Файл: Применение объектно-ориентированного подхода при проектировании информационной системы.pdf

// Ранее, например, было определено int First = 0;

*New = First; Next = First;

Используя ссылку для более сложных типов данных можно производить быстрое копирование объектов:

struct R1 {

char L1[22];

int Number;

};

struct R1 Firsts, Seconds;

struct R1 &New = Seconds;

void main( )

{

Firsts. Number = 22;

New = Firsts; // Скопируется вся структура

}

Ссылки удобно использовать в качестве параметров и возвращаемых значений в функциях.

При программировании конструкторов существует специальный тип конструкторов, использующий ссылки. Такие конструкторы называются конструкторами копирования-инициализации. Например, конструктор может создавать новый объект, копируя данные из старого объекта:

class MyOwns {

int Lengt;

public:

MyOwns ( int L ) { Lengt = L };

MyOwns ( MyOwns& );

};

MyOwns::MyOwns( MyOwns& Olds )

{

Lengt = Olds.Lengt;

}

Глава 2. Объектно-ориентированные языки программирования

2.1. Основные сведения о языке программирования С# и C++

Язык программирования C# представляет собой объектно-ориентированный язык программирования, который был разработан в 1998-2001 годах группой инженеров при постоянном руководстве Андерса Хейлсберга в компании Microsoft как язык программирования для выполнения разработки приложений под платформу от корпорации Microsoft .NET Framework и впоследствии был стандартизирован как ECMA-334 и стандарт ISO/IEC 23270.

Объектно-ориентированный язык программирования C# можно отнести к семейству языков программирования которые имеют C-подобный синтаксис, из них его внутренний синтаксис является наиболее приближенным к языку программирования C++ и Java. Язык программирования C# включает полиморфизм, поддерживает механизм статической типизации, перегрузку используемых операторов, атрибуты, свойства, делегаты, итераторы, обобщённые типы и методы, анонимные функции, поддерживающие замыкания, LINQ, различные исключения, комментарии в формате XML.

Переняв многое от своих предшественников - языков C++, Pascal, Модула, Smalltalk и, в особенности, Java - С#, опираясь на практику их практического использования, исключает некоторые модели, зарекомендовавшие себя как проблематичные при разработке программных систем, например, C# в отличие от C++ не поддерживает множественное наследование классов [3].

C++ – компилируемый, статически типизированный язык программирования общего назначения. Поддерживает такие парадигмы программирования, как процедурное программирование, объектно-ориентированное программирование, обобщённое программирование. Язык имеет богатую стандартную библиотеку, которая включает в себя распространённые контейнеры и алгоритмы, ввод-вывод, регулярные выражения, поддержку многопоточности и другие возможности. C++ сочетает свойства как высокоуровневых, так и низкоуровневых языков. В сравнении с его предшественником – языком C, – наибольшее внимание уделено поддержке объектно-ориентированного и обобщённого программирования.

C++ широко используется для разработки программного обеспечения, являясь одним из самых популярных языков программирования. Область его применения включает создание операционных систем, разнообразных прикладных программ, драйверов устройств, приложений для встраиваемых систем, высокопроизводительных серверов, а также развлекательных приложений (игр).

Существует множество реализаций языка C++, как бесплатных, так и коммерческих и для различных платформ. Например, на платформе x86 это GCC, Visual C++, Intel C++ Compiler, Embarcadero (Borland) C++ Builder и другие. C++ оказал огромное влияние на другие языки программирования, в первую очередь на Java и C# [2].

C# был разработан в качестве языка программирования прикладного уровня для CLR и, который зависит от возможностей самой CLR. Это касается системы использования типов данных языка программирования C#, которая отражает BCL. Отсутствие или присутствие тех или иных особенностей языка программирования диктуется тем, что может ли языковая особенность языка программирования быть транслирована в конструкции CLR [5].

На протяжении разработки языка C# было выпущено несколько его версий, рис. 1.

