Файл: Анализ и оценка средств реализации объектно-ориентированного подхода к проектированию экономической информационной системы.pdf

Инкапсуляция – это процесс отделения друг от друга отдельных элементов объекта, определяющих его устройство и поведение. Инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать интерфейс объекта, отражающий его внешнее поведение, от внутренней реализации объекта. Объектный подход предполагает, что собственные ресурсы, которыми могут манипулировать только методы самого класса, скрыты от внешней среды. Абстрагирование и инкапсуляция являются взаимодополняющими операциями: абстрагирование фокусирует внимание на внешних особенностях объекта, а инкапсуляция (или, иначе, ограничение доступа) не позволяет объектам пользователям различать внутреннее устройство объекта [В.В. Мухортов, В.Ю. Рылов ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ, АНАЛИЗ И ДИЗАЙН Методическое пособие Новосибирск 2002 с. 235].

Модульность – это свойство системы, связанное с возможностью ее декомпозиции на ряд внутренне связных, но слабо связанных между собой модулей. Инкапсуляция и модульность создают барьеры между абстракциями.

Процесс выделения ключевых абстракций при решении поставленной задачи в большей степени относится к объектно-ориентированному проектированию. Инкапсуляция же, напротив, является главенствующим принципом объектно-ориентированного программирования [Буч Г., Рамбо Д., Якобсон И. Язык UML. Руководство пользователя Издательский дом «Вильямс», 2010. с. 211]. Интерфейс отражает внешнее поведение абстракции, специфицируя поведение всех объектов данного класса. Внутренняя реализация описывает представление этой абстракции и механизмы достижения желаемого поведения объекта. Принцип разделения интерфейса и реализации соответствует сути вещей: в интерфейсной части собрано все, что касается взаимодействия данного объекта с другими объектами, а реализация скрывает от других объектов все детали, не имеющие отношения к процессу взаимодействия объектов [Крэг Ларман Применение UML 2.0 и шаблонов проектирования. 3-е издание. Издательство: Вильямс с. 188]. Инкапсуляция — это процесс отделения друг от друга элементов объекта, определяющих его устройство и поведение; инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать контрактные обязательства абстракции от их реализации. Современные объектно-ориентированные языки, такие как C++ и Java, имеют развитые средства поддержки принципа инкапсуляции. Эти средства выражаются в наличии механизмов управления доступом к методам и данным объекта

Иерархия – это ранжированная или упорядоченная система абстракций, расположение их по уровням. Основными видами иерархических структур применительно к сложным системам являются структура классов (иерархия по номенклатуре) и структура объектов (иерархия по составу). Примерами иерархии классов являются простое и множественное наследование (один класс использует структурную или функциональную часть соответственно одного или нескольких других классов), а иерархии объектов – агрегация [В.В. Мухортов, В.Ю. Рылов ОБЪЕКТНО- ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ, АНАЛИЗ И ДИЗАЙН Методическое пособие Новосибирск 2002 с. 137].

Инкапсуляция и модульность позволяют в значительной степени упростить описание и процесс разработки системы абстракций, но зачастую, еще лучше позволяет бороться со сложностью принцип иерархии. Инкапсуляция убирает из поля зрения внутренние содержание абстракций, модульность объединяет логически связанные абстракции в группы, а иерархия позволяет разделить абстракций на уровни, т.е. образует из абстракций иерархическую структуру.

Иерархия — это упорядочение абстракций путем расположения их по уровням. В объектно-ориентированных системах используются два вида иерархических структур: структуры классов (иерархические отношения «is a») и структуры объектов (отношения вида «part of») [ Буч Г., Рамбо Д., Якобсон И. Язык UML. Руководство пользователя Издательский дом «Вильямс», 2010. с. 233.]. Отношения вида «is a» реализуются в объектно-ориентированных языках с помощью наследования или генерализации. Наследование означает такое отношение между классами (отношение родитель/потомок), когда один класс заимствует, а также расширяет и/или специализирует (уточняет) структуру и функциональный контракт одного или нескольких родительских классов. Иными словами, наследование создает такую иерархию абстракций, в которой подклассы наследуют строение и функциональность от одного или нескольких суперклассов. В наследственной иерархии общая часть структуры и поведения сосредоточена в наиболее общем суперклассе.

Суперклассы, при этом, отражают наиболее общие, а подклассы -более специализированные абстракции, в которых члены суперкласса могут быть дополнены, модифицированы и даже скрыты. При одиночном наследовании класс может иметь только одного родителя, но реализовывать несколько интерфейсов. При этом интерфейсы могут наследовать от нескольких родительских интерфейсов. При множественном наследовании у класса может быть несколько суперклассов [Буч Г., Рамбо Д., Якобсон И. Язык UML. Руководство пользователя Издательский дом «Вильямс», 2010. с. 177.].

