Файл: «Основные понятия объектно-ориентированного программирования» (Понятие об объектно-ориентированном программировании).pdf

Характеристики класса описывают свойства типа данных. В классе можно объявить любое количество элементов данных любого типа. Например: floatarea;[16, 17]

С элементами данных класса могут выполняться различные операции. Можно объявить любое количество функций-членов любого типа в классе. Доступ к функциям-членам осуществляется с использованием объекта и оператора точки. Например: voidread(); voiddisplay();

Разграничения доступа используются для определения прав доступа к элементам данных и функциям класса. В зависимости от уровня доступа доступ к ним может быть разрешен или запрещен. Подробнее уровни доступа расписаны в подразделе 1.3.

Основная функция является main () – это то, где программа начинает выполнение. main () – это основная часть программы на C++, в которой обрабатываются операторы. Основная функция обычно организует на высоком уровне функциональность остальной части программы. Начинается основная программа с левой фигурной скобки – {.

Объекты класса могут быть объявлены внутри основной программы или вне ее. Объявление класса используется только для построения структуры объекта. Элементы данных и функции-члены объединяются в классе. Объявление объектов аналогично объявлению переменных базовых типов данных. Определение объектов типа данных класса известно как создание экземпляров класса. При создании объектов им выделяется память. Класс может содержать любое количество объектов[18].

Функция, определенная в классе, доступна с помощью оператора точки (.). Предположим, есть две функции класса voidread () и voiddisplay (). Необходимо получить доступ к этим функциям в основной программе.

Общий синтаксис: Obj1. Функция класса ();

Например: c1.read ();

Здесь c1 – это объект, а read () – функция класса.

Заканчивается основная программа правой фигурной скобкой – }.

Рассмотрим пример программы с классами, которая выполняет вычисление площади круга[19].

#include<iostream.h> // ссылки

#include<conio.h>// ссылки

#define PI 3.142 // область определения

float r; // область определения глобальных переменных

classCircle //определение класса Circle

{

private:

float area; // элемент данных

public:

void read() // функция класса

{

cout<"Enter the radius of the circle:";

cin>>r;

}

void display()

{

.area = PI * r*r;

Cout<< "Площадь круга равна" <<area;

}};

main () // главная программа

{ // начало главной программы

Circle c1;

c1.read();

c1.display();

getch();

} // конец главной программы

2.3 Наследование

Наследование является одной из ключевых особенностей объектно-ориентированного программирования на C ++. Это позволяет пользователю создавать новый класс (производный класс) из существующего класса (базовый класс). Производный класс наследует все функции от базового класса и может иметь свои собственные дополнительные функции[10].

Предположим, необходимо создать три персонажа – учитель математики, футболист и бизнесмен. Поскольку все персонажи – люди, они могут ходить и разговаривать. Тем не менее, они также имеют некоторые специальные навыки. Учитель математики может преподавать математику, футболист может играть в футбол, а бизнесмен может вести бизнес. Можно создать три разных класса, в каждом из которых, объект может ходить, разговаривать и выполнять свои специальные навыки, как показано на рис. 5[10, 11].

Рис. 5. Примеры классов

В каждом из классов нужно скопировать один и тот же код для действий перемещения и разговора. Если понадобится добавить новую функцию – например, есть, то нужно будет применить один и тот же код к каждому действующему лицу. Это может легко стать причиной ошибок (при копировании) и привести к дублированию кода. Будет проще, если создать класс Person с базовыми функциями, такими как «говорить», «ходить», «есть», «спать» и добавлять специальные навыки к этим функциям в соответствии с действующим лицом (рис. 6)[10, 11]. Выполнить это можно с помощью наследования.

Рис. 6. Схема наследования базовых действий

Используя наследование, можно не реализовывать один и тот же код для действий «ходить» и «говорить» для каждого класса. Их нужно унаследовать.

