Файл: История и развитие методологии объектно-ориентированного программирования. Сферы применения (Объектно-ориентированное программирование ).pdf

Актуальность выполнения данной работы обусловлена тем, что компьютерные и информационные технологии без преувеличения можно назвать наиболее динамичной областью современных знаний, которые концентрируют в себе самые последние достижения в сфере науки и техники. Появление новых моделей процессоров и комплектующих, версий операционных систем и программного обеспечения происходит на фоне постоянного усложнения не только отдельных физических и программных компонентов, но и лежащих в их основе концепций.

Трудоемкость создания современных приложений на начальных этапах проекта, как правило, оценивается значительно ниже реально затрачиваемых усилий, что служит причиной незапланированных расходов и затягивания окончательных сроков готовности программ.

Таким образом, все эти особенности приводят к настоятельной необходимости моделирования структуры и процесса функционирования программных систем до начала написания соответствующего кода. При этом непременным условием успешного завершения проекта становится построение предварительной модели программной системы.

Объект исследования – объектно-ориентированное программирование.

Предмет исследования – история и развитие методологии ООП.

Целью данной работы является изучение истории и развития методологии ООП.

В соответствии с целью была определена необходимость постановки и решения следующих задач:

– изучить историю создания ООП;

– дать характеристику концепции и методологии ООП;

– изучить особенности ООП языка программирования Delphi;

– представить программную разработку.

1. Объектно-ориентированное программирование

1.1. История создания объектно-ориентированного программирования

Практически сразу после появления языков третьего поколения (1967) ведущие специалисты в области программирования выдвинули идею преобразования постулата фон Неймана: «данные и программы неразличимы в памяти машины». Их цель заключалась в максимальном сближении данных и кода программы. Решая поставленную задачу, они столкнулись с задачей, решить которую без декомпозиции оказалось невозможно, а традиционные структурные декомпозиции не сильно упрощали задачу. Усилия многих программистов и системных аналитиков, направленные на формализацию подхода, увенчались успехом.

Были разработаны три основополагающих принципа того, что потом стало называться объектно-ориентированным программированием: наследование; инкапсуляция; полиморфизм.

Результатом их первого применения стал язык Симула-1 (Simula-1), в котором был введен новый тип – объект. В описании этого типа одновременно указывались данные (поля) и процедуры, их обрабатывающие – методы. Родственные объекты объединялись в классы, описания которых оформлялись в виде блоков программы [1]. При этом класс можно использовать в качестве префикса к другим классам, которые становятся в этом случае подклассами первого. Впоследствии Симула-1 был обобщен, и появился первый универсальный объектно-ориентированный язык программирования – Симула-67 (67 – по году создания).

Как выяснилось, объектно-ориентированные языки программирования оказались пригодными не только для моделирования (Simula) и разработки графических приложений-(SmallTalk), но и для создания большинства других приложений, а их приближенность к человеческому мышлению и возможность многократного использования кода сделали их наиболее используемыми в программировании.

Объектно-ориентированный подход помогает справиться с такими сложными проблемами, как уменьшение сложности программного обеспечения; повышение надежности программного обеспечения; обеспечение возможности модификации отдельных компонентов программного обеспечения без изменения остальных его компонентов; обеспечение возможности повторного использования отдельных компонентов программного обеспечения.

1.2. Концепция объектно-ориентированного программирования

Давайте кратко рассмотрим основные элементы и термины ООП. Объект – это основной элемент программы, объединяющий в себе данные и операции над ними. Операция, которую может выполнить объект, иногда называется методом. Внутренняя структура данных и реализация методов объекта скрыта от остальной программы. Это называется инкапсуляцией. Программе доступен только интерфейс объекта. ООП отличается тем, что объединяет операции и данные воедино.

Подход ООП предполагает повторное использование программного обеспечения. Основной механизм обеспечения повторного использования – класс, представляющий собой шаблон, описывающий все объекты, для которых характерны одинаковые операции и элементы данных [9]. Следовательно, может быть создано много объектов каждого из классов. Часто они называются экземплярами объекта.

Для существующего класса можно создать подклассы путем использования наследования. Наследование позволяет программисту и создавать новые подклассы, и повторного использовать код, а также данные базового класса без их повторения. Вновь полученные подклассы настраиваются так, чтобы соответствовать конкретным потребностям приложения. Способность подклассов одного класса отвечать на одно и то же входящее сообщение по-разному называется полиморфизмом. Полиморфизм объединяет концепции наследования и динамического связывания (dynamic binding).

Наборы объектов, созданные из классов и подклассов, могут быть объединены для построения необходимых сервисов ОС. После определения достаточно сложного набора классов (называемого библиотекой классов), программисты могут использовать классы этого набора, а не программировать заново функции, предоставляемые классами.

Однако в объектно-ориентированной технологии есть и недостатки. Производительность ядра операционной системы чрезвычайно важна, так как сильно влияет на производительность системы в целом. Исследования приложений для AS/400 показали, что значительная часть длинных цепочек команд приходится на код операционной системы [7]. А при применении объектно-ориентированной технологии для некоторой функции повторно используется большое число маленьких модулей, и общая длина цепочек команд увеличивается, по сравнению с реализацией той же функции как единого целого. Группе пришлось включить в план работ время для выполнения тонкой настройки таких функций, чтобы сохранить показатели производительности ядра, достигнутые за предшествующие годы его разработки.