Типизация Понятие типа пришло в ООП из теории абстрактных типов данных [В.В. Мухортов, В.Ю. Рылов ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ, АНАЛИЗ И ДИЗАЙН Методическое пособие Новосибирск 2002 с. 355]. Несмотря на то, что в некоторых языках существуют отличия между типом и классом, в современных объектно-ориентированных языках (в нашем случае C++ и Java) эти понятия неразделимы. Мы будем подразумевать под типами как примитивные типы (char, int, float), так и языковые средства абстракций, определяемых пользователем (классы, структуры и интерфейсы) [Смирнова Г.Н., Сорокин А.А., Тельнов Ю.Ф. Проектирование экономических информационных систем: Учебник/; Под ред. Ю.Ф. Тельнова. - М: Финансы и статистика, 2003 с. 333]. Типизация, как и инкапсуляция, больше относится к области объектно-ориентированного программирования, нежели к области объектно-ориентированного проектирования.

Типизация – это ограничение, накладываемое на класс объектов и препятствующее взаимозаменяемости различных классов (или сильно сужающее ее возможность). Типизация позволяет защититься от использования объектов одного класса вместо другого или по крайней мере управлять таким использованием.

Центральное место в типизации занимают механизмы согласования типов. Конкретный язык программирования может иметь сильный или слабый механизм типизации, или даже не иметь его вовсе. Сильно типизированные языки непреклонно следуют правилам использования типов [В.В. Мухортов, В.Ю. Рылов ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ, АНАЛИЗ И ДИЗАЙН Методическое пособие Новосибирск 2002 с. 244]. Так, в языках C++ и Java нельзя вызвать метод у объекта, если он не зарегистрирован в его классе, суперклассе или интерфейсе. Причем нарушение такого рода будет обнаружено уже на стадии компиляции. В Smalltalk, напротив, во время исполнения любое сообщение может быть послано любому объекту, при этом возникнет ошибочная ситуация, если объект не в состоянии обработать это сообщение (т.е. в его классе или суперклассе нет соответствующего метода).. Сильная типизация заставляет разработчика соблюдать правила использования абстракций, поэтому она приносит неоценимую помощь в больших проектах. Однако у нее есть теневая сторона, заключающаяся в необходимости перекомпиляции всех подклассов, а также классов, использующих данный класс при внесении изменений в его интерфейс [Буч Г., Рамбо Д., Якобсон И. Язык UML. Руководство пользователя Издательский дом «Вильямс», 2010. с. 211].

Параллелизм – свойство объектов находиться в активном или пассивном состоянии и различать активные и пассивные объекты между собой.

Виртуальный полиморфизм — одно из самых мощных и эффективных средств объектно-ориентированного программирования, отличающее его от программирования на основе абстрактных типов данных. Таким образом, C++ и Java являются сильно типизированными языками с динамическим связыванием [В.В. Мухортов, В.Ю. Рылов ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ, АНАЛИЗ И ДИЗАЙН Методическое пособие Новосибирск 2002 с. 231]. Параллелизм в объектно-ориентированном программировании, как и другие принципы, возник не на пустом месте, а явился результатом привнесения объектной идеи в теорию параллельных вычислений. Необходимость в разработке теории параллельных вычислений воз- никла давно. Задачи автоматизации очень часто требуют одновременной обработки нескольких событий. При решении задач, связанных с большой вычислительной трудоемкостью, очень часто бывает недостаточно мощности одного процессора и приходится искать решение основанное на распараллеливании вычислений на многопроцессорных системах. Существует очень много классов задач, где возможность использования параллелизма может сильно улучшить характеристики разрабатываемой информационной системы. Фундаментальным понятием и единицей действия в теории параллельных вычислений является поток управления. Традиционно, многопоточность бывает двух видов — тяжелая (основанная на процессах в операционной системе) и легкая (основанная на потоках в рамках одного процесса). Потоки управления при тяжелой многопоточности существуют каждый в своем отдельном адресном пространстве в рамках операционной системы (с каждым процессом ассоциируется ровно один по- ток управления) [О.Г. Инюшкина Проектирование информационных систем (на примере методов структурного системного анализа) Учебное пособие Научный редактор Матвеева Татьяна Анатольевна Екатеринбург Издательство «Форт-Диалог Исеть» 2014 с. 23]. Переключение контекстов исполняемых потоков при операциях межпроцессного взаимодействия в таких системах, как правило, сопряжено с большими накладными расходами. Параллелизм дает возможность объектам действовать одновременно. Параллелизм — это свойство, отличающее активные объекты от пассивных [Буч Г., Рамбо Д., Якобсон И. Язык UML. Руководство пользователя Издательский дом «Вильямс», 2010. с. 175]. Как только в систему введен параллелизм, сразу возникает вопрос о синхронизации активных объектов друг с другом и последовательными пассивными объектами. Параллелизм может обеспечиваться как средствами языка (Java, Ada, Smalltalk), так и специально написанными библиотеками, которые используются при написании параллельной системы с использованием языков, не имеющих встроенной поддержки этого принципа (C++). Следует, однако, отметить, что даже если язык имеет встроенную поддержку параллелизма, все равно, необходимо учитывать устройство и особенности организации многопоточности в конкретных операционных системах, под управлением которых планируется работа разрабатываемой программы[В. В. Мухортов, В. Ю. Рылов ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ, АНАЛИЗ И ДИЗАЙН Методическое пособие Новосибирск 2002 с. 87].

