《.net编程先锋C＃》第四章 C＃类型

《.net编程先锋C＃》第四章 C＃类型

Christoph Wille|2001-9-1

第四章 C#类型
既然你知道了怎样创建一个简单的C#程序，我将会给你介绍C#的类型系统。在这一章中，你学到如何使用不同的值和引用类型，加框和消框机制能为你作些什么。尽管这一章的不侧重于例子，但你可以学到很多重要的信息，关于如何创建现成类型的程序。
4.1 值类型
各种值类型总是含有相应该类型的一个值。C#迫使你初始化变量才能使用它们进行计算-变量没有初始化不会出问题，因为当你企图使用它们时，编译器会告诉你。每当把一个值赋给一个值类型时，该值实际上被拷贝了。相比，对于引用类型，仅是引用被拷贝了，而实际的值仍然保留在相同的内存位置，但现在有两个对象指向了它（引用它）。C#的值类型可以归类如下：
·简单类型（Simple types ）
·结构类型（struct types）
·枚举类型（Enumeration types）
4.1.1 简单类型
在C#中出现的简单类型共享一些特性。第一，它们都是.NET系统类型的别名。第二，由简单类型组成的常量表达式仅在编译时而不是运行时受检测。最后，简单类型可以按字面被初始化。以下为C#简单类型归类：
·整型
·布尔型
· 字符型 (整型的一种特殊情况)
·浮点型
·小数型

4.1.1.1 整型
C#中有9个整型。 sbyte 、byte、 short、 ushort、 int、 uint、 long、 ulong 和 char（单独一节讨论）。它们具有以下特性：

·sbyte型为有符号8位整数，取值范围在128~127之间。
·bytet型为无符号16位整数，取值范围在0~255之间。
·short型为有符号16位整数，取值范围在-32,768~32,767之间。
·ushort型为无符号16位整数，取值范围在0~65,535之间。
·int型为有符号32位整数，取值范围在-2,147,483,648~ 2,147,483,647之间。
·uint型为无符号32位整数，取值范围在 0 ~ 4,294,967,295之间。
·long型为64位有符号整数，取值范围在9,223,372,036,854,775,808~ 9,223,372,036,854,775,807之间。
·ulong型为64位无符号整数，取值范围在0 ~ 18,446,744,073,709,551,615之间。

VB和C程序员都可能会对int和long数据类型所代表的新范围感到惊讶。和其它的编程语言相比，在C#中，int不再取决于一个机器的字（word)的大小，而long被设成64位。

4.1.1.2 布尔型
布尔数据类型有true和false两个布尔值。可以赋于true或false值给一个布尔变量，或可以赋于一个表达式，其所求出的值等于两者之一：
bool bTest = (80 > 90);
与C和C++相比，在C#中，true值不再为任何非零值。不要为了增加方便而把其它整型转换成布尔型。

4.1.1.3 字符型
字符型为一个单Unicode 字符。一个Unicode字符16位长，它可以用来表示世界上多种语言。可以按以下方法给一个字符变量赋值：
char chSomeChar = 'A';
除此之外，可以通过十六进制转义符（前缀\x）或Unicode表示法给变量赋值（前缀\u）：
char chSomeChar = '\x0065';
char chSomeChar = '\u0065';
不存在把char转换成其它数据类型的隐式转换。这就意味着，在C#中把一个字符变量当作另外的整数数据类型看待是行不通的——这是C程序员必须改变习惯的另一个方面。但是，可以运用显式转换：
char chSomeChar = (char)65;
int nSomeInt = (int)'A';
在C中仍然存在着转义符（字符含义）。要换换脑筋，请看表4.1。

Table 4.1 转义符（ Escape Sequences）

转义符字符名
\' 单引号
\" 双引号
\\ 反斜杠
\0 空字符
\a 感叹号（Alert ）
\b 退格
\f 换页
\n 新行
\r 回车
\t 水平 tab
\v 垂直tab

