Что такое статический класс

Ключевое слово static

Иногда требуется определить такой член класса, который будет использоваться независимо от всех остальных объектов этого класса. Как правило, доступ к члену класса организуется посредством объекта этого класса, но в то же время можно создать член класса для самостоятельного применения без ссылки на конкретный экземпляр объекта. Для того чтобы создать такой член класса, достаточно указать в самом начале его объявления ключевое слово static.

Если член класса объявляется как static, то он становится доступным до создания любых объектов своего класса и без ссылки на какой-нибудь объект. С помощью ключевого слова static можно объявлять как переменные, так и методы. Наиболее характерным примером члена типа static служит метод Main(), который объявляется таковым потому, что он должен вызываться операционной системой в самом начале выполняемой программы.

Для того чтобы воспользоваться членом типа static за пределами класса, достаточно указать имя этого класса с оператором-точкой. Но создавать объект для этого не нужно. В действительности член типа static оказывается доступным не по ссылке на объект, а по имени своего класса.

Переменные, объявляемые как static, по существу, являются глобальными. Когда же объекты объявляются в своем классе, то копия переменной типа static не создается. Вместо этого все экземпляры класса совместно пользуются одной и той же переменной типа static. Такая переменная инициализируется перед ее применением в классе.

Пример использования ключевого слова static:

На применение методов типа static накладывается ряд следующих ограничений:

В методе типа static должна отсутствовать ссылка this, поскольку такой метод не выполняется относительно какого-либо объекта

В методе типа static допускается непосредственный вызов только других методов типа static, но не метода экземпляра из того самого же класса. Дело в том, что методы экземпляра оперируют конкретными объектами, а метод типа static не вызывается для объекта. Следовательно, у такого метода отсутствуют объекты, которыми он мог бы оперировать

Аналогичные ограничения накладываются на данные типа static. Для метода типа static непосредственно доступными оказываются только другие данные типа static, определенные в его классе. Он, в частности, не может оперировать переменной экземпляра своего класса, поскольку у него отсутствуют объекты, которыми он мог бы оперировать

Статические конструкторы

Конструктор можно также объявить как static. Статический конструктор, как правило, используется для инициализации компонентов, применяемых ко всему классу, а не к отдельному экземпляру объекта этого класса. Поэтому члены класса инициализируются статическим конструктором до создания каких-либо объектов этого класса:

Обратите внимание на то, что конструктор типа static вызывается автоматически, когда класс загружается впервые, причем до конструктора экземпляра. Из этого можно сделать более общий вывод: статический конструктор должен выполняться до любого конструктора экземпляра. Более того, у статических конструкторов отсутствуют модификаторы доступа — они пользуются доступом по умолчанию, а следовательно, их нельзя вызывать из программы.

Статические классы

Класс можно объявлять как static. Статический класс обладает двумя основными свойствами. Во-первых, объекты статического класса создавать нельзя. И во-вторых, статический класс должен содержать только статические члены. Статический класс создается по приведенной ниже форме объявления класса, видоизмененной с помощью ключевого слова static.

Статические классы применяются главным образом в двух случаях. Во-первых, статический класс требуется при создании метода расширения. Методы расширения связаны в основном с языком LINQ. И во-вторых, статический класс служит для хранения совокупности связанных друг с другом статических методов:

Стоит отметить, что для статического класса не допускается наличие конструктора экземпляра, но у него может быть статический конструктор.

Зачем нужен static class?

Статические переменные нужны для доступа к ним, без создания экземпляра класса. А вот зачем нужен static класс?

Статическим классом в java может быть только вложенный класс. Если класс отмечен как static, то он ведет себя, как обычный класс.

например, есть класс А, вложенный статический класс B и вложенный (нестатический) класс С:

и мы хотим создать экземпляры этих классов во «внешнем» коде

или внутри статических методов класса А

На мой взгляд использование статического класса может быть уместно, как небольшой класс, который по смыслу тесно связан с «основным» внешним классом.

В этой ситуации так же можно вынести вложенный класс в обычный и переместить оба класса в отдельный package.

Единственным отличием вложенного статического класса от обычного, которое мне видится, — это более снисходительное отношение к видимости методов и полей между вложенным классом и его внешним классом.

Статические классы, методы, переменные. Статические конструкторы. Ключевое слово static

Чтобы класс (метод, переменная) был статическим, перед его объявлением ставится ключевое слово static .

