Файл: Основные понятие объектно-ориентированного программирования.pdf

Введение

Исторически сложилось так, что программирование возникло и развивалось как процедурное программирование, которое предполагает, что основой программы является алгоритм, процедура обработки данных. Объектно-ориентированное программирование - это методика разработки программ, в основе которой лежит понятие объекта как некоторой структуры, описывающей объект реального мира, его поведение. Задача, решаемая с использованием методики объектно-ориентированного программирования, описывается в терминах объектов и операций над ними, а программа при таком подходе представляет собой набор объектов и связей между ними. Другими словами можно сказать, что объектно-ориентированное программирование представляет собой метод программирования, который весьма близко напоминает наше поведение. Оно является естественной эволюцией более ранних нововведений в разработке языков программирования. Объектно-ориентированное программирование является более структурным, чем все предыдущие разработки, касающиеся структурного программирования. Оно также является более модульным и более абстрактным, чем предыдущие попытки абстрагирования данных и переноса деталей программирования на внутренний уровень.

Использование объектно-ориентированного программирования является хорошим решением при разработке крупных программных проектов. Чем проект объемнее и сложнее, тем больше выгоды вы получите при использовании объектно-ориентированной технологии программирования. Одним из наибольших преимуществ объектно-ориентированного программирования является возможность многократного использования программного кода. Если вы, к примеру, создали класс, то можете порождать от него новые классы и изменять их свойства и функциональное назначение.

В качестве примера объектно-ориентированного языка в дальнейшем будем рассматривать Borland Pascal. Языковые расширения Borland Pascal предоставляют все средства объектно-ориентированного программирования: большую структурированность и модульность, большую абстрактность и встроенную непосредственно в язык возможность повторного использования. Все эти характеристики соответствуют коду, который является более структурированным, более гибким и более легким для обслуживания.

Объектно-ориентированное программирование требует оставить в стороне характерные представления о программировании, которые долгие годы рассматривались как стандартные. Однако после того, как это сделано, объектно-ориентированное программирование становится простым, наглядным и превосходным средством разрешения многих проблем, которые доставляют неприятности традиционному программному обеспечению.

1. Основные понятия объектно-ориентированного программирования

Объектно-ориентированное программирование – это методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования.

В основе объектно-ориентированного язык программирования лежат два основных понятия: объект и класс. Основными характеристическими свойствами этих понятий являются:

Инкапсуляция - комбинирование записей с процедурами и функциями, манипулирующими полями этих записей, формирует новый тип данных - объект (под записью понимается переменная типа "запись").

Наследование - определение объекта и его дальнейшее использование для построения иерархии порожденных объектов с возможностью для каждого порожденного объекта, относящегося к иерархии, доступа к коду и данным всех порождающих объектов.

Полиморфизм - присваивание действию одного имени, которое затем совместно используется вниз и вверх по иерархии объектов, причем каждый объект иерархии выполняет это действие способом, именно ему подходящим.

2. Объект - как базовое понятие в объектно-ориентированном программировании

Понятию “объект” сопоставляют ряд дополняющих друг друга определений. Ниже приведены некоторые из них.

Объект - это осязаемая реальность, характеризующаяся четко определяемым поведением.

Объект - особый опознаваемый предмет, блок или сущность (реальная или абстрактная), имеющая важное функциональное назначение в данной предметной области.

Объект может быть охарактеризован структурой, его состоянием, поведением и индивидуальностью. Состояние объекта определяется перечнем всех возможных (обычно статических) свойств и текущими значениями (обычно динамическими) каждого из этих свойств. Свойства объекта характеризуются значениями его параметров. Поведение объекта описывает, как объект воздействует на другие объекты или как он подвергается воздействию со стороны других объектов с точки зрения изменения его собственного состояния и состояния других объектов. Говорят также, что поведение объекта определяется его действиями. Определенное воздействие одного объекта на другой с целью вызвать соответствующую реакцию называют операцией. В объектно-ориентированных языках программирования операции называют методами.

Можно выделить пять типов операций:

- конструктор, создание и инициализация объекта;

- деструктор, разрушающий объект;

- модификатор, изменяющий состояние объекта;

- селектор для доступа к переменным объекта без их изменения;

- итератор для доступа к содержанию объекта по частям в определенной последовательности.

Известна и другая классификация методов объекта, когда выделяют функции управления, реализации, доступа и вспомогательные функции.

Под индивидуальностью объекта понимают свойство объекта, позволяющее отличать этот объект от всех других объектов.. В большинстве языков программирования при создании объект именуется, поэтому многие путают адресуемость и индивидуальность. Невозможность отличить имя объекта от самого объекта является источником множества ошибок в ООП.

Объекты могут находиться в определенных отношениях друг к другу. Эти отношения могут быть иерархическими. Основные иерархические отношения - это отношения использования и включения. Отношение использования реализуется посылкой сообщений от объекта A к объекту B. При этом объект A может выступать в роли:

- активного или воздействующего объекта, когда он воздействует на другие объекты, но сам воздействию не подвергается;

- пассивного или исполняющего, когда объект подвергается воздействию, но сам на другие объекты не воздействует;

- посредника, если объект и воздействует и сам подвергается воздействию.

