Что значит static void

Все о ключевых словах static и final

1 ttQ0EMQ4H7niD53C1KQQbw

Что такое ключевое слово static?

Чтобы получить доступ к членам класса в Java, нужно сначала создать экземпляр класса, а затем вызвать членов класса с помощью переменной экземпляра. Но иногда нужно получить доступ к членам класса, не создавая никаких переменных.

Где можно употреблять ключевое слово static?

Мы можем использовать это ключевое слово в четырех контекстах:

Рассмотрим подробнее каждый из перечисленных пунктов.

Статические методы

Статические методы также называются методами класса, потому что статический метод принадлежит классу, а не его объекту. Кроме того, статические методы можно вызывать напрямую через имя класса.

Статические переменные

При создании объектов класса в Java каждый из них содержит собственную копию всех переменных класса.

Однако, если мы объявим переменную статической, все объекты класса будут использовать одну и ту же статическую переменную. Это связано с тем, что, как и статические методы, статические переменные также связаны с классом. И объекты класса для доступа к статическим переменным создавать не нужно. Например:

В приведенном выше примере normalVariable — переменная класса, а staticVariable — статическая переменная. Если вы объявите переменную, как показано ниже:

Это похоже на доступ к статической переменной через имя класса:

Здесь статические переменные — переменные уровня класса. Поэтому, если вы обращаетесь к статическим переменным через переменную экземпляра объекта, то это отражается на соответствующей статической переменной уровня класса. Таким образом, статические переменные всегда имеют одно и то же значение. Но переменная экземпляра сохраняет отдельное значение в каждом экземпляре объекта. Таким образом, приведенный выше фрагмент кода выведет:

Статические переменные — редкость в Java. Вместо них применяют статические константы. Они определяются ключевым словом static final и представлены в верхнем регистре. Вот почему некоторые предпочитают использовать верхний регистр и для статических переменных.

Статические блоки

Здесь мы видим статический блок с синтаксисом:

Статические блоки применяют для инициализации статических переменных. Статический блок выполняется только один раз, когда класс загружается в память. Это происходит, если в коде запрашивается либо объект класса, либо статические члены этого класса.

Класс может содержать несколько статических блоков, а каждый из них выполняется в той же последовательности, в которой они написаны в коде.

Вывод приведенного выше фрагмента кода выглядит следующим образом, потому что переменная staticVariable обновлена вторым значением статического блока.

Вложенный статический класс

В Java можно объявить класс внутри другого класса. Такие классы называются вложенными классами. Они бывают двух типов: статические и нестатические.

Вложенный класс является членом заключающего его класса. Нестатические вложенные классы (внутренние классы) имеют доступ к другим членам заключающего класса, даже если они объявлены приватными. Статические вложенные классы не имеют доступа к другим членам заключающего класса.

Внутренний класс по умолчанию содержит неявную ссылку на объект внешнего класса. Если вы создадите экземпляр этого объекта из кода внешнего класса, все будет сделано за вас. Если вы поступите иначе, вам необходимо предоставить объект самостоятельно.

Со статическим внутренним классом все иначе. Можно сказать, что если у внутреннего класса нет причин для доступа к внешнему, вы должны сделать его статическим по умолчанию.

В приведенном выше примере видно, что внутренний класс MyInnerClass может получить доступ ко всем методам и переменным внешнего, включая приватные переменные. Статическому внутреннему классу, напротив, недоступны какие-либо методы или переменные внешнего класса.

Где в памяти Java хранятся статические классы и переменные?

Вплоть до 8-й версии Java статические методы и переменные хранились в пространстве permgen. Но потом было введено новое пространство памяти, называемое метапространством — в нем хранятся все эти имена и поля класса, методы класса с байт-кодом методов, пул констант, JIT-оптимизации и т. д. Причина удаления permgen в Java 8.0 в том, что очень сложно предсказать необходимый размер permgen.

Зачем нужно ключевое слово final?

Что такое конечная переменная и когда ей стоит воспользоваться?

Существует три способа инициализации конечной переменной.

Когда следует применять конечную переменную

Единственное различие между обычной и конечной переменной в том, что первой можно переприсвоить значение, а второй — нельзя. Следовательно, конечные переменные должны использоваться только для значений, которые необходимо сохранять постоянными на протяжении выполнения программы.

Где использовать конечные классы

При попытке расширить конечный класс компилятор выдаст следующее исключение:

1*CV5kkvFEqFzohx rpda Ag

Когда использовать конечные методы

Здесь происходит попытка переопределить метод final из родительского класса. Java этого не позволяет и выдает следующее исключение:

1*vXqBARfRNtpugEdbG3ifbg

Источник

Что значит static void

Static. Вне песка и пальмового дерева небо, как завеса, заполняет наше представление об окружающем пространстве. Оно экранирует этот мир от неизвестного великого космоса. Наша планета существует отдельно от того, что лежит за пределами атмосферы.

Csharp static analogy

В памяти компьютера есть множество отделенных друг от друга мест, что делает похожей эту память на солнечную систему. В пространстве памяти объект static (как и планета Земля в нашей галактике) является исключительным. На языке C# ключевое слово static используется при объявлении методов, переменных и классов. Static обозначает сущности, которые не могут быть повторены. Они не являются частью какого-либо экземпляра класса. Static часто увеличивает производительность программ, но делает их менее гибкими.

В следующем примере программа показывает статический класс, статическое поле и статический метод. Это показано в их синтаксисе. Функция Main() это специальный случай статического метода.

Поле: в этой программе мы видим, что статическое поле (число типа int) инкрементируется и отображается.

Класс: в статическом классе все поля и методы также должны быть статическими. Это полезное ограничение.

Следующий пример показывает статические методы. Они вызываются через имя типа. При этом не требуется использовать экземпляр, что немного ускоряет вызов. Статические методы могут быть public или private. Когда статические методы используют ключевое слово static, оно обычно идет первым, или вторым после ключевого слова public.