⇑

2. Понятие статического класса. Какие особенности использования статических классов в программах на C#? Ключевое слово static

С точки зрения синтаксиса C# статический класс – это класс, который объявляется с ключевым словом static.

Общая форма объявления статического класса:

где ClassName – имя статического класса.

⇑

3. Свойства статического класса

Реализация программного кода статического класса ничем не отличается от программного кода обычного класса за исключением двух основных свойств. В сравнении с нестатическим классом, статический класс имеет следующие свойства (отличия):

• нельзя создавать объекты статического класса;
• статический класс должен содержать только статические члены.

⇑

4. Примеры, которые демонстрируют свойства статического класса

Пример 1. Пусть задан статический класс MyStaticClass . В этом классе объявляется один статический член с именем d .

Если попробовать создать объект статического класса

то возникнет ошибка компиляции с сообщением:

Пример 2. Данный пример демонстрирует правило, что статический класс должен содержать только статические члены. Пусть задан статический класс MyStaticClass . Если в статическом классе MyStaticClass попробовать объявить нестатический член d целого типа

то во время компиляции компилятор выдаст следующую ошибку:

⇑

5. Примеры статических классов

Пример 1. В данном примере демонстрируется использование статической переменной в статическом классе. Объявляется статический класс с именем Count , в котором помещается одна статическая переменная count . Эта статическая переменная есть счетчиком, который совместно используется в нестатических методах Add1() , Add2() другого класса Methods .

Программный код классов Count и Methods следующий:

В нижеследующем коде продемонстрированы обращения к переменной count класса Count и изменение значения этой переменной из методов Add1() , Add2() .

Как видно из примера, статический член данных Count.count есть общим для методов Add1() , Add2() класса Methods . Если бы в программе были реализованы другие классы с некоторыми методами, то к этому члену данных можно было бы обращаться из этих методов.

Если в данном примере класс Count объявить как нестатический (без ключевого слова static )

то результат работы программы не изменится. Статическую переменную Count.count можно использовать как общий ресурс.

Пример 2. Пример демонстрирует использование статического метода в нестатическом классе. Статический метод выступает общим ресурсом, который выполняет некоторую общую работу.

В примере объявляется статический метод AbsComplex() , находящий модуль комплексного числа. Метод объявляется в классе ComplexLibrary . Также объявляются 2 класса, которые содержат методы, использующие метод AbsComplex() в своих вычислениях.

Использование методов классов CalcComplex1 , CalcComplex2 может быть следующим:

⇑

6. Какие преимущества применения статических классов, методов и переменных в программах на C#?

Статические классы, методы и переменные эффективны в следующих случаях:

• если нужно создать так называемые методы расширения. Методы расширения используются для расширения функций класса. Эти методы являются статическими;
• если в программе есть некоторый общий ресурс, к которому могут иметь обращение методы разных классов что обрабатывают данный ресурс (читают или изменяют его значение). Этот общий ресурс объявляется как статическая переменная. Например, таким ресурсом может быть некоторый счетчик вызовов, метод что реализует уникальную обработку, уникальная файловая переменная (ресурс) и т.п.;
• статические классы являются эффективными, когда нужно объединить между собой группы статических методов;
• если нужно использовать общие скрытые ( private ) данные класса и организовывать доступ к этим данным из статических и нестатических методов.

⇑

7. Чем отличается вызов статического метода от нестатического?

В любом нестатическом классе могут быть объявлены как статические методы, так и нестатические. Отличие между вызовом статического и нестатического метода класса состоит в следующем:

• чтобы вызвать нестатический метод класса, нужно создать экземпляр (объект) этого класса. Статический метод вызывается без создания объекта класса – перед именем метода указывается имя класса, в котором этот статический метод объявлен.

Например. Задан нестатический класс Sqr , содержащий следующие два метода, которые возвращают квадрат целочисленного значения:

• GetSqr() – нестатический метод;
• GetSqrStatic() – статический метод.

Ниже демонстрируется вызов и использование этих методов:

Как видно из вышеприведенного кода, чтобы вызвать статический метод некоторого класса, перед его именем нужно указать имя этого класса.

⇑

8. Можно ли объявить скрытый ( private ) статический член в некотором классе?

Да можно. В этом случае этот статический член класса будет доступным только в границах этого класса, то есть из методов этого класса. Доступ из методов других классов будет невозможен.

