Привет! Ты когда-нибудь задумывался, почему Java устроена именно так, как она устроена? В том смысле, что ты создаешь классы, на их основе - объекты, у классов есть методы и т.д.

Но почему структура языка такова, что программы состоят именно из классов и объектов, а не из чего-то другого? Зачем было придумано понятие «объект » и поставлено во главу угла? Все ли языки устроены так и, если нет, какие преимущества это дает Java? Вопросов, как видишь, много:) Попробуем ответить на каждый из них в сегодняшней лекции.

Что такое объектно-ориентированное программирование (ООП)

Конечно, Java не просто так состоит из объектов и классов. Это не прихоть ее создателей, и даже не их изобретение. Есть множество других языков, в основе которых лежат объекты. Первый такой язык назывался Simula , и его изобрели еще в 1960-х годах в Норвегии. Помимо всего прочего, в Simula появились понятия «класс » и «метод ». Кристен Нюгор и Оле Йохан Даль - создатели Simula

Казалось бы, Simula - древний язык по меркам программирования, но их «родственную» связь с Java видно невооруженным глазом. Скорее всего, ты легко прочтешь написанный на нем код и в общих чертах объяснишь, что он делает:) Begin Class Rectangle (Width, Height) ; Real Width, Height; Begin Real Area, Perimeter; Procedure Update; Begin Area : = Width * Height; OutText ("Rectangle is updating, Area = " ) ; OutFix (Area, 2 , 8 ) ; OutImage; Perimeter : = 2 * (Width + Height) ; OutText ("Rectangle is updating, Perimeter = " ) ; OutFix (Perimeter, 2 , 8 ) ; OutImage; End of Update; Update; OutText ("Rectangle created: " ) ; OutFix (Width, 2 , 6 ) ; OutFix (Height, 2 , 6 ) ; OutImage; End of Rectangle; Rectangle Class ColouredRectangle (Color) ; Text Color; Begin OutText ("ColouredRectangle created, color = " ) ; OutText (Color) ; OutImage; End of ColouredRectangle; Ref (Rectangle) Cr; Cr : - New ColouredRectangle (10 , 20 , "Green" ) ; End; Пример кода взят из статьи Simula - 50 лет ООП . Как видишь, Java и его предок не так уж сильно отличаются друг от друга:) Это связано с тем, что появление Simula ознаменовало собой рождение новой концепции - объектно-ориентированного программирования . Википедия дает такое определение ООП: Объе́ктно-ориенти́рованное программи́рование (ООП) - методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования. Оно, на мой взгляд, очень удачное. Ты недавно начал изучать Java, но в нем вряд ли найдутся незнакомые тебе слова:) Сегодня ООП - самая распространенная методология программирования. Помимо Java используются во многих популярных языках, о которых ты, возможно, слышал. Это C++ (его активно применяют разработчики компьютерных игр), Objective-C и Swift (на них пишут программы для устройств Apple), Python (наиболее востребован в машинном обучении), PHP (один из самых популярных языков веб-разработки), JavaScript (проще сказать, чего на нем не делают) и многие другие. Собственно говоря, что это за «принципы» ООП? Расскажем подробнее.

Принципы ООП

Это основа основ. 4 главные особенности, которые вместе образуют парадигму объектно-ориентированного программирования. Их понимание - ключ к становлению успешного программиста.

Принцип 1. Наследование.

Хорошая новость: с некоторыми из принципов ООП ты уже знаком! :) Наследование нам уже пару раз встречалось в лекциях, и мы успели с ним поработать. Наследование - механизм, который позволяет описать новый класс на основе существующего (родительского). При этом свойства и функциональность родительского класса заимствуются новым классом. Для чего нужно наследование и какие преимущества оно дает? Прежде всего - повторное использование кода. Поля и методы, описанные в родительских классах, можно использовать в классах-потомках. Если у всех типов автомобилей есть 10 общих полей и 5 одинаковых методов, тебе достаточно вынести их в родительский класс Auto . Ты сможешь использовать их в классах-потомках безо всяких проблем. Сплошные плюсы: и количественно (меньше кода), и, как следствие, качественно (классы становятся гораздо проще). При этом механизм наследования очень гибкий, и недостающую в потомках функциональность ты можешь дописать отдельно (какие-то специфические для конкретного класса поля или поведение). В общем, как и в обычной жизни: все мы чем-то похожи на наших родителей, а чем-то отличаемся от них:)

Принцип 2. Абстракция

Это очень простой принцип. Абстракция означает выделение главных, наиболее значимых характеристик предмета и наоборот - отбрасывание второстепенных, незначительных. Не будем изобретать велосипед и вспомним пример из старой лекции про классы. Скажем, мы создаем картотеку работников компании. Для создания объектов «работник» мы написали класс Employee . Какие характеристики важны для их описания в картотеке компании? ФИО , дата рождения , номер социального страхования , ИНН . Но вряд ли в карточке такого типа нам нужны его рост, цвет глаз и волос. Компании эта информация о сотруднике ни к чему. Поэтому для класса Employee мы зададим переменные String name , int age , int socialInsuranceNumber и int taxNumber , а от лишней для нас информации вроде цвета глаз откажемся, абстрагируемся. А вот если мы создаем картотеку фотомоделей для агентства, ситуация резко меняется. Для описания фотомодели нам как раз очень важны рост , цвет глаз и цвет волос , а номер ИНН не нужен. Поэтому в классе Model мы создаем переменные String height , String hair , String eyes .

Принцип 3. Инкапсуляция

С ним мы уже сталкивались. Инкапсуляция в Java означает ограничение доступа к данным и возможностям их изменения. Как видишь, в его основе лежит слово «капсула». В эту «капсулу» мы прячем какие-то важные для нас данные, которые не хотим, чтобы кто-то менял. Простой пример из жизни. У тебя есть имя и фамилия. Их знают все твои знакомые. Но у них нет доступа к изменению твоего имени и фамилии. Этот процесс, можно сказать, «инкапсулирован» в паспортном столе: поменять имя фамилию можно только там, и сделать это можешь только ты. Остальные «пользователи» имеют доступ к твоему имени и фамилии «только на чтение»:) Еще один пример - деньги в твоей квартире. Оставлять их на виду посреди комнаты - не лучшая идея. Любой «пользователь» (человек, пришедший к тебе домой) сможет изменить число твоих денег, т.е. забрать их. Лучше инкапсулировать их в сейфе. Доступ будет только у тебя и только по специальному коду. Очевидные примеры инкапсуляции, с которыми ты уже работал, - это модификаторы доступа (private , public и т.д.), а также геттеры-сеттеры. Если поле age у класса Cat не инкапсулировать, кто угодно сможет написать: Cat. age = - 1000 ; А механизм инкапсуляции позволяет нам защитить поле age при помощи метода-сеттера, в который мы можем поместить проверку того, что возраст не может быть отрицательным числом.

