Static — pola, metody, klasy i konstruktor statyczny

Każdy bilet ma własny numer, ale licznik wydanych numerów musi być jeden na całą kasę. To dobry moment, żeby rozdzielić dane obiektu od danych typu.

C# static const klasa statyczna 45–90 min

CEL LEKCJI

Czego się dziś nauczysz

Rozstrzygniesz, czy dana opisuje obiekt, czy całą klasę.
Zadeklarujesz pole i metodę statyczną oraz odwołasz się do nich poprawnie.
Wyjaśnisz komunikaty CS0176 i CS0120.
Napiszesz klasę statyczną z metodami pomocniczymi.
Odróżnisz const od static readonly.

Przygotowanie: lekcje 01–43. Przewidywany czas: 45–90 minut z zadaniami. Przykłady wymagają .NET 8 lub nowszego, z włączonymi ImplicitUsings i Nullable.

TEORIA

Licznik, który musi być jeden

Każdy bilet ma własny numer. Ale numer bierze się z licznika, który musi być wspólny dla wszystkich biletów — inaczej każdy zaczyna od jedynki.

tak nie zadziała

class Bilet
{
    private int licznik = 0;          // pole obiektu - kazdy ma swoje
    public int Numer { get; }

    public Bilet()
    {
        licznik++;
        Numer = licznik;
    }
}

Console.WriteLine(new Bilet().Numer);   // 1
Console.WriteLine(new Bilet().Numer);   // 1  - znowu jeden!
Console.WriteLine(new Bilet().Numer);   // 1

Każdy nowy bilet dostaje własny, świeży licznik. Potrzebujemy czegoś, co należy do typu, a nie do obiektu:

Program.cs

class Bilet
{
    private static int licznik = 0;    // JEDNO pole dla calej klasy
    public int Numer { get; }

    public Bilet()
    {
        licznik++;
        Numer = licznik;
    }

    public static int LiczbaWydanych => licznik;
}

Console.WriteLine(new Bilet().Numer);        // 1
Console.WriteLine(new Bilet().Numer);        // 2
Console.WriteLine(new Bilet().Numer);        // 3
Console.WriteLine(Bilet.LiczbaWydanych);     // 3

Jedno pytanie rozstrzyga wszystko

„Czy ta wartość opisuje konkretny obiekt, czy wszystkie obiekty tej klasy?” Numer biletu opisuje jeden bilet — to pole obiektu. Liczba wydanych biletów opisuje całość — to pole static.

TEORIA

Odwołanie przez nazwę typu

Program.cs

Bilet b = new Bilet();

Console.WriteLine(b.Numer);                  // pole obiektu - przez zmienna
Console.WriteLine(Bilet.LiczbaWydanych);     // skladowa statyczna - przez TYP

// Console.WriteLine(b.LiczbaWydanych);      // BLAD CS0176

Składowej statycznej nie odczytujemy przez zmienną obiektową. To nie jest kwestia stylu — kompilator odrzuca taki zapis komunikatem CS0176.

	Składowa obiektu	Składowa `static`
Ile egzemplarzy	po jednym na obiekt	jeden na całą klasę
Odwołanie	`obiekt.Nazwa`	`Klasa.Nazwa`
Widzi pola obiektu	tak	nie — nie wie, o który obiekt chodzi
Widzi pola statyczne	tak	tak
Powstaje	przy `new`	przy pierwszym użyciu klasy

definicja typu

class Bilet
{
    private static int licznik;
    private int numer;

    public static void Zeruj()
    {
        licznik = 0;         // wolno - pole statyczne
        // numer = 0;        // BLAD CS0120 - ktorego biletu numer?
    }

    public void Pokaz()
    {
        Console.WriteLine(numer);      // wolno - pole tego obiektu
        Console.WriteLine(licznik);    // wolno - pole wspolne
    }
}

CS0120 — najczęstszy komunikat tej lekcji

„Wymagane jest odwołanie do obiektu dla pola niestatycznego” znaczy: metoda statyczna próbuje sięgnąć po pole obiektu, a nie wie, o który obiekt chodzi. Rozwiązania są dwa: usunąć static z metody albo przekazać jej obiekt jako parametr.