1.3. Методология объектно-ориентированного программирования

Объектно-ориентированное программирование (ООП, Object-Oriented Programming) - совокупность принципов, технологий, а также инструментальных средств для создания программных систем на основе архитектуры взаимодействия объектов.

Распространение методологии ООП связано с процессом разработки программ. В частности, процедурно-ориентированная декомпозиция программ уступила место объектно-ориентированной, при которой в качестве отдельных структурных единиц программы рассматриваются не процедуры и функции, а классы и объекты с соответствующими свойствами и методами. Как следствие, программа перестала быть последовательностью предопределенных на этапе кодирования действий, а преобразовалась в событийно управляемую [11]. Последнее обстоятельство доминирует и при разработке широкого круга современных приложений. В этом случае каждая программа представляет собой бесконечный цикл ожидания заранее определенных событий. Инициаторами событий могут быть другие программы или пользователи, а при наступлении отдельного события программа выходит из состояния ожидания и реагирует на него вполне адекватным образом.

Основные принципы ООП: абстракция, наследование, инкапсуляция и полиморфизм.

Абстракция (abstraction) - характеристика сущности, которая отличает ее от других сущностей. Абстракция определяет границу представления соответствующего элемента модели и применяется для определения фундаментальных понятий ООП, таких как класс и объект.

Класс представляет собой абстракцию совокупности реальных объектов, которые имеют общий набор свойств и обладают одинаковым поведением. Объект в контексте ООП рассматривается как экземпляр соответствующего класса [3].

Объекты, которые не имеют идентичных свойств или не обладают одинаковым поведением, по определению, не могут быть отнесены к одному классу.

Классы можно организовать в виде иерархической структуры, которая по внешнему виду напоминает схему классификации в понятийной логике. Иерархия понятий строится следующим образом. В качестве наиболее общего понятия или категории берется понятие, имеющее наибольший объем и, соответственно, наименьшее содержание. Это самый высокий уровень абстракции для данной иерархии. Затем данное общее понятие конкретизируется, то есть уменьшается его объем и увеличивается содержание. Появляется менее общее понятие, которое на схеме иерархии будет расположено на уровень ниже исходного. Этот процесс конкретизации понятий может быть продолжен до тех пор, пока на самом нижнем уровне не будет получено понятие, дальнейшая конкретизация которого в данном контексте либо невозможна, либо нецелесообразна.

Принцип, в соответствии с которым знание о наиболее общей категории разрешается применять для более частной категории, называется наследованием.

Наследование тесно связано с иерархией классов, определяющей, какие классы следует считать наиболее абстрактными и общими по отношению к другим классам. При этом если общий или родительский класс (предок) обладает фиксированным набором свойств и поведением, то производный от него класс (потомок) должен содержать этот же набор свойств и подобное поведение, а также дополнительные, которые будут характеризовать уникальность полученного класса. В этом случае говорят, что производный класс наследует свойства и поведение родительского класса.

Следующий принцип ООП - инкапсуляция. Инкапсуляция характеризует сокрытие отдельных деталей внутреннего устройства классов от внешних по отношению к нему объектов или пользователей [6].

Клиенту, взаимодействующему с объектом класса, необязательно знать, каким образом осуществлен тот или иной элемент класса. Конкретная реализация присущих классу свойств и методов, которые определяют его поведение, является собственным делом данного класса. Более того, отдельные свойства и методы класса могут быть невидимы за его пределами, это относится к базовой идее введения различных категорий видимости для элементов класса.

Инкапсуляция ведет свое происхождение от деления модулей в некоторых языках программирования на две части или секции: интерфейс и реализацию. При этом в интерфейсной секции модуля описываются все объявления функций и процедур, а возможно и типов данных, доступных за пределами модуля. Указанные процедуры и функции являются способами оказания услуг внешним клиентам. В другой секции модуля, называемой реализацией, содержится программный код, который определяет конкретные способы реализации объявленных в интерфейсной части процедур и функций.

Полиморфизм также один из основных принципов ООП. Под полиморфизмом понимается свойство объектов принимать различные внешние формы в зависимости от обстоятельств. Применительно к ООП полиморфизм означает, что действия, выполняемые одноименными методами, могут различаться в зависимости от того, к какому из классов относится тот или иной метод [2].

Полиморфизм объектно-ориентированных языков связан с перегрузкой функций, но не тождествен ей. Важно иметь в виду, что имена методов и свойств тесно связаны с классами, в которых они описаны. Это обстоятельство обеспечивает определенную надежность работы программы, поскольку исключает случайное применение метода для решения несвойственной ему задачи.

Наиболее существенным обстоятельством в развитии методологии ООП явилось осознание того, что процесс написания программного кода может быть отделен от процесса проектирования структуры программы. Прежде, чем начать программирование классов, их свойств и методов, необходимо определить сами эти классы. Эта совокупность задач не столько связана с написанием кода, сколько с общим анализом требований к будущей программе, а также с анализом конкретной предметной области, для которой разрабатывается программа. Все эти обстоятельства привели к появлению специальной методологии, получившей название методологии объектно-ориентированного анализа и проектирования.