Принцип 4. Полиморфизм

Полиморфизм - это возможность работать с несколькими типами так, будто это один и тот же тип. При этом поведение объектов будет разным в зависимости от типа, к которому они принадлежат. Звучит сложновато? Сейчас разберемся. Возьмем самый простой пример - животных. Создадим класс Animal с единственным методом - voice() , и двух его наследников - Cat и Dog . public class Animal { public void voice () { System. out. println ("Голос!" ) ; } } public class Dog extends Animal { @Override public void voice () { System. out. println ("Гав-гав!" ) ; } } public class Cat extends Animal { @Override public void voice () { System. out. println ("Мяу!" ) ; } } Теперь попробуем создать ссылку Animal и присвоить ей объект Dog . public class Main { public static void main (String args) { Animal dog = new Dog () ; dog. voice () ; } } Как ты думаешь, какой метод будет вызван? Animal.voice() или Dog.voice() ? Будет вызван метод класса Dog : Гав-гав! Мы создали ссылку Animal , но объект ведет себя как Dog . При необходимости он может вести себя как кошка, лошадь или другое животное. Главное - присвоить ссылке общего типа Animal объект конкретного класса-наследника. Это логично, ведь все собаки являются животными. Именно это мы имели в виду, когда говорили «поведение объектов будет разным, в зависимости от того, к какому типу они принадлежат». Если бы мы создали объект Cat - public static void main (String args) { Animal cat = new Cat () ; cat. voice () ; } метод voice() вывел бы «Мяу! ». А что значит «возможность работать с несколькими типами так, как будто это один и тот же тип»? Это тоже довольно легко. Давайте представим, что мы создаем парикмахерскую для животных. В нашей парикмахерской должны уметь стричь всех животных, поэтому мы создадим метод shear() («постричь») с параметром Animal - животным, которое мы будем стричь. public class AnimalBarbershop { public void shear (Animal animal) { System. out. println ("Стрижка готова!" ) ; } } И теперь мы можем передавать в метод shear и объекты Cat , и объекты Dog ! public static void main (String args) { Cat cat = new Cat () ; Dog dog = new Dog () ; AnimalBarbershop barbershop = new AnimalBarbershop () ; barbershop. shear (cat) ; barbershop. shear (dog) ; } Вот и наглядный пример: класс AnimalBarbershop работает с типами Cat и Dog так, как будто это один и тот же тип. При этом у Cat и Dog разное поведение: они по-разному подают голос.

Причины появления ООП

Почему вообще возникла эта новая концепция программирования - ООП ? У программистов были работающие инструменты: например, процедурные языки. Что же побудило их изобретать что-то принципиально новое? Прежде всего, усложнение задач, которые перед ними стояли. Если 60 лет назад задача программиста выглядела как «вычислить математическое уравнение такое-то», сейчас она может звучать как «реализовать 7 различных концовок для игры S.T.A.L.K.E.R. в зависимости от того, какие решения принимал пользователь в игровых моментах A, B, C , D, E, F и комбинаций этих решений». Задачи, как видишь, за прошедшие десятилетия явно усложнились. А значит, усложнились и типы данных. Это еще одна причина возникновения ООП. Пример с уравнением легко можно решить с помощью обычных примитивов, никаких объектов тут не надо. А вот задачу с концовками игры сложно будет даже описать, не используя каких-то придуманных тобой же классов. Но при этом описать ее в классах и объектах достаточно легко: нам явно будет нужен класс Игра , класс Сталкер , класс Концовка , класс РешениеИгрока , класс ИгровойМомент и так далее. То есть даже не приступив к решению задачи, мы в голове можем легко представить «наброски» ее решения. Усложнение задач поставило программистов перед необходимостью делить задачу на части. Но в процедурном программировании сделать это было не так просто. И очень часто программа представляла собой «дерево» из кучи веток со всеми возможными вариантами ее работы. В зависимости от каких-то условий, программа выполнялась по той или иной ветке. Для небольших программ такой вариант был удобен, но поделить на части объемную задачу было очень сложно. Эта необходимость стала еще одной причиной возникновения ООП. Эта концепция предоставила программистам возможность делить программу на кучу «модулей»-классов, каждый из которых делает свою часть работы. Все объекты, взаимодействуя между собой, образуют работу нашей программы. Кроме того, написанный нами код можно повторно использовать в другом месте программы, что также экономит большое количество времени. От переводчика: К сожалению, у меня нет сколько-нибудь значительного опыта перевода с английского, хотя я и довольно много читаю на английском. Но выяснилось, что читать и переводить – разные вещи. Также, к сожалению, у меня нет значительного опыта в программировании (недавно только сделал простейшее веб-приложение на Spring MVC и Hibernate). Поэтому перевод получился значительно хуже, чем мог бы быть. Я взял на себя смелость несколько подкорректировать примеры кода, которые даются в статье, так как они не соответствуют соглашениям по наименованию (code conventions) в Java. Возможно, не стоило переводить название некоторых паттернов (такой перевод мало что дает для понимания), но я посчитал, что это меньшее зло. Отдельно стоит сказать о "высокой сцепленности" как переводе "high cohesion". Согласен, не самый лучший перевод. Но "сильная связность" - это "high coupling" (другое важное понятие), а "когерентность" здесь вряд ли подойдет. Я открыт для критики и с признательностью приму замечания по статье в любой форме. Объектно-ориентированное программирование – это стиль программирования, в котором программа состоит из компонентов, соответствующих объектам реального мира Любой реальный объект имеет какие-то свойства (которые могут изменяться или нет с течением времени) и поведение (которое может меняться или нет в зависимости от других условий). Например, карандаш – это объект реального мира, который имеет следующие свойства:

• Он красный (это не меняется с течением времени).
• Он 10 сантиметров в длину сейчас (это может меняться, если карандаш заточить).

И он имеет следующее поведение:

• Он оставляет след, если его использовать правильно.
• След может отличаться в зависимости от давления (зависит от внешних факторов).
• Его длина сокращается, если его затачивать (постоянное поведение).

Как в этом примере, объекты реального мира могут иметь много свойств, но при написании программ мы принимаем во внимание только необходимые свойства. Объектно-ориентированное программирование имеет свои преимущества. Например, оно облегчает установление связи между объектом реального мира и программой так, как это ожидается. Это реально помогает по мере того, как приложение растет и множество объектов взаимодействуют друг с другом. Это помогает в распределении ответственности внутри объективного мира, позволяя сфокусироваться на продумывании приложения. Другая важная особенность, ассоциируемая с (Объектно-ориентированным программированием), - это классификация объектов. Так как мир (реальный/виртуальный) полон объектов, сложно управлять по отдельности. Нам нужен способ классификации этих объектов, который поможет нам связать различные объекты и их свойства, например, черный карандаш. Он был бы неотличим (тот же самый?), если бы использовался в предыдущем примере, но это другой объект. Но так как это оба карандаши, они принадлежат одному и тому же классу «Карандаш». Тогда как ручка, которая очень похожа на карандаш, принадлежит к другому классу. Тем не менее, ручка и карандаш оба являются «Пишущими инструментами». Объектно-ориентированное программирование имеет следующие принципы:

Абстракция

Абстракция определяется как характерная черта (quality) взаимодействия с идеями, а не событиями или, другими словами, свобода от репрезентирующих качеств . Это позволяет программистам сфокусироваться на том, что программировать, а не как . Абстракцию можно рассматривать в качестве соглашения, посредством которого мы предоставляем функциональность. Детали реализации могут быть скрыты, если использовать этот концепт. Например, если нам нужен класс, который пишет, то мы должны быть уверены, что обладает методов «писать» abstract class writer { write (); } Что мы сделали? Мы разработали класс высокого уровня, являющийся абстрактными, иными словами, он знает, что за функциональность нам нужна, но как ее реализовать – это за пределами видимости (out of scope) данного класса. Это дает много преимуществ:

• Мы раскрываем минимум информации необходимой внешним сущностям, это позволяет сосредоточиться на продумывании программы (this enable focused thinking), избежать путаницы и не давать непреднамеренных обещаний.
• Мы оставляем место для улучшений в будущем, которые были бы невозможны, если детали реализации были раскрыты.