Предупреждение: статические методы не могут получить доступ к не статическим членам уровня класса. У этого нет указателя «this».

Экземпляр (instance): метод экземпляра может получить доступ к статическим членам, но он должен быть вызван через инстанцированный объект. Это добавляет косвенное обращение (indirection).

Public, private. Утилитарные (вспомогательные) классы часто содержат публичные статические методы. В результате не теряется производительность. Эти методы доступны в любом месте программы.

Эта программа содержит 2 класса: класс Example, который содержит public-методы, и класс Program, который содержит главную точку входа в программу (процедура Main). В классе Example реализовано 4 публичных метода. Два из этих методов статические, и два не статические, и половина из них не возвращает значения.

В процедуре Main мы вызываем DoStatic и SelectStatic через сам тип (тип это Example, т. е. тип и класс это одно и то же). Класс Example может также создавать свой экземпляр вызовом конструктора с помощью оператора new. Через экземпляр класса могут быть вызваны oInstance и SelectInstance, так как они не статические.

Отличие типов, экземпляров и объектов. В языках программирования важно понимать разницу между типами (классами) и экземплярами. Тип можно рассматривать как шаблон, по которому создаются экземпляры (instances) и объекты (objects).

Тип сам по себе не сохраняет никакого состояния. Он просто указывает размещение объектов, которые могут сохранять состояние.

По умолчанию, если не указаны ключевые слова public и static, методы неявно являются частными (private) и не статическими (instance, т. е. принадлежащими только экземпляру). Если это необходимо, Вы должны явно указать любые девиации этого состояния по умолчанию. Любые методы, которые должны быть публичными, должны декларироваться с модификатором public. И соответственно статические методы (привязанные к типу, не к экземпляру) должны быть декларированы с модификатором static.

Техника «по умолчанию» является обычной практикой сокрытия информации в программировании. Это улучшает качество программного обеспечения, однако для новичков создает путаницу. Имейте в виду, что public/private также служат технике сокрытия информации, и слишком большое количество методов и полей, декларированных с модификатором public, говорит о плохом дизайне приложения.

Internal: мы используем ключевое слово internal, чтобы описать метод, который должен вызываться только в той же самой сборке, где находится реализация метода.

Что стандарт говорит о модификаторе internal? Спецификация C# очень кратко затрагивает этот вопрос. Она устанавливает, что «интуитивный смысл ключевого слова internal в том, что доступ ограничен этой программой» (The intuitive meaning of internal is ‘access limited to this program.’).

Другими словами, другая программа не может получить доступ к типу internal (. ).

Примечание: доступность на языке C# определяет, каким кускам текста программы разрешено получить доступ к определенному члену.

Использование. Как мы увидели, модификатор internal имеет специфическое использование. Какие можно привести примеры его использования? Главным образом, internal нужен для сокрытия информации. Это улучшает качество программы, вынуждая программы быть модульными.

Это означает, что если у Вас есть программа на C#, которая содержит другой двоичный файл, такой как DLL или EXE, то из него нельзя будет получить доступ к члену internal. Это улучшает пригодность кода для обслуживания.

Совет: в большинстве программ модификатор internal не нужен. Для больших, более сложных программ он становится более полезным. Материал по модификаторам public и private поможет лучше понять смысл ключевого слова internal и его эффекты.

Итак, ключевое слово internal позволяет скрывать доступ к информации на границах программы. Это модификатор доступности (accessibility modifier) в языке C#. В большинстве программ это не нужно, но может упростить поддержку больших программ.

Private: статические методы являются по умолчанию частными (обладают свойством private). Они полезны как внутренний логический репозитарий для состояния класса.

Для чего это нужно? Программы становятся проще для дальнейшей поддержки и тестирования. Класс доступа private установлен по умолчанию, если не указаны никакие модификаторы (default accessibility).

Рассмотрим пример. Программа декларирует 2 класса, один из которых содержит private-методы, и другой содержит функцию Main. Пример показывает, как модификатор private влияет на то, как может быть вызван метод.

Примечание: программа вызывает private-методы изнутри тел public-методов. Это показывает методы экземпляра (instance methods) и частный статический метод (private static method).

Замечание: доступность public-метода не транзитивна через вызов public-метода.

Что такое доступность вообще? Модификатор private является частью грамматики спецификации языка C#. Он может быть указан во многих частях синтаксиса.

Во многих программах желательно в тексте исходного кода использовать первым модификатор доступности на члене класса наряду с другими модификаторами. Это делает настройку доступности еще более видимой. Как и всегда, придерживайтесь любых существующих рекомендаций по оформлению кода проекта.

Совет: иногда Вы можете указать private для особого акцента при чтении текста программы, что этот метод не должен быть публичным.

Примечание: система, принятая языком C#, уменьшает симметрию в исходном тексте программ.

Подведем итог. Мы использовали методы, которые приватные (private). Они могут быть вызваны из других иерархий класса. Доступность не транзитивна, и вместо этого основывается на лексике языка. Это означает, что private-метод может быть вызван из тела public-метода. Ключевое слово private неявно добавляется ко всем методам, у которых не указано альтернативный модификатор доступности.

Как уже упоминалось, статические методы позволяют добиться повышения производительности. Они обычно быстрее для запуска на стеке вызовов (call stack), чем методы экземпляра. Важное замечание: методы экземпляра в действительности используют указатель на экземпляр «this» в качестве первого параметра. Это всегда добавляет дополнительную нагрузку. Методы экземпляра также реализованы с инструкцией callvirt, что также вводит небольшую лишнюю нагрузку.

Читайте также:  Чем приклеить тротуарную плитку к бетонному основанию

Примечание: когда Вы сделаете методы статическими, то не всегда заметите большую разницу. Однако это часто помогает для циклов и активных вычислений.