Таким образом, для учителя математики (производный класс) наследуются все функции Person (Человек) (базовый класс) и добавляется новая функция TeachMaths (Обучать математике). Аналогично, для футболиста наследуются все функции Person (Человек), и добавляется новая функция PlayFootball (Играет в футбол) и так далее. Это делает код понятным и расширяемым[12].

Правило наследования состоит в том, что каждый производный класс выходит из базового класса. В рассмотренном выше примере учитель математики – это человек, футболист – это человек, но нельзя сказать, что бизнесмен – это бизнес.

В общем виде код для рассмотренного примера имеет следующий вид[10, 11]:

class Person

{

... .. ...

};

classMathsTeacher : public Person

{

... .. ...

};

classFootballer : publicPerson

{

.... .. ...

};

В приведенном выше примере класс Person (Человек) является базовымклассом, а классы MathsTeacher (Учитель математики) и Footballer (Футболист) являются производными от Person (Человек).

Производный класс отображается с объявлением класса, за которым следует двоеточие, ключевое слово public и имя базового класса, из которого он получен[10-12].

Поскольку MathsTeacher (Учитель математики) и Footballer (Футболист) являются производными от Person (Человек), то все элементы данных и функции Person (Человек) могут быть доступны из них.

Код для базового класса Person (Человек) имеет вид:

classPerson

{

public:

string profession;

int age;

Person(): profession("profession"), age(age) { }

voiddisplay()

{

cout<<"My profession is: "<< profession <<endl;

cout<<"My age is: "<< age <<endl;

walk();

talk();

}

voidwalk(){ cout<<"I can walk."<<endl; }

voidtalk(){ cout<<"I can talk."<<endl; }

};

Код для производных классов MathsTeacher (Учитель математики) и Footballer (Футболист) имеет вид:

classMathsTeacher :public Person

{

public:

voidteachMaths(){ cout<<"I can teach Maths."<<endl; }

};

classFootballer :public Person

{

public:

voidplayFootball(){ cout<<"I can play Football."<<endl; }

};

В классе Person (Человек) два элемента – профессия и возраст. Он также содержит две функции – walk () (ходить) и talk () (говорить).

Тем не менее, MathsTeacher (Учитель математики) и Footballer (Футболист) также содержат свои собственные функции: teachMaths () и playFootball () соответственно. Эти функции доступны только их собственному классу.

2.4 Инкапсуляция

Инкапсуляцию можно определить как метод, в котором данные и функции объединяются внутри класса. Этот процесс скрывает данные, а также защищает их от доступа извне или постороннего пользователя. Чтобы получить к нему доступ, пользователь должен пройти через функции в классе.

Инкапсуляция – это концепция объектно-ориентированного программирования, которая связывает данные и функции вместе, манипулируя данными, и в конечном итоге обеспечивает защиту данных и функций от внешнего мира[10, 11].

Благодаря инкапсуляции данных стало возможным скрытие данных. C++ обычно поддерживает все свойства инкапсуляции и сокрытия данных путем создания пользовательских типов, которые называются классами. Все элементы в C ++ по умолчанию являются закрытыми.

Приведем пример инкапсуляции, в котором вычисляется объем контейнера[14].

class Box

{

public:

doublegetVolume(void)

{

return length * breadth * height;

}

private:

double length; // длина

double breadth; // ширина

doubleheight; // высота

};

Это означает, что доступ к элементам класса Box ограничен. Тем самым достигается инкапсуляция. Чтобы сделать их доступными для других участников, их нужно объявить открытыми.

Программа на C ++, в которой реализован класс с открытыми и закрытыми элементами, является примером инкапсуляции и абстракции данных[14,15].