Наследование

«Наследование» в общеупотребительном английском означает «приобретать и передавать дальше». Это слова существует в нашей культуре очень давно. Предки приобретали землю с помощью тяжелой работы и передавали ее своим детям, даже природа благоволит наследованию. Все свойства тела, например, рост, цвет кожи/глаз/волос и т.д. зависят от генов, наследуем нами от наших родителей. Наследование предотвращает изобретение колеса заново и ускоряет прогресс. То же самое и в ООП. Мы создаем родительский класс с несколькими базовыми свойствами/поведением. Все классы, наследуемые от этого родителя, будут содержать такие же свойства/поведение, что и их родитель. Тем не менее, наследуемые классы могут получить больше свойств/поведения или изменить реализацию поведения. class WritingInstrument { colour; write() { } } class Pen (child of parent) { inkcolour; } В примере сверху класс-родитель (WritingInstrument) имеет свойство «цвет» и поведение «писать». Когда класс-наследник (ручка) объявляется, повторное объявление свойства «цвет» и поведения «писать» не требуется. Они присутствуют в классе «ручка» в силу наследования. Однако класс-наследник может объявить собственные дополнительные свойства/поведение. Как мы можем использовать это на практике? Мы, разработчики, очень ленивы. Мы не хотим печатать что-то снова и снова. Существование множества копий одного и того же кода не приветствуется в силу следующих соображений:

• Чем меньше копий кода, тем легче его сопровождать.
• Если нет множества копий кода, то изменение в одном месте становится видимым везде.
• Чем меньше кода – тем меньше ошибок.
• Если один код используется во многих местах, то так достигается обобщение.
• Мы фокусируемся на написании кода.
• Мы фокусируемся на тестах.

Наследование в Java достигается с помощью ключевых слов «extends» и «implements». class WritingInstrument { } class Pen extends WritingInstrument { }

Полиморфизм

Слова «полиморфизм» произошло от двух слов: «Поли» , т.е. «множество» / «больше, чем один» «морф» , т.е. «форма» Буквально, слово «полиморфизм» отсылает к способности объектов вести себя различным образом в зависимости от условий. В программировании полиморфизм может быть воплощен в нескольких местах:

• Классы
• Методы
• Операторы

Все, перечисленное выше, может вести себя различным образом в зависимости от условий, возможно, от контекста, в которых они используются. Это полезно, так как клиенту (программисту, использующему ваши библиотеки) не нужно знать множество тонкостей, и желаемая функциональность реализуется посредством отбора необходимой информации из контекста. Class WritingObject { wrire() { // пишем, используя стандартные (по дефолту) цвета } } class Pencil extends WritingObject { write() { // пишем, используя серый цвет, написанный текст можно стереть } } class Pen extends WritingObject { write() { // пишем, используя голубой цвет, написанный текст нельзя стереть } } class Main { main() { WritingObject wr = new WritingObject(); wr.write(); // первый вызов WritingObject wr = new Pen(); wr.write(); // второй вызов WritingObject wr2 = new Pencil(); wr2.write(); // третий вызов } } В примере выше имеет реализация по умолчанию в WritingObject, которая расширена/переопределена классами-наследниками перо и ручка. Метод write() вызван три раза в классе Main. Каждый раз вызывается различная реализация в зависимости от того, у какого объекта вызывается этот метод. В данном случае метод write() имеет множество типов поведения, так как он полиморфичен.

Инкапсуляция

Инкапсуляция определяется как сбор связанных данный/функциональностей в одном модуле (unit). Это помогает в облегчении доступа/модификации данных. Например, если нам нужно напечатать все свойства, которыми данный пользователь обладает, мы имеем следующие опции: printUserProperties(userName, userId, firstname, lastname, email, phone, … … ….) Мы создали метод, который принимает все свойства и печатает их друг за другом. С увеличением количества элементов в списке пропадет возможность идентифицировать корректные поля, а добавление/удаление одного поля изменит сигнатуру метода. Поэтому нам нужно заменить всех пользователей этого метода, если даже недавно добавленные поля им не нужны. Чтобы сделать код более читаемым и упростить будущие модификации проще, мы инкапсулируем свойства в классе и превращаем его в коллективный объект (collective object) class User { userName userId firstname lastname email phone .. .. .. } printUserProperties(user) {} Объект – это система (software bundle) переменных и связанных методов. Вы можете представить объекты реального мира, используя объекты программы. Вы можете представить реальных собак в анимационной программе или реальный велосипед как программный объект внутри велотренажера. В ООП класс – расширяемый шаблон (program-code-template) для создания объектов, обеспечения их начальным состоянием (переменные) и реализацией поведения (функции, методы). Аббревиатура SOLID была введена Michael Feather’ом для «первых пяти принципов», названных так Robert C. Martin’ом в начале 2000-х. Целью принципов, реализуемых совместно, является увеличение вероятности того, что программист создаст систему, которую легко будет поддерживать и расширять. – ориентиры в разработке программ, которые необходимы для удаления «протухшего» кода посредством рефакторинга, в результате которого код должен стать легко читаемым и расширяемым. Это часть стратегии agile and adaptive programming (гибкого и адаптирующегося программирования).

Принцип единой ответственности (Single Responsibility Principle)

В ООП принцип единой ответственности гласит, что каждый класс должен быть ответственен за одну часть функциональности, обеспечиваемой программой, и что ответственность должна быть полностью инкапсулирована этим классом. Вся его функциональность должна быть тесно связана с этой ответственностью.

Принцип открытости/закрытости (Open/Closed Principle)

В ООП принцип открытости/закрытости гласит «сущности программного обеспечения (классы, модули, методы и т.д.) должны быть открыты для расширения, но закрыты для изменения». Иными словами, сущность должна позволять расширять ее поведение без изменения исходного кода.

Принцип подстановки Лисковой (Liskov Substitution Principle)

Возможность подстановки (Substituability) – это принцип в ООП. Он гласит, что если S в компьютерной программе является подтипом T, то объекты типа T должны быть такими, чтобы их можно было заменить объектами типа S (т.е. объекта типа S могут заменить объекты типа T) без изменения каких-либо требуемых свойств программы (точность, выполнение задачи и т.д.).

Принцип разделения интерфейса (Interface Segregation Principle)

Принцип разделения интерфейса гласит, что программист-клиент не должен быть принужден зависеть от методов, которые он не использует. Согласно этому принципу нужно разделять большие интерфейсы на маленькие и более специфичные, чтобы программист-клиент знал только о методах, которые ему интересны. Целью принципа разделения интерфейса является сохранение системы в несвязанном состоянии (system decoupled), что облегчит рефакторинг, внесение изменений и повторное развертывание (redeploy).

Принцип инверсии зависимостей (Dependency Inversion Principle)

В ООП принцип инверсии зависимости означает специфическую форму несвязности программных модулей. При следовании этому принципу стандартные отношения зависимости, установленные от модулей высокого уровня, формирующих архитектуру приложения (policy-setting) к зависимым модулям низкого уровня инвертированы (обращены), поэтому измененные модули высокого уровня становятся независимы от деталей реализации модулей низкого уровня. Этот принцип утверждает:

• Модули высокого уровня не должны зависеть от модулей низкого уровня. Модули обоих типов должны зависеть от абстракций.
• Абстракции не должны зависеть от деталей реализации. Детали должны зависеть от абстракций.

Принцип обращает (inverts) путь, согласно которому люди могут думать об объектно-ориентированном дизайне, утверждая, что объекты высокого и низкого уровней должны зависеть от одних и тех же абстракций.

Принципы GRASP

Паттерны (принципы), используемые для решения общих задач по назначению обязанностей классам и объектам (General Responsibility Assignment Software Patterns (GRASP)) содержат руководства (guidelines) по назначению ответственности классам и объектам в объектно-ориентированном дизайне.

