Файл: Основные структуры алгоритмов: сравнительный анализ и примеры их использования (Технология объектно-ориентированного программирования).pdf

Машинно – независимые языки – это средство описания алгоритмов решения задач и информации, подлежащей обработке. Они удобны в использовании для широкого круга пользователей и не требуют от них знания особенностей организации функционирования ЭВМ и ВС.

Подобные языки получили название высокоуровневых языков программирования. Программы, составляемые на таких языках, представляют собой последовательности операторов, структурированные согласно правилам рассматривания языка(задачи, сегменты, блоки и т.д.). Операторы языка описывают действия, которые должна выполнять система после трансляции программы на МЯ.

Т.о., командные последовательности (процедуры, подпрограммы), часто используемые в машинных программах, представлены в высокоуровневых языках отдельными операторами. Программист получил возможность не расписывать в деталях вычислительный процесс на уровне машинных команд, а сосредоточиться на основных особенностях алгоритма.

Проблемно – ориентированные языки. С расширением областей применения вычислительной техники возникла необходимость формализовать представление постановки и решение новых классов задач. Необходимо было создать такие языки программирования, которые, используя в данной области обозначения и терминологию, позволили бы описывать требуемые алгоритмы решения для поставленных задач, ими стали проблемно – ориентированные языки. Эти языки, языки ориентированные на решение определенных проблем, должны обеспечить программиста средствами, позволяющими коротко и четко формулировать задачу и получать результаты в требуемой форме.

Проблемных языков очень много, например:

Фортран, Алгол – языки, созданные для решения математических задач;

Simula, Слэнг — для моделирования;

Лисп, Снобол – для работы со списочными структурами.

Универсальные языки. Универсальные языки были созданы для широкого круга задач: коммерческих, научных, моделирования и т.д. Первый универсальный язык был разработан фирмой IBM, ставший в последовательности языков Пл/1. Второй по мощности универсальный язык называется Алгол-68. Он позволяет работать с символами, разрядами, числами с фиксированной и плавающей запятой. Пл/1 имеет развитую систему операторов для управления форматами, для работы с полями переменной длины, с данными организованными в сложные структуры, и для эффективного использования каналов связи. Язык учитывает включенные во многие машины возможности прерывания и имеет соответствующие операторы. Предусмотрена возможность параллельного выполнение участков программ.

Программы в Пл/1 компилируются с помощью автоматических процедур. Язык использует многие свойства Фортрана, Алгола, Кобола. Однако он допускает не только динамическое, но и управляемое и статистическое распределения памяти.

Диалоговые языки. Появление новых технических возможностей поставило задачу перед системными программистами – создать программные средства, обеспечивающие оперативное взаимодействие человека с ЭВМ их назвали диалоговыми языками.

Эти работы велись в двух направлениях. Создавались специальные управляющие языки для обеспечения оперативного воздействия на прохождение задач, которые составлялись на любых раннее неразработанных (не диалоговых) языках. Разрабатывались также языки, которые кроме целей управления обеспечивали бы описание алгоритмов решения задач.

Необходимость обеспечения оперативного взаимодействия с пользователем потребовала сохранения в памяти ЭВМ копии исходной программы даже после получения объектной программы в машинных кодах. При внесении изменений в программу с использованием диалогового языка система программирования с помощью специальных таблиц устанавливает взаимосвязь структур исходной и объектной программ. Это позволяет осуществить требуемые редакционные изменения в объектной программе.

Одним из примеров диалоговых языков является Бэйсик. Бэйсик использует обозначения подобные обычным математическим выражениям. Многие операторы являются упрощенными вариантами операторов языка Фортран. Поэтому этот язык позволяет решать достаточно широкий круг задач.

Непроцедурные языки. Непроцедурные языки составляют группу языков, описывающих организацию данных, обрабатываемых по фиксированным алгоритмам (табличные языки и генераторы отчетов), и языков связи с операционными системами.

Позволяя четко описывать как задачу, так и необходимые для её решения действия, таблицы решений дают возможность в наглядной форме определить, какие условия должны быть выполнены прежде чем переходить к какому-либо действию. Одна таблица решений, описывающая некоторую ситуацию, содержит все возможные блок-схемы реализаций алгоритмов решения.

Табличные методы легко осваиваются специалистами любых профессий.

Программы, составленные на табличном языке, удобно описывают сложные ситуации, возникающие при системном анализе.

ГЛАВА IV. Технология объектно-ориентированного программирования

4.1. Объектно-ориентированный подход

В основу структурного подхода положены структуризация и декомпозиция окружающего мира. Задача любой сложности разбивается на подзадачи, а те, в свою очередь, разбиваются далее, пока каждая подзадача не станет простой, соответствующей модулю (подпрограмме), выполняющему строго одно действие. Методы структурного проектирования используют модули в качестве строительных блоков программы, а структура программы представляется иерархией подчиненности модулей.

При объектно-ориентированном подходе в качестве строительных блоков используются объекты, содержащие свои собственные коды и данные. Структура программ при объектноориентированном подходе представляется графом взаимодействия объектов, а не деревом иерархии, как это имеет место в структурном проектировании.

