Классы и объекты C#: преобразование типов, ключевые слова as и is

На данный момент мы знаем как в C# работает наследование, как создавать потомков класса и их использовать в свих приложениях. Однако, при использовании механизмов наследования в C# (и не только) достаточно часто возникает необходимость преобразования типов объектов или же определить какой тип фактически использовался при создании какого-либо объекта в иерархии. С такой потребностью мы могли столкнуться, например, в теме про полиморфизм. До сих пор мы имели представление о преобразовании базовых типов данных. В этой части мы разберемся с тем как можно производить преобразования пользовательских типов данных.

Иерархия классов C#

Рассмотрим следующую иерархию классов:

class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public Person(string name)
    {
        Name = name;
    }
    public void Display()
    {
        Console.WriteLine($"Person {Name}");
    }
}


class Employee : Person
{
    public string Company { get; set; }
    public Employee(string name, string company) : base(name)
    {
        Company = company;
    }
}


class Client : Person
{
    public string Bank { get; set; }
    public Client(string name, string bank) : base(name)
    {
        Bank = bank;
    }
}

Цепочка наследования в этой иерархии следующая: Object —> Person —> Employee|Client.

Базовым типом для всех наших классов является Object. У классов Employee и Client классом-родителем является класс Person.  На примере этой цепочки наследования мы и рассмотрим преобразования типов в C#.

Восходящее преобразование (upcasting) в C#

Как мы уже знаем из темы про полиморфизм в C#, объекты производного типа (наследники), которые находятся внизу иерархии классов, в то же время представляют собой и базовый тип (родителя).

Например, объект Employee одновременно является и объектом класса Person и мы можем написать, например, следующее:

    Employee employee = new Employee("Ваня", "Рога и Копыта");
    Person person = employee; //преобразование от Employee к Person
    Console.WriteLine(person.Name);

В приведенном примере переменной person типа Person присваивается ссылка на объект типа Employee. Однако, для того, чтобы сохранить ссылку на объект одного класса в переменную другого класса, необходимо выполнить преобразование типов.  В нашем случае от типа Employee (наследник) к типу Person (родитель). А так как Employee наследуется от Person, то в C# автоматически выполняется неявное восходящее преобразование — преобразование к типу, находящемуся выше в иерархии классов, то есть к базовому классу (родителю). Это и есть upcasting.

В итоге переменные employee и person будут указывать на один и тот же объект в памяти, однако переменной person будет доступна только та часть свойств и методов класса, которая имеется у типа Person.

Аналогичным образом происходят и другие восходящие преобразования, например:

Person person2 = new Client("Василий", "Мегапроект");//преобразование от Client к Person

Здесь переменная person2, которая имеет тип Person, хранит ссылку на объект Client, поэтому также выполняется восходящее неявное преобразование от производного класса Client к базовому типу Person. Восходящее неявное преобразование будет происходить и этом примере:

object person1 = new Employee("Tom", "Microsoft");  // от Employee к object
object person2 = new Client("Bob", "ContosoBank");  // от Client к object
object person3 = new Person("Sam");                 // от Person к object

Так как тип object — это базовый для всех остальных типов данных, то преобразование к нему будет производиться автоматически.

Нисходящее преобразование (downcasting) в C#

Помимо восходящих преобразований от производного к базовому типу есть нисходящие преобразования или downcasting, то есть преобразование от базового типа к производному. Например, в следующем коде переменная person хранит ссылку на объект Employee:

Employee employee = new Employee("Tom", "Microsoft");
Person person = employee;   // преобразование от Employee к Person

Может возникнуть вопрос: можно ли обратиться к свойствам и методом типа Employee через переменную типа Person. В C# такие преобразования автоматически  не проходят. Для нисходящего преобразования необходимо применить явное преобразование, указав в скобках тип, к которому нужно выполнить преобразование (аналогичный пример у нас был в теме про полиморфизм и ещё раньше — в теме про преобразование базовых типов):

Employee employee = new Employee("Tom", "Microsoft");
Person person = employee;   // преобразование от Employee к Person

//Employee employee2 = person;    // так нельзя, нужно явное преобразование
Employee employee2 = (Employee)person;  // преобразование от Person к Employee

Ниже представлены некоторые примеры нисходящих преобразований в C#:

// Объект Employee также представляет тип object
object obj = new Employee("Bill", "Microsoft");

// чтобы обратиться к возможностям типа Employee, приводим объект к типу Employee
Employee emp = (Employee) obj;

// объект Client также представляет тип Person
Person person = new Client("Sam", "ContosoBank");

// преобразование от типа Person к Client
Client client = (Client)person;

В первом случае переменной obj присвоена ссылка на объект Employee, поэтому мы можем преобразовать объект obj к любому типу который располагается в иерархии классов между типов object и Employee.

Если нам надо обратиться к каким-то отдельным свойствам или методам объекта, то нам необязательно присваивать преобразованный объект переменной :

// Объект Employee также представляет тип object
object obj = new Employee("Bill", "Microsoft");


// преобразование к типу Person для вызова метода Display
((Person)obj).Display();
// либо так
// ((Employee)obj).Display();


// преобразование к типу Employee, чтобы получить свойство Company
string comp = ((Employee)obj).Company;

// Объект Employee также представляет тип object
object obj = new Employee("Bill", "Microsoft");

// преобразование к типу Client, чтобы получить свойство Bank
string bank = ((Client)obj).Bank;

Employee emp = new Person("Tom");   // ! Ошибка

Person person = new Person("Bob");
Employee emp2 = (Employee) person;  // ! Ошибка

Способы преобразований C#

Ключевое слово AS

С помощью ключевого слова AS программа пытается преобразовать выражение к определенному типу и при этом не выдает исключение. В случае неудачного преобразования выражение будет содержать значение null:

Person person = new Person("Tom");
Employee emp = person as Employee;
if (emp == null)
{
    Console.WriteLine("Преобразование прошло неудачно");
}
else
{
    Console.WriteLine(emp.Company);
}

Исключение InvalidCastException

Второй способ заключается в отлавливании исключения InvalidCastException, которое возникнет в результате неудачного преобразования:

Person person = new Person("Tom");
try
{
    Employee emp = (Employee)person;
    Console.WriteLine(emp.Company);
}
catch (InvalidCastException ex)
{
    Console.WriteLine(ex.Message);
}

Про работу с исключениями мы подробнее поговорим в одной из следующих частей учебника.

Проверка доступности преобразования. Ключевое слово is

Третий способ заключается в проверке допустимости преобразования с помощью ключевого слова is:

Person person = new Person("Tom");
if(person is Employee)
{
    Employee emp = (Employee)person;
    Console.WriteLine(emp.Company);
}
else
{
    Console.WriteLine("Преобразование не допустимо");
}

Person person = new Person("Tom");
if (person is Employee emp)
{
    Console.WriteLine(emp.Company);
}
else
{
    Console.WriteLine("Преобразование не допустимо");
}