Делегати, події та обробники подій
В цьому розділі будуть розглянуті деякі питання, пов’язані з реалізацією реакції програми на події, що можуть виникати під час її роботи, – це так звана модель подій в мові С#. Події (events) найчастіше виникають при розробці програм, орієнтованих на роботу під Windows. Ними можуть бути натискання певних клавіш або кнопок, «кліки» миші, тощо. З технічної точки зору при цьому необхідні засоби, які дозволяють викликати деякий конкретний метод, як реакцію на певну подію, що сталась в системі під час роботи. При цьому, який саме метод має зреагувати на подію, звісно, не відомо в момент компіляції програми. В багатьох мовах програмування, зокрема в С++, цій меті слугують вказівники на функцію, які виступають в ролі параметрів функції-обробника події. Проте використання прямої адресації, пов’язаної із застосуванням вказівників, не завжди бездоганне з точки зору безпеки програми. Мова С# має безпечний засіб реалізації подієорієнтованої моделі програми – це делегати.
1. Делегати (delegate).
Отже, делегати призначені для збереження відомостей про метод, який може бути переданий у метод-обробник події в ролі його параметру. Фактично вони «делегують» деякий метод для виконання іншим методом. З синтаксичної точки зору делегат – це посилальний тип даних (reference type), що визначає повну сигнатуру методу разом із його типом результату. При створенні екземплярів класу ми спочатку визначаємо клас, лише потім створюємо і використовуємо відповідні об’єкти. Так само маємо поступити і з делегатами – спочатку декларуємо тип делегата, потім створюємо і використовуємо його екземпляри, передаючи їх у метод для виконання ним.
Для декларації делегату використовується службове слово delegate, після якого просто вказується результат та сигнатура методу, що відповідає даному типу делегату. Наведемо приклади декларацій делегатів:
// делегат DoSth представляє функції, що приймають 1 рядковий
// параметр та не повертають результат
delegate void DoSth(string x);
// делегат MyFun представляє функції, що приймають 1 дійсний
// параметр і повертає дійсне число
delegate double MyFun(double x);
Делегат насправді являє собою клас, успадкований від класу System.Delegate. Тому декларувати делегат можна як у просторі імен, так і всередині іншого класу.
Для
ілюстрації корисності делегатів,
розглянемо типовий приклад. Нехай
необхідно програмно побудувати графік
скалярної функції виду
.
Для скінченого набору функцій можна
написати метод, який повертає результат
виклику функції
.
Програма з методом для обрахунку лише
трьох функцій (синусу, косинусу та
модуля) наведена нижче:
using System;
namespace Demo
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// косинус в точці 1
Console.WriteLine(Method(1, 1));
// синус в точці 1
Console.WriteLine(Method(2, 1));
// модуль в точці 1
Console.WriteLine(Method(3, 1));
}
// Метод обраховує значення функції,
// визначеної номером iFunctionNumber, в точці x
static double Method(int iFunctionNumber, double x)
{
if (iFunctionNumber == 1)
return Math.Cos(x);
if (iFunctionNumber == 2)
return Math.Sin(x);
if (iFunctionNumber == 3)
return Math.Abs(x);
else return 0;
}
}
}
Як можна бачити, даний код є важко піддається подальшому розширенню кількості функцій, тому що всі можливі функції, значення яких можуть в ньому обраховуватись, повинні бути жорстко закодовані (hard coded) в метод Method класу Program. Подібні програми являють собою зразок поганого стилю програмування. Спробуємо покращити код програми, використавши в ролі параметру методу Method() не номер функції, а делегат для цього методу.
using System;
namespace Demo
{
// делегат MyFun представляє функції, що приймають 1 дійсний
// параметр та повертають дійсний результат
delegate double MyFun(double x);
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// косинус в точці 1
Console.WriteLine(Method(Math.Cos, 1));
// синус в точці 1
Console.WriteLine(Method(Math.Sin, 1));
// модуль в точці 1
Console.WriteLine(Method(Math.Abs, 1));
}
// Метод обраховує значення функції,
// що визначається делегатом MyFun, в точці x
static double Method(MyFun f, double x)
{ return f(x); }
}
}
Зауваження
-
Як можна помітити, тепер код програми значно скоротився.
-
Даний метод Method() має першим параметром функцію-делегат, значення якої буде повертатись як результат цього методу.
-
Аргументом для функції з параметром-делегатом може бути довільний метод з іншого класу, причому як статичний, так і метод екземпляру.
-
В ролі аргументу для параметра-делегата також може виступати метод, безпосередньо написаний в даному коді – так званий вбудований метод.
Вдосконалимо попередню програму, щоб проілюструвати зміст двох останніх зауважень та продемонструємо використання оператора += для делегатів. Оператор += для делегатів дозволяє побудувати послідовність методів-делегатів, які будуть виконані один за одним («ланцюжком») – таким чином буде організована та виконана ціла черга методів. (Так само можна використати і оператор -= для виключення членів черги із ланцюжка обробки). В реальному житті ця ситуація дійсно нагадує чергу, коли всі, хто в ній знаходяться, послідовно виконують одну й ту саму дію:
using System;
namespace Demo
{
// делегат MyFun представляє функції, що приймають 1 дійсний
// параметр та повертають дійсний результат
delegate double MyFun(double x);
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// Визначаємо делегат f, який поки що є нульовим посиланням
MyFun f = null;
// включимо до ланцюжка делегатів статичний метод:
f += Math.Sin;
// включимо до ланцюжка деякий тестовий метод TestFun з
// відповідною сигнатурою:
f += Program.TestFun;
// включимо до ланцюжка вбудований метод – його код
// визначений безпосередньо тут:
f += delegate(double x)
{
return x * x - 1;
};
// запускаємо чергу-ланцюжок в метод Method():
Console.WriteLine(Method(f, 1));
}
// Визначення тестового методу TestFun, сигнатура якого
// відповідає делегату
static double TestFun(double x)
{
return x * x * x;
}
// Метод обраховує значення функції,
// визначеної делегатом f, в точці x
static double Method(MyFun f, double x)
{ return f(x); }
}
}
В
результаті виконання цього прикладу
на екрані побачимо
0. Це результат виконання інструкції
Console.WriteLine (Method(f,
1));. В ній викликається метод Method
(f, 1), в якому змінна f
одержує по черзі посилання на всі методи
із ланцюжка делегатів, а на екрані ми
бачимо лише результат звертання до
останнього з них – вбудованого методу,
який повертає значення
.
Зауваження
-
Оскільки делегат є представником reference-типу, то його значенням за замовченням є null. Таким чином, якщо в метод замість функції буде переданий нульовий вказівник null (у випадку відсутньої ініціалізації делегату), відбудеться виключення NullReferenceException. Тому, коректним підходом до використання екземпляру-делегату є перевірка його значення на нерівність нульовій адресі null.
-
У випадку побудови ланцюжка з функцій-делегатів, що повертають значення, та виклику методу з аргументом-делегатом, послідовно виконаються всі функції, що входять до ланцюжка, а результатом всього ланцюжка буде результат виконання останньої функції в ланцюжку (last wins).