TEORIA

Trzy uczciwe zastosowania i jedna pułapka

1. Stałe i wartości wspólne

Program.cs

public static class Fizyka
{
    public const double G = 9.81;
}

Console.WriteLine(Math.PI);          // tak samo dziala biblioteka .NET

2. Metody pomocnicze bez stanu

Metoda, która liczy wynik wyłącznie z argumentów, nie potrzebuje obiektu:

Program.cs

public static class Konwerter
{
    public static double NaFarenheita(double celsjusz) => celsjusz * 9 / 5 + 32;
    public static double NaCelsjusza(double farenheit) => (farenheit - 32) * 5 / 9;
}

Console.WriteLine(Konwerter.NaFarenheita(20));   // 68

Cała klasa Math działa dokładnie tak: Math.Abs, Math.Round, Math.Max — nigdzie nie tworzysz obiektu Math.

3. Liczniki i rejestry dotyczące całej klasy

Liczba utworzonych obiektów, wspólny limit, numer kolejny — to, co opisuje zbiór, a nie egzemplarz.

Klasa statyczna

Program.cs

public static class Konwerter
{
    // wszystkie skladowe musza byc static
    // nie da sie napisac new Konwerter()
}

Pułapka: stan globalny

Pole static, które zmienia się w trakcie działania programu, to wspólna zmienna dla całej aplikacji. Dwa miejsca programu mogą ją zmieniać niezależnie od siebie, a błąd objawia się w trzecim. Statyczne trzymamy stałe i metody bez stanu; statyczny zmienny stan stosujemy świadomie i rzadko — licznik biletów jest tu wyjątkiem uzasadnionym.

Konstruktor statyczny

definicja typu

class Konfiguracja
{
    public static readonly string Wersja;

    static Konfiguracja()          // bez modyfikatora dostepu i bez parametrow
    {
        Wersja = "1.0";
        Console.WriteLine("konstruktor statyczny wykonal sie raz");
    }
}

Wykonuje się raz, automatycznie, przed pierwszym użyciem klasy. Nie wywołujesz go sam i nie wiesz dokładnie kiedy się uruchomi — dlatego nie umieszcza się w nim niczego, co zależy od kolejności.

PRZYKŁAD

Przykład: kasa biletowa z licznikiem

Program.cs

class Bilet
{
    private static int licznik = 0;
    private static readonly decimal oplata = 2.00m;

    public int Numer { get; }
    public string Wydarzenie { get; }
    public decimal Cena { get; }

    public Bilet(string wydarzenie, decimal cena)
    {
        licznik++;
        Numer = licznik;
        Wydarzenie = wydarzenie;
        Cena = cena + oplata;
    }

    public static int LiczbaWydanych => licznik;

    public static decimal Utarg { get; private set; }

    public void Sprzedaj()
    {
        Utarg += Cena;
    }

    public string Opis() => $"#{Numer,-3} {Wydarzenie,-16} {Cena,6:F2} zl";
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        Bilet a = new Bilet("Turniej retro", 18.50m);
        Bilet b = new Bilet("Noc robotow", 12.00m);
        Bilet c = new Bilet("Turniej retro", 18.50m);

        a.Sprzedaj();
        c.Sprzedaj();

        Console.WriteLine(a.Opis());
        Console.WriteLine(b.Opis());
        Console.WriteLine(c.Opis());

        Console.WriteLine();
        Console.WriteLine($"Wydanych biletow: {Bilet.LiczbaWydanych}");
        Console.WriteLine($"Utarg: {Bilet.Utarg:F2} zl");

        // Console.WriteLine(a.LiczbaWydanych);   // CS0176
    }
}

wynik w konsoli

#1   Turniej retro     20,50 zl
#2   Noc robotow       14,00 zl
#3   Turniej retro     20,50 zl

Wydanych biletow: 3
Utarg: 41,00 zl

Co dzieje się po kolei

Trzy bilety dostały numery 1, 2 i 3, bo licznik jest jeden dla całej klasy.
Numer, Wydarzenie i Cena opisują konkretny bilet — to składowe obiektu.
LiczbaWydanych i Utarg opisują całą sprzedaż — to składowe statyczne, odczytywane przez nazwę klasy.
Utarg ma prywatny setter, więc rośnie tylko przez metodę Sprzedaj. Dwa bilety sprzedane, trzeci nie — stąd 41 zamiast 55.
oplata jest statyczna i readonly: jedna wartość dla wszystkich biletów, nie do zmiany w trakcie.
Zakomentowany wiersz pokazuje CS0176 — składowej statycznej nie odczytamy przez zmienną obiektową.