4.1.1.4 浮点型
两种数据类型被当作浮点型：float和double。它们的差别在于取值范围和精度：
float: 取值范围在 1.5x10^-45~ 3.4x10^38之间，精度为7位数。
double: 取值范围在 5.0x10^-324 ~ 1.7x10^308之间，精度为 15~16 位数。
当用两种浮点型执行运算时，可以产生以下的值：
正零和负零
正无穷和负无穷
非数字值（Not-a-Number，缩写NaN）
非零值的有限数集
另一个运算规则为，当表达式中的一个值是浮点型时，所有其它的类型都要被转换成浮点型才能执行运算。

4.1.1.5 小数型（The decimal Type)
小数型是一种高精度、128位数据类型，它打算用于金融和货币的计算。它所表示的范围从大约1.0x10^-28 到 7.9x10^28，具有28至29位有效数字。要注意，精度是以位数 (digits)而不是以小数位（decimal places)表示。运算准确到28个小数位的最大值。
正如你所看到的，它的取值范围比double的还窄，但它更精确。因此，没有decimal和double之间的隐式转换——往一个方向转换可能会溢出，往另外一个方向可能会丢失精度。你不得不运用显式转换。
当定义一个变量并赋值给它时，使用 m 后缀以表明它是一个小数型：
decimal decMyValue = 1.0m;
如果省略了m，在变量被赋值之前，它将被编译器认作double型。

4.1.2 结构类型
一个结构类型可以声明构造函数、常数、字段、方法、属性、索引、操作符和嵌套类型。尽管列出来的功能看起来象一个成熟的类，但在C#中，结构和类的区别在于结构是一个值类型，而类是一个引用类型。与C++相比，这里可以用结构关键字定义一个类。
使用结构的主要思想是用于创建小型的对象，如Point和FileInfo等等。你可以节省内存，因为没有如类对象所需的那样有额外的引用产生。例如，当声明含有成千上万个对象的数组时，这会引起极大的差异。
清单4.1 包含一个命名为IP的简单结构，它表示一个使用byte类型的4个字段的IP地址。我不包括方法等，因为这些工作正如使用类一样，将在下一章有详细的描述。

清单4.1 定义一个简单的结构

1: using System;
2:
3: struct IP
4: {
5: public byte b1,b2,b3,b4;
6: }
7:
8: class Test
9: {
10: public static void Main()
11: {
12: IP myIP;
13: myIP.b1 = 192;
14: myIP.b2 = 168;
15: myIP.b3 = 1;
16: myIP.b4 = 101;
17: Console.Write("{0}.{1}.",myIP.b1,myIP.b2);
18: Console.Write("{0}.{1}",myIP.b3,myIP.b4);
19: }
20: }

4.1.3 枚举类型
当你想声明一个由一指定常量集合组成的独特类型时，枚举类型正是你要寻觅的。最简单的形式，它看起来可能象这样：
enum MonthNames { January, February, March, April };
因我惯用缺省设置，故枚举元素是int型，且第一个元素为0值。每一个连续的元素按1递增。如果你想给第一个元素直接赋值，可以如下把它设成1：
enum MonthNames { January=1, February, March, April };
如果你想赋任意值给每个元素——甚至相同的值——这也没有问题：
enum MonthNames { January=31, February=28, March=31, April=30 };
最后的选择是不同于int的数据类型。可以在一条语句中按如此赋值：
enum MonthNames : byte { January=31, February=28, March=31, April=30 };
你可以使用的类型仅限于long、int、short和byte。

4.2 引用类型
和值类型相比，引用类型不存储它们所代表的实际数据，但它们存储实际数据的引用。在C#中提供以下引用类型给你使用：
·对象类型
·类类型
·接口
·代表元
·字符串类型
·数组

4.2.1 对象类型
对象类型是所有类型之母——它是其它类型最根本的基类。因为它是所有对象的基类，所以可把任何类型的值赋给它。例如，一个整型：
object theObj = 123;
给所有的C++程序员一个警告：object并不等价于你可能正在寻找的void*。无论如何，忘掉指针总是个好主意。
当一个值类型被加框（作为一个对象利用）时，对象类型就被使用了。这一章稍后会讨论到加框和消框

