Файл: Моделирование предметной области «Управление запасами» с помощью UML (Построение объектной модели предметной области «Управление запасами» с применением языка моделирования UML).pdf

Членами класса могут быть:

1. поля, используемые для хранения данных;
2. свойства, как средства обращения к закрытым полям;
3. методы, задающие функциональность объектов;
4. события и их обработчики, как средства управления программами.

1.2 Понятие объект

Объектно-ориентированное программирование (ООП) - это парадигма (совокупность понятий и идей) программирования, в рамках которой «во главу угла» ставят понятия объектов и классов. Сейчас ООП так или иначе присутствует во всех языках, поэтому понимание его основ просто необходимо для всех, кто собирается заняться программированием.

Стоит сразу определить базовые понятия класса и объекта:

Класс - это шаблон, описание ещё не созданного объекта. Класс содержит данные, которые описывают строение объекта и его возможности, методы работы с ним;

Объект — экземпляр класса. То, что «рождено» по «чертежу», то есть по описанию из класса. В качестве примера объекта и класса можно привести технический чертёж для изготовления детали — это класс. Выточенная же на станке по размерам и указаниям из чертежа деталь - объект.

Появление объектно-ориентированного программирования стало результатом возросших требований к функционалу программ, когда описывать объект приходилось раз за разом в разных участках кода. Тогда и было введено понятие класса, параметры которого задавались единожды, а после в коде оставлялись только ссылки на класс, чтобы код самостоятельно «собрал» объект.

На ООП-языке Java описание класса выглядит так:

// Описываем отдельный новый класс

class Circle {

// свойства класса

public double x; // абцисса центра

public double y; // ордината центра

public double y; // радиус

// методы класса

// выводит на экран параметры окружности

public void printCircle(){

System.out.println("Окружность с центром (" + x + ";" + y + ") и радиусом " + r);

}

// перемещает центр, движение окружности

public void moveCircle(double a, double b){

x = x + а;

y = y + b;

}

// масштабируем, выполняем преобразование подобия с коэффициентом k

public void zoomCircle(double k){

r = r * k;

}

}

Это код для окружности с заданными параметрами. Позднее при написании программы функцию вызова окружности можно будет внедрить с помощью добавления класса Circle, а не описывать его заново, что сильно экономит время, если, к примеру, мы пишем приложение для решения геометрических задач, где предусматриваются окружности разных диаметров и другие фигуры.

В качестве более живого примера объектно-ориентированного программирования можно привести мастерскую, где есть старший слесарь (программист) и ученики (разные участки кода). При устаревших парадигмах программирования старшему слесарю пришлось бы сначала объяснить ученику №0, как вырезать деталь (создать объект), затем ученику №1 то же самое, потом ученику №2 и так далее.

ООП же даёт слесарю целую пачку бесконечных подробных чертежей (классов) деталей, которые он может раздавать ученикам вместо повторного объяснения (заведения описания объекта). Как нетрудно догадаться, это ускоряет работу и позволяет старшему слесарю уделить внимание более важным проблемам мастерской.

Объектно-ориентированное программирование выделяется не только описанной выше системой классов, вернее, её особенность не только в сохранении большого количества параметров. При упущении одного параметра, код приходилось перерывать от и до в поисках ошибки. Поэтому был разработан поведенческий аспект, что означало, что отныне классы могут не только служить вместилищем для данных, но и сами могли бы работать с ними: загружать, сохранять, изменять и выполнять другие операции.

В объектно-ориентированном программировании выделяют 4 основных принципа: абстракция, инкапсуляция, наследование и полиморфизм.

Абстракция — способ выделения самых значимых характеристик объекта, при этом менее значимые отбрасываются. В ООП абстракция - работа только со значимыми характеристиками. Суть этого принципа в том, чтобы отделить составные объекты, состоящие из «меньших» объектов, от этих самых объектов, то есть от их составляющих.

Такой подход позволяет работать непосредственно с объектом, не вдаваясь в подробности, из чего же он состоит и как работает. Возвращаясь к примеру про слесарную мастерскую, принцип абстракции заключается в том, что старший слесарь не тратит своё время и ресурсы на определение, из чего ученик сделал деталь, а просто использует её по назначению.

Инкапсуляция - принцип объектно-ориентированного программирования, позволяющий собрать объект в пределах одной структуры или массива, убрав способ обработки данных и сами данные от «чужих глаз».

Это одновременно и облегчает конечному пользователю работу с программой, и защищает данные и само приложение от постороннего вмешательства. Пользователь может работать со всем функционалом через интерфейс, не задумываясь над тем, как программа работает. Инкапсуляцию применяют:

когда нужно сохранить некоторый участок кода без изменений со стороны пользователя;

когда нужно ограничить доступ к коду - в связи с уникальностью используемых техник, которые автор хочет оставить «при себе»;

когда изменение кода повлечёт за собой неработоспособность программы или её взлом.

Наследование — способность в объектно-ориентированном программировании построить новый класс на основе уже заданного. При этом функционал может как полностью совпадать, так и отличаться. Класс-донор называется в таком случае родительским или базовым, а его «потомок» — наследником, дочерним классом.

Существует также множественное наследование, при котором у класса-наследника может быть несколько «родителей». При этом класс наследует методы всех своих отцов и матерей, что часто приводит к ошибкам.

Наследование требует определения ещё одного понятия:

прототип — объект-образец, на основе которого «рождаются» другие объекты, полностью копируя его или изменяясь в процессе. При изменении в прототипе в копиях также происходят соответствующие изменения.