#include<iostream.h>

classAdder{

public:

//эта часть программы доступна всем

Adder(int x = 0)

{

total = x;

}

// этотинтерфейсдоступенизвне

voidaddNum(int no)

{

total += no;

}

intgetTotal()

{

return total;

};

private:

// начиная отсюда данные скрыты

inttotal;

};

int main( )

{

Adder y;

y.addNum(10);

y.addNum(20);

y.addNum(30);

cout<< "Total " <<y.getTotal() <<endl;

return 0;

}

2.5 Абстракция

Абстракция данных может рассматриваться как процесс показа только существенной части программы внешнему миру и сокрытия деталей. Это процесс представления только необходимой информации в рамках программы и опущения деталей. Абстрагирование данных может также рассматриваться как процесс или метод, используемый для разделения интерфейса и реализации[10,12].

Например, телевизор, который мы смотрим почти каждый день. Мы знаем, как можно включать и выключать его, регулировать громкость динамика и других внешних компонентов телевизора. Но мало кто знает как работу телевизора изнутри. Как именно сигналы отправляются и принимаются, откуда они отправляются и как происходит модуляция. Все это не известно большинству.

Из этого следует, что в телевизоре можно выделить внешний интерфейс и внутреннюю реализацию. Пользователь может работать только с интерфейсом.Например, переключать каналы, увеличивать или уменьшать громкость и т. д. Это типичный пример абстракции.

В терминах C ++ классы используются для обеспечения желаемого уровня абстракции данных.

Понятия инкапсуляции и абстракции очень важны в концепции объектно-ориентированного программирования и в какой-то мере взаимосвязаны. Рассмотрим разницу между ними[12].

Инкапсуляция предполагает скрытие чего-то как в капсуле. Поэтому это больше похоже на упаковку или просто скрытие методов и свойств.

Программисты используют инкапсуляцию для скрытия данных и кодов в одном модуле с целью их защиты от внешнего мира.

Примером инкапсуляции являются классы, в то время как абстракция – это процесс показа только того, что нужно показать, и скрытие деталей от пользователя. Абстракция, как следует из названия, означает абстрактную форму вещи. Применяют абстракцию в программировании, когда нужно создать абстрактный класс, в котором представлены свойства класса и методы.

Инкапсуляция осуществляется с помощью модификаторов защищенного и закрытого доступа, а абстракция – с использованием абстрактного класса и интерфейса[10, 14].

Целостность обеспечивается в ООП с помощью инкапсуляции (то есть обеспечения надлежащего использования данных и надлежащим образом), это достигается путем предотвращения непреднамеренного доступа программистов к данным.

Отличия также поясняет пример.

Примеринкапсуляции:

Class Encapsulation

{

Private float division;

Public float division

{

get { return division; }

set {division = value;}

}

Примерабстракции:

abstract class Abstraction

{

public abstract void do Abstraction();

}

public class AbstractionImpl: Abstraction

{

public void doAbstraction()

{

// its Implemented it

}

2.6 Полиморфизм

В 1967 году Кристофером Стрейчи идентифицировал полиморфизм, а Хиндли и Милнер позже разработали это понятие. Важнымявляется не понимание реализации, а то, как работает сама концепция.

Полиморфизм – это особенность ООП, которая позволяет объекту вести себя по-разному в разных условиях. В C ++ есть два типа полиморфизма[12, 16]:

1) Полиморфизм времени компиляции – также известен как статическое (или раннее) связывание.

2) Полиморфизм времени исполнения – также известен как динамическое (или позднее) связывание.

Перегрузка функций и перегрузка операторов являются прекрасным примером полиморфизма времени компиляции.

В примере ниже есть две функции с одинаковым именем, но с разным количеством аргументов. Исходя из того, сколько параметров передается во время вызова функции, определяется, какая функция должна быть вызвана, поэтому она рассматривается как пример полиморфизма, потому что в разных условиях выходные данные различны. Поскольку вызов определяется во время компиляции, поэтому он называется полиморфизмом времени компиляции.

Пример полиморфизма времени компиляции[11,16]:

#include<iostream>

using namespace std;

class Add {

public:

int sum(int num1, int num2){

return num1+num2;

}

int sum(int num1, int num2, int num3){

return num1+num2+num3;

}

};