Статические свойства подобны статическим методам. В метаданных свойства имеют слово «get_» или «set_» в качестве префикса к их идентификаторам.

Вы исследуете древние руины, и видите кувшин. У него есть форма, он сделан из определенного материала, имеет некий объем. Все это материальные свойства объекта.

Get, set. Ниже показан класс Example. В нем есть одно целочисленное поле, используемое для хранения свойства Number.

Number это свойство типа int. Number предоставляет реализации для get < >и set < >.

Get: реализация get < >должна включать оператор return. Через реализацию get любой член класса может получить доступ к свойству на чтение.

Set: реализация set < >принимает неявный аргумент «value». Это то значение, которое присваивается свойству.

Перечисление (enum). Этот пример показывает тип перечисления DayOfWeek в свойстве. Мы также добавили код в методе get (или методе set), который проверяет запоминающее хранилище или значение параметра.

Private. Свойство может быть частным (private). Здесь показан пример свойства IsFound класса Example, которое можно только установить. Мы устанавливаем его в конструкторе Example. Мы можем только получить свойство в Program.Main, используя экземпляр класса Example.

Мы также можем сделать свойство полностью приватным. Если сделать так, то его можно использовать только внутри этого класса. Ниже в методе Display показано, как использовать private-свойство. В большинстве программ такой синтаксис не очень полезен. Но он существует, и может помочь в сложном классе.

Static. Свойства также могут быть статическими. Это означает, что они получают связь с типом (классом), но не экземпляром типа (instance). Статические классы могут иметь только статические свойства.

Свойство Count в примере ниже имеет побочный эффект. Это приводит к тому, что поле инкрементируется при каждом доступе. Наличие побочных эффектов говорит о плохом дизайне программы, потому что они делают логику программы трудно отслеживаемой.

В этом примере опущен установщик свойства. Это целесообразно для свойства, которое вычисляет значение полностью в памяти или на основе других полей или свойств.

Automatic. В следующем примере продемонстрирован синтаксис автоматически реализованного свойства. Скрытое поле генерируется. Таким образом, операторы get и set расширены на использование скрытого поля.

Оператор *= используется для умножения и самого свойства одновременного его присваивания. Это тоже самое, что и «example.Number = example.Number * 4». Это разрешается, поскольку свойства предназначаются быть похожими на поля. Очевидно, что с методами это делать нельзя.

Automatic, private. Рассмотрим, как сделать get или set автоматического свойства. Для такого типа свойства мы не можем пропустить реализацию get или set. Иначе компилятор C# выдаст ошибку: «Automatically implemented properties must define both get and set accessors».

Automatic, значения по умолчанию. Автоматические свойства поддерживают значения по умолчанию во многом так же, как и поля. В примере ниже свойство Quantity класса Medication назначается значением по умолчанию 30.

Индексаторы (Indexer). Это также свойства. Такие свойства используют доступ к отдельным элементам свойства (наподобие массива). Используется токен «this» для своего имени, и квадратные скобки с аргументом. Подробнее см. Indexer site:dotnetperls.com.

Interface. Свойство может быть частью интерфейса. Для этого есть специальный синтаксис. С типами, которые реализуют интерфейс, мы должны предоставить реализации для этого свойства. Подробнее см. site:dotnetperls.com.

Примечание: специальный синтаксис, используемый для интерфейса, является причиной избегать свойств в некоторых программах. Никто не хочет иметь дело со сложными правилами синтаксиса.

Производительность. Оптимизации компилятора гарантируют, что свойства реализованы эффективно. Те же оптимизации используются и на методах, которые совместно со свойствами используют базовую реализацию.

Ниже дан пример программы с секундомером Stopwatch, где 2 цикла выполняются 10 раз. Каждый внутренний цикл получает 100 миллионов итераций. Результат текста показывает, что нет разницы между использованием свойства и прямым обращением к полю. Скорее всего доступ к свойству реализован с помощью встроенного (inline) кода. Компилятор JIT достаточно умен, чтобы реализовать inline свойства, в которых нет логики. Поэтому они получаются настолько же эффективны, как и поля.

Вывод результатов теста:

Описание свойств в спецификации C# использует наиболее важную концепцию: свойство это не место хранения чего-либо, как поле. Вместо этого свойство реализовано просто как метод. Оно лишь имеет специальный синтаксис для того, чтобы выглядеть как поле.

В отличие от полей свойства не обозначают места хранения. Вместо этого свойства имеют специальные методы (accessors), которые задают операторы, выполняющиеся при чтении или записи значений свойства.

Свойства используются всюду в программах. Это мощный способ заменить методы. Они представляют более интуитивный способ использовать объекты.

На концептуальном уровне свойства комбинируют поля и методы. Но с точки зрения реализации, свойства это просто методы. Они оптимизированы в JIT-компиляторе точно так же, как методы.

Статическое свойство подобно статическому методу. Оно использует для доступа композитное имя. Static-свойства используют те же самые токены get и set, как и для управления свойствами экземпляра. Статические свойства полезны для создания абстракции глобальных данных в программе.

Рассмотрим пример программы, которая использует статические свойства. Она показывает, как получить и установить статические свойства в статическом классе. Для использования static-свойства с полем для хранилища Вы также должны указать, что хранилище тоже статическое. Программа только демонстрирует синтаксис автоматически реализованного свойства в виде статической двоичной переменной.

Класс Settings декорирует static-модификатор, и от него не может быть произведен экземпляр. У класса Settings есть 3 статические свойства. Два из них только для чтения имеют только get accessor, в то время как третье свойство можно также и записывать.

К статическим свойствам можно получать доступ по составному имени, указанному через точку.