ELEMENTY WBUDOWANE

Zestawienie elementów

Element	Znaczenie	Uwagi
`static` przy polu	jedno pole na całą klasę	Istnieje niezależnie od tego, czy powstał jakikolwiek obiekt.
`static` przy metodzie	metoda typu	Nie widzi pól obiektu; próba użycia daje CS0120.
`static class`	klasa bez obiektów	Wszystkie składowe muszą być statyczne; `new` jest zabronione.
`const`	stała kompilacji	Zawsze statyczna, choć nie piszemy `static`. Tylko typy proste i napisy.
`static readonly`	stała ustalana w trakcie	Dla wartości, których nie da się policzyć przy kompilacji.
konstruktor statyczny	jednorazowa inicjalizacja typu	Bez modyfikatora i bez parametrów; wykonuje się raz, automatycznie.
`Klasa.Skladowa`	odwołanie do składowej statycznej	Przez nazwę typu, nigdy przez zmienną obiektową.
CS0176 / CS0120	komunikaty	Statyczna przez obiekt / pole obiektu w metodzie statycznej.

CZĘSTE BŁĘDY

Zanim utkniesz

Zapis	Problem
Pole licznika bez `static`	Każdy obiekt zaczyna liczyć od nowa — dokładnie przykład z początku lekcji.
`obiekt.SkladowaStatyczna`	CS0176. Odwołuj się przez nazwę klasy.
Pole obiektu w metodzie statycznej	CS0120 — metoda nie wie, o który obiekt chodzi.
`static` „żeby się skompilowało”	Dopisanie `static` do wszystkiego usuwa błędy i przy okazji usuwa sens obiektów.
Zmienny stan statyczny w całej aplikacji	Dwa miejsca zmieniają tę samą wartość, a błąd wychodzi w trzecim. Statyczne trzymaj stałe i metody bez stanu.
`const` dla wartości liczonej w trakcie	`const` wymaga wartości znanej przy kompilacji. Użyj `static readonly`.
Wywołanie konstruktora statycznego ręcznie	Nie da się — uruchamia go środowisko przed pierwszym użyciem klasy.

ZADANIA

Zadania

ZAD 1Licznik obiektów★☆☆

Napisz klasę Uczestnik, która w konstruktorze zwiększa statyczny licznik. Utwórz pięć obiektów i wypisz liczbę utworzonych przez nazwę klasy.

ZAD 2Numer kolejny★☆☆

Rozbuduj klasę tak, żeby każdy uczestnik dostawał kolejny numer zapisany we właściwości tylko do odczytu. Wypisz numery wszystkich pięciu.

ZAD 3Klasa narzędziowa★★☆

Napisz klasę statyczną Konwerter z metodami przeliczającymi temperaturę w obie strony oraz kilometry na mile. Sprawdź, jaki komunikat daje próba napisania new Konwerter().

ZAD 4Stała czy pole★★☆

W klasie Kolo zapisz liczbę pi na trzy sposoby: jako const, jako static readonly i jako zwykłe pole obiektu. Dla każdego wypisz w komentarzu, kiedy jest ustalana wartość i ile jest egzemplarzy.

ZAD 5Statyczna kontra obiektowa★★☆

Napisz klasę Licznik z jednym polem statycznym i jednym polem obiektu, obydwoma zwiększanymi w tej samej metodzie. Utwórz trzy obiekty, wywołaj metodę po dwa razy na każdym i wypisz oba liczniki. Wyjaśnij różnicę wyników.

ZAD 6Rejestr wypożyczeń★★★

Napisz klasę Sprzet, w której każdy obiekt ma własny numer inwentarzowy, a klasa pamięta łączną liczbę wypożyczeń wszystkich egzemplarzy oraz numer ostatnio wypożyczonego. Dodaj statyczną metodę zerującą rejestr i zastanów się, komu wolno ją wywołać. W komentarzu napisz, które dane musiały być statyczne i dlaczego reszta nie mogła.

PODSUMOWANIE

Co trzeba zapamiętać

Składowa static należy do klasy; istnieje w jednym egzemplarzu niezależnie od liczby obiektów.
Odwołujemy się do niej przez nazwę typu, nigdy przez zmienną obiektową (CS0176).
Metoda statyczna nie widzi pól obiektu (CS0120).
Pytanie rozstrzygające: czy wartość opisuje jeden obiekt, czy wszystkie.
Klasa statyczna nie pozwala tworzyć obiektów — tak działa Math.
const to wartość znana przy kompilacji, static readonly — ustalana w trakcie.
Zmienny stan statyczny to wspólna zmienna całej aplikacji; używaj go świadomie i rzadko.

Dokumentacja: Microsoft Learn — temat tej lekcji.