Контроллер (Controller)

Паттерн Контроллер назначает ответственность за взаимодействие с системными событиями классов без графического интерфейса, которые представляют всю систему или use case scenario (сценарии вариантов использования). Контроллер:

• Это не взаимодействующий напрямую с пользователем объект, ответственный за получение и реакцию на системные события.
• Должен использоваться так, чтобы иметь дело со всем системными событиями одного (или множества взаимосвязанных) use cases.
• Это первый объект за графическим интерфейсом, который контролирует системные операции.
• Он не должен делать работу сам, его задача – контроль над потоком событий.

Создатель (Creator)

Задача класса-создателя – создание и инициация объектов для последующего использования. Он знает, параметры инициализации, а также какой объект будет создан. Иногда класс-создатель создает объекты активно и помещает их в кэш, и обеспечивает один экземпляр, когда он нужен.

Высокая сцепленность (High Cohesion)

Высокая сцепленность – оценочный паттерн, целью применения которого является сохранение объектов в таком состоянии, чтобы они были нацелены на выполнение одной четкой задачи, легко управляемы и понимаемы. Высокая сцепленность обычно используется для поддержки слабой связности (Low Coupling). Высокая связность означает, что ответственность данного элемента четко обозначена (strongly related and highly focused). Разбиение программы на классы и подсистемы – пример действий, что повышает сцепленность свойств системы. Слабая сцепленность, наоборот, - ситуация, в которой элемент имеет слишком много несвязанных задач. Элементы со слабой сцепленностью обычно отличаются тем, что их сложно понять, сложно повторно использовать, поддерживать и изменять.

Окольный путь (Indirection)

Паттерн Окольный путь поддерживает слабую связность (и возможность повторного использования) между двумя элементами, назначая ответственность за взаимодействие между ними промежуточному объекту. Примером является введение контроллера для посредничества между данными (моделью) и их отображением (представлением) в паттерне Модель-Представление-Контроллер (MVC).

Информационный эксперт (Information Expert)

Информационный эксперт (также Эксперт или принцип Эксперта) – принцип, используемый для определения того, кому делегировать ответственность. Ответственность включает методы, вычисляемые поля и т.д. При использовании данного принципа при назначении ответственности главным подходом является следующая последовательность действий: анализ ответственности, определение информации, которая нужна для ее исполнения, наконец, установление того, где эта информация находится. Использование принципа Информационный эксперт приводит к назначению ответственности классу, который имеет наибольшее количество информации для ее исполнения.

Слабая связность (Low Coupling)

Слабая связность – оценочный паттерн, который указывает, как назначать ответственность: слабая зависимость между классами, изменение одного должно иметь минимальные последствия для другого, максимальная возможность повторного использования.

Полиморфизм (Polymorphism)

В соответствии с полиморфизмом изменения поведения основывается на типе объекта, на который ссылается переменная (responsibility of defining the variation of behaviors based on type is assigned to the types for which this variation happens). Это достигается использованием полиморфных операций.

Защищенные изменения (Protected Variations)

Паттерн Защищенные изменения защищает элементы от изменений других элементов (объектов, систем, подсистем) путем обертывания центра нестабильности (the focus of instability) интерфейсом и использования полиморфизма для создания различных реализаций данного интерфейса.

Чистое конструирование (Pure Fabrication)

Чистое конструирование предполагает класс, не представляющий концепт в проблемной области (the problem domain) и созданный специально для достижения слабой связности, высокой сцепленности и, следовательно, максимального потенциала повторного использования (решение, предлагаемое паттерном Информационный эксперт этого не обеспечивает). Такая класс обычно называется “Service” в Предметно-ориентированном дизайне (Domain-driven design).

Критика

Исследования Potok’a и др. показали отсутствие существенных различий между ООП и процедурными подходами.

Критическое сравнение ООП с другими технологиями, в особенности реляционными, затруднено в силу отсутствия определения ООП, которое было бы строгим и широко принятым (Christopher J. Date)

В сравнении с другими языками (LISP диалекты, функциональные языка и т.д.) ООП языки не имеют уникального преимущества и навязывают ненужную сложность. (Lawrence Krubner)

Я нахожу объектно-ориентированное программирование технически неосновательным. Оно пытается разложить мир на части в терминах интерфейсов, которые изменяются в пределах одного типа. Чтобы иметь дело с реальными проблемами, вам нужны многосортные алгебры - семейства интерфейсов, которые простираются на многие типы. Я нахожу объектно-ориентированное программирование философски нездоровым. Оно утверждает, что всё является объектом. Даже если это так, это не очень интересно: сказать, что всё является объектом -- значит, не сказать вообще ничего. (Александр Степанов)

Популярность ООП среди больших компаний связана с «большими (и часто меняющимися) группами посредственных программистов». Дисциплина, навязываемая ООП, предотвращает нанесение программистом «слишком большого вреда». (Paul Graham)

Объектно-ориентированное программирование ставит существительные первыми и самыми главными. Зачем идти на такие крайние меры и ставить одну часть речи на пьедестал? Почему один концепт получает преимущество над другим? Это невозможно, чтобы ООП внезапно сделало глаголы менее важными для нашего мышления. Это странным образом перекошенная перспектива. (Steve Yegge)

Rick Hickey, создатель Clojure, описывал объектные системы как крайне упрощенные модели реального мира. Он подчеркивал неспособность ООП моделирования времени правильно, что создает огромные проблемы, когда в программах большое распространение получает многопоточность. Eric S. Raymond, Unix-программист и сторонник программного обеспечения с открытым кодом, был критически настроен в отношении заявления, что ООП является «Единственно верным решением», и писал, что ООП поощряет многослойные программы, что препятствует понятности (transparency). В качестве противоположного подхода Raymond приводил пример Unix и С.

Основные принципы и этапы объектно-ориентированного

программирования

В теории программирования ООП определяется как технология создания сложного программного обеспечения, которая основана на представлении программы в виде совокупности объектов , каждый из которых является экземпляром определенноготипа (класса ), а классы образуют иерархию с

наследованием свойств .

Взаимодействие программных объектов в такой системе осуществляется путем передачи сообщений .

П р и м е ч а н и е. Такое представление программы впервые было использовано в языке имитационного моделирования сложных систем Simula, появившемся еще в 60-х годах.

Естественный для языков моделирования способ представления программы получил развитие в другом специализированном языке моделирования - языке Smalltalk (70-е годы), а затем был

Страница 2 из51

Основные принципы ООП

использован в новых версиях универсальных языков программирования, таких как Pascal, С++,

Основное достоинство ООП - сокращение количества межмодульных вызовов и уменьшение объемов информации, передаваемой между модулями,

по сравнению с модульным программированием. Это достигается за счет более полной локализации данных и интегрирования их с подпрограммами обработки,

что позволяет вести практически независимую разработку отдельных частей

(объектов) программы.

Кроме этого, объектный подход предлагает новые технологические средства разработки, такие как наследование, полиморфизм, композиция, наполнение ,

позволяющие конструировать сложные объекты из более простых. В результате существенно увеличивается показатель повторного использования кодов,

появляется возможность создания библиотек объектов для различных применений, и разработчикам предоставляются дополнительные возможности создания систем повышенной сложности.

Основной недостаток ООП - некоторое снижение быстродействия за счет более сложной организации программной системы.

В основу ООП положены следующие п р и н ц и п ы : абстрагирование,

ограничение доступа, модульность, иерархичность, типизация, параллелизм,

устойчивость.

Рассмотрим, что представляет собой каждый принцип.