Таким образом, с развитием CLR от версии 1.1 к версии 2.0 достаточно сильно обогатился и сам язык программирования C#; подобного взаимодействия можно было ожидать и в дальнейших версиях языка программирования (однако, эта закономерность была нарушена с выходом языка C# 3.0, который представляет собой расширение языка, которое не опирается на расширения платформы технологии .NET). CLR предоставляет C#, как и всем другим .NET-ориентированным языкам, большинство возможностей, которых не имеют «классические» языки программирования.

Рисунок 1. Версии языка программирования C#

Например, выполнение сборка мусора не была реализована в самом языке C#, а выполняется CLR для программ, которые написаны на языке C# точно так же, как это выполняется для программ на языке VB.NET, J# и др.

Существует несколько реализаций объектно-ориентированного языка программирования C#:

– проект Mono включает в себя реализацию языка программирования C# с открытым исходным кодом;

– проект DotGNU также включает компилятор языка программирования C# с открытым кодом;

– реализация языка программирования C# в виде компилятора csc.exe была включена в состав платформы .NET Framework (включая .NET Micro Framework, .NET Compact Framework);

– в составе проекта Rotor компании Microsoft;

– проект dotNetAnywhere ориентирован на встраиваемые системы, реализация CLR, выполняется поддержку практически всех спецификаций языка программирования C# 2.0 [4].

Таким образом, объектно-ориентированный язык программирования С# имеет множество особенностей, однако он во многом схож с языком программирования Java.

2.2. Отличия языков программирования C# и Java

Языки программирования C# и Java используют в качестве синтаксической основы язык программирования C. В частности, от него были унаследованы без каких-либо серьезных изменений:

– использование синтаксиса описания и использования внутренних переменных и специальных функций (порядок «тип имя», использование специализированных модификаторов, обязательным условием является наличие скобок для функций, описания формальных параметров);

– использование обозначений начала и конца блоков разрабатываемого программного кода фигурными скобками;

– использование различных обозначений, ассоциативности и приоритета основных встроенных операций, к которым можно отнести побитовые, логические операции, присвоение, арифметические, операции декремента и инкремента, тернарная условная операция «?:»);

– синтаксис всех основных конструкций: циклов, встроенных оператора множественного выбора, условного оператора выбора [10].

Механизм работы с динамическими данными и сборка мусора в языке программирования.

В рассматриваемых языках программирования реализована одна схожая модель работы с динамическими данными: динамическое создания различных объектов при помощи специальной конструкции new, среда исполнения выполняет отслеживание наличия внутренних ссылок на них, а сборщик мусора используется для периодического очищения используемой памяти от обработанных объектов, различных ссылок на которые не существует.

Для выполнения оптимизации процессов сборки мусора определенные спецификации языков программирования и сред исполнения не включают определенные ограничения на время жизни разрабатываемого объекта после выполнения удаления оставшейся ссылки на него – сборщик выполняет свою работу независимо от исполнения конкретной программы, в связи с чем реальное удаление объекта может быть выполнено в любой момент после выполнения удаления последней ссылки до полного завершения работы разрабатываемой программы.

В реальности использование сборщиков мусора позволяет в большей степени оптимизировать их исполнение так, чтобы обеспечить удовлетворительных расход используемой памяти при низком замедлении выполнения разрабатываемых программ.

И в языке программирования Java, и в C# есть сильные и слабые ссылки на объекты. Оба языка поддерживают методы-финализаторы. Из-за неопределённости момента удаления объекта финализаторы не могут использоваться для освобождения системных ресурсов, занятых объектом, что вынуждает создавать дополнительные методы для «очистки» объекта и вызывать их явно [6].

Язык программирования Java позволяет выполнить регистрацию слушателей (listener), которые будут получать определенные информационные сообщения, когда ссылка будет подвергнута операции сборки мусора, что обеспечивает улучшение производительности WeakHashMaps.

Язык программирования C# позволяет выполнить отмену использования различных специальных финализаторов для некоторых обрабатываемых объектов специальным методом GC.SuppressFinalizes(obj) (напр., выполнение конструирования запросов SQL на файловом потоке). Это может понадобиться для выполнения процессов финализации и считается довольно дорогой операцией в процессе непосредственного выполнения сборки мусора.