Стоит сравнить концепцию глобальных переменных в обычных языках программирования и на языке C#. Глобальные переменные полезны, и даже функциональные языки используют область глобальной видимости данных для связи переменных и имен функций. Однако глобальные переменные могут увеличить сложность, затрудняя чтение и понимание кода.

Совет: мы используем статически свойства точно так же, как и статические методы. Свойства показывают такой же уровень производительности, как и методы.

Статические поля. Давайте разберемся, что это такое. У статических методов нет способа получить доступ к полям, когда это поля экземпляра. Поля экземпляра существуют только на экземплярах типа. Однако методы экземпляра могут получить доступ к статическим полям. Использование ключевого слова static ограничивает доступные члены типа.

Статическое поле не подключается к экземпляру класса (instance). Оно не зависит от выражений в экземпляре. Это означает, что оно требует меньшего количества косвенных обращений (indirection) на каждой загрузке и сохранении. Поля экземпляра в результате требуют выполнения большего количества обрабатываемых инструкций.

Рассмотрим пример программы, инкрементирующие поля экземпляра и статические поля. Она проверяет, как тип поля влияет на производительность. По результатам теста видно, что поле экземпляра обрабатывается медленнее, потому что должно быть вычислено выражение «this».

Test1 и Test2 функционально подобны. Но у класса Test1 есть поля экземпляра, а у класса Test2 поля статические. Если Вы создадите несколько экземпляров класса Test1, то у каждого должна быть своя копия полей. И если Вы создадите несколько экземпляров класса Test2, у него будет только один набор полей, общий для всех экземпляров этого класса.

При выполнении эта программа меняет значение полей экземпляра в Test1 с помощью метода X. И после этого она меняет значение static-полей, находящихся в декларации класса Test2, через другой метод X.

Результат теста показывает разницу производительности, потому что в Test1 вычисляется выражение для нахождения данных экземпляра, а для static-полей Test2 этого вычисления нет.

IL (intermediate language, промежуточный язык). Поле экземпляра это одно из вещей, которые создаются множество раз в рабочем окружении, в то время как статическое поле создается только один раз, и находится в одном и том же месте. Чтобы вычислить поле экземпляра, должно быть вычислено выражение экземпляра.

На IL выражение экземпляра равно первому аргументу метода экземпляра. Подробнее про IL см. Intermediate Language site:dotnetperls.com.

При доступе к полю экземпляра выражение экземпляра загружается в стек вычисления с «ldarg.0». Для статического поля этот шаг не требуется, так что здесь не потребуется дополнительный уровень косвенной адресации (indirection). Поля экземпляра для этого вставляют дополнительную инструкцию IL для обеспечения доступа, как для операций чтения, так и для операций записи.

Итак, поля экземпляров на низком уровне (неявно) используют вычисление выражения. статические поля глобальны, и не требуют дополнительных вычислений для доступа к ним. Статические поля работают быстрее, однако требуют корректного и внимательного использования в программах.

Статический класс. Static-класс не может произвести экземпляр. Ключевое слово static для класса принудительно устанавливает, что для него не может быть создан экземпляр вызовом конструктора. Это устраняет ошибочное использование этого класса.

Примечание: static-класс не может иметь не статические члены. У него все методы, поля и свойства также должны быть статическими.

В нашем первом примере было два класса в программе: не статический класс Program и статический класс Perl. Мы не можем создать новый экземпляр Perl с помощью конструктора, если попробовать это сделать, то компилятор выдаст ошибку. Внутри класса Perl мы должны использовать ключевое слово static на всех полях и методах. В статическом классе не могут содержаться члены экземпляра.

Концептуально static-класс это форма сокрытия информации. Модификатор static вводит дополнительные ограничения. Конструктор из класса удаляется.

Static-конструктор. Статический конструктор инициализирует статические поля. Он запускается в неопределенное время перед тем, как эти поля будут использованы. Статические конструкторы в типе вводят некоторые дополнительные расходы.

Примечание: static-конструктор иногда называют инициализатором типа. Он инициализирует поля перед доступом к ним. Еще одно замечание: экземпляры не то же самое, что и типы. Экземпляр это определенный, отдельный объект какого-то типа.

Пример: рассмотрим два класса. У первого будет static-конструктор, он инциализирует свое поле в 1. У второго класса не будет статического конструктора. При тестировании класс со статическим конструктором будет медленнее обращаться к полю.

При проверке специальной программой (здесь она не показана) классы показали разную скорость работы: HasStaticConstructor выполнялся 2.89 нс, NoStaticConstructor 0.32 нс. При одиночном вызове это никак не скажется на общей скорости работы программы, но при частых вызовах (например, в цикле) снижение быстродействие может быть значительным.

Static-конструкторы не всегда работают медленнее. Может быть код, который получает доступ к полю в классе со статическим конструктором без потери производительности. Возможно, что это зависит от того, насколько рано в программе осуществляется доступ к этому полю. Таким образом, в общем случае лучше всего избегать static-конструкторов для повышения быстродействия.

Мы можем сделать многих членов тип и сами типы статическими. Это бывает полезно для частого совместного использования члена. Во врезках ниже рассмотрены массивы, Regex и строки.

Массивы тоже могут быть статическими. Они могут сохранять значения, которые не относятся к экземплярам класса. Этот шаблон обычно используется в программах C#, и он часто бывает полезен.

В примере ниже используется статический массив целых чисел. Данные показаны отдельно от состояния объекта. На список начальных чисел состояние никак не влияет. Массив содержит первые 5 чисел Вагстафа.

Читайте также:  Что делать с пирсингом при беременности

Первая часть кода показывает метод Main который дважды класс NumberTest. Нижний класс NumberTest содержит массив static int, который присутствует в памяти во все время жизни программы. Этот массив инициализируется пятью числами int, и могут использоваться без какого-либо беспокойства об экземпляре класса.