А б с т р а г и р о в а н и е - процесс выделения абстракций в предметной области задачи.Абстракция - совокупность существенных характеристик некоторого объекта, которые отличают его от всех других видов объектов и,

таким образом, четко определяют особенности данного объекта с точки зрения дальнейшего рассмотрения и анализа. В соответствии с определением применяемая абстракция реального предмета существенно зависит от решаемой задачи: в одном случае нас будет интересовать форма предмета, в другом вес, в

третьем - материалы, из которых он сделан, в четвертом - закон движения

Страница 3 из51

Основные принципы ООП

предмета и т.д. Современный уровень абстракции предполагает объединение всех свойств абстракции (как касающихся состояния анализируемого объекта,

так и определяющих его поведение) в единую программную единицу некий

абстрактный тип (класс).

О г р а н и ч е н и е д о с т у п а - сокрытие отдельных элементов реализации абстракции, не затрагивающих существенных характеристик ее как целого.

Необходимость ограничения доступа предполагает разграничение двух частей в описании абстракции:

интерфейс - совокупность доступных извне элементов реализации абстракции (основные характеристики состояния и поведения);

реализация - совокупность недоступных извне элементов реализации абстракции (внутренняя организация абстракции и механизмы реализации ее поведения).

Ограничение доступа в ООП позволяет разработчику:

∙ выполнять конструирование системы поэтапно, не отвлекаясь на особенности реализации используемых абстракций;

∙ легко модифицировать реализацию отдельных объектов, что в правильно организованной системе не потребует изменения других объектов.

Сочетание объединения всех свойств предмета (составляющих его состояния и поведения) в единую абстракцию и ограничения доступа к реализации этих свойств получило название инкапсуляции.

М о д у л ь н о с т ь - принцип разработки программной системы,

предполагающий реализацию ее в виде отдельных частей (модулей). При выполнении декомпозиции системы на модули желательно объединять логически связанные части, по возможности обеспечивая сокращение количества внешних связей между модулями. Принцип унаследован от

Страница 4 из51

Основные принципы ООП

модульного программирования, следование ему упрощает проектирование и

отладку программы.

И е р а р х и я - ранжированная или упорядоченная система абстракций.

Принцип иерархичности предполагает использование иерархий при разработке программных систем.

В ООП используются два вида иерархии.

Иерархия «целое/часть» - показывает, что некоторые абстракции включены

в рассматриваемую абстракцию как ее части, например, лампа состоит из цоколя, нити накаливания и колбы. Этот вариант иерархии используется в процессе разбиения системы на разных этапах проектирования (на логическом уровне - при декомпозиции предметной области на объекты, на физическом уровне - при декомпозиции системы на модули и при выделении отдельных процессов в мультипроцессной системе).

Иерархия «общее/частное» - показывает, что некоторая абстракция является частным случаем другой абстракции, например, « обеденный стол -

конкретный вид стола», а « столы - конкретный вид мебели». Используется при

разработке структуры классов, когда сложные классы строятся на базе более простых путем добавления к ним новых характеристик и, возможно, уточнения имеющихся.

Один из важнейших механизмов ООП - наследование свойств в иерархии общее/частное. Наследование - такое соотношение между абстракциями, когда одна из них использует структурную или функциональную часть другой или нескольких других абстракций (соответственно простое и множественное

наследование).

Т и п и з а ц и я - ограничение, накладываемое на свойства объектов и

препятствующее взаимозаменяемости абстракций различных типов (или сильно сужающее возможность такой замены). В языках с жесткой типизацией для каждого программного объекта (переменной, подпрограммы, параметра и т. д.)

объявляется тип, который определяет множество операций над

Страница 5 из51

Основные принципы ООП

соответствующим программным объектом. Рассматриваемые далее языки программирования на основе Паскаля используют строгую, а на основе С -

среднюю степень типизации.

Использование принципа типизации обеспечивает:

∙ раннее обнаружение ошибок, связанных с недопустимыми операциями над программными объектами (ошибки обнаруживаются на этапе компиляции программы при проверке допустимости выполнения данной операции над программным объектом);

∙ упрощение документирования;

∙ возможность генерации более эффективного кода.

Тип может связываться с программным объектом статически (тип объекта определен на этапе компиляции - раннее связывание) и динамически (тип объекта определяется только во время выполнения программы -позднее связывание). Реализация позднего связывания в языке программирования позволяет создавать переменные - указатели на объекты, принадлежащие различным классам(полиморфные объекты), что существенно расширяет возможности языка.

П а р а л л е л и з м - свойство нескольких абстракций одновременно находиться в активном состоянии, т.е. выполнять некоторые операции.

Существует целый ряд задач, решение которых требует одновременного выполнения некоторых последовательностей действий. К таким задачам,

например, относятся задачи автоматического управления несколькими процессами.

Реальный параллелизм достигается только при реализации задач такого типа на многопроцессорных системах, когда имеется возможность выполнения каждого процесса отдельным процессором. Системы с одним процессором имитируют параллелизм за счет разделения времени процессора между задачами управления различными процессами. В зависимости от типа используемой операционной системы (одноили мультипрограммной)

Страница 6 из51

Основные принципы ООП

разделение времени может выполняться либо разрабатываемой системой (как в

MS DOS), либо используемой ОС (как в системах Windows).

У с т о й ч и в о с т ь - свойство абстракции существовать во времени независимо от процесса, породившего данный программный объект, и/или в пространстве, перемещаясь из адресного пространства, в котором он был создан.

Различают:

∙ временные объекты, хранящие промежуточные результаты некоторых действий, например вычислений;

∙ локальные объекты, существующие внутри подпрограмм, время жизни которых исчисляется от вызова подпрограммы до ее завершения;

∙ глобальные объекты, существующие пока программа загружена в память;

∙ сохраняемые объекты, данные которых хранятся в файлах внешней памяти между сеансами работы программы.

Все указанные выше принципы в той или иной степени реализованы в различных версиях объектно-ориентированных языков.

Объектно-ориентированные языки программирования.Язык считается объектно-ориентированным, если в нем реализованы первые четыре из рассмотренных семи принципов.

Особое место занимают объектные модели Delphi и C++Builder. Эти модели обобщают опыт ООП для MS DOS и включают некоторые новые средства,

обеспечивающие эффективное создание более сложных систем. На базе этих моделей созданы визуальные среды для разработки приложений Windows.

Сложность программирования под Windows удалось существенно

снизить за счет создания специальных библиотек объектов, « спрятавших» многие элементы техники программирования.

Страница 7 из51

Основные принципы ООП

Этапы разработки программных систем с использованием ООП.

Процесс разработки программного обеспечения с использованием ООП включает четыре этапа: анализ, проектирование, эволюция, модификация.

Рассмотрим эти этапы.

А н а л и з . Цель анализа - максимально полное описание задачи. На этом этапе выполняется анализ предметной области задачи, объектная декомпозиция разрабатываемой системы и определяются важнейшие особенности поведения объектов (описание абстракций). По результатам анализа разрабатывается структурная схема программного продукта, на которой показываются основные объекты и сообщения, передаваемые между ними, а также выполняется описание абстракций.

Проект ирование .Различают :

логическое проектирование, при котором принимаемые решения практически не зависят от условий эксплуатации (операционной системы и используемого оборудования);

физическое проектирование, при котором приходится принимать во внимание указанные факторы.

Логическое проектирование заключается в разработке структуры классов:

определяются поля для хранения составляющих состояния объектов и алгоритмы методов, реализующих аспекты поведения объектов. При этом используются рассмотренные выше приемы разработки классов (наследование,

композиция, наполнение, полиморфизм и т.д.). Результатом является иерархия или диаграмма классов, отражающие взаимосвязь классов, и описание классов.

Физическое проектирование включает объединение описаний классов в модули, выбор схемы их подключения (статическая или динамическая компоновка), определение способов взаимодействия с оборудованием, с

операционной системой и/или другим программным обеспечением (например,

базами данных, сетевыми программами), обеспечение синхронизации процессов для систем параллельной обработки и т.д.