⇑

9. Можно ли объявлять статический член класса с модификатором доступа protected ?

Да можно. В этом случае, доступ к статического члену класса будут иметь методы класса, которые унаследованы от данного класса.

Например. Задан класс A , содержащий один статический член a , который объявлен как protected . Также задан класс B , который наследует (расширяет) класс A . Из метода SomeMethod() класса B осуществляется доступ к protected -переменной класса A .

⇑

10. Может ли нестатический класс содержать статические переменные и статические методы?

Да может. Примеры использования статических методов в нестатическом классе приведены в пунктах 5 и 7.

⇑

11. Можно ли объединять статические и нестатические методы в одном классе?

Да, можно. Но только в нестатическом классе. Если класс объявлен как статический, то все методы и переменные класса должны быть также статическими (см. п. 4 — Пример 2).

Например. Пример демонстрирует объединение статического и нестатического методов класса для доступа к скрытой статической переменной t в классе. Объявляется нестатический класс CMyClass , содержащий статическую переменную, статический и нестатический методы доступа к ней.

В нижеследующем коде продемонстрирован доступ к скрытой статической переменной t класса CMyClass

Данный пример хорошо демонстрирует, как можно организовать работу с общими, скрытыми данными класса.

⇑

12. Можно ли в статическом методе статического класса создать объект нестатического класса?

Да, можно. Классический пример этому, функция Main() для консольных приложений. Эта функция объявлена как static . Однако, создавать экземпляры любых нестатических классов в этой функции можно.

⇑

13. Что такое статические конструкторы? Пример

Статические конструкторы позволяют инициализировать статические переменные класса.

Пример. Демонстрируется объявление статического конструктора в классе.

Демонстрация работы класса CCount в некотором методе

⇑

14. Какие правила (особенности) использования статических конструкторов?

При использовании статических конструкторов нужно обратить внимание на следующие правила:

• перед статическим конструктором должно указываться ключевое слово static ;
• в классе может быть только один статический конструктор. Это значит, что статический конструктор нельзя перегружать;
• статические конструкторы вызываются когда создается экземпляр класса или когда идет обращение к статическому члену этого класса;
• статический конструктор в программе выполняется только один раз. Даже если создать несколько экземпляров класса, содержащего статический конструктор, все равно этот статический конструктор выполнится только один раз;
• у статических конструкторов не может быть модификаторов доступа ( public , private );
• если в классе есть статический конструктор и конструктор создающий экземпляр (или несколько конструкторов), то статический конструктор вызывается первым;
• статический конструктор не может иметь параметров. Если попробовать создать параметризированный статический конструктор в классе, то возникнет ошибка компиляции.

⇑

15. Можно ли из статических конструкторов инициализировать нестатические переменные класса?

Нет, нельзя. Из статических конструкторов можно инициализировать только статические переменные этого же класса. Если в этом классе также объявляются нестатические переменные, то доступа к ним из статических конструкторов нету.

Singleton (Одиночка) или статический класс?

Статья будет полезна в первую очередь разработчикам, которые теряются на собеседованиях когда слышат вопрос «Назовите основные отличия синглтона от статического класса, и когда следует использовать один, а когда другой?». И безусловно будет полезна для тех разработчиков, которые при слове «паттерн» впадают в уныние или просят прекратить выражаться 🙂

Что такое статический класс?

Для начала вспомним что такое статический класс и для чего он нужен. В любом CLI-совместимом языке используется следующая парадигма инкапсуляции глобальных переменных: глобальных перменных нет. Все члены, в том числе и статические, могут быть объявлены только в рамках какого-либо класса, а сами классы могут (но не должны) быть сгруппированы в каком-либо пространстве имен. И если раньше приходилось иммитировать поведение статического класса с помощью закрытого конструктора, то в .NET Framework 2.0 была добавлена поддержка статических классов на уровне платформы. Основное отличие статического класса от обычного, нестатического, в том, что невозможно создать экземпляр этого класса с помощью оператора new. Статические классы по сути являются некой разновидностью простанства имен — только в отличие от последних предназначены для размещения статических переменных и методов а не типов.

Что такое Singleton (Одиночка)?

