Файл: Основные понятие объектно-ориентированного программирования.pdf

2.3 Экземпляры объектных типов

Экземпляры объектных типов описываются в точности так же, как в Паскале описывается любая переменная, либо статическая, либо указатель, ссылающийся на размещенную в динамической памяти переменную.

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

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.

.

2.4 Поля объектов

Мы можем обратиться к полю объекта в точности так же, как к полю обычной записи, либо с помощью оператора with, либо путем уточнения имени с помощью точки.

Например:

AnHourly.Rate := 9.45;

with AnHourly do

begin

Name := 'Sanderson, Arthur';

Title := 'Word processor';

end;

Примечание: Не нужно забывать о том, что наследуемые поля объектов не интерпретируются особым образом только потому, что они являются наследуемыми.

Надо запомнить, что наследуемые поля являются столь же доступными, как если бы они были объявлены внутри типа объекта.

Например, даже если Name, Title и Rate не являются частью описания типа THourly (они наследованы от типа TEmployee), то вы можете ссылаться на них, словно они описаны в THourly:

AnHourly.Name := 'Arthur Sanderson'.

Выводом из того факта, что методы и их объекты разделяют общую область действия, является то, что формальные параметры метода не могут быть идентичными любому из полей данных объекта. Это является не каким-то новым ограничением, налагаемым объектно-ориентированным программированием, а скорее теми же самыми старымиправилами области действия, которые Паскаль имел всегда. Это тоже самое, что и запрет для формальных параметров процедуры быть идентичными локальным переменным этой процедуры:

procedure CrunchIt(Crunchee: MyDataRec,

Crunchby, ErrorCode: integer);

Var A, B: char;

ErrorCode: integer;

begin

Локальные переменные процедуры и ее формальные параметры совместно используют общую область действия и поэтому не могут быть идентичными. Вы получите сообщение "Error 4: Duplicateidentifier" (Ошибка 4; Повторение идентификатора), если попытаетесь компилировать что-либо подобное, та же ошибка возникает при попытке присвоить формальному параметру метода имени поля объекта, которому данный метод принадлежит.

Обстоятельства несколько отличаются, так как помещение заголовка процедуры внутрь структуры данных является намеком на новшество в Турбо Паскале, но основные принципы области действия Паскаля не изменились.

2.5 Методы

Даже если мы можем обратиться к полям объекта непосредственно, это будет не совсем хорошей идеей. Принципы объектно-ориентированного программирования требуют, чтобы поля объектов были исключены из исходного кода, насколько это возможно. Это ограничение поначалу может показаться спорным и жестким, но оно является только частью огромной картины объектно-ориентированное программирования. Ответ заключается в том, что при всякой возможности для доступа к полям данных должны использоваться методы объекта. Метод является процедурой или функцией, описанной внутри объекта и жестко ограниченной этим объектом.

Методы являются одними из наиболее примечательных атрибутов объектно-ориентированного программирования и требуют некоторой практики перед использованием.

Метод - это процедура или функция, объединенная с данным типом столь тесно, что метод является как бы окруженным невидимым оператором with, что делает экземпляр данного типа доступными изнутри для метода. Определение типа включает заголовок метода. Полное определение метода квалифицируется в имени типа. Тип объекта и метод объекта являются двумя лицами этой новой разновидности структуры, именуемой методом.

Одним из важнейших принципов объектно-ориентированного программирования является то, что программист во время разработки программы должен думать о коде и о данных совместно. Ни код, ни данные не существуют в вакууме. Данные управляют потоком кода, а код манипулирует образами и значениями данных.

Если наш код и данные являются разделенными элементами, то всегда существует опасность вызова правильной процедуры с неверными данными или ошибочной процедуры с правильными данными. Забота о совпадении этих элементов возлагается на программиста, и хотя строгая типизация Паскаля здесь помогает, самое лучшее, что он может сделать - это указать на несоответствие.

Объект осуществляет синхронизацию кода и данных путем совместного построения их описаний. Реально, чтобы получить значение одного из полей объекта, мы вызываем относящийся к этому объекту метод, который возвращает значение нужного поля. Чтобы присвоить полю значение, мы вызываем метод, который назначает данному полю новое значение.

Однако, Borland Pascal не вынуждает нас делать это. Как всякое структурное программирование, объектно-ориентированное программирование является дисциплиной, которую мы должны навязать себе, используя предоставляемые языком средства. Borland Pascal позволяет нам обращаться к полям объекта непосредственно извне объекта, однако он поощряет нас использовать преимущества объектно-ориентированного программирования и создавать методы для манипулирования полями объекта внутри самого объекта.