Страница 8 из51

Основные принципы ООП

Э в о л ю ц и я с и с т е м ы. Это процесс поэтапной реализации и

подключения классов к проекту. Процесс начинается с создания основной программы или проекта будущего программного продукта. Затем реализуются и подключаются классы, так чтобы создать грубый, но, по возможности,

работающий прототип будущей системы. Он тестируется и отлаживается.

Например, таким прототипом может служить система, включающая реализацию основного интерфейса программного продукта (передача сообщений в отсутствующую пока часть системы не выполняется). В результате мы получаем работоспособный прототип продукта, который может быть, например, показан заказчику для уточнения требований. Затем к системе подключается следующая группа классов, например, связанная с реализацией некоторого пункта меню.

Полученный вариант также тестируется и отлаживается, и так далее, до реализации всех возможностей системы.

Использование поэтапной реализации существенно упрощает тестирование и отладку программного продукта.

Модификация. Это процесс добавления новых функциональных возможностей или изменение существующих свойств системы. Как правило,

изменения затрагивают реализацию класса, оставляя без изменения его интерфейс, что при использовании ООП обычно обходится без особых неприятностей, так как процесс изменений затрагивает локальную область.

Изменение интерфейса - также не очень сложная задача, но ее решение может повлечь за собой необходимость согласования процессов взаимодействия объектов, что потребует изменений в других классах программы. Однако сокращение количества параметров в интерфейсной части по сравнению с модульным программированием существенно облегчает и этот процесс.

Простота модификации позволяет сравнительно легко адаптировать программные системы к изменяющимся условиям эксплуатации, что увеличивает время жизни систем, на разработку которых затрачиваются огромные временные и материальные ресурсы.

Страница 9 из51

Основные принципы ООП

Особенностью ООП является то, что объект или группа объектов могут разрабатываться отдельно, и, следовательно, их проектирование может находиться на различных этапах. Например, интерфейсные классы уже реализованы, а структура классов предметной области еще только уточняется.

Обычно проектирование начинается, когда какой-либо фрагмент предметной области достаточно полно описан в процессе анализа.

Рассмотрение основных приемов объектного подхода начнем с объектной декомпозиции.

Объектная декомпозиция

Как уже упоминалось выше, при использовании технологии ООП решение представляется в виде результата взаимодействия отдельных функциональных элементов некоторой системы, имитирующей процессы,

происходящие в предметной области поставленной задачи.

В такой системе каждый функциональный элемент, получив некоторое входное воздействие (называемое сообщением) в процессе решения задачи,

выполняет заранее определенные действия (например, может изменить собственное состояние, выполнить некоторые вычисления, нарисовать окно или график и в свою очередь воздействовать на другие элементы). Процессом решения задачи управляет последовательность сообщений. Передавая эти сообщения от элемента к элементу, система выполняет необходимые действия.

Функциональные элементы системы, параметры и поведение которой определяются условием задачи, обладающие самостоятельным поведением

(т.е. « умеющие» выполнять некоторые действия, зависящие от полученных сообщений и состояния элемента), получили название объектов.

Процесс представления предметной области задачи в виде совокупности объектов, обменивающихся сообщениями, называется объектной декомпозицией.

Страница 10 из51

Основные принципы ООП

Для того чтобы понять, о каких объектах и сообщениях идет речь при выполнении объектной декомпозиции в каждом конкретном случае, следует вспомнить, что первоначально объектный подход был предложен для разработки имитационных моделей поведения сложных систем. Набор объектов таких систем обычно определяется при анализе моделируемых процессов.

Пример. Объектная декомпозиция (имитационная модель

бензоколонки). Пусть нас интересует зависимость длины очереди к бензоколонке от количества заправочных мест, параметров обслуживания каждого заправочного места и интенсивности поступления заявок на заправку топливом (рассматриваем топливо одного типа).

Задачи такого вида обычно решаются с использованием имитационных моделей. Модель программно имитирует реальный процесс с заданными параметрами, параллельно фиксируя его характеристики. Многократно повторяя процесс имитации с различными значениями параметров обслуживания или поступления заявок, исследователь получает конкретные значения характеристик, по которым строятся графики анализируемых зависимостей.

Процесс работы бензоколонки с тремя заправочными местами можно представить в виде диаграммы.

Так объекты сформировались в компоненты - независимые части кода до уровня выполнения программы . Взаимодействие объектов происходит посредством . Результатом дальнейшего развития ООП, по-видимому, будет агентно-ориентированое программирование , где агенты - независимые части кода на уровне выполнения. Взаимодействие агентов происходит посредством изменения среды , в которой они находятся.

Языковые конструкции, конструктивно не относящиеся непосредственно к объектам, но сопутствующие им для их безопасной (исключительные ситуации , проверки) и эффективной работы, инкапсулируются от них в аспекты (в аспектно-ориентированном программировании). Субъектно-ориентированное программирование расширяет понятие объект посредством обеспечения более унифицированного и независимого взаимодействия объектов. Может являться переходной стадией между ООП и агентным программирование в части самостоятельного их взаимодействия.

Первым языком программирования, в котором были предложены принципы объектной ориентированности, была Симула . В момент своего появления (в 1967 году), этот язык программирования предложил поистине революционные идеи: объекты, классы, виртуальные методы и др., однако это всё не было воспринято современниками как нечто грандиозное. Тем не менее, большинство концепций были развиты Аланом Кэйем и Дэном Ингаллсом в языке Smalltalk . Именно он стал первым широко распространённым объектно-ориентированным языком программирования .

В настоящее время количество прикладных языков программирования (список языков), реализующих объектно-ориентированную парадигму, является наибольшим по отношению к другим парадигмам. В области системного программирования до сих пор применяется парадигма процедурного программирования, и общепринятым языком программирования является язык . Хотя при взаимодействии системного и прикладного уровней операционных систем заметное влияние стали оказывать языки объектно-ориентированного программирования. Например, одной из наиболее распространенных библиотек мультиплатформенного программирования является объектно-ориентированная библиотека , написанная на языке C++ .

Основные понятия

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 18 октября 2012 .

Абстракция Абстрагирование - это способ выделить набор значимых характеристик объекта, исключая из рассмотрения незначимые. Соответственно, абстракция - это набор всех таких характеристик. Инкапсуляция Инкапсуляция - это свойство системы, позволяющее объединить данные и методы, работающие с ними в классе, и скрыть детали реализации от пользователя. Наследование Наследование - это свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью. Класс, от которого производится наследование, называется базовым, родительским или суперклассом. Новый класс - потомком, наследником или производным классом. Полиморфизм Полиморфизм - это свойство системы использовать объекты с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта. Класс Класс является описываемой на языке терминологии (пространства имён) исходного кода моделью ещё не существующей сущности (объекта). Фактически он описывает устройство объекта, являясь своего рода чертежом. Говорят, что объект - это экземпляр класса. При этом в некоторых исполняющих системах класс также может представляться некоторым объектом при выполнении программы посредством динамической идентификации типа данных . Обычно классы разрабатывают таким образом, чтобы их объекты соответствовали объектам предметной области. Объект Сущность в адресном пространстве вычислительной системы, появляющаяся при создании экземпляра класса или копирования прототипа (например, после запуска результатов компиляции и связывания исходного кода на выполнение). Прототип Прототип - это объект-образец, по образу и подобию которого создаются другие объекты. Объекты-копии могут сохранять связь с родительским объектом, автоматически наследуя изменения в прототипе; эта особенность определяется в рамках конкретного языка .