Примечание: массив _primes в начале имени имеет символ подчеркивания. Это общепринятый шаблон, помогающий показать поле.

В следующем примере мы используем статический массив строк для сохранения специфичную для типа информацию, такую как породы собак. Эти данные постоянны, и их не нужно часто менять, и было бы неэффективно создавать копии этих данных в нескольких экземплярах класса.

Первая часть кода показывает, как используется свойство StringTest.Dogs. Класс StringTest содержит массив строк, обозначающих породы собак. Этот массив создается один раз, и использование синглтон не требуется.

Пример использования массива List см. в List site:dotnetperls.com.

Были показаны примеры использования массивов целых чисел и строк на языке C#. Эти статические коллекции полезны для доступа к данным, которые не зависят от экземпляра класса.

Статический словарь может сохранять глобальные данные. Он позволит Вам быстро найти строки (или другие значения). Он совместно используется многими экземплярами классов. Этот словарь очень эффективен, потому что находится в оперативной памяти.

Пример ниже показывает полезный код для нахождения множественной версии слова. Вы можете передать строку, и метод вернет множественную версию. Словарь статический, потому что не требует отдельного состояния. Этот словарь не нуждается в создании нескольких экземпляров класса, нужен только один экземпляр

Статический словарь Dictionary инкапсулирован в статическом классе. Доступ е его ключевым словам и значениям предоставляется через public-метод GetPlural. Этот код вернет значение из статического словаря, найденное по указанному ключу.

Статический словарь может быть сохранен в не статическом классе. В этом случае он все еще будет привязан к типу, не к экземпляру. Иногда использование статического словаря полезно по соображениям улучшения производительности. Если словарь может использоваться несколькими экземплярами классов, то производительность часто может повыситься.

Статические регулярные выражения (static Regex) помогают повысить производительность. Это везде может использоваться в методах программы на языке C#. Статическое регулярное выражение существует в памяти в одном экземпляре, что повышает быстродействие.

Пример ниже демонстрирует статический объект регулярного выражения. Вы можете использовать инициализатор статической переменной для инстанциации регулярного выражения с помощью оператора new. После этого можно получить доступ к Regex по его идентификатору и вызвать на нем такие методы, как Match, Matches и IsMatch.

Большая выгода статического экземпляра Regex а том, что его не нужно создавать более одного раза. Ваше регулярное выражение может быть совместно использовано между многими различными методами в этом типе. Это улучшает производительность. Дополнительно можно улучшить производительность применением специальных схем доступа к регулярному выражению и ограничением выделения регулярных выражений на куче. Подробнее см. Regex performance site:dotnetperls.com.

Статическая строка сохраняется в одном месте. Это имеет много значений от обычных строк, таких как строки экземпляра и локальные переменные. Строка привязывается к декларации типа вместо экземпляра объекта.

Пример ниже показывает использование статической строки. Когда Вы используете ключевое слово static для строки, то показываете этим, что требуется только одна ссылка на строку, указывающая только на один объект. Если у Вас в программе есть несколько значений строки, то не используйте ключевое слово static.

У статических строк, инициализированных в null, все биты установлены в 0. Мы проверяем значение статической строки перед тем, как назначить ей значение. Это возможно с экземплярами, статическими строками и другими типами

При присваивании значения статической строке оператором присваивания делается побитная копия значения ссылки. Когда Вы назначаете значение ToString(), данные связаны с управляемой кучей (managed heap). Ссылка теперь указывает на данные объекта.

Статические строки и строки экземпляров могут использоваться в других методах того же самого класса. Статические строки могут использоваться всеми экземплярами и статическими методами на классе. Метод Read в программе статический. Он может обращаться к ссылке на строку. Если мы поменяем значение ссылки, то в Main статическая строка также поменяется.

Давайте разберемся, чем статические строки отличаются от строк только для чтения и строк-констант. Статические строки могут быть назначены в программе любое количество раз, как это необходимо. Это отличается от строк с атрибутом const, которым должно быть назначено постоянное значение.

К const-строкам можно получать доступ с таким же синтаксисом, как и к static-строкам. И наконец, строки readonly могут быть строками экземпляра или статическими строками, и они могут быть назначены только в конструкторе. Подробнее про ключевое слово readonly см. Readonly keyword dotnetperls.com.

Public Static Readonly. Спецификация C# рекомендует использовать переменные «public static readonly» для констант, которые должны быть инициализированы во время выполнения программы (runtime).

Поля public static readonly используются для типов, которые не могут быть представлены как значения const, однако не должны изменяться во время выполнения программы. Такие поля улучшают устойчивость кода по отношению к ошибкам программиста. Подробнее про ключевое слово readonly см. Readonly keyword dotnetperls.com.

Пример ниже использует поля public static readonly. Спецификация языка рекомендует использовать поля public static readonly, когда Вы не можете использовать поле const, или когда поле должно поменяться в будущем.

Эта программа определяет статический класс с именем Points, где сохранено 4 ссылки Point, являющиеся полями только для чтения. Они используют модификатор доступности public, так что Вы можете получить к нему доступ из любого места в коде Вашего проекта.

Со статическими полями Вы можете использовать конструктор, и он запустится только 1 раз.

В теле Main загружаются 4 ссылки Point. Поля Point только для чтения всегда вызывают свои конструкторы перед своим использованием.

Могут произойти ошибки при попытке использовать класс const или структуру const, и также при попытке назначить значение readonly-полю вне декларатора переменной или вне конструктора. Это ошибки времени компиляции, и о них сообщит компилятор C#.

Этот проект защищает от написания плохого кода, но он может вызвать головную боль, если Вы плохо знакомы с языком. Если Вы встретились с подобными ошибками, то попробуйте удалить модификатор readonly, или удалите само присваивание, вызывающее ошибку.