Итак, подведем некоторый итог. Что такое объект?

Объект состоит из структуры данных и связанных с ней процедур (которые называются методами), которые работают с данными, записанными в экземплярах структуры данных.

Объект может наследовать характеристики порождающего объекта. Это означает, что структура данных нового объекта включает структуру данных порождающего объекта, а также новые данные. Кроме того, новый объект может вызывать все процедуры порождающего объекта, а также те процедуры методов, которые в нем описываются.

Объект, не имеющий наследования, называется базовым объектом. Объект, наследующий характеристики других объектов, называется порожденным или производным объектом.

Тип объекта и метод объекта являются двумя лицами этой новой разновидности структуры, именуемой методом.

type

TEmployee = object

Name, Title: string[25];

Rate: Real;

procedure Init (NewName, NewTitle: string[25];

NewRate: Real);

end;

procedure TEmployee.Init (NewName, NewTitle: string[25];

NewRate: Real);

begin

Name := NewName ; { Поле Name объекта TEmployee }

Title := NewTitle; { Поле Tutle объекта TEmployee }

Rate := NewRate; { Поле Rate объекта TEmployee }

end;

Теперь для инициализации экземпляра типа TEmployee вы просто вызываете его метод, словно метод является полем записи, что имеет вполне реальный смысл:

var

AnEmployee: TEmployee;

AnEmployee.Init('Sara Adams, Account manager, 15000').

2.6. Полиморфизм

Язык программирования поддерживает полиморфизм, если классы с одинаковой спецификацией могут иметь различную реализацию — например, реализация класса может быть изменена в процессе наследования.

Кратко смысл полиморфизма можно выразить фразой: «Один интерфейс, множество реализаций».

Полиморфизм — один из четырёх важнейших механизмов объектно-ориентированного программирования (наряду с абстракцией, инкапсуляцией и наследованием).

Полиморфизм позволяет писать более абстрактные программы и повысить коэффициент повторного использования кода. Общие свойства объектов объединяются в систему, которую могут называть по-разному — интерфейс, класс. Общность имеет внешнее и внутреннее выражение:

внешняя общность проявляется как одинаковый набор методов с одинаковыми именами и сигнатурами (именем методов и типами аргументов и их количеством);

внутренняя общность — одинаковая функциональность методов. Её можно описать интуитивно или выразить в виде строгих законов, правил, которым должны подчиняться методы. Возможность приписывать разную функциональность одному методу (функции, операции) называется перегрузкой метода (перегрузкой функций, перегрузкой операций).

Полиморфный объект представляет собой такой объект, который может изменять форму во время выполнения программы. В объектно-ориентированных языках класс является абстрактным типом данных. Полиморфизм реализуется с помощью наследования классов и виртуальных функций. Класс-потомок наследует сигнатуры методов класса-родителя, а реализация, в результате переопределения метода, этих методов может быть другой, соответствующей специфике класса-потомка. Другие функции могут работать с объектом класса-родителя, но при этом вместо него во время исполнения будет подставляться один из классов-потомков. Это называется поздним связыванием. Класс-потомок сам может быть родителем. Это позволяет строить сложные схемы наследования – древовидные или сетевидные. Абстрактные (или чисто виртуальные) методы не имеют реализации вообще. Они специально предназначены для наследования. Их реализация должна быть определена в классах-потомках. Класс может наследовать функциональность от нескольких классов. Это называется множественным наследованием. Множественное наследование создаёт проблему (когда класс наследуется от нескольких классов-посредников, которые в свою очередь наследуются от одного класса (так называемая «Проблема ромба»): если метод общего предка был переопределён в посредниках, неизвестно, какую реализацию метода должен наследовать общий потомок. Решается эта проблема через виртуальное

