Файл: изучение объектно–ориентированной методологии и технологии программирования на примере языка Object Pascal.pdf

Свести воедино столь разноречивые требования довольно трудно, но главное – это уяснить, что вычленение классов и объектов в проекте и организация модульной структуры есть независимые действия. Процесс вычленения классов и объектов составляет часть процесса логического проектирования системы, а деление на модули - этап физического проектирования. Разумеется, иногда невозможно завершить логическое проектирование системы, не завершив физическое проектирование, и наоборот. Два этих процесса выполняются итеративно.

Типизация - это способ защититься от использования объектов одного класса вместо другого, или по крайней мере управлять таким использованием.

Параллелизм - это свойство, отличающее активные объекты от пассивных.

Сохраняемость - способность объекта существовать во времени, переживая породивший его процесс, и (или) в пространстве, перемещаясь из своего первоначального адресного пространства.

В программирование основные понятия ООП перешли из других областей знаний, таких как философия, логика, математика и семиотика, причем, не претерпев особых изменений, по крайней мере, того, что касается сути этих понятий. Объектный способ декомпозиции (представления) является естественным и применяется на протяжении многих веков. Поэтому неудивительно, что в процессе эволюции технологии программирования он занял подобающее место.

Таким образом, в процессе разработки объектно-ориентированных программ необходимо:

1. определить множество образующих ее классов объектов (декомпозиция);
2. для каждого класса объектов задать набор необходимых данных (полей);
3. для каждого класса объектов задать набор действий (методов), выполняемых объектами;
4. для каждого класса объектов указать события, на которые будут реагировать объекты, и написать соответствующие процедуры-обработчики.

В исходном программном коде должны содержаться описания классов для всех программных объектов. Кроме того, должны быть описаны переменные, у которых в качестве типов указаны имена соответствующих классов. Экземпляры классов (объекты) создаются в процессе выполнения программы.

После своего создания экземпляр класса должен получить значения для всех своих полей. Разные экземпляры одного и того же класса могут иметь различные значения полей, но обладают одними и теми же методами. Поля класса недоступны для непосредственного обращения, в том числе, и присваивания. Это сделано для повышения надежности программ. Вместо непосредственного присваивания значения полю объекта должно быть выполнено обращение к специальному методу соответствующего класса, который выполняет такое присваивание и осуществляет контроль корректности вводимого значения. Аналогичным образом, для прочтения значения поля могут также использоваться специальные методы класса. Для связи полей с методами чтения/записи их значений используются члены класса, называемые свойствами. Пользователь, вводя данные для записи их в полях объекта или считывая значения полей, имеет дело со свойствами, представляющими эти поля. Поэтому обычно используется термин «значения свойств» вместо термина «значения полей».

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-ориентированный подход в программировании предлагает все, что входит в состав приложения, считать объектами, которые взаимодействуют друг с другом и с пользователем в соответствии с заданными в программе свойствами и поведением, выполняя необходимые функции приложения. Таким образом, любое приложение при данном подходе представляет собой набор взаимосвязанных объектов, реализующих необходимые функциональные требования, предъявленные к приложению.

Объект всегда конкретен и реально существует в форме или в приложении, обладая при этом только ему присущими свойствами и поведением. Признаками объектов, отличающими их друг от друга, являются их свойства и поведение. В реальном мире каждый предмет или процесс обладает набором статических и динамических характеристик (свойствами и поведением). Поведение объекта зависит от его состояния и внешних воздействий. Например, объект «автомобиль» никуда не поедет, если в баке нет бензина, а если повернуть руль, изменится положение колес. Таким образом, объект представляется как совокупность данных, характеризующих его состояние, и методов (процедур и функций) их обработки, моделирующих его поведение. Вызов процедуры или функции на выполнение часто называют посылкой сообщения объекту (например, вызов процедуры «повернуть руль» часто интерпретируется как посылка сообщения «автомобиль, поверни руль!»). Таким образом, каждый объект характеризуется следующими основными понятиями:

1. методом – это функция или процедура, которая реализует возможные с объектом действия;
2. событием – это средство взаимодействия объектов друг с другом. Объекты генерируют заданные события и выполняют действия в ответ на заданные события. События – это аналог сообщений, которые получают и отправляют объекты;
3. состоянием – каждый объект всегда находится в определенном состоянии, которое характеризуется набором свойств объекта. Под воздействием событий объект переходит в другие состояния. При этом объект может сам генерировать события при переходе в другое состояние;
4. свойством – признак, некоторое отдельное качество (параметр) объекта.

Например, свойствами могут быть размеры объекта, заголовок, его наименование. Совокупность свойств объекта определяет его состояние. Как правило, свойства – это набор переменных и констант, в которых хранятся значения, определяющие параметры объекта.