Пример ошибки 1: «A static readonly field cannot be assigned to» (кроме статического конструктора или инициализатора переменной).

Пример ошибки 2: «The type ‘System.Drawing.Point’ cannot be declared const».

Спецификация применяет концепцию использования полей public static readonly для симуляции экземпляров класса-константы. Эта техника достаточно важна и эффективна, чтобы быть подчеркнутой в стандарте C#.

Const. Это ключевое слово определяет, что переменная не будет никогда изменяться. Когда мы используем const, то не можем переназначить переменную. Это дает компилятору некоторую свободу при генерации кода, использующего const-переменную.

Ключевое слово const, что понятно уже из названия, показывает константу. Она описывает элемент (переменная, поле), который программа не может изменить во время своего выполнения (runtime). Вместо этого значение элемента должно быть определено во время компиляции (compile-time).

Мы не можем переназначить значение константы. С константами теряется возможность модифицировать переменные runtime, однако такие переменные дают выигрыш в производительности и дают возможность применения дополнительных проверок логики программы во время компиляции. Когда Вы компилируете значения констант, эти значения вставляются непосредственно в части кода программы, где они используются. Это устраняет накладные расходы, связанные с обслуживанием переменных. Кроме того с константами (такими как строки или числа int) мы вытягиваем их в часть программы, где их проще найти и отредактировать. Это улучшает организацию кода.

Эта программа содержит два оператора присваивания, которые закомментированы. Они обращаются к const-идентификаторам. Если их раскомментировать, то компилятор выдаст сообщение об ошибке. Вы не можете назначать значения идентификаторам const, но можете в любой момент получать к ним доступ.

Примечание: ошибки времени компиляции (compile-time errors) это отдельный класс ошибок, отличающийся от исключений (exceptions): ошибки compile-time срабатывают до запуска программы.

При рефакторинге (пересмотре кода) мы можем попадать в некоторые ошибки, связанные с константами. Чтобы исправить ошибку либо измените константу и сделайте её переменной, либо удалите присваивание.

Все части константного выражения должны быть и сами константами. Таким образом, мы не можем построить константу из переменных.

Результат компиляции: «Error CS0133. The expression being assigned to ‘value’ must be constant».

Достоинство констант в том, что они улучают целостность программ, говоря компилятору о том, можно ли менять значения в программе. Это должно привести к уменьшению случайных ошибок.

Магическими можно считать явно указанные числа посередине тела программы, такие как 100 или 47524, без какого-либо пояснения. Магия тут в том, что через некоторое время Вы никогда не догадаетесь, что это за числа и что они тут делают. Поэтому, если Ваша программа написана на языке, поддерживающем именованные константы, то всегда используйте это вместо голых чисел.

Константы могут улучшить производительность по сравнению с переменными, особенно когда это типы наподобие int. Константы устраняют необходимость обращений к памяти с полями и локальными объектами.

Синглтон. Этот шаблон разработки дает нам объект, который можно инстанциировать только один раз. Эта реализация использует private-конструктор. Синглтоны имеют экземпляры объекта, в отличие от статических классов.

Синглтоны упрощают использование одиночных экземпляров. Они позволяют делать одно выделение для данных. Мы рассмотрим синглтон-типы и увидим, что это одна из самых быстрых реализаций.

Шаблон синглтон для разработки это интерфейс. Это популярный тип класса для программ, позволяющий принудительно задавать для класса только одно выделение.

Посмотрите, где инициализируется новый SiteStructure(). Здесь критичны ключевые слова readonly и static. Readonly обеспечивает безопасность для потоков, и это означает, что экземпляр может быть выделен только один раз. И у класса есть публичный статический метод get. Свойство public Instance используется вызывающим кодом, чтобы получить интерфейс синглтона.

Очевидно, что синглтон здесь имеет смысл оптимизировать, потому что даже небольшие улучшения в плане скорости могут иметь значение. Проведенные исследования такого рода также помогают понять, как работает компилятор C# при генерации кода. Автор [3] рекомендует прочитать статью Implementing the Singleton site:csharpindepth.com.

MSIL (Microsoft Intermediate Language). Как влияет на быстродействие использование синглтона? Исследование показывает, что когда Вы обращаетесь к синглтон в методе C#, статическое поле экземпляра синглтона должно быть загружено в стек вычислений. Таким образом, доступ к синглтону всегда ударяет по производительности, когда метод вызывается первый раз.

MSIL-код для синглтона:

MSIL-код для статического класса:

MSIL с синглтоном. Этот MSIL при запуске метода использует синглтон. Этот синглтон вызывается Perls.Metadata.Instance, и сохраняется в статическом поле. Вызов ldsfld загружает статический экземпляр Instance в стек.

MSIL с методом статического класса. Здесь мы видим тот же вызов метода, как и выше, но используется статический метод и класс. Сгенерированный MSIL не использует код операции ldsfld, это означает, что с стек вычислений будет сохранено на одну переменную меньше. Также callvirt заменен кодом операции call, что тоже улучшает производительность.

MSDN предоставляет статью, которая показывает цену в наносекундах для статических вызовов, вызовов экземпляра и виртуальных вызовов. Статические вызовы обычно быстрее, чем другие типы вызова метода. См. Writing Faster Managed Code: Know What Things Cost site:msdn.microsoft.com.

Примечание: синглтоны требуют увеличенного кода MSIL и большего количества инструкций, что делает код медленнее и приводит к разрастанию кода сильнее, чем в случае использования static.

Читайте также:  Чем чистить керамическую мойку

Итак, синглтоны важны для наших приложений. Так как они так часто используются, полезны их оптимизация и ориентация на безопасное использование с потоками.

Синглтон сохраняет общие данные только в одном месте. Статический класс также использует сохранение данных только в одном экземпляре. Между использованием мы сохраняем состояние, сохраняем кэши для улучшения производительности. Объект должен быть инициализирован только один раз и затем предоставлен в общее пользование.