4.2.2 类类型
一个类类型可以包含数据成员、函数成员和嵌套类型。数据成员是常量、字段和事件。函数成员包括方法、属性、索引、操作符、构造函数和析构函数。类和结构的功能是非常相似的，但正如前面所述，结构是值类型而类是引用类型。
和C++相比，仅允许单继承。（你不能拥有派生一个新对象的多重基类。）但是，C#中的一个类可以派生自多重接口，该接口在下一节将得到描述。
第五章 “类”专门讨论使用类编程。这一节仅打算给出C#类在哪里适合类型图的一个全貌。

4.2.3 接口
一个接口声明一个只有抽象成员的引用类型。跟C++中相似的概念为：一个结构的成员，且方法等于0。如果你不知道那些概念的任何东西，这里就是在C#中一个接口实际所做的。仅仅只存在着方法标志，但根本就没有执行代码。这就暗示了不能实例化一个接口，只能实例化一个派生自该接口的对象。
可以在一个接口中定义方法、属性和索引。所以，对比一个类，接口有什么特殊性呢？当定义一个类时，可以派生自多重接口，而你只能可以从仅有的一个类派生。
你可能会问："OK，但我必须实现所有的接口成员，那么我能从这个途径得到什么呢?" 我想举一个来自.NET的例子：很多类实现了IDictionary 接口。你可以使用简单的类型转换访问接口：
IDictionary myDict = (IDictionary)someobjectthatsupportsit;
现在你的代码可以访问字典了。可等等，我说很多类可以实现这个接口——所以，你可以在多个地方重用代码来访问IDictionary 接口！一旦学会，任何地方都可使用。
当你决定在类设计中使用接口时，学习更多关于面向对象的设计是个好主意。这本书不能教你这些概念，但你可以学习如何创建接口。以下的代码段定义接口IFace，它只有一个方法：
interface IFace
{
void ShowMyFace();
}
正如我所提到的，不能从这个定义实例化一个对象，但可以从它派生一个类。因此，该类必须实现ShowMyFace抽象方法：
class CFace:IFace
{
public void ShowMyFace()
{
Console.WriteLine("implementation");
}
}

接口成员和类成员的区别在于，接口成员不能被实现。因此，我不想在下一章中再次提到这一点。

4.2.4 代表元
一个代表元封装了具有一些标志的一个方法。基本上，代表元是类型安全和函数指针的安全版本(回调功能)。可以同时在一个代表元实例中同时封装静态和实例方法。
尽管你可以用代表员当作具有方法，但它们的主要用途是拥有有一个类事件。再次，我想把你引到下一章，那里会详细地讨论类。
4.2.5 字符串类型
C程序员可能会诧异，但当然，C#有一个用于操作字符串数据的基本字符串类型。字符串类直接派生自对象，且它是被密封的，这意味着再不能从它派生类。就象其它类型，字符串是预定义类System String的一个别名。
它的用法十分简单：
string myString = "some text";
合并字符串同样简单：
string myString = "some text" + " and a bit more";
而如果你想访问单个字符，所要做的就是访问下标：
char chFirst = myString[0];
当比较两个字符串是否相等时，简单地使用"=="比较操作符。
if (myString == yourString) ...
我只不过想提到，尽管字符串是一个引用类型，比较时是比较值，而不是比较引用(内存地址)。
字符串类型几乎用于这本书的每一个例子中，而且在这些例程中，我会介绍给你一些由字符串对象所显露的极其有趣的方法。
4.2.6 数组
一个数组包含有通过计算下标访问的变量。所有包含于数组中且被当作元素的变量必须是同一类型。这种类型自然被称为"数组类型"。数组可以存储整数对象、字符串对象或者你提出的任何对象。
数组的维数就是所谓的排(rank)，它决定了相关数组元素的下标数。最常用的数组是一维数组(第一排)。一个多维数组具有的排数大于1 。每个维的下标始于0，终于维的长度减1 。
应有足够的理论支持。让我们看一下用一个数组初始化器( array initializer)初始化的数组：
string[] arrLanguages = { "C", "C++", "C#" };
该简写效果等同以下：
arrLanguages[0]="C"; arrLanguages[1]="C++"; arrLanguages[2]="C#";
而编译器为你做了所有的工作。当然，它将同样为多维数组初始化器工作：
int[,] arr = {{0,1}, {2,3}, {4,5}};
它是以下的简写：
arr[0,0] = 0; arr[0,1] = 1;
arr[1,0] = 2; arr[1,1] = 3;
arr[2,0] = 4; arr[2,1] = 5;
如果你不想事先初始化一个数组，但知道了它的大小，该声明就象这样：
int[,] myArr = new int[5,3];
如果数组的大小必须动态地被计算，用于数组创建的语句可以象这样写：
int nVar = 5;
int[] arrToo = new int[nVar];
正如我在这一节开始所陈述的，你可以往数组里面塞任何东西，只要所有的元素类型都相同。因此，如果你想把任何东西放进一个数组，就声明它的类型为对象：