Принцип полиморфизма

Полиморфизм — способность объектов самим определять, какие методы они должны применить в зависимости от того, где именно в коде они находятся. То есть, объект может изменяться в зависимости от своего местоположения и действовать по-разному, что позволяет не заводить лишних структур. Иначе говоря: один интерфейс — множество решений.

Полиморфизм позволяет повысить процент повторного использования кода и сократить тем самым размер программы и временные затраты на её написание. При изучении ООП весьма пригодятся книги по программированию или даже уроки по программированию , так как эту парадигму бывает сложно постичь без посторонней помощи. С другой стороны, если понять принцип объектно-ориентированного программирования, то создавать код на ООП-языках гораздо проще.

На сегодняшний день самые популярные языки программирования - это объектно-ориентированные, к примеру, С++ и Java. Также существуют языки, которые не предполагают написания программных операторов, а программирование происходит в виде визуального проектирования с помощью интерфейса языка. Примером таких систем являются VisualBasic, Delphiи C++ Builder.

1.3 Средства реализации объектно-ориентированной технологии программирования

В технологии ООП взаимоотношения данных и алгоритма имеют более регулярный характер: во-первых, класс (базовое понятие этой технологии) объединяет в себе данные (структурированная переменная) и методы (функции). Во-вторых, схема взаимодействия функций и данных принципиально иная. Метод (функция), вызываемый для одного объекта, как правило, не вызывает другую функцию непосредственно. Для начала он должен иметь доступ к другому объекту (создать, получить указатель, использовать внутренний объект в текущем и т.д.), после чего он уже может вызвать для него один из известных методов. Таким образом, структура программы определяется взаимодействием объектов различных классов между собой. Как правило, имеет место иерархия классов, а технология ООП иначе может быть названа как программирование "от класса к классу".

Любое программирование осуществляется по одному из четырех принципов:

• принцип модульности
• принцип «от общего к частному»
• принцип пошаговости
• принцип структурирования

Пошаговое программирование. Нисходящее проектирование по своей природе является пошаговым, ибо предполагает каждый раз замену одной словесной формулировки на единственную конструкцию языка. Но в процессе разработки программы могут быть и другие шаги, связанные с детализацией самой словесной формулировки в более подробную.

То, что этот принцип выделен отдельно, говорит о необходимости предотвратить соблазн детализации программы сразу от начала до конца и развивать умение выделять и сосредоточивать внимание на главных, а не второстепенных деталях алгоритма.

Вообще нисходящее пошаговое проектирование программы не дает гарантии получения "правильной" программы, но позволяет возвратиться при обнаружении тупиковой ситуации к одному из верхних шагов детализации.

Структурное программирование. При нисходящей пошаговой детализации программы необходимые для работы структуры данных и переменные появляются по мере перехода от неформальных определений к конструкциям языка, то есть процессы детализации алгоритма и данных идут параллельно. Структурное программирование - модульное нисходящее пошаговое проектирование алгоритма и структур данных.

Объектно-ориентированный подход к программированию включает в себя 3 основные компоненты:

• объектно-ориентированный анализ (ООА),
• объектно-ориентированное проектирование (ООД),
• объектно-ориентированное программирование (ООП).

В любой инженерной дисциплине под проектированием обычно понимается некий унифицированный подход, с помощью которого мы ищем пути решения определенной проблемы, обеспечивая выполнение поставленной задачи. В контексте инженерного проектирования цель проектирования определяется как создание системы, которая

• удовлетворяет заданным (возможно, неформальным) функциональным спецификациям;
• согласована с ограничениями, накладываемыми оборудованием;
• удовлетворяет явным и неявным требованиям по эксплуатационным качествам и потреблению ресурсов;
• удовлетворяет явным и неявным критериям дизайна продукта;
• удовлетворяет требованиям к самому процессу разработки, таким, например, как продолжительность и стоимость, а также привлечение дополнительных инструментальных средств.

Проектирование подразумевает учет противоречивых требований. Его продуктами являются модели, позволяющие нам понять структуру будущей системы, сбалансировать требования и наметить схему реализации.

Программа – это числовая модель проектируемой системы.(рис. 1.3.1.)

Рис. 1.3.1. Структура программы.

Важность построения модели. Моделирование широко распространено во всех инженерных дисциплинах, в значительной степени из-за того, что оно реализует принципы декомпозиции, абстракции и иерархии. Каждая модель описывает определенную часть рассматриваемой системы, а мы в свою очередь строим новые модели на базе старых, в которых более или менее уверены. Модели позволяют нам контролировать наши неудачи. Мы оцениваем поведение каждой модели в обычных и необычных ситуациях, а затем проводим соответствующие доработки, если нас что-то не удовлетворяет.

Несмотря на различия, эти методы имеют что-то общее. Их, в частности, объединяет следующее:

• условные обозначения - язык для описания каждой модели;
• процесс - правила проектирования модели;
• инструменты - средства, которые ускоряют процесс создания моделей, и в которых уже воплощены законы функционирования моделей. Инструменты помогают выявлять ошибки в процессе разработки.

Хороший метод проектирования базируется на прочной теоретической основе и при этом дает программисту известную степень свободы самовыражения.

Объектно-ориентированные модели. Полезнее всего создавать такие модели, которые фокусируют внимание на объектах, найденных в самой предметной области, и образуют то, что называется объектно-ориентированной декомпозицией.