Необходимо обратить внимание, что наряду с физическими могут существовать также и абстрактные объекты, типичными представителями которых являются числа. Таким образом, объект – это любая физическая или абстрактная четко идентифицируемая сущность предметной области.

Объекты характеризуются атрибутами. Так, например, атрибутами автомобиля являются максимальная скорость, мощность двигателя, цвет кузова и т. д. Атрибутами усилителя являются частотный диапазон, выходная мощность, коэффициент нелинейных искажений, уровень шума и т. д.

Помимо атрибутов, объекты обладают некоторыми функциональными возможностями, которые в ООП называют операциями, функциями или методами. Так, автомобиль может ездить, корабль – плавать, компьютер – производить вычисления.

Таким образом, объект инкапсулирует атрибуты и методы, скрывая свою реализацию от других объектов, взаимодействующих с ним и использующих его функциональность.

Объектно-ориентированный подход основан на систематическом использовании моделей для языково-независимой разработки программной системы, на основе из ее прагматики.

Последний термин нуждается в пояснении. Прагматика определяется целью разработки программной системы: для обслуживания клиентов банка, для управления работой аэропорта, для обслуживания чемпионата мира по футболу и т.п. В формулировке цели участвуют предметы и понятия реального мира, имеющие отношение к разрабатываемой программной системе (см. рисунок 1.2.1).

При объектно-ориентированном подходе эти предметы и понятия заменяются их моделями, т.е. определенными формальными конструкциями, представляющими их в программной системе.

Рис.1.2.1 Семантика .

Модель содержит не все признаки и свойства представляемого ею предмета (понятия), а только те, которые существенны для разрабатываемой программной системы. Тем самым модель "беднее", а, следовательно, проще представляемого ею предмета (понятия). Но главное даже не в этом, а в том, что модель есть формальная конструкция: формальный характер моделей позволяет определить формальные зависимости между ними и формальные операции над ними. Это упрощает как разработку и изучение (анализ) моделей, так и их реализацию на компьютере. В частности, формальный характер моделей позволяет получить формальную модель разрабатываемой программной системы как композицию формальных моделей ее компонентов.

Таким образом, 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.

Систематическое применение объектно-ориентированного подхода позволяет разрабатывать хорошо структурированные, надежные в эксплуатации, достаточно просто модифицируемые программные системы. Этим объясняется интерес программистов к объектно-ориентированному подходу и объектно-ориентированным языкам программирования. Объектно-ориентированный подход является одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений теоретического и прикладного программирования.

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

Модульное программирование. Принцип модульности формулируется как требование разработки программы в виде совокупности модулей (функций). При этом разделение на модули должно носить не механический характер, а исходить из логики программы:

1. размер модуля должен быть ограничен;
2. модуль должен выполнять логически целостное и завершенное действие;
3. модуль должен быть универсальным, то есть по возможности параметризованным: все изменяемые характеристики выполняемого действия должны передаваться через параметры;
4. входные параметры и результат модуля желательно передавать не через глобальные переменные, а через формальные параметры и результат функции.

Еще одной, но уже физической единицей программы является текстовый файл, содержащий некоторое количество функций и определений типов данных и переменных. Модульное программирование на уровне файлов - это возможность разделить полный текст программы на несколько файлов. Принцип модульности распространяется не только на программы, но и на данные: любой набор параметров, характеризующих логический или физический объект, должен быть представлен в программе в виде единой структуры данных (структурированной переменной).

Олицетворением принципа модульности является библиотека стандартных функций. Она, как правило, обеспечивает полный набор параметризованных действий, используя общие структуры данных. Библиотеки представляют собой аналогичные программы, независимо оттранслированные и помещенные в каталог библиотек.

Нисходящее программирование. Нисходящее проектирование программы заключается в том, что разработка идет от общей неформальной формулировки некоторого действия программы на естественном языке, "от общего к частному": к замене ее одной из трех формальных конструкций языка программирования:

• простой последовательности действий;
• конструкции выбора или оператора if;
• конструкции повторения или цикла.

В записи алгоритма это соответствует движению от внешней (объемлющей) конструкции ко внутренней (вложенной). Эти конструкции также могут содержать в своих частях неформальное описание действий, то есть нисходящее проектирование по своей природе является пошаговым. Отметим основные свойства такого подхода:

• первоначально программа формулируется в виде некоторого неформального действия на естественном языке;
• первоначально определяются входные параметры и результат действия;
• очередной шаг детализации не меняет структуру программы, полученную на предыдущих шагах;
• если в процессе проектирования получаются идентичные действия в различных ветвях, то это означает необходимость оформления этого действия отдельной функцией;
• необходимые структуры данных проектируются одновременно с детализацией программы.

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.