Объектно-ориентированный анализ (object-oriented analysis) -это методология, при которой требования к системе воспринимаются с точки зрения классов и объектов, выявленных в предметной области. Объектно-ориентированный анализ направлен на создание моделей реальной действительности на основе объектно-ориентированного подхода.

Объектно-ориентированное проектирование (object-oriented design) - это методология проектирования, соединяющая в себе процесс объектной декомпозиции и приемы представления моделей, отражающих логическую (классы и объекты) и физическую структуру системы (процессы и деление на компоненты, файлы или модули), а также ее статические и динамические аспекты.

Объектно-ориентированное программирование (object-oriented programming) - это технология реализации программ, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования.

На результатах объектно-ориентированного анализа формируются модели, на которых основывается объектно-ориентированное проектирование, а оно, в свою очередь, создает фундамент для окончательной реализации системы с использованием языковых средств объектно-ориентированного программирования.

4.2. Основные понятия объектно-ориентированного программирования

Понятие объектно-ориентированного программирования определяет три основные концепции, при соблюдении которых программа будет объектно-ориентированной:

• объектно-ориентированное программирование использует в качестве базовых элементов классы, порождающие объекты;

• в процессе выполнения программы может одновременно использоваться несколько объектов, порожденных от одного класса (экземпляров реализации класса);

• классы организованы иерархически (иерархия означает «быть частью»).

Класс - представляет собой объединяющую концепцию набора объектов, имеющих общие характеристики. Класс также определяет интерфейс с окружающим миром, посредством которого осуществляется взаимодействие с отдельными объектами.

Класс является описанием того, как будет выглядеть и вести себя его представитель. Поэтому класс проектируют как образование, отвечающее за создание своих новых представителей (экземпляров или объектов). Создание объектов и их уничтожение осуществляется с помощью особых методов - называемых конструктором и деструктором.

Объект — это структурированная переменная типа класс, содержащая всю информацию о некотором физическом предмете или реализуемом в программе понятии. Все объекты - представители данного класса аналогичны друг другу в том смысле, что они имеют один и тот же набор операций - методов.

Объект, как логическая единица, содержит следующие данные и операции (методы с кодом алгоритма) в отдельном участке памяти:

• поля объекта (или атрибуты исходных данных), значения которых определяют текущее состояние объекта;

• методы объекта, которые реализуют действия (выполнение алгоритмов) в ответ на их вызов в виде преданного сообщения;

• свойства — часть методов, которые определят поведение объекта, то есть его реакцию на внешние воздействия.

При объявлении классов определяются описанные выше три характеристики объектов: поля, методы и свойства, а также указывается предок данного класса.

Объекты в программах воспроизводят все оттенки явлений реального мира: «рождаются» и «умирают»; меняют свое состояние; запускают и останавливают процессы; «убивают» и «возрождают» другие объекты.

4.3. Принципы объектно-ориентированного программирования: инкапсуляция, наследование и полиморфизм

В основе классов лежат три фундаментальных принципа - инкапсуляция, наследование и полиморфизм.

Инкапсуляция. Проектирование программных и технических систем базируется на том условии, что никакая подсистема данного уровня не должна зависеть от устройства любой другой подсистемы этого уровня. Такая независимость внутреннего устройства одного объекта от внутреннего устройства другого называется инкапсуляцией.

Принцип инкапсуляции использовался в технологии модульного программирования. В модуле в явной форме введена инкапсуляция путем разделения его на секции интерфейса и реализации.

В объектно-ориентированном программировании принцип инкапсуляции используется для изоляции класса от остальных частей программы, чтобы сделать его самодостаточным для решения конкретной задачи. Например, класс TForm в среде Delphi содержит (инкапсулирует в себе) все необходимое для создания Windows-окна, класс ТМето представляет собой полнофункциональный текстовый редактор, класс TTimer обеспечивает работу программы с таймером и т. д.

Инкапсуляция достигается путем совмещения в одной записи языка программирования структур данных с процедурами и функциями, которые манипулируют полями данных этой записи, для получения нового типа данных ~ класса. Инкапсуляция позволяет защитить по интерфейсу доступ к полям и методам. Доступ разрешается лишь к открытым методам и полям. Полная совокупность методов и тонкости их реализаций являются скрытыми.

type

TMyClass = class

IntField: Integer;

function MyFunc(a: Integer): Integer;

procedure MyProc; end;

Путем использования принципа инкапсуляции появляется возможность осуществлять обмен готовыми к работе программными заготовками. Например, библиотека классов Delphi - это, фактически, набор кирпичиков для построения прикладных программ.

Наследование. Число абстракций в сложных программных системах намного превышает наши возможности их осознания. Инкапсуляция частично помогает устранить это препятствие, убирая из поля зрения внутреннее содержание абстракций.

Однако значительное упрощение понимания сложных задач достигается за счет усложнения иерархии. Под иерархией здесь понимается упорядочение абстракций, расположение их по уровням. Усложнение иерархии от уровня к уровню достигается за счет наследования.

Принцип наследования оперирует с понятиями «предок - потомок» и предусматривает расширение набора свойств наследника за счет принятия всех свойств предка.