Один из порождающих паттернов, впервые описанный «бандой четырех» (GoF). Гарантирует, что у класса есть только один экземпляр, и предоставляет к нему глобальную точку доступа. Мы не будем подробно рассматривать здесь этот паттерн, его предназначение и решаемые им задачи — в сети существует масса подробной информации о нем (например здесь и здесь). Отмечу лишь что синглтоны бывают потокобезопасные и нет, с простой и отложенной инициализацией.

А если нет разницы — зачем плодить больше?

Так в чем же все-таки разница между этими двумя сущностями и когда следует их использовать? Думаю что лучше всего это проиллюстрировать в следующей таблице:

Singleton	Static class
Количество точек доступа	Одна (и только одна) точка доступа — статическое поле Instance	N (зависит от количества публичных членов класса и методов)
Наследование классов	Возможно, но не всегда (об этом — ниже)	Невозможно — статические классы не могут быть экземплярными, поскольку нельзя создавать экземпляры объекты статических классов
Наследование интерфейсов	Возможно, безо всяких ограничений	Невозможно по той же причине, по которой невозможно наследование классов
Возможность передачи в качестве параметров	Возможно, поскольку Singleton предоставляет реальный объект	Отсутствует
Контроль времени жизни объекта	Возможно — например, отложенная инициализация (или создание по требованию)	Невозможно по той же причине, по которой невозможно наследование классов
Использование абстрактной фабрики для создания экземпляра класса	Возможно	Невозможно по причине осутствия самой возможности создания экземпляра
Сериализация	Возможно	Неприменима по причине отсутствия экземпляра

Рассмотрим подробнее перечисленные выше критерии.

Количество точек доступа

Конечно же имеются ввиду внешние точки доступа, другими словами — публичный контракт взаимодействия класса и его клиентов. Это удобнее проиллюстрировать с помощью кода:

Singleton в «канонической» реализации:

Наследование классов

С наследованием статических классов все просто — оно просто не поддерживается на уровне языка. С Singleton все несколько сложнее. Для удобства использования многие разработчики чаще всего используют следующую реализацию паттерна:

А поскольку множественное наследование в C# и в любом CLI-совместимом языке запрещено — это означает что мы не сможем унаследовать класс Session от любого другого полезного класса. Выходом является делагирование синглтону управления доступом к экземпляру объекта:

Наследование интерфейсов

Использование интерфейсов позволяет достичь большей гибкости, увеличить количество повторно используемого кода, повысить тестируемость, и, самое главное — избежать сильной связности объектов. Статические классы не поддерживают наследования в принципе. Синглтон, напротив, наследование интерфейсов поддерживает в полной мере, поскольку это обычный класс. Но вот использовать эту возможность стоит только в том случае, если экземпляр синглтона планируется передавать в качестве входных параметров в смешанных сценариях или транслировать за границу домена. Пример смешанного сценария:

Возможность передачи в качестве параметров

Для статических классов это не поддерживается — можно передать разве что тип, но в большинстве ситуаций это бесполезно, за исключением случаев применения механизмов отражения (reflection). Синглтон же по сути является обычным экземпляром объекта:

Контроль времени жизни объекта

Время жизни статического класса ограничено временем жизни домена — если мы создали этот домен вручную, то мы косвенно управляем временем жизни всех его статических типов. Временем жизни синглтона мы можем управлять по нашему желанию. Яркий пример — отложенная инициализация:

Можно также добавить операцию удаления экземпляра синглтона:

Данная операция является крайне небезопасной, поскольку синглтон может хранить некоторое состояние и поэтому его пересоздание может иметь нежелательные последствия для его клиентов. Если все же необходимость в таком методе возникла (что скорее всего указывает на ошибки проектирования) то нужно постараться свести к минимуму возможное зло от его использования — например сделать его закрытым и вызывать внутри свойства Instance при определенных условиях:

Использование абстрактной фабрики для создания экземпляра класса

Статический класс не поддерживает данной возможности ввиду того, что нельзя создать экземпляр статического класса. В случае с синглтоном все выглядит просто:

Правда в варианте с аггрегацией синглтона придеться применить не совсем красивое и, немного громоздкое решение:

Сериализация

Сериализация применима только к экземплярам классов. Статический класс не может иметь экзмпляров поэтому сериализовать в данном случае нечего.

Так что же использовать Синглтон или Статический класс?

В любом случае выбор решения зависит от разработчика и от специфики решаемой им задачи. Но, в любом случае, можно сделать следующие выводы: