Файл: История и развитие методологии объектно-ориентированного программирования.pdf

ООП обладает рядом преимуществ, к которым, в частности, можно отнести: – использование более естественных с точки зрения повседневной практики понятий и простота введения новых понятий;

– возможность создания и использования библиотек классов (библиотека компонент DELPHI);

– параллельная разработка визуальных средств взаимодействия с пользователем и средств, реализующих алгоритмическую часть задачи и т. д.

Вместе с тем следует отметить, что все эти преимущества и эффективность ООП проявляются в полной мере только при разработке больших программ или классов программ. [6 , с 21]

Глава 3 «Объектно-ориентированные языки программирования и их применение»

Расширение области применения информационных технологий и вычислительной техники служило и продолжает служить движущей силой эволюции методов и инструментов построения программных систем. На протяжении всей истории развития информационных технологий проводилось огромное множество прикладных исследований по методологии проектирования, декомпозиции, абстрагированию и иерархиям. Следствием этих исследований стало появление все более и более выразительных языков программирования. Возникла тенденция перехода от языков, указывающих компьютеру, что делать (императивные языки), к языкам, описывающим ключевые абстракции предметной области. [3 с. 6]

Многие современные языки специально созданы для облегчения объектно-ориентированного программирования. Однако следует отметить, что можно применять техники объектно-ориентированного программирования и для не-объектно-ориентированного языка и наоборот, применение объектно-ориентированного языка вовсе не означает, что код автоматически становится объектно-ориентированным.

Как правило, объектно-ориентированный язык (ООЯ) содержит следующий набор элементов:

Объявление классов с полями (данными — членами класса) и методами (функциями — членами класса).
Механизм расширения класса (наследования) — порождение нового класса от существующего с автоматическим включением всех особенностей реализации класса-предка в состав класса-потомка. Большинство объектно-ориентированных языков поддерживают только единичное наследование.
Полиморфные переменные и параметры функций (методов), позволяющие присваивать одной и той же переменной экземпляры различных классов.
Полиморфное поведение экземпляров классов за счёт использования виртуальных методов. В некоторых объектно-ориентированных языках все методы классов являются виртуальными.

Некоторые языки добавляют к указанному минимальному набору те или иные дополнительные средства. В их числе:

Конструкторы, деструкторы, финализаторы;
Свойства (аксессоры);
Индексаторы;
Средства управления видимостью компонентов классов (интерфейсы или модификаторы доступа, такие как public, private, protected, feature и др.).

Одни языки отвечают принципам объектно-ориентированного программирования в полной мере — в них все основные элементы являются объектами, имеющими состояние и связанные методы. Примеры подобных языков — Smalltalk, Eiffel. Существуют гибридные языки, совмещающие объектную подсистему в целостном виде с подсистемами других парадигм как «два и более языка в одном», позволяющие совмещать в одной программе объектные модели с иными, и размывающие грань между объектно-ориентированной и другими парадигмами за счёт нестандартных возможностей, балансирующих между объектно-ориентированным программированием и другими парадигмами (таких как множественная диспетчеризация, параметрические классы, возможность манипулировать методами классов как самостоятельными объектами, и др.). Примеры таких языков: CLOS, Dylan, OCaml, Python, Ruby, Objective-C. Однако, наиболее распространены языки, включающие средства эмуляции объектной модели поверх более традиционной императивной семантики. Алан Кэй назвал такие языки «склеиванием возможностей» (англ. agglutination of features) в противовес «чистоте стиля» (англ. crystalization of style) языков, воплощающих некую парадигму непосредственно. Примеры таких языков —Simula, C++, Visual Basic, Delphi, Modula, Modula-2, Java, C#, PHP.

Рассмотрим краткие характеристики некоторых объектно-ориентированных языков программирования.

Smalltalk

Язык Smalltalk был разработан командой Xerox Palo Alto Research Center Learning Research Group как программная часть Dynabook - фантастического проекта Алана Кея. В основу были положены идеи Simula.. Smalltalk является одновременно и языком программирования, и средой разработки программ. Это чисто объектно-ориентированный язык, в котором абсолютно все рассматривается как объекты; даже целые числа — это классы. Вслед за Simula, Smalltalk является важнейшим объектно-ориентированным языком, поскольку он не только оказал влияние на последующие поколения языков программирования, но и заложил основы современного графического интерфейса пользователя, на которых непосредственно базируются интерфейсы Macintosh, Windows и Motif.

Известны пять выпусков языка Smalltalk, обозначаемых по году их появления:

Smalltalk-72, -74. -76, -78, -80. Реализации 1972 и 1974 годов заложили основу языка, в частности идею передачи сообщений и полиморфизм, хотя механизм наследования еще не появился. В последующих версиях полноправное гражданство получили классы; этим достигла завершения точка зрения, что все состоит из объектов. Smalltalk-80 был перенесен на многие компьютерные платформы.

В основу языка положены две простые идеи:

- все является объектами;

- объекты взаимодействуют, обмениваясь сообщениями.

В табл.1 приведены характеристики языка Smalltalk с точки зрения семи основных элементов объектного подхода.

Таблица 1.

Абстракции	Переменные экземпляра Методы экземпляра Переменные класса Методы класса	Да Да Да Да
Инкапсуляция	Переменных Методов	Закрытые Открытые
Модульность	Разновидности модулей	Нет
Иерархии	Наследование Шаблоны Метаклассы	Одиночное Нет Да
Типизация	Сильная типизация Полиморфизм	Нет Да (одиночный)
Параллельность	Многозадачность	Непрямая (посредством классов)
Сохраняемость	Долгоживущие объекты	Нет

Большим недостатком Smalltalk являются большие требования к памяти и низкая производительность полученных программ. Это связано с не очень удачной реализацией объектно-ориентированных особенностей.

C++

Язык программирования C++ был разработан Бьерном Страустрапом, сотрудником AT&T Bell Laboratories. Непосредственным предшественником C++ является С with Classes, созданный тем же автором в 1980 году. Язык С with Classes, в свою очередь, был создан под сильным влиянием С и Simula. C++ — это в значительной степени надстройка над С. В определенном смысле можно назвать C++ улучшенным С, тем С, который обеспечивает контроль типов, перегрузку функций и ряд других удобств. Но главное в том, что C++ добавляет к С объектную ориентированность.

Известны несколько версий C++. В версии 1.0 реализованы основные механизмы объектно-ориентированного программирования, такие как одиночное наследование и полиморфизм, проверка типов и перегрузка функций. В созданной в 1989 году версии 2.0 нашли отражение многие дополнительные свойства, возникшие на базе широкого опыта применения языка многочисленным сообществом пользователей. В версии 3.0 (1990) появились шаблоны и обработка исключений. C++ продолжает совершенствоваться и в настоящее время, так в 1998 году вышла новая версия стандарта, содержащая в себе некоторые довольно существенные изменения. Язык стал основой для разработки современных больших и сложных проектов.

Характеристики C++ приведены в табл. 2.

Таблица 2

Абстракции	Переменные экземпляра Методы экземпляра Переменные класса Методы класса	Да Да Да Да
Инкапсуляция	Переменных Методов	Открытые, защищенные, закрытые Открытые, защищенные, закрытые
Модульность	Разновидности модулей	Файл
Иерархии	Наследование Шаблоны Метаклассы	Множественное Да Нет
Типизация	Сильная типизация Полиморфизм	Да Да (одиночный)
Параллельность	Многозадачность	Непрямая (посредством классов)
Сохраняемость	Долгоживущие объекты	Нет

C# (произносится «си шарп») — объектно-ориентированный язык программирования. Разработан в 1998—2001 годах группой инженеров под руководством Андерса Хейлсберга в компании Microsoft как язык разработки приложений для платформы Microsoft .NET Framework и впоследствии был стандартизирован как ECMA-334 и ISO/IEC 23270.

C# относится к семье языков с C-подобным синтаксисом, из них его синтаксис наиболее близок к C++ и Java. Язык имеет статическую типизацию, поддерживает полиморфизм, перегрузку операторов (в том числе операторов явного и неявного приведения типа), делегаты, атрибуты, события, свойства, обобщённые типы и методы, итераторы, анонимные функции с поддержкой замыканий, LINQ, исключения, комментарии в формате XML.

Переняв многое от своих предшественников — языков C++, Pascal, Модула, Smalltalk и в особенности Java — С#, опираясь на практику их использования, исключает некоторые модели, зарекомендовавшие себя как проблематичные при разработке программных систем, например, C# в отличие от C++ не поддерживает множественное наследование классов (между тем допускается множественное наследование интерфейсов).

C# разрабатывался как язык программирования прикладного уровня для CLR и, как таковой, зависит, прежде всего, от возможностей самой CLR. Это касается, прежде всего, системы типов C#, которая отражает BCL. Присутствие или отсутствие тех или иных выразительных особенностей языка диктуется тем, может ли конкретная языковая особенность быть транслирована в соответствующие конструкции CLR. Так, с развитием CLR от версии 1.1 к 2.0 значительно обогатился и сам C#; подобного взаимодействия следует ожидать и в дальнейшем (однако, эта закономерность была нарушена с выходом C# 3.0, представляющего собой расширения языка, не опирающиеся на расширения платформы .NET). CLR предоставляет C#, как и всем другим .NET-ориентированным языкам, многие возможности, которых лишены «классические» языки программирования. Например, сборка мусора не реализована в самом C#, а производится CLR для программ, написанных на C# точно так же, как это делается для программ на VB.NET, J# и др.

Java

С 1995 года стал широко распространяться новый объектно-ориентированный язык программирования Java, ориентированный на сети компьютеров и, прежде всего, на Internet. Синтаксис этого языка напоминает синтаксис языка C++, однако эти языки имеют мало общего. Java - интерпретируемый на конечной стадии язык: для него определены внутреннее представление (прекомпиляция в байткод - bytecode) и постинтерпретатор этого представления на целевой машине, которые уже сейчас реализованы на большинстве платформ. Постинтерпретатор (виртуальная Java-машина) упрощает отладку программ, написанных на языке Java, обеспечивает их переносимость на новые платформы и адаптируемость к новым окружениям. Он позволяет исключить влияние программ, написанных на языке Java, на другие программы и файлы, имеющиеся на новой платформе, и тем самым обеспечить безопасность выполнения этих программ для операционной среды (не нарушать ее работоспособность, что совершенно не определяет безопасности на прагматическом, человеческом уровне, которая как раз страдает от возможности внедрения чужеродных Java-кодов в ОС: троянов, червей и пр.). Положительные свойства технологии Java позволяют использовать ее для программ, распространяемых по сетям (в частности, по сети Internet).

Object Pascal

Object Pascal создавался сотрудниками компании Apple Computer (некоторые из которых были участниками проекта Smalltalk) совместно с Никлаусом Виртом (Niklaus Wirth), создателем языка Pascal. Object Pascal известен с 1986 года и является первым объектно-ориентированным языком программирования, который был включен в Macintosh Programmer's Workshop (MPW), среду разработки для компьютеров Macintosh фирмы Apple. В ранних версиях этого языка не было методов класса, переменных класса, множественного наследования и метаклассов. Эти механизмы исключены специально, чтобы сделать язык простым для изучения начинающими "объектными" программистами. В табл. 2 приведены общие характеристики Object Pascal.

Таблица 3

Абстракции	Переменные экземпляра Методы экземпляра Переменные класса Методы класса	Да Да Нет Нет
Инкапсуляция	Переменных Методов	Открытые Открытые
Модульность	Разновидности модулей	Модуль (unit)
Иерархии	Наследование Шаблоны Метаклассы	Одиночное Нет Нет
Типизация	Сильная типизация Полиморфизм	Да Да (одиночный)
Параллельность	Многозадачность	Нет
Сохраняемость	Долгоживущие объекты	Нет

В последние годы этот язык стал очень популярен благодаря системе Delphi фирмы Borland.

Система визуального ООП Delphi

Появление Delphi не могло пройти незамеченным среди многочисленных пользователей компьютера. Оценки экспертов, изучающих возможности этого нового продукта фирмы Borland, обычно окрашены в восторженные тона. Основное достоинство Delphi состоит в том, что здесь реализованы идеи визуального программирования. Среда визуального программирования превращает процесс создания программы в приятное и легко понимаемое конструирование приложения из большого набора графических и структурных примитивов.

Система Delphi позволяет решать множество задач, в частности:

- Создавать законченные приложения для Windows самой различной направленности: от чисто вычислительных и логических, до графических и мультимедиа.

- Быстро создавать (даже начинающим программистам) профессионально выглядящий оконный интерфейс для любых приложений.

- Создавать мощные системы работы с локальными и удаленными базами данных