Определение ООП и его основные концепции

В центре ООП находится понятие объекта. Объект - это сущность, которой можно посылать сообщения, и которая может на них реагировать, используя свои данные. Объект - это экземпляр класса. Данные объекта скрыты от остальной программы. Сокрытие данных называется инкапсуляцией .

Наличие инкапсуляции достаточно для объектности языка программирования, но ещё не означает его объектной ориентированности - для этого требуется наличие наследования .

Но даже наличие инкапсуляции и наследования не делает язык программирования в полной мере объектным с точки зрения ООП. Основные преимущества ООП проявляются только в том случае, когда в языке программирования реализован полиморфизм ; то есть возможность объектов с одинаковой спецификацией иметь различную реализацию.

Язык Self, соблюдая многие исходные положения объектно-ориентированного программирования, ввёл альтернативное классам понятие прототипа , положив начало прототипному программированию , считающемуся подвидом объектного.

Сложности определения

ООП имеет уже более чем сорокалетнюю историю, но, несмотря на это, до сих пор не существует чёткого общепринятого определения данной технологии . Основные принципы, заложенные в первые объектные языки и системы, подверглись существенному изменению (или искажению) и дополнению при многочисленных реализациях последующего времени. Кроме того, примерно с середины 1980-х годов термин «объектно-ориентированный» стал модным , в результате с ним произошло то же самое, что несколько раньше с термином «структурный» (ставшим модным после распространения технологии структурного программирования) - его стали искусственно «прикреплять» к любым новым разработкам, чтобы обеспечить им привлекательность. Бьёрн Страуструп в 1988 году писал, что обоснование «объектной ориентированности» чего-либо, в большинстве случаев, сводится к ложному силлогизму : «X - это хорошо. Объектная ориентированность - это хорошо. Следовательно , X является объектно-ориентированным».

Роджер Кинг аргументированно настаивал, что его кот является объектно-ориентированным. Кроме прочих своих достоинств, кот демонстрирует характерное поведение, реагирует на сообщения, наделён унаследованными реакциями и управляет своим, вполне независимым, внутренним состоянием.

Концепции

Появление в ООП отдельного понятия класса закономерно вытекает из желания иметь множество объектов со сходным поведением. Класс в ООП - это в чистом виде абстрактный тип данных , создаваемый программистом. С этой точки зрения объекты являются значениями данного абстрактного типа, а определение класса задаёт внутреннюю структуру значений и набор операций, которые над этими значениями могут быть выполнены. Желательность иерархии классов (а значит, наследования) вытекает из требований к повторному использованию кода - если несколько классов имеют сходное поведение, нет смысла дублировать их описание, лучше выделить общую часть в общий родительский класс, а в описании самих этих классов оставить только различающиеся элементы.

Необходимость совместного использования объектов разных классов, способных обрабатывать однотипные сообщения, требует поддержки полиморфизма - возможности записывать разные объекты в переменные одного и того же типа. В таких условиях объект, отправляя сообщение, может не знать в точности, к какому классу относится адресат, и одни и те же сообщения, отправленные переменным одного типа, содержащим объекты разных классов, вызовут различную реакцию.

Отдельного пояснения требует понятие обмена сообщениями . Первоначально (например, в том же Smalltalk) взаимодействие объектов представлялось как «настоящий» обмен сообщениями, то есть пересылка от одного объекта другому специального объекта-сообщения. Такая модель является чрезвычайно общей. Она прекрасно подходит, например, для описания параллельных вычислений с помощью активных объектов , каждый из которых имеет собственный поток исполнения и работает одновременно с прочими. Такие объекты могут вести себя как отдельные, абсолютно автономные вычислительные единицы. Посылка сообщений естественным образом решает вопрос обработки сообщений объектами, присвоенными полиморфным переменным - независимо от того, как объявляется переменная, сообщение обрабатывает код класса, к которому относится присвоенный переменной объект.

Однако общность механизма обмена сообщениями имеет и другую сторону - «полноценная» передача сообщений требует дополнительных накладных расходов, что не всегда приемлемо. Поэтому в большинстве ныне существующих объектно-ориентированных языков программирования используется концепция «отправка сообщения как вызов метода» - объекты имеют доступные извне методы, вызовами которых и обеспечивается взаимодействие объектов. Данный подход реализован в огромном количестве языков программирования, в том числе C++ , Object Pascal , Java , Oberon-2 . В настоящий момент именно он является наиболее распространённым в объектно-ориентированных языках.

Концепция виртуальных методов , поддерживаемая этими и другими современными языками, появилась как средство обеспечить выполнение нужных методов при использовании полиморфных переменных, то есть, по сути, как попытка расширить возможности вызова методов для реализации части функциональности, обеспечиваемой механизмом обработки сообщений.

Особенности реализации

Как уже говорилось выше, в современных объектно-ориентированных языках программирования каждый объект является значением, относящимся к определённому классу . Класс представляет собой объявленный программистом составной тип данных , имеющий в составе:

Поля данных Параметры объекта (конечно, не все, а только необходимые в программе), задающие его состояние (свойства объекта предметной области). Иногда поля данных объекта называют свойствами объекта, из-за чего возможна путаница. Физически поля представляют собой значения (переменные, константы), объявленные как принадлежащие классу. Методы Процедуры и функции, связанные с классом. Они определяют действия, которые можно выполнять над объектом такого типа, и которые сам объект может выполнять.

Классы могут наследоваться друг от друга. Класс-потомок получает все поля и методы класса-родителя, но может дополнять их собственными либо переопределять уже имеющиеся. Большинство языков программирования поддерживает только единичное наследование (класс может иметь только один класс-родитель), лишь в некоторых допускается множественное наследование - порождение класса от двух или более классов-родителей. Множественное наследование создаёт целый ряд проблем, как логических, так и чисто реализационных, поэтому в полном объёме его поддержка не распространена. Вместо этого в 1990-е годы появилось и стало активно вводиться в объектно-ориентированные языки понятие интерфейса . Интерфейс - это класс без полей и без реализации, включающий только заголовки методов. Если некий класс наследует (или, как говорят, реализует) интерфейс, он должен реализовать все входящие в него методы. Использование интерфейсов предоставляет относительно дешёвую альтернативу множественному наследованию.

Взаимодействие объектов в абсолютном большинстве случаев обеспечивается вызовом ими методов друг друга.

Инкапсуляция обеспечивается следующими средствами

Контроль доступа Поскольку методы класса могут быть как чисто внутренними, обеспечивающими логику функционирования объекта, так и внешними, с помощью которых взаимодействуют объекты, необходимо обеспечить скрытость первых при доступности извне вторых. Для этого в языки вводятся специальные синтаксические конструкции, явно задающие область видимости каждого члена класса. Традиционно это модификаторы public, protected и private, обозначающие, соответственно, открытые члены класса, члены класса, доступные только из классов-потомков и скрытые, доступные только внутри класса. Конкретная номенклатура модификаторов и их точный смысл различаются в разных языках. Методы доступа Поля класса, в общем случае, не должны быть доступны извне, поскольку такой доступ позволил бы произвольным образом менять внутреннее состояние объектов. Поэтому поля обычно объявляются скрытыми (либо язык в принципе не позволяет обращаться к полям класса извне), а для доступа к находящимся в полях данным используются специальные методы, называемые методами доступа. Такие методы либо возвращают значение того или иного поля, либо производят запись в это поле нового значения. При записи метод доступа может проконтролировать допустимость записываемого значения и, при необходимости, произвести другие манипуляции с данными объекта, чтобы они остались корректными (внутренне согласованными). Методы доступа называют ещё аксессорами (от англ. access - доступ), а по отдельности - геттерами (англ. get - чтение) и сеттерами (англ. set - запись) . Свойства объекта Псевдополя, доступные для чтения и/или записи. Свойства внешне выглядят как поля и используются аналогично доступным полям (с некоторыми исключениями), однако фактически при обращении к ним происходит вызов методов доступа. Таким образом, свойства можно рассматривать как «умные» поля данных, сопровождающие доступ к внутренним данным объекта какими-либо дополнительными действиями (например, когда изменение координаты объекта сопровождается его перерисовкой на новом месте). Свойства, по сути - не более чем синтаксический сахар , поскольку никаких новых возможностей они не добавляют, а лишь скрывают вызов методов доступа. Конкретная языковая реализация свойств может быть разной. Например, в объявление свойства непосредственно содержит код методов доступа, который вызывается только при работе со свойствами, то есть не требует отдельных методов доступа, доступных для непосредственного вызова. В Delphi объявление свойства содержит лишь имена методов доступа, которые должны вызываться при обращении к полю. Сами методы доступа представляют собой обычные методы с некоторыми дополнительными требованиями к сигнатуре.