Язык программирования C# в стандартной библиотеке содержит интерфейс IDisposables и специальную конструкцию using, которая гарантирует выполнение своевременного вызова необходимых метода очистки.

Объектные средства языков программирования C# и Java можно обозначить по следующим основным характеристикам: инкапсуляция; внутренние классы; методы. Рассмотрим более подробно каждую характеристику.

Инкапсуляция.

В языке программирования Java модификатор protected в описании, помимо выполнения доступа из классов-потомков, разрешается доступ из всех классов, которые входят в тот же пакет, что и класс-владелец.

В C# для объектов, которые должны быть видны в пределах сборки введён специальный модификатор internal (аналог default в языке программирования Java), а protected позволяет сохранить свой изначальный смысл, который был взят из языка программирования C++ - доступ выполняется только из классов-потомков [21].

Допускается выполнять некоторую комбинацию методов доступа к членам класса protected и internal в этом случае получается область доступа, которая соответствует типу доступа protected в языке программирования Java.

Внутренние классы.

Оба языка обеспечивают определение класса внутри пользовательского класса. В языке программирования Java внутренние классы могут быть использованы для эмуляции замыканий. Внутренние классы языка программирования Java имеют доступ к нестатическим членам родительского класса, то есть «знают о this»; кроме того, внутри методов может быть определены локальные классы, которые имеют доступ чтения ко всем локальным переменным, и безымянным локальным классам, которые фактически обеспечивают создание экземпляров объектов и интерфейсов, которые позволяют перекрывать методы своего класса, в месте их использования [9].

На данном механизме в Java-программе мжет быть выполнена обработка различных событий (событие позволяет сгенерировать вызовы методов, в исходном классе-обработчике который является абстрактным; там, где нужен определенный обработчик для событий, программисты создают экземпляры анонимного локального класса, который является наследником базового класса-обработчика и непосредственно может быть использован) [18].

Таким образом, пропадает необходимость в специальных типах и наличии синтаксической поддержки для определенных событий, но сам код, который создает обработчики, немного более сложен для его понимания разработчиком.

В языке программирования C# есть лямбды и замыкания. Подход C# более напоминает язык программирования C++: внутренние классы в C# могут получить специальный доступ только к статическим членам внешних классов, а для выполнения доступа к нестатическим членам необходимо выполнить явное указание на экземпляр внешнего класса. В тоже время, внутренние локальные классы в языке программирование C# и не поддерживаются.

В языке программирования Java начиная с 8 версии также появились лямбда выражения.

Методы.

В обоих языках методы могут быть определены через функции классов. Тело метода может быть расположено внутри описания определенного класса. Также, поддерживаются языками программировния C# и Java абстрактные методы и статические методы. В C# представлены механизмы явной реализации методов интерфейса, что обеспечивает классам реализовывать методы интерфейса отдельно от собственных методов или давать разные реализации одноимённых методов, которые принадлежат различным интерфейсам [12].

В объектно-ориентированном языке программирования Java базовые типы (byte, int, double, float, bool и пр.) могут быть переданы по значению, а для остальных (объектные) по значению может быть передана ссылка на необходимый объект.

В C# запрещено давать методам название, которое совпадает с названием некоторого класса, что позволяет устранить ошибки (в Java программисты могут определять конструктор, который будет на самом деле являться методом) [7].

В языке программирования C# в дополнение к примитивным типам можно передавать по значению структуры (struct), остальные типы могут быть переданы по ссылке. В объектно-ориентированном языке программирования C# поддерживается явное описание выполнения передачи необходимых параметров по ссылке с использованием ключевых слов out и ref. В процессе использования out компилятор выполняет контроль наличия в методе присваивания определенных значений. Использовать их необходимо при работе с неуправляемым кодом, который это требует (например, Winapi), так как это нарушает концепцию объектно-ориентированного программирования.