Файл: Основные понятия объектно-ориентированного программирования.pdf

ВВЕДЕНИЕ

Данная работа посвящена основным понятиям объектно-ориентированного программирования.

Цель курсовой работы заключается в изучении основных понятий объектно-ориентированного программирования

Исторически сложилось так, что программирование возникло и развивалось как процедурное программирование, которое предполагает, что основой программы является алгоритм, процедура обработки данных. Объектно-ориентированное программирование - это методика разработки программ, в основе которой лежит понятие объекта как некоторой структуры, описывающей объект реального мира, его поведение. Задача, решаемая с использованием методики объектно-ориентированного программирования, описывается в терминах объектов и операций над ними, а программа при таком подходе представляет собой набор объектов и связей между ними. Другими словами можно сказать, что объектно-ориентированное программирование представляет собой метод программирования, который весьма близко напоминает наше поведение. Оно является естественной эволюцией более ранних нововведений в разработке языков программирования. Объектно-ориентированное программирование является более структурным, чем все предыдущие разработки, касающиеся структурного программирования. Оно также является более модульным и более абстрактным, чем предыдущие попытки абстрагирования данных и переноса деталей программирования на внутренний уровень.

Использование объектно-ориентированного программирования является хорошим решением при разработке крупных программных проектов. Чем проект объемнее и сложнее, тем больше выгоды вы получите при использовании объектно-ориентированной технологии программирования. Одним из наибольших преимуществ объектно-ориентированного программирования является возможность многократного использования программного кода. Если вы, к примеру, создали класс, то можете порождать от него новые классы и изменять их свойства и функциональное назначение

Объектно-ориентированное программирование требует оставить в стороне характерные представления о программировании, которые долгие годы рассматривались как стандартные. Однако после того, как это сделано, объектно-ориентированное программирование становится простым, наглядным и превосходным средством разрешения многих проблем, которые доставляют неприятности традиционному программному обеспечению

Для осуществления обозначенной цели служат следующие задачи:

1. Изучение объектно-ориентированного-программирования-.
2. Получение знаний о классификации подвидов ООП.
3. Изучение истории создания ООП.
4. Получение знаний об основных понятиях ООП.
5. Объектно-ориентированное программирование (ООП)

Объектно-ориентированное программирование (ООП) — методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования.

Идеологически ООП — подход к программированию как к моделированию информационных объектов, решающий на новом уровне основную задачу структурного программирования: структурирование информации с точки зрения управляемости, что существенно улучшает управляемость самим процессом моделирования, что в свою очередь особенно важно при реализации крупных проектов. Управляемость для иерархических систем предполагает минимизацию избыточности данных (аналогичную нормализации) и их целостность, поэтому созданное удобно управляемым — будет и удобно пониматься. Таким образом, через тактическую задачу управляемости решается стратегическая задача — транслировать понимание задачи программистом в наиболее удобную для дальнейшего использования форму.

Основные принципы структурирования в случае ООП связаны с различными аспектами базового понимания предметной задачи, которое требуется для оптимального управления соответствующей моделью:

- абстрагирование для выделения в моделируемом предмете важного для решения конкретной задачи по предмету, в конечном счете — контекстное понимание предмета, формализуемое в виде класса;

- инкапсуляция для быстрой и безопасной организации собственно иерархической управляемости: чтобы было достаточно простой команды «что делать», без одновременного уточнения как именно делать, так как это уже другой уровень управления;

- наследование для быстрой и безопасной организации родственных понятий: чтобы было достаточно на каждом иерархическом шаге учитывать только изменения, не дублируя все остальное, учтенное на предыдущих шагах;

- полиморфизм для определения точки, в которой единое управление лучше распараллелить или наоборот — собрать воедино.

То есть фактически речь идет о прогрессирующей организации информации согласно первичным семантическим критериям: «важное/неважное», «ключевое/подробности», «родительское/дочернее», «единое/множественное». Прогрессирование, в частности, на последнем этапе дает возможность перехода на следующий уровень детализации, что замыкает общий процесс.

Обычный человеческий язык в целом отражает идеологию ООП, начиная с инкапсуляции представления о предмете в виде его имени и заканчивая полиморфизмом использования слова в переносном смысле, что в итоге развивает выражение представления через имя предмета до полноценного понятия-класса.

1.1.Классификация подвидов ООП

Лука Карделлии Мартин Абади построили теоретическое обоснование ООП и классификацию на основе этого обоснования. Они отмечают, что выделенные ими понятия и категории вместе встречаются далеко не во всех ОО-языках, большинство языков поддерживают лишь подмножества теории, а порой и своеобразные отклонения от неё.

Ключевые понятия:

квантификация переменных типа (универсальная, экзистенциальная, ограниченная);

под типизация (англ. subtyping — отношения «супер тип-подтип»);

включение (англ. subsumption — см. принцип подстановки Барбары Лисков) — частный случай под типизации— см. под типизация на записях;

объектный тип (фактически, специальная форма «записи», в число полей которой входят функции первого класса);

Класс описывает абстрактное поведение. Объектные типы строятся на основе класса посредством добавления различных приватных полей и методов. Объект (то есть значение объектного типа, традиционно называемое «экземпляром класса») порождается конструктором на основе начальных параметров.

