Файл: Применение объектно-ориентированного подхода при проектировании информационной системы (Основные понятия).pdf

В настоящее время иногда всё ещё раздаются голоса по поводу того, что объектно-ориентированное программирование (ООП) это не есть что-то необходимое и даже не есть что-то полезно. Часто это из-за того, что у авторов нет чёткого понимания о том, что же такое ООП, в чём его суть и где те самые удобства, которые оно даёт. Здесь мы рассмотрим достаточно яркие примеры, иллюстрирующие пользу ООП и то, как, зачем и почему оно появилось.

А вообще если кратко, то идеи ООП это всего навсего развитие такого понятия как функция (подпрограмма, процедура) в языке программирования при попытке реализовать эти самые функции максимально эффективно при работе с большими объёмами данных. Начните применять функции при работе с большими объёмами разнородных данных, попытайтесь добиться чтобы ваш код максимально экономил ресурсы компьютера и вы волей-неволей сами изобретёте все эти идеи лежащие в основе ООП.

ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ И ТЕРМИН ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Раздел 1. Основные понятия

Для начала рассмотрим основные используемые термины:

Объектно-ориентированное программирование - это методика программирования, основывающаяся на представлении программы в виде комплекса объектов, каждая единица которого является частью определённого класса, которые в свою очередь образуют иерархию наследования. (Определение Гради Буча)

Класс (в программировании) — многофункциональный, комплексный тип данных, состоящий из тематически единого набора «полей» (переменных более элементарных типов) и «методов» (функций для работы с этими полями), то есть он является моделью информационной сущности с внутренним и внешним интерфейсами для оперирования своим содержимым (значениями полей).

Наследование — свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью. Класс, от которого производится наследование, называется базовым, родительским или суперклассом. Новый класс — потомком, наследником, дочерним или производным классом.

Объект (применительно к программированию) — некоторая сущность в цифровом пространстве, обладающая определённым состоянием и поведением, имеющая определенные свойства (атрибуты) и операции над ними (методы). Как правило, при рассмотрении объектов выделяется то, что объекты принадлежат одному или нескольким классам, которые определяют поведение (являются моделью) объекта. Термины «экземпляр класса» и «объект» взаимозаменяемы.

Абстракция данных — Абстрагирование означает выделение значимой информации и исключение из рассмотрения незначимой. В ООП рассматривают лишь абстракцию данных (нередко называя её просто «абстракцией»), подразумевая набор наиболее значимых характеристик объекта, доступных остальной программе.

Полиморфизм подтипов — Полиморфизм подтипов (в ООП называемый просто «полиморфизмом») — свойство системы, позволяющее использовать объекты с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта.

Шаблон проектирования или паттерн (в программировании) - повторяемая архитектурная конструкция, представляющая собой решение проблемы проектирования в рамках некоторого часто возникающего контекста.

Раздел 2. История развития

История развития объектно-ориентированного программирования берет свое начало в конце 60-х годов. Первым объектно-ориентированным языком был язык программирования Simula, созданным сотрудниками Норвежского вычислительного центра (Осло) Кристеном Нюгором и Оле-Йоханом Далем для моделирования сложных систем.

Язык предназначался для моделирования ситуаций реального мира. Особенностью Simula было то, что программа, написанная на языке, была организована по объектам программирования. Объекты имели инструкции, называемые методами, и данные, которые назывались переменными; методы и данные определяли поведение объекта. В процессе моделирования объект вел себя согласно своему стандартному поведению и, в случае необходимости, изменял данные для отражения влияния назначенного ему действия.

Одновременно готовились две версии Симулы. Первая, Симула I, формировалась по контракту с подразделением Univac корпорации Sperry Rand для машины UNIVAC 1107 (обошедшейся NCC в 990 тыс. долл.). Американские заказчики желали видеть этот язык фортраноподобным, от чего, впрочем, авторы категорически отказались; в результате прародителем Симулы стал Алгол 60. Последний был выбран благодаря блочной архитектуре, хорошим средствам сокрытия данных, а также вследствие высокой популярности в европейских научных центрах. А работы над вторым вариантом спонсировал NCC.