В вышеприведенном примере член класса с именем _instance это статический экземпляр класса SiteStructure. Это означает, что он может быть создан только один раз во время выполнения кода (runtime). Статические члены класса существуют только в одном месте.

Мы использовали статическое обращение к реальному, обычному объекту. Статическое свойство Instance позволяет упростить доступ к синглтону SiteStructure. Это публичное свойство, и оно также называется getter.

Private-конструктор означает, что класс не может быть создан ни в каком другом месте программы, кроме собственных методов. Таким образом, к нему нужно получить доступ через обращение к синглтон. Это использует декорацию ключевого слова sealed для улучшения некоторых опций оптимизации.

Статический класс. Также Вы можете создать статический класс с помощью ключевого слова static. В следующем примере посмотрим, как используется ключевое слово static с классом и конструктором. Статические классы могут быть проще, но пример с синглтоном имеет много преимуществ. Имеется множество важных отличий между шаблоном дизайна синглтон и использованием ключевого слова static с классами. Статические классы и синглтоны и обеспечивают совместное использование избыточных объектов в памяти, но они отличаются по использованию и реализации.

Использование статических классов для глобальных данных. Вы можете использовать статические классы для сохранения глобальных данных в одном экземпляре. Этот класс обычно будет инициализирован «лениво», в последний возможный момент, делая запуск быстрее. Однако Вы теряете управление над четким поведением приложения, и статические конструкторы медленные.

Синглтон. Синглтоны сохраняют стандартный подход к классам, и не требуют использовать везде ключевое слово static. Они могут быть более требовательными для первой реализации, однако значительно упрощают архитектуру Вашей программы. В отличие от статических классов, мы можем использовать синглтоны как параметры методов, или как объекты.

Интерфейсы. Вы можете использовать синглтоны с интерфейсами точно так же, как и любые другие классы. На языке C# interface это контракт, и объекты, которые имеют интерфейс, должны удовлетворять всем требованиям к этому интерфейсу.

Повторное использование синглтона. Здесь мы можем использовать синглтон в любом методе, который принимает интерфейс. Нам не надо будет переписывать ничего снова и снова. Это показывает лучшие практики объектно-ориентированного программирования. Подробнее про тип интерфейса языка C# см. Interface site:dotnetperls.com.

Итак, синглтоны позволяют Вам повторно использовать код, и делают проще управление состоянием объекта. Это улучшает совместное использование кода, и может привести к намного более чистому телу кода. С меньшим количеством кода Ваши программы будут содержать меньше ошибок, и их будет проще поддерживать.

Инструкции. Лучшее понимание статических полей дает рассмотрение инструкций IL. Это также дает нам хорошую идею о том, как модификаторы static влияют на производительность (часто «static» улучшает производительность).

IL это сокращение от Intermediate language (промежуточный язык). Код существует на многих уровнях, абстракция реализована в виде лестницы. На самых высоких уровнях абстракции у нас есть код C#. На уровне ниже работает IL.

Инструкции. На IL есть инструкции (коды операций), которые манипулируют стеком. Эти инструкции, называемые годами операций промежуточного языка (IL opcode), находятся в реляционной базе данных, называемой метаданными (metadata).

У теории компилятора есть 2 части. Первая это анализ, где исходный код парсится, и в результате получается таблица символов. Вторая это синтез, где генерируется объектный код, и он записывается в исполняемый файл.

Анализ: исходный код обрабатывается, и создается таблица символов. Анализ работает перед синтезом.

Синтез: генерируется объектный код, и записывается в исполняемый файл. Анализ и синтез приводят к промежуточной форме программы.

При выполнении промежуточной формы запускается другой компилятор, JIT, который выполнит еще больше оптимизаций.

Этот код C# скомпилируется в следующий промежуточный код:

На языке C# такие операторы, как goto, while, for, break и return могут быть реализованы вариантами инструкции ветвления.

Перед вызовом Console.WriteLine место нахождения локальной переменной, которую мы записываем, проталкивается в стек вычислений. Это используется в качестве аргумента.

Строка L_0011 реализует другую инструкцию, которая возвращает управление в начала цикла, если условие цикла соблюдается. Это еще одно ветвление.

Примечание: инструкции ветвления используют метки на IL. На низком уровне ветвления по сути это операторы goto.

Дизассемблер IL. Чтобы понимать язык C#, рекомендуется изучать критические куски кода, который Вы пишете, с помощью дизассемблирования промежуточного языка. IL Disassembler предоставляется средой программирования Visual Studio. Подробнее см. IL Disassembler site:dotnetperls.com.

Здесь для нас важен вызов метода A(). Если его аргумент равен 1, то он что-то записывает в консоль. Рассмотрим листинг дизассемблера этого метода. Константа 1 проталкивается в стек инструкцией ldc, и используется ветвление с помощью инструкции bne. Если два значения на вершине стека (константа 1 и аргумент int) не равны, то происходит переход вперед по метке IL_000f.

Еще пример: в методе Main мы создаем экземпляр класса Program и вызываем метод A экземпляра. В конце мы вызываем статический метод B.

Вот что получилось на IL:

Код на C#, который использует метод экземпляра:

Результат дизассемблирования IL метода Main:

Код C#, который использует static-метод:

Результат дизассемблирования IL метода Main:

Очевидно, что короче код, вызывающий статический метод, и он должен работать быстрее вызова метода экземпляра (callvirt). Результаты тестирования показывают, что вызов метода экземпляра примерно на 1.23% медленнее вызова статического метода.

Рассмотрим пример, где будут использоваться инструкции ldarg.0 и ldarg.1. Здесь числа 0 и 1 относятся к позиции аргумента в списке аргументов (формальный список параметров). Это означает, что в нашем примере ldarg.0 проталкивает в стек вычислений int32, и ldarg.1 проталкивает строку.