3. Понятие класса

В окончательном виде любая программа представляет собой набор инструкций процессора. Все, что написано на любом языке программирования – более удобная, упрощенная запись этого набора инструкций, облегчающая написание, отладку и последующую модификацию программы. Чем выше уровень языка, тем в более простой форме записываются одни и те же действия. С ростом объема программы становится невозможным удерживать в памяти все детали, и становится необходимым структурировать информацию, выделять главное и отбрасывать несущественное. Этот процесс называется повышением степени абстракции программы. Для языка высокого уровня первым шагом к повышению абстракции является использование функций, позволяющее после написания и отладки функции отвлечься от деталей ее реализации, поскольку для вызова функции требуется знать только ее интерфейс. Если глобальные переменные не используются, интерфейс полностью определяется заголовком функции. Следующий шаг – описание собственных типов данных, позволяющих структурировать и группировать информацию, представляя ее в более естественном виде. Например, все разнородные сведения, относящиеся к одному виду товара на складе, можно представить с помощью одной структуры. Для работы с собственными типами данных требуются специальные функции. Естественно сгруппировать их с описанием этих типов данных в одном месте программы, а также по возможности отделить от ее остальных частей. При этом для использования этих типов и функций не требуется полного знания того, как именно они написаны – необходимы только описания интерфейсов. Объединение в модули описаний типов данных и функций, предназначенных для работы с ними, со скрытием от пользователя модуля несущественных деталей является дальнейшим развитием структуризации программы. Все три описанных выше метода повышения абстракции преследуют цель упростить структуру программы, то есть представить ее в виде меньшего количества более крупных блоков и минимизировать связи между ними. Это позволяет управлять большим объемом информации и, следовательно, успешно отлаживать более сложные программы.

В класс объединяются объекты с одинаковыми свойствами и методами. Введение понятия класса является естественным развитием идей модульности. В классе структуры данных и функции их обработки объединяются. Класс используется только через его интерфейс – детали реализации для пользователя класса не существенны. Идея классов отражает строение объектов реального мира – ведь каждый предмет или процесс обладает набором характеристик или отличительных черт, иными словами, свойствами и поведением. Программы в основном предназначены для моделирования предметов, процессов и явлений реального мира, поэтому удобно иметь в языке программирования адекватный инструмент для представления моделей. Класс является типом данных, определяемым пользователем. В классе задаются свойства и поведение какого-либо предмета или процесса в виде полей данных (аналогично структуре) и функций для работы с ними. Создаваемый тип данных обладает практически теми же свойствами, что и стандартные типы (напомню, что тип задает внутреннее представление данных в памяти компьютера, множество значений, которое могут принимать величины этого типа, а также операции и функции, применяемые к этим величинам). Существенным свойством класса является то, что детали его реализации скрыты от пользователей класса за интерфейсом. Интерфейсом класса являются заголовки его открытых методов. Таким образом, класс как модель объекта реального мира является черным ящиком, замкнутым по отношению к внешнему миру. Идея классов является основой объектно-ориентированного программирования (ООП). Основные принципы ООП были разработаны еще в языках Simula-67 и Smalltalk, но в то время не получили широкого применения изза трудностей освоения и низкой эффективности реализации. В С++ эти концепции реализованы эффективно и непротиворечиво, что и явилось основой успешного распространения этого языка и внедрения подобных средств в другие языки программирования. Идеи ООП не очень просты для практического использования (их неграмотное применение приносит гораздо больше вреда, чем пользы), а освоение существующих стандартных библиотек требует времени и высокого уровня первоначальной подготовки. Конкретные переменные типа данных «класс» называются экземплярами класса, или объектами. Объекты взаимодействуют между собой, посылая и получая сообщения. Сообщение – это запрос на выполнение действия, содержащий набор необходимых параметров. Механизм сообщений реализуется с помощью вызова соответствующих функций. Таким образом, с помощью ООП легко реализуется так называемая «событийно-управляемая модель», когда данные активны и управляют вызовом того или иного фрагмента программного кода. Примером реализации событийно-управляемой модели может служить любая программа, управляемая с помощью меню. После запуска такая программа пассивно ожидает действий пользователя и должна уметь правильно отреагировать на любое из них. Событийная модель является противоположностью традиционной (директивной), когда код управляет данными: программа после старта предлагает пользователю выполнить некоторые действия (ввести данные, выбрать режим) в соответствии с жестко заданным алгоритмом. Класс – это описание определяемого типа. Любой тип данных представляет собой множество значений и набор действий, которые разрешается выполнять с этими значениями. Например, сами по себе числа не представляют интереса – нужно иметь возможность ими оперировать: складывать, вычитать, вычислять квадратный корень и т. д. В С++ множество значений нового типа определяется задаваемой в классе структурой данных, а действия с объектами нового типа реализуются в виде функций и перегруженных операций С++. Данные класса называются полями (по аналогии с полями структуры), а функции класса – методами. Поля и методы называются элементами класса. Описание класса в первом приближении выглядит так: class { [ private: ] public: };// Описание заканчивается точкой с запятой.