Полиморфизм реализуется путём введения в язык правил, согласно которым переменной типа «класс» может быть присвоен объект любого класса-потомка её класса.

Подходы к проектированию программ в целом

ООП ориентировано на разработку крупных программных комплексов, разрабатываемых командой программистов (возможно, достаточно большой). Проектирование системы в целом, создание отдельных компонентов и их объединение в конечный продукт при этом часто выполняется разными людьми, и нет ни одного специалиста, который знал бы о проекте всё.

Объектно-ориентированное проектирование состоит в описании структуры и поведения проектируемой системы, то есть, фактически, в ответе на два основных вопроса:

• Из каких частей состоит система .
• В чём состоит ответственность каждой из частей .

Выделение частей производится таким образом, чтобы каждая имела минимальный по объёму и точно определённый набор выполняемых функций (обязанностей), и при этом взаимодействовала с другими частями как можно меньше.

Дальнейшее уточнение приводит к выделению более мелких фрагментов описания. По мере детализации описания и определения ответственности выявляются данные, которые необходимо хранить, наличие близких по поведению агентов, которые становятся кандидатами на реализацию в виде классов с общими предками. После выделения компонентов и определения интерфейсов между ними реализация каждого компонента может проводиться практически независимо от остальных (разумеется, при соблюдении соответствующей технологической дисциплины).

Большое значение имеет правильное построение иерархии классов. Одна из известных проблем больших систем, построенных по ООП-технологии - так называемая проблема хрупкости базового класса . Она состоит в том, что на поздних этапах разработки, когда иерархия классов построена и на её основе разработано большое количество кода, оказывается трудно или даже невозможно внести какие-либо изменения в код базовых классов иерархии (от которых порождены все или многие работающие в системе классы). Даже если вносимые изменения не затронут интерфейс базового класса, изменение его поведения может непредсказуемым образом отразиться на классах-потомках. В случае крупной системы разработчик базового класса просто не в состоянии предугадать последствия изменений, он даже не знает о том, как именно базовый класс используется и от каких особенностей его поведения зависит корректность работы классов-потомков.

Родственные методологии

Компонентное программирование - следующий этап развития ООП; прототип- и класс-ориентированное программирование - разные подходы к созданию программы, которые могут комбинироваться, имеющие свои преимущества и недостатки.

Компонентное программирование

Примечания

См. также

	ООП в Викиверситете

• ORM - технология связывания ОО-программ c базами данных

Литература

• Иан Грэхем. Объектно-ориентированные методы. Принципы и практика = Object-Oriented Methods: Principles & Practice. - 3-е изд. - М .: «Вильямс», 2004. - С. 880. - ISBN 0-201-61913-X
• Антони Синтес. Освой самостоятельно объектно-ориентированное программирование за 21 день = Sams Teach Yourself Object-Oriented Programming in 21 Days. - М .: «Вильямс», 2002. - С. 672. - ISBN 0-672-32109-2

Объектно-ориентированное программирование (ООП) позволяет разложить проблему на составные части, каждая из которых становится самостоятельным объектом. Каждый из объектов содержит свой собственный код и данные, которые относятся к этому объекту.

Любая программа, написанная на языке ООП, отражает в своих данных состояние физических предметов либо абстрактных понятий – объектов программирования, для работы, с которыми она предназначена.

Все данные об объекте программирования и его связях с другими объектами можно объединить в одну структурированную переменную. В первом приближении ее можно назвать объектом.

С объектом связывается набор действий, иначе называемых методами . С точки зрения языка программирования набор действий или методов – это функции, получающие в качестве обязательного параметра указатель на объект и выполняющие определенные действия с данными объекта программирования. Технология ООП запрещает работать с объектом иначе, чем через методы, таким образом, внутренняя структура объекта скрыта от внешнего пользователя.

Описание множества однотипных объектов называется классом .
Объект – это структурированная переменная, содержащая всю информацию о некотором физическом предмете или реализуемом в программе понятии.

Класс – это описание множества объектов программирования (объектов) и выполняемых над ними действий.

Класс можно сравнить с чертежом, согласно которому создаются объекты. Обычно классы разрабатывают таким образом, чтобы их объекты соответствовали объектам предметной области решаемой задачи.

Основные понятия объектно-ориентированного программирования

Любая функция в программе представляет собой метод для объекта некоторого класса.

Класс должен формироваться в программе естественным образом, как только в ней возникает необходимость описания новых объектов программирования. Каждый новый шаг в разработке алгоритма должен представлять собой разработку нового класса на основе уже существующих.

Вся программа в таком виде представляет собой объект некоторого класса с единственным методом run (выполнить).

Программирование «от класса к классу» включает в себя ряд новых понятий. Основными понятиями ООП являются

• инкапсуляция;
• наследование;
• полиморфизм.

Инкапсуляция данных (от «капсула») – это механизм, который объединяет данные и код, манипулирующий с этими данными, а также защищает и то, и другое от внешнего вмешательства или неправильного использования. В ООП код и данные могут быть объединены вместе (в так называемый «черный ящик») при создании объекта.

Внутри объекта коды и данные могут быть закрытыми или открытыми.

Закрытые коды или данные доступны только для других частей того же самого объекта и, соответственно, недоступны для тех частей программы, которые существуют вне объекта.

Открытые коды и данные, напротив, доступны для всех частей программы, в том числе и для других частей того же самого объекта.

Наследование . Новый, или производный класс может быть определен на основе уже имеющегося, или базового класса.

При этом новый класс сохраняет все свойства старого: данные объекта базового класса включаются в данные объекта производного, а методы базового класса могут быть вызваны для объекта производного класса, причем они будут выполняться над данными включенного в него объекта базового класса.

Иначе говоря, новый класс наследует как данные старого класса, так и методы их обработки.

Если объект наследует свои свойства от одного родителя, то говорят об одиночном наследовании . Если объект наследует данные и методы от нескольких базовых классов, то говорят о множественном наследовании .

Пример наследования – определение структуры, отдельный член которой является ранее определенной структурой.

Полиморфизм – это свойство, которое позволяет один и тот же идентификатор (одно и то же имя) использовать для решения двух и более схожих, но технически разных задач.

Целью полиморфизма, применительно к ООП, является использование одного имени для задания действий, общих для ряда классов объектов. Такой полиморфизм основывается на возможности включения в данные объекта также и информации о методах их обработки (в виде указателей на функции).

Будучи доступным в некоторой точке программы, объект, даже при отсутствии полной информации о его типе, всегда может корректно вызвать свойственные ему методы.
Полиморфная функция – это семейство функций с одним и тем же именем, но выполняющие различные действия в зависимости от условий вызова.

Например, нахождение абсолютной величины в языке Си требует трех разных функций с разными именами.