvoříme si jen na ukázku třídu Kalendar a zkusíme si, že v ní máme opravdu bez problému přístup k nastavení. Vložíme do ni metodu, která vrátí všechna nastavení:

class Kalendar
{

        public string VratNastaveni()
        {
                string s = "";
                s += String.Format("Jazyk: {0}\n", Nastaveni.Jazyk());
                s += String.Format("Barevné schéma: {0}\n", Nastaveni.BarevneSchema());
                s += String.Format("Spustit po startu: {0}\n", Nastaveni.SpustitPoStartu());
                return s;
        }

}

Následně vše vypíšeme do konzole:

Kalendar kalendar = new Kalendar();
Console.WriteLine(kalendar.VratNastaveni());
Console.ReadKey();
Statická třída jako statický registr v C#

Vidíme, že instance kalendáře má opravdu bez problému přístup ke všem nastavením programu.

Opět pozor, tento kód lze nesprávně použít pro předávání nezapouzdřených dat a používá se jen ve specifických situacích. Většina předávání dat do instance probíhá pomocí parametru v konstruktoru, nikoli přes statiku.

Statika se velmi často vyskytuje v návrhových vzorech, o kterých jsme se zde již bavili. Jsou to postupy, které dovádí objektově orientované programování k dokonalosti a o kterých se tu jistě ještě zmíníme. Pro dnešek je toho však již dost :) Příště se podíváme na vlastnosti v C# .


 

Stáhnout

Staženo 587x (54.94 kB)
Aplikace je včetně zdrojových kódů v jazyce C#

 

  Aktivity (5)

Článek pro vás napsal David Čápka
Avatar
Autor pracuje jako softwarový architekt a pedagog na projektu ITnetwork.cz (a jeho zahraničních verzích). Velmi si váží svobody podnikání v naší zemi a věří, že když se člověk neštítí práce, tak dokáže úplně cokoli.
Unicorn College Autor se informační technologie naučil na Unicorn College - prestižní soukromé vysoké škole IT a ekonomie.

Jak se ti líbí článek?
Celkem (18 hlasů) :
4.833334.833334.833334.833334.83333


 


Miniatura
Následující článek
Cvičení k 9. lekci OOP v C# .NET

 

 

Komentáře
Zobrazit starší komentáře (10)

Avatar
xxx
Člen
Avatar
xxx:

Staticky konstruktor sluzi na inicializaciu staticky datovych poloziek triedy. Tak ako pre instancne datove polozky ma zmysel instancny konstruktor tak pre staticke datove polozky ma zmysel staticky konstruktor. Staticky konstruktor musi byt bezparametricky a nemoze byt teda pretazeny. Nemozes ho explicitne volat. Je volany automaticky pred vytvorenim prvej instancie(ak sa nachadza v tele instancnej triedy) alebo pred prvym pokusom o pristup k statickemu clenu triedy.

Odpovědět 18.4.2014 21:09
kto chce hlada sposoby, kto nechce hlada dovody...
Avatar
meowxiik
Člen
Avatar
meowxiik:

Já jsem třeba v Javě používal statické metody jako "tvořiče", abych si usnadnil vytváření objektů, takže např.:

Bullet bt = Bullet.createBullet(10,10,4,8);

Dá se to použít i v C#?

 
Odpovědět 3.11.2014 17:55
Avatar
Kafac
Člen
Avatar
Kafac:

:D většinou si píšu ze všech kapitol zápisky už mám popsáno asi 219 stran od zdejších tutoriálu na c#,ale přemýšlím jestli si tu statiku budu vůbec psát.

Odpovědět 24.1.2015 20:52
"Lepší, než předpovídat budoucnost, je vytvořit ji." Bill Gates
Avatar
Odpovídá na Kafac
Michal Žůrek (misaz):

Místo poznámek piš zdrojové kódy.

Odpovědět  +5 24.1.2015 20:53
Nesnáším {}, proto se jim vyhýbám.
Avatar
Kafac
Člen
Avatar
Odpovídá na Michal Žůrek (misaz)
Kafac:

Já si píšu zdrojové kódy i výpisky :).Ale asi si budu psát už jen ty zdrojáky,ale tu statiku asi vynechám,vždy se to dá napsat bez statiky a prý to jsou špatné návyky :D,tak si to radši jen přečtu a půjdu dál.

Odpovědět 25.1.2015 14:59
"Lepší, než předpovídat budoucnost, je vytvořit ji." Bill Gates
Avatar
Jan Vargovský
Redaktor
Avatar
Odpovídá na Kafac
Jan Vargovský:

Statika je dobrá věc, obzvláště u C# :) (neříkám, že v tomto kontextu jako je to ukázáno tady)

Editováno 25.1.2015 15:31
 
Odpovědět 25.1.2015 15:30
Avatar
Kafac
Člen
Avatar
Odpovídá na Jan Vargovský
Kafac:

No tak já si teda něco radši zapíšu a zapamatuju,třeba to někdy pooužiju. :)

Odpovědět 25.1.2015 16:47
"Lepší, než předpovídat budoucnost, je vytvořit ji." Bill Gates
Avatar
Skelag
Člen
Avatar
Skelag:

Co přesně je špatně na tom kdybych si proměnné v programu ukládal do public static proměnných které bych měl např. ve třídě data?

Editováno 18.2.2015 17:09
 
Odpovědět 18.2.2015 17:08
Avatar
pracansky
Člen
Avatar
Odpovídá na meowxiik
pracansky:

Nejde o to co by šlo ale co je lepší :)

Vzpomněl jsem si třeba na tohle:

Graphics gr = Graphics.FromImage(new Bitmap("obrazek.bmp"));

Osobně bych čekal spíš tohle:

Graphics gr = new Graphics(new Bitmap("obrazek.bmp"));

ale možná k tomu měl MS nějaký dobrý důvod.

 
Odpovědět 12.4.2015 22:22
Avatar
pracansky
Člen
Avatar
Odpovídá na Skelag
pracansky:
  1. Zdejší programátoři by tě zlynčovali :), ale program by ti nejspíš fungoval pokud by byl hodně jednoduchý.
  2. Pokud bys potřeboval dvě stejné struktury s daty tak tak by se nedala vytvořit druhá instance. Ukazovala by totiž na stejná data. Musel bys udělat něco jako Data2.
  3. Nejspíš bys narazil na omezení s dědičností.
  4. Konstruktor by se volal ještě před main funkcí. Nebylo by tedy možné ho zavolat s daty které budeš mít později.

a milion dalších problémů...

 
Odpovědět  +1 12.4.2015 22:38
Děláme co je v našich silách, aby byly zdejší diskuze co nejkvalitnější. Proto do nich také mohou přispívat pouze registrovaní členové. Pro zapojení do diskuze se přihlas. Pokud ještě nemáš účet, zaregistruj se, je to zdarma.

Zobrazeno 10 zpráv z 20. Zobrazit vše