Устойчивость – свойство объекта существовать во времени (вне зависимости от процесса, породившего данный объект) и/или в пространстве (при перемещении объекта из адресного пространства, в котором он был создан).

Любой объект или данные в программной системе существуют во времени и пространстве (памяти ЭВМ) [О.Г. Инюшкина Проектирование информационных систем (на примере методов структурного системного анализа) Учебное пособие Научный редактор Матвеева Татьяна Анатольевна Екатеринбург Издательство «Форт-Диалог Исеть» 2014 с. 34]. Одни объекты существуют только как промежуточные результаты вычисления выражения, другие могут вообще пережить программу, оставаясь сохраненными в базе данных. Этот спектр подразделяется на следующие уровни [В.В. Мухортов, В.Ю. Рылов ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ, АНАЛИЗ И ДИЗАЙН Методическое пособие Новосибирск 2002 с. 76]:

- Промежуточные результаты вычислений выражений.

- Локальные переменные и объекты в блоках, а также, при вызове процедур и функций (как правило эти данные существуют на стеке).

- Статические переменные классов, а также, глобальные переменные и объекты в динамической памяти.

- Данные, сохраняемые между сеансами выполнения программы.

- Данные, сохраняемые при переходе на другую версию программы.

- Данные, переживающие программу.

Вывод: В результате работы над второй главой ознакомились с сущностью объектно-ориентированного подхода, основными понятиями, такими, как класс и объект, изучили основные свойства объектной модели.

Глава 3 Программными средства, реализующие объектно-ориентированного подход

3.1 Языки ООП

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

Современный объектно-ориентированный язык предлагает, как правило, следующий обязательный набор синтаксических средств:

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 ООП-языков поддерживают только единичное наследование [В.В. Мухортов, В.Ю. Рылов ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ, АНАЛИЗ И ДИЗАЙН Методическое пособие Новосибирск 2002 с. 123].

Средства защиты внутренней структуры классов от несанкционированного использования извне. Обычно это модификаторы доступа к полям и методам, типа public, private, обычно также protected, иногда некоторые другие.

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 ООП-языках все методы классов являются виртуальными.

Видимо, минимальным традиционным объектно-ориентированным языком можно считать язык Оберон, который не содержит никаких других объектных средств, кроме выше перечисленных. Но большинство языков добавляют к указанному минимальному набору те или иные дополнительные средства. В их числе:

- Конструкторы, деструкторы, финализаторы.

- Свойства(аксессоры).

- Индексаторы.

- Интерфейсы – как альтернатива множественному наследованию.

- Переопределение операторов для классов.

Часть языков (иногда называемых «чисто объектными») целиком построена вокруг объектных средств - в них любые данные (возможно, за небольшим числом исключений в виде встроенных скалярных типов данных) являются объектами, любой код – методом какого-либо класса и невозможно написать программу, в которой не использовались бы объекты. Примеры подобных языков – Java или Ruby. Другие языки (иногда используется термин «гибридные») включают ООП-подсистему в исходно процедурный язык. В них существует возможность программировать, не обращаясь к объектным средствам. Классические примеры - C++ и Delphi [В.В. Мухортов, В.Ю. Рылов ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ, АНАЛИЗ И ДИЗАЙН Методическое пособие Новосибирск 2002 с. 211].

Большинство существующих методов объектно-ориентированного анализа и проектирования (ОО-АП) включают как язык моделирования, так и описание процесса моделирования. Язык моделирования – это нотация (в основном графическая), которая используется методом для описания проектов [Розенберг Д., Скотт К. Применение объектного моделирования с использованием UML и анализ прецедентов/ Д. Розенберг., К. Скотт Издательский дом «Вильямс», 2012. с. 326]. Нотация представляет собой совокупность графических объектов, которые используются в моделях; она является синтаксисом языка моделирования. Например, нотация диаграммы классов определяет, каким образом представляются такие элементы и понятия, как класс, ассоциация и множественность. Процесс – это описание шагов, которые необходимо выполнить при разработке проекта.