const、readonly和static

《叩開c#之門》系列之五

五、const、readonly和static

在第四節中，我介紹了常量的定義，其關鍵字就是const。在定義常量時，必須賦予其初始值。一旦賦予了初始值後，就不能修改其值。也就是所謂的常量值不能更改的含義。由于c#是一門純粹的面向對象語言，并不存在一個常量或者變量遊離于對象之外，是以，這些定義，必然都是在一個類型内完成的。

關于常量的使用，除了會用作一些算法的臨時常量值以外，最重要的是定義一些全局的常量，被其他對象直接調用。而集中這些常量最好的類型是struct（結構）。關于struct我會在後面的章節詳細講解，在這裡僅舉一例說明常量的這種運用。例如，我們需要在.net下使用ftp，那麼一些特定的ftp代碼就可以通過這種方式完成定義，如下所示：

public struct ftpcode

{

 public const string connectok = "220";

 public const string requiredpassword = "331";

 public const string loginok = "230";

 public const string pasvok = "227";

 public const string cwdok = "250";

 public const string pwdok = "257";

 public const string transferok = "226";

 public const string listok = "150";

 public const string portok = "200";

 public const string nofile = "550";

}

要使用這些常量，可以直接調用，例如ftpcode.connectok。如果結構ftpcode僅用于本程式集内部，也可以把結構類型和内部的常量設定為internal。采用這種方式有三個好處：

1、集中管理全局常量，便于調用；

2、便于修改，一旦ftp的特定代碼發生變化，僅需要修改ftpcode中的常量值即可，其餘代碼均不受影響；

3、便于擴充。要增加新的ftp代碼，可以直接修改結構ftpcode，其餘代碼不受影響。

雖然說變量的值可以修改，但我們也可以定義隻讀的變量，方法就是在定義的時候加上關鍵字readonly。如下定義：

public readonly int number = 20;

變量number的值此時是隻讀的，不能再對其進行重新指派的操作。在定義隻讀變量的時候，建議必須為變量賦予初值。如果不賦予初值，.net會給與警告，同時根據其類型不同，賦予不同的初值。例如int類型賦初值為0，string類型賦初值為null。由于定義的隻讀變量其值不可修改，是以不賦初值的隻讀變量定義，沒有任何意義，反而容易造成空引用對象的異常。

static的意義與const和readonly迥然不同。const僅用于常量定義，readonly僅用于變量定義，而static則和常量、變量無關，它是指所定義的值與類型有關，而與對象的狀态無關。

前面我已介紹，所謂“對象”，可以稱為一個類型的執行個體，以class類型為例，當定義了一個類類型之後，要建立該類型的對象，必須進行執行個體化，方可以調用其屬性或者方法。例如user類型的name、password屬性，signin和signout方法，就都是與對象相關的，要調用這些屬性和方法，隻能通過執行個體化對象來調用，如下所示：

user user = new user();

user.name = "bruce zhang";

user.password = "password";

user.signin();

user.signout();

然而，我們在定義類的成員時，也可以利用static關鍵字，定義一些與對象狀态無關的類成員，例如下面的代碼：

public class logmanager

 public static void logging(string logfile,string log)

 {

  using (streamwriter logwriter = new streamwriter(logfile,true))

  {

   logwriter.writeline(log);

  }

 }

方法logging為static方法（靜态方法），它們與類logmanager的對象狀态是無關的，是以調用這個方法時，并不需要建立logmanager的執行個體：

logmanager.logging ("log.txt","test.");

所謂“與對象狀态無關”，還需要從執行個體化談起。在對一個類類型進行執行個體化操作的時候，實際上就是在記憶體中配置設定一段空間，用以建立該對象，并儲存對象的一些值，如name和password等。對同一個類類型，如果沒有特殊的限制，是可以同時建立多個對象的，這些對象被配置設定到不同的記憶體空間中，它們的類型雖然一樣，卻具有不同的對象狀态，如記憶體位址、對象名、以及對象中各個成員的值等等。例如，我們可以同時建立兩個user對象：

user user1 = new user();

user user2 = new user();

由于name和password屬性是和對象緊密相關的，方法signin和signout的實作也調用了内部的name和password屬性值，是以也和對象緊密相關，是以這些成員就不能被定義為靜态成員。試想一下，如果把name和password屬性均設定為靜态屬性，則設定其值時，隻能采用如下形式：