Пожалуй, первым компьютерным решением, воплотившим в себе объектный подход, стал программно-аппаратный графический Планшет (Sketchpad: A Man-Machine Graphical Communications System), использовавший оборудование DEC PDP. Его в 1963 г. разработал 25-летний Иван Сазерленд, помогавший в создании симуляторов вертолетов военному научному агентству DARPA, а затем занявшийся в Массачусетском технологическом институте докторской диссертацией и имевший удовольствие общения с Клодом Шенноном. С помощью светового пера и системы выпадающих меню пользователь Планшета мог рисовать различные несложные изображения на аналоговом дисплее, перемещать их и точно располагать в определенных позициях экрана, а также хранить. В качестве понятия класса Сазерленд использовал определение "мастер", разделяя описание и реально существующий на экране объект (экземпляр "мастера").

Первая всемирная конференция по объектно-ориентированным системам программирования прошла в Портленде в 1986г. Возможно, именно прозвучавшие на ней доклады оказали стимулирующее влияние на Уильяма Аткинсона, инженера Apple, который через год после этого спроектировал систему HyperCard, прообраз современных визуальных сред быстрой разработки. Эффективность новой технологии оказалась столь высокой, что уже в 1989 г. одиннадцать компаний, среди которых были 3Com, American Airlines, Canon, Data General, Hewlett-Packard, Philips Telecommunications, Sun Microsystems и Unisys, основали группу OMG (Object Management Group), призванную формировать индустриальные стандарты на объектное программирование и упрощать интеграцию приложений с помощью универсальных кросс-платформных технологий. Эта группа первым делом приступила к выработке единого стандарта компонентной модели CORBA (Common Object Request Broker Architecture) – набора спецификаций, определяющих способы объектно-ориентированного взаимодействия компонентов промежуточного уровня в гетерогенных средах без привязки к конкретным языкам программирования. С самого начала CORBA нацеливалась на поддержку крупных, индустриальных проектов, и этот подход со временем себя полностью оправдал. Сегодня нет другого столь же распространенного независимого стандарта, поддерживающего самые разные ОС и объектные модели.

Симула традиционно не считается объектно-ориентированным языком в каноническом смысле этого слова, в частности, создатель языка Smalltalk Алан Кэй имел в виду под этим термином семантику акторов, впервые реализованную в языке Плэнер Карла Хьюитта, а не расширение алголоподобных языков «объектной» нотацией.

Стал первым языком со встроенной поддержкой основных синтаксических соглашений, принятых в современных языках объектно-ориентированного программирования. Считается, что язык в значительной степени опередил время, и программисты 1960-х годов оказались не готовы воспринять ценности языка, в связи с чем он не выдержал конкуренции с другими языками программирования. Прохладному отношению к языку способствовало и то обстоятельство, что его реализация была весьма неэффективна, не в последнюю очередь из-за использования сборки мусора.

Тем не менее, этот язык активно использовался в образовательном процессе в высших учебных заведениях, особенно в Скандинавии; о влияние Симулы на разработку им C++ отмечал его автор — Страуструп (в том числе в книге «Дизайн и эволюция C++»).

Несмотря на многомиллионные вложения, сделанные в 1970-1980 годах коммерческими компаниями и государственными структурами разных стран в универсальные языки программирования (такие, как Алгол, PL/1, Си) и языки логического программирования (прежде всего Prolog), самой распространенной в мире программной технологией остается ООП. Наиболее известным событием нового тысячелетия в этой сфере стал быстро набравший популярность язык программирования C#. Его можно смело считать лучшим на сегодня объектно-ориентированным средством создания графических приложений (формально – для разных платформ, фактически же – только для .NET, так как без среды разработки ценность C# равна нулю). Правда, лучшим C# можно назвать среди небольшого числа коммерческих альтернатив (Java, С++ и, вероятно, Delphi). Если же сравнить его возможности со средствами SmallTalk, то окажется, что ряд сильных идей ООП, заложенных в SmallTalk продвинутыми инженерными умами, оказался в C# упущенным.

