Přidej si svou IT školu do profilu a najdi spolužáky zde na síti :)

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 minulé lekci, Aréna s mágem (dědičnost a polymorfismus), 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:

Konzolová aplikace
ID prvního uživatele: 1
ID druhého uživatele: 2
Minimální délka hesla uživatele je: 6
Validnost hesla "heslo" je: False

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();

Konzolová aplikace
Jazyk: CZ
Barevné schéma: cervene
Spustit po startu: True

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 :) V příští lekci, Vlastnosti, se podíváme na vlastnosti v C#.


 

Stáhnout

Staženo 617x (54.94 kB)
Aplikace je včetně zdrojových kódů v jazyce C#

 

 

Článek pro vás napsal David Čápka
Avatar
Jak se ti líbí článek?
26 hlasů
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.
Aktivity (9)

 

 

Komentáře
Zobrazit starší komentáře (19)

Avatar
pracansky
Člen
Avatar
pracansky:12.4.2015 22:38
  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
Avatar
Daniel Šup
Člen
Avatar
Daniel Šup:1. srpna 12:33

Zdravím,

v článku je zmíněno, že třída může mít statický konstruktor a ve statickém konstruktoru můžeme vytvořit instance nějakých tříd a ukládat si je do statických atributů. Rád bych věděl, kdy je vhodné použít statický konstruktor. Zajímaly by mě nějaké vhodné příklady užití.
Do článku by podle mého názoru bylo vhodné doplnit, že statický konstruktor se volá před vytvořením první instance dané třídy. Jinak je článek velice kvalitní a problematika je zde srozumitelně popsána. :-)

 
Odpovědět 1. srpna 12:33
Avatar
Odpovídá na Daniel Šup
Ondřej Štorc:1. srpna 13:52

Statický konstruktor se hodí když chceš připravit statické proměnné před prvním použitím oné třídy. Například si načíst data z app.configu, připravit si nějaký logger atd. Dále bych tě jen doplnil že se nevolá jen u vytvoření první instance třídy, ale i u dotazování na nějakou statickou proměnou či metodu.

Odpovědět  +1 1. srpna 13:52
Život je příliš krátký na to, abychom bezpečně odebírali USB z počítače..
Avatar
Daniel Šup
Člen
Avatar
Odpovídá na Ondřej Štorc
Daniel Šup:1. srpna 14:02

Ahoj,

velice ti děkuji za odpověď. Díky za doplnění, že statický konstruktor se volá i před dotazováním na statickou proměnnou či metodu. :-) Tohle mi při psaní příspěvku uniklo.

 
Odpovědět 1. srpna 14:02
Avatar
pavlass2
Člen
Avatar
pavlass2:3. září 13:51

Ahoj,
nevim, zda se sem jeste nekdou koukne, ale zkusim to.
Proc bych mel chtit vytvaret static class, ze ktere nemohu dedit? Je duvod, proc bych nemel vytvaret class, kde vse je staticke, ale samotna class neni? Ve svem programu jsem takovych class vyuzival jako pomocnych -- mel jsem class Fighter a potomka Mage, k tomu pomocne class CreateFighter a potomka CreateMage (ktereho bych mit nemohl, kdybych class CreateFighter oznacil jako static), kde jsem v podstate jen vypisoval na konzoli, nacital z konzole a ukladal do promeny, ktere jsem pak predal dal.
Sam si dovedu predstavit, ze se bez tech pomocnych trid da obejit, ale v tu chvili se mi to zdalo jako nejprehlednejsi reseni.

Editováno 3. září 13:53
 
Odpovědět 3. září 13:51
Avatar
Odpovídá na pavlass2
Ondřej Štorc:3. září 15:33

Tak dá se to využít například při tvorbě pomocný metod, která nevyžadují, či je nesmyslné vytvářet jejich instance. Krásným příkladem je například třída System.Math.
Jinak je statická třída vyžadována při tvorbě rozšířujících metod: https://docs.microsoft.com/…sion-methods

Odpovědět  +1 3. září 15:33
Život je příliš krátký na to, abychom bezpečně odebírali USB z počítače..
Avatar
pavlass2
Člen
Avatar
 
Odpovědět 5. září 12:35
Avatar
Riči Jak
Člen
Avatar
Riči Jak:20. září 13:53

Mám se tedy tomu věnovat, když to mám spíše nepoužívat?

 
Odpovědět 20. září 13:53
Avatar
Odpovídá na Riči Jak
Michal Štěpánek:20. září 14:39

Samozřejmě, že se tomu máš věnovat, protože čas od času je třeba to použít...
Minimálně bys měl vědět, že něco takového existuje a jak to máš použít (když to bude nevyhnutelné)...

Odpovědět 20. září 14:39
Nikdy neříkej nahlas, že to nejde. Vždycky se totiž najde blbec, který to neví a udělá to...
Avatar
Riči Jak
Člen
Avatar
Odpovídá na Michal Štěpánek
Riči Jak:20. září 15:42

tak dík, pročtu si to teda :-)

 
Odpovědět 20. září 15:42
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 29. Zobrazit vše