顯然，此時設定的name和password就與執行個體user無關，也就是說無論建立了多少個user執行個體，name和password都不屬于這些執行個體，這顯然和user類的意義相悖。對于方法signin和signout，也是同樣的道理。當然我們也可以更改方法的定義，使得該方法可以被定義為static，如下所示：

public class user

 public static void signin(string username, string password)

  //代碼略

 public static void signout(string username, string password)

由于signin和signout方法需要調用的name和password值改為從方法參數中傳入，此時這兩個方法就與對象的狀态沒有任何關系。定義好的靜态方法的調用方式略有不同：

user.signin(user.name, user.password);

兩相比較，這樣的修改反而導緻了使用的不友善。是以，當一個方法與對象的狀态有較緊密的聯系時，最好不要定義為靜态方法。

那麼為什麼在logmanager類中，我将logging方法均定義為靜态方法呢？這是因為該方法與對象狀态沒有太大的關系，如果将方法的參數logfile和log定義為logmanager類的屬性，從實際運用上也不合理，同時也會導緻使用的不友善。最重要的是，一旦要調用非靜态方法，不可避免的就需要建立執行個體對象。這會導緻不必要的記憶體空間浪費。畢竟logmanager類型對于調用者而言，僅在于其logging方法，而和對象的狀态沒有太大的關系，是以并不需要為調用這個方法專門去建立一個執行個體。這一點是和user類型是完全不同的。

在一個類類型的定義中，既可以允許靜态成員，也可以允許非靜态成員。然而在一個靜态方法中，是不允許直接調用同一類型的非靜态方法的，如下所示：

public class test

 private void foo1()

  //代碼略；

 public static void foo2()

  foo1();  //錯誤；

 public void foo3()

  foo1();  //正确;

在靜态方法foo2中，直接調用了同一類型test下的私有非靜态方法foo1，将會發生錯誤；而非靜态方法foo3對foo1的調用則正确。如要在靜态方法foo2中正确調用foo1方法，必須建立test類的執行個體，通過它來調用foo1方法，修改如下：

  test test = new test();

  testfoo1();  //正确；

在foo2方法中，建立了test的執行個體，通過執行個體對象test來調用foo1方法。需要注意的是雖然foo1方法是private方法，但由于foo2方法本身就在test對象中，是以此時的私有方法foo1是可以被調用的，因為對象的封裝僅針對外部的調用者而言，對于類型内部，即使是private，也是可以被調用的。

對于類型的靜态屬性成員而言，具有和靜态方法一樣的限制。畢竟，從根本上說，類型的屬性，其實就是兩個get和set方法。

如果在類中定義了static的字段，有兩種方式對其初始化。一是在定義時初始化字段，或者是在類型的構造器中為這些靜态字段賦予初始值。例如：

class explicitconstructor

private static string message;

public explicitconstructor()

   {

message = "hello world";

   }

   public static string message

     get { return message; }

   }  

class implicitconstructor

private static string message = "hello world"; 

public static string message

   } 

在類explicitconstructor中，是利用構造器為靜态字段message初始化值，而在類implicitconstructor中，則是直接在定義時初始化message靜态字段。雖然這兩種方式均可達至初始化的目的，但後者在性能上有明顯的優勢（有興趣者，可以閱讀我部落格上的一篇文章http://wayfarer.cnblogs.com/archive/2004/12/20/78817.html）。是以，我建議當需要初始化靜态字段時，應直接初始化。

如果對于靜态字段未設定值，.net會給出警告，并根據類型的不同賦予不同的初始值。此外，static還可以和readonly結合起來使用，定義一個隻讀的靜态變量。但是static不能應用到常量的定義中。

在c# 1.x中，static并不能用來修飾類類型，也就是說，我們不能定義一個靜态類。然而對于一個類類型，如果其成員均為靜态成員，則此時執行個體化該類是沒有意義的。此時，我們常常将構造器設定為private，同時将其類設定為sealed（sealed表明該類不可繼承，關于sealed會在後面介紹）。這樣就可以避免對類的執行個體化操作，如前面定義的logmanager，即可以修改定義：

public sealed class logmanager

 private logmanager()

 {}

c# 2.0支援靜态類的定義，方法是在類前面加上static關鍵字，如：

public static class logmanager{}

由于靜态類不支援執行個體化操作，是以在靜态類的定義中，不允許再添加sealed或abstract關鍵字，也不允許繼承某個類或被某個類繼承，而類的成員中，也隻能是靜态成員，且不能定義構造器。由于不存在類的繼承關系，是以，靜态類成員中，也不允許有protected或protected internal作為通路限制修飾符。