В ближайшее десятилетие развитие ООП будет проходить под влиянием трех концепций: Microsoft .NET (прежде всего .NET Framework и ее подмножества и соответственно реализации C#), Java (все входящие в это понятие технологии) и CORBA. Причем важнейшей особенностью CORBA останется независимость от ОС и языка программирования CORBA-компонентов. Методология MDA станет основной объединяющей платформой моделирования для всех этих технологий, прежде всего в силу своей независимости от конкретного разработчика. Немаловажна и объявленная сквозная поддержка MDA во всех средствах разработки "Швейцарии в мире ПО" – корпорации Borland – и гиганта IBM (особенно учитывая недавнюю покупку Rational Software и развитие проекта Eclipse). Что касается "программирования в малом" (programming in small), то в этой области продолжится совершенствование шаблонов проектирования (высокоуровневого объектного программирования), их внедрение в среды разработки и дальнейшее сочетание шаблонного подхода с активно развивающимся языком моделирования UML, последняя версия которого 2.0 появится со дня на день.

Хочется также надеяться, что со временем в коммерческих оболочках создания ПО на популярных языках программирования все же будут реализованы возможности ООП, предложенные еще 25 лет назад авторами SmallTalk.

Сегодня существует достаточное количество объектно-ориентированных языков программирования, наиболее популярными из которых в настоящее время являются C++, Delphi, Java, Visual Basic, Flash. Но, кроме того, многие языки, которые принято причислять к процедурной парадигме, тоже обладают свойствами ООП, имея возможность работать с объектами. Так, объектно-ориентированное программирование в C — это большой раздел программирования на данном языке, то же самое касается ООП в python и многих других структурных языках.

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОБЪЕКТНО ОРИЕНТИРОВАННОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Принципы объектно-ориентированного программирования помимо обработки событий – это инкапсуляция, наследование, подклассы и полиморфизм. Они особенно полезны и необходимы при разработке тиражируемых и простых в сопровождении приложений.

Объект объединяет в себе методы и свойства, которые не могут существовать отдельно от него. Поэтому если объект удаляется, то удаляются его свойства и связанные с ним методы. При копировании происходит то же самое: объект копируется как единое целое. Инкапсуляция ООП — это и есть описанная характеристика.

Раздел 1. Принцип наследования ООП и подклассы

Абсолютно все объекты создаются на основе классов, при это они наследуют свойства и методы этих классов. В свою очередь классы могут создаваться на основе других классов (родителей), тогда такие классы называют подклассами (потомки). Подклассы наследуют все свойства и методы родительского класса. Кроме того для подкласса или класса-потомка можно определить новые, свои собственные, свойства и методы, а также изменять методы класса-родителя. Изменение свойств и методов родительского класса отслеживается в подклассах, созданных на основе этого класса, а также в объектах, созданных на основе подклассов.

Наследование есть свойство объектов порождать своих потомков. Объект-потомок автоматически наследует от родителя все поля и методы, может дополнять объекты новыми полями и заменять (перекрывать) методы родителя или дополнять их.

Принцип наследования решает проблему модификации свойств объекта и придает объектно-ориентированному программированию в целом исключительную гибкость. При работе с объектами программист обычно подбирает объект, наиболее близкий по своим свойствам для решения конкретной задачи, и создает одного или нескольких потомков от него, которые «умеют» делать то, что не реализовано в родителе.

Последовательное проведение в жизнь принципа «наследуй и изменяй» хорошо согласуется с поэтапным подходом к разработке крупных программных проектов и во многом стимулирует такой подход.