Отношение включения имеет место, когда составной объект содержит другие объекты. Состояние объекта характеризуется перечнем (обычно статическим) всех свойств данного объекта и текущими (обычно динамическими) значениями каждого из этих свойств. Поведение объекта – это то, как объект действует и реагирует; поведение выражается в терминах состояния объекта и передачи сообщений. Операцией называется определенное воздействие одного объекта на другой с целью вызвать соответствующую реакцию. Например, клиент может активизировать операции append() и pop() для того, чтобы управлять объектомочередью: class Queue { public: Queue(); Queue(const Queue&); virtual ~Queue(); virtual Queue& operator=(const Queue&); virtual int operator==(const Queue&) const; int operator!=(const Queue&) const; virtual void clear(); virtual void append(const void*); virtual void remove(int at); virtual int length() const; virtual int isEmpty() const; ....

2.1 Инкапсуляция

Объекты моделируют характеристики и поведение элементов мира, в котором мы живем. Они являются окончательной абстракцией данных.

Объекты содержат вместе все свои характеристики и особенности поведения. Отношения частей к целому и взаимоотношения между частями становятся понятнее тогда, когда все содержится вместе в одной упаковке. Это и называется инкапсуляцией. Инкапсуляция – это процесс отделения друг от друга элементов объекта, определяющих его устройство и поведение. Инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать контрактные обязательства абстракции от их реализации. Пусть члену класса требуется защита от «несанкционированного доступа». Как разумно ограничить множество функций, которым такой член будет доступен? Очевидный ответ для языков, поддерживающих объектно-ориентированное программирование, таков: доступ имеют все операции, которые определены для этого объекта, иными словами, все функции-члены. Например: class window { // ... protected: Rectangle inside; // ... }; class dumb_terminal: public window { // ... public: void prompt(); // ... }; Здесь в базовом классе window член inside типа Rectangle описывается как защищенный (protected), но функции-члены производных классов, например, dumb_terminal::prompt(), могут обратиться к нему и выяснить, с какого вида окном они работают. Для всех других функций член window::inside недоступен. В таком подходе сочетается высокая степень защищенности с гибкостью, необходимой для программ, которые создают классы и используют их. 10 Неочевидное следствие из этого: нельзя составить полный и окончательный список всех функций, которым будет доступен защищенный член, поскольку всегда можно добавить еще одну, определив ее как функцию-член в новом производном классе. Для метода абстракции данных такой подход часто бывает мало приемлемым. Если язык ориентируется на метод абстракции данных, то очевидное для него решение – это требование указывать в описании класса список всех функций, которым нужен доступ к члену. В С++ для этой цели используется описание частных (private) членов. Важность инкапсуляции, т.е. заключения членов в защитную оболочку, резко возрастает с ростом размеров программы и увеличивающимся разбросом областей приложения.

2.2 Наследование как важнейшее свойство объекта

Не менее важным является и тот факт, что объекты могут наследовать характеристики и поведение того, что мы называем порождающие, родительские объекты (или предки). Здесь происходит качественный скачок: наследование, возможно, является сегодня единственным самым крупным различием между обычным программированием на Паскале и объектно-ориентированным программированием в Borland Pascal.

В терминах Паскаля, объект во многом схож с записью, которая является оболочкой для объединения нескольких связанных элементов под одним именем.

Процесс, с помощью которого один тип наследует характеристики другого типа, называется наследованием. Наследник называется порожденным (дочерним) типом, а тип, которому наследует дочерний тип, называется порождающим (родительским) типом. Ранее известные типы записей Паскаля не могут наследовать. Однако Borland Pascal расширяет язык Паскаля для поддержки наследования. Одним из этих расширений является новая категория структуры данных, связанная с записями, но значительно более мощная. Типы данных в этой новой категории определяются с помощью нового зарезервированного слова object. Тип объекта может быть определен как полный, самостоятельный тип в манере описания записей Паскаля, но он может определяться и как потомок существующего типа объекта путем помещения порождающего (родительского) типа в скобки после зарезервированного слова object.

Большая часть конструирования объектно-ориентированных прикладных программ состоит в построении иерархии объектов, являющейся отражением генеалогического дерева объектов в приложениях.

Как показали данные определения, объекты тесно связаны с записями. Новое зарезервированное слово object является наиболее очевидным различием, но как мы увидим позднее, имеется большое число других различий, некоторые из которых довольно тонкие

. Производный класс – это новый класс, а базовый класс – существующий класс. Когда вы порождаете один класс из другого (базового класса), производный класс наследует элементы базового класса. Для порождения класса из базового начинайте определение производного класса ключевым словом class, за которым следует имя класса, двоеточие и имя базового класса, например class dalmatian: dog. Когда вы порождаете класс из базового класса, производный класс может обращаться к общим элементам базового класса, как будто эти элементы определены внутри самого производного класса. Для доступа к частным данным базового класса производный класс должен использовать интерфейсные функции базового класса. Внутри конструктора производного класса ваша программа должна вызвать конструктор базового класса, указывая двоеточие, имя конструктора базового класса и соответствующие параметры сразу же после заголовка конструктора производного класса. Чтобы обеспечить производным классам прямой доступ к определенным элементам базового класса, в то же время защищая эти элементы от оставшейся части программы, C++ обеспечивает защищенные (protected) элементы класса. Производный класс может обращаться к защищенным элементам базового класса, как будто они являются общими. Однако для оставшейся части программы защищенные элементы эквивалентны частным. Если в производном и базовом классе есть элементы с одинаковым именем, то внутри функций производного класса C++ будет использовать эле- 11 менты производного класса. Если функциям производного класса необходимо обратиться к элементу базового класса, вы должны использовать оператор глобального разрешения, например base class:: member.