Метод на C#, у которого 2 параметра:

Соответствующий код на IL:

Как на IL используются локальные переменные? Они выделяются отдельно и к ним осуществляется доступ по индексам с помощью инструкции ldloc. В нашем примере ниже 4 локальные переменные индексируются числами 0, 1, 2 и 3. Эти индексы будут впоследствии использоваться в IL.

Примечание: на промежуточном языке секция «.locals» показывает, что 4 локальные переменные выделяются каждый раз при вызове метода.

Метод C#, который вводит локальные переменные:

Соответствующий код IL:

Соответствующий код IL:

Следующий пример программы создает массив int из 10 элементов. Первый элемент инициализируется компилятором так, что никакой код не удаляется.

Соответствующее представление этого примера на IL:

Константа 10 загружается в стек перед инструкцией newarr. Это приведет к тому, что в массиве будет десять элементов.

Давайте рассмотрим простой метод C#, который возвращает целочисленное значение. Этот метод добавляет 2 к своему аргументу.

Соответствующий код IL:

Как Вы можете видеть, к аргументу осуществляется доступ с помощью инструкции ldarg.0. В конце метода стоит инструкция ret. Стек вычислений в момент выполнения ret сохраняет результат сложения с помощью инструкции add, это значение и возвращается.

Когда Вы назначаете элементы в массиве сам массив проталкивается в стек (newarr). Индекс, который Вы используете в массиве, проталкивается в стек (ldc), и проталкивается в стек значение, которое Вы хотите поместить в массив (ldloc).

Может ли определенный тип элементов работать быстрее, чем другие? Тест быстродействия stelem показывает, что тип данных unsigned int (т. е. Uint32) наиболее эффективный при установке значений в массиве. Тип char из трех тестов был самый медленный. Скорость тестировалась на 100 миллионах итераций, повторенных 100 раз.

Соответствующий код IL:

Соответствующий код IL:

[Общие выводы]

Нет смысла каждый день исследовать промежуточный язык (IL). Он обычно делает все что нужно, без каких-либо замечаний. Однако рассмотрение IL открывает новые пути к пониманию, что делает код C#.

Использование static. Мы можем использовать static-класс в программе для упрощения нашего синтаксиса. В примере ниже показано использование статических классов System.Math и System.Console. Мы можем запускать вызов Math.Abs просто по имени функции «Abs», так как эту возможность предоставляет статический класс System.Math. Мы избегаем использование Console в вызове WriteLine. Для этого нужна директива «using static System.Console».

На языках C и C++ существуют статические локальные переменные, представляя место хранения данных с постоянным временем жизни. Эта концепция не существует в языке C#. Однако const может использоваться в методе.

Подпрограммы доступа. Книжка «Code Complete» (автор Steve McConnell) показывает стратегии использования глобальных переменных в программах, не создающие проблем с поддержкой кода.

Глобальные переменные полезны. Но они могут привести к проблемам, которые сложно выявить и устранить. Многие программы могут получить выгоду от глобальных переменных, если их использовать управляемым способом. Для этого мы используем ключевое слово static. Может также использоваться отдельный статический класс.

Пример ниже показывает, как ключевое слово static описывает поле, свойство или метод, которые являются частью типа, но не экземпляра типа. Это ключевое слово было выбрано по историческим соображениям, поскольку использовалось на языках C и C++.

В примере используется 2 файла: один GlobalVar.cs содержит глобальные переменные в статическом классе, и другой Program.cs, который использует глобальный класс.

Класс для глобальных переменных, GlobalVar.cs:

C# program that uses global variables, Program.cs

GlobalString это пример глобальной публичной переменной. Это поле постоянное. Вы должны назначить ему значение в момент декларации, в пространстве декларации класса.

Переменная GlobalValue это свойство, у которого есть методы доступа get и set (accessors). Это подпрограммы доступа к хранилищу данных свойства. Хранилище это поле со ссылкой типа int. Поле _globalValue модифицируется аксессором set. Доступ к этому полю осуществляется аксессором get.

Класс глобальной переменной содержит глобальное поле типа Boolean. На языке C# тип bool является псевдонимом типа System.Boolean, который наследуется от типа System.ValueType.

Предупреждение: поле bool может вызвать проблемы в программе, если у него нет подпрограмм для доступа.

Подпрограммы доступа. Глобальные переменные используются более эффективно, когда к ним осуществляется доступ с помощью специальных подпрограмм (access routines). Вы можете использовать подпрограммы доступа в почти любом языке программирования. Методы доступа предоставляют еще один уровень абстракции о том, как Вы используете глобальные переменные.

В приведенном примере аксессор к свойству (get) это и есть подпрограмма доступа

Потоки. Статические поля могут привести к проблемам в многопоточном окружении. Подпрограмма доступа должна предоставить механизм блокировки с помощью оператора lock. Подробнее см. Global Variables ASP.NET site:dotnetperls.com, Lock site:dotnetperls.com.

Подобная проблема встречается во многих приложениях Windows Forms, которые используют потоки BackgroundWorker (см. BackgroundWorker site:dotnetperls.com).

Итак, мы используем глобальные переменные путем добавления статического класса с константами, свойствами и публичными полями. Вы также можете определить методы с параметрами, чтобы получить доступ к статическим переменным.

Заключение: мы используем static-методы для доступа к данным, базируясь на типе (не на экземпляре типа!). С static-классами мы обрабатываем глобальные переменные и поля, существующие в единственном экземпляре. Static-конструкторы инициализируют данные, но могут приводить к генерации медленного кода. Static-определения могут привести к усложнению кода. Может произойти, что значения static-полей станет недопустимым. В таких ситуациях лучше использовать экземпляры класса.

Источник

Adblock
detector