4.3 加框和消框
这一章的课程中，我已经给出了各式各样的值类型和引用类型。由于速度的原因，你会使用值类型——它除了占据一定空间的内存块外，就没有什么了。但是，有时对象的方便性就象值类型一样好用。
这就是加框和消框登上了舞台的地方，加框和消框是C#类型系统的核心概念。通过允许一个值类型转换成类型对象或从类型对象转换成值类型，这种机制形成了值类型和引用类型之间的捆绑连接。任何东西终究是一个对象——但是，仅当需要它们是对象时。
4.3.1 加框转换
给一个值加框指隐式地把任何值类型转换成类型对象。当一个值类型被加框时，一个对象实例就被分配，且值类型的值被拷贝给新的对象。
看以下例子：
int nFunny = 2000;
object oFunny = nFunny;
第二行的赋值暗示调用一个加框操作。nFunny整型变量的值被拷贝给oFunny对象。现在整型变量和对象变量都同时存在于栈中，但对象的值居留在堆中。
那么，它暗示着什么呢?它们的值互相独立——在它们之间没有连接。(oFunny没有引用nFunny的值。) 以下代码说明了结果：
int nFunny = 2000;
object oFunny = nFunny;
oFunny = 2001;
Console.WriteLine("{0} {1}", nFunny, oFunny);
当代码改变oFunny的值时，nFunny的值并没有改变。只要你脑袋中有这个copy动作，就能够使用值类型的对象功能，发挥出你的巨大优势！
4.3.2 消框转换
和加框相比，消框是显式操作——必须告诉编译器，你想从对象中抽取出哪一种值类型。当执行消框操作时，C#检测所请求的值类型实际上存储在对象实例中。经过成功的校验，该值被消框。

这就是消框如何执行：
int nFunny = 2000;
object oFunny = nFunny;
int nNotSoFunny = (int)oFunny;

如果错误地请求一个double值
double nNotSoFunny = (double)oFunny;
通用语言运行时(Common Language Runtime，简写CLR)将会引发一个InvalidCastException异常。你可以在第7章 "异常处理" 中学到更多有关异常处理的知识。

4.4 小结
在这一章中，你学到了C#中用到的各种类型。简单的值类型包括整型、布尔型、浮点型和小数型。你会非常经常地用到一些类型，进行数学和金融的计算，还有逻辑表达。
在介绍引用类型之前，我显示了一个看起来象类的结构类型。它几乎如一个类般地运作，但它只是一个值类型，这使它更加适合需要有大量的小对象的场合。
引用类型起始于所有对象之母的objedt本身。object是C#中所有对象的基类，且它同样用于值类型的加框和消框。除此之外，我还让你领略了代表元、字符串和数组。
令C#程序员十分神气的类型就是类。它是C#面向对象编程的心脏，下一章整章专门让你迅速理解这个激动人心且功能强大的类型。

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