Традиционно перечисляемые основные принципы ООП не апеллируют к данному теоретическому обоснованию, а являются устоявшимися в сообществе догмами (что приводит к сильному разбросу вариантов изложения в разных источниках).

По большей части они относятся к языкам — потомкам Алгола и Симулы; в меньшей степени — к потомкам Smalltalk (в частности, часто упоминаемый принцип сокрытия в потомках Smalltalk семантически недоступен и идеологически считается несущественным). В значительно большей степени теоретически обоснованные концепции ООП поддерживают ОО-языки, развившиеся на поприще функционального программирования: OCaml, диалекты Haskell (O’Haskell, Mondrian), successor ML. Более того, основные идеи объектного моделирования в этом случае не требуют прямой поддержки со стороны языка, а могут быть сравнительно легко эмулированы.

Наиболее заметные отличия в проявлении показателей качества между языками разных видов:

В мейнстримных языках декларируемые принципы нацелены на повышение изначально низкого для императивного программирования коэффициента повторного использования кода.

В полиморфно типизированных применение концепций ООП, напротив, означает очевидное его снижение из-за перехода от параметрического полиморфизма к ad hoc полиморфизму.

В динамически типизированных языках (Smalltalk, Python, Ruby) эти принципы используются для логической организации программы, и их влияние на коэффициент повторного использования трудно спрогнозировать — он сильно зависит от дисциплины программиста. Например, в CLOS мульти методы одновременно являются функциями первого класса, что позволяет рассматривать их одновременно и как связанно квантифицированные, и как обобщённые (истинно полиморфные).

Традиционные ОО-языки используют номинативную типизацию, то есть допустимость со использования объектов разных классов только при условии явного указания родственных отношений между классами.

Для полиморфно типизированных языков характерна структурная типизация, то есть согласование классов между собой тем же механизмом, что и согласование числа 5 с типом int. Динамически типизированные языки также занимают здесь промежуточную позицию.

Обобщённое обоснование динамической диспетчеризации(включая множественную) в середине 1990-х годов построил Джузеппе Кастанья

1.2.История

ООП возникло в результате развития идеологии процедурного программирования, где данные и подпрограммы (процедуры, функции) их обработки формально не связаны.

Для дальнейшего развития объектно-ориентированного программирования часто большое значение имеют понятия события (так называемое событийно-ориентированное программирование) и компонента (компонентное программирование, КОП).

«Термины «объектно» и «ориентированный» в современном смысле этих слов появились в MIT в конце 1950 начале 1960 годов. В среде специалистов по искусственному интеллекту термин «объект» мог относиться к идентифицированным элементам (атомы Lisp) со свойствами (атрибутами).

Алан Кэй позже писал, что понимание внутреннего устройства Лиспа оказало серьезное влияние на его мышление в 1966 г. Другим ранним примером ООП в MIT был Sketchpad созданный Иваном Сазерлендом в 1960-61.

В глоссарии подготовленного в 1963 г. технического отчета, основанного на его диссертации о Sketchpad, Сазерленд определяет понятия «объект» и «экземпляр» с концепцией классов на основе «мастера» или «определения», хотя все эти термины относились к графическому представлению объектов [вкратце, в Sketchpad было основное изображение, на основе которого строились копии. При изменении основного – копии тоже менялись.

В ранней MIT-версии ALGOL AED-0 структуры данных («плексы» на диалекте Алгола) напрямую были связаны с процедурами, которые впоследствии были названы сообщениями, методами или функциями-членами.

Объекты, как формализованный концепт появились в программировании в 1960-х в Simula 67, модернизированной версии Simula I, языка программирования, ориентированного на дискретно-событийное моделирование.

Авторы Simula — Оле-Йохан Даль и Кристен Нюгорд из Норвежского компьютерного центра в Осло. Simula разрабатывалась под влиянием SIMSCRIPT и предложенной Чарльзом Хоаром концепцией записей-классов. Simula включала в себя понятие классов и экземпляров (или объектов), а также подклассов, виртуальных методов, сопрограмм и дискретно-событийное моделирование как часть собственной парадигмы программирования.

В языке использовался автоматический сборщик мусора, который был изобретен ранее для функционального языка Lisp. Simula использовалась тогда преимущественно для физического моделирования. Идеи Simula оказали серьезное влияние на более поздние языки, такие как Smalltalk, варианты Lisp (CLOS), Object Pascal, и C++.

Язык Smalltalk, который был изобретен в компании Xerox PARC Аланом Кэем (Alan Kay) и некоторыми другими учеными, фактически навязывал использование «объектов» и «сообщений» как базиса для вычислений. Создателей Smalltalk вдохновляли некоторые идеи Simula, но Smalltalk разрабатывался как полностью динамичная система, в которой классы могут создаваться и изменяться динамически, а не только статически как в Simula. Smalltalk и ООП с его помощью были представлены широкой аудитории в журнале Byte magazine в августе 1981.

В 1970-х Smalltalk Кэя сподвиг сообщество Lisp внедрить в язык объектно-ориентированные техники, которые были представлены разработчикам с помощью Lisp машины.

Эксперименты с различными расширениями Lisp в конечном итоге привели к созданию Common Lisp Object System (CLOS, части первого стандартизованного объектно-ориентированного языка, ANSI Common Lisp), который органично включал в себя как функциональное, так и объектно-ориентированное программирование и позволял расширять себя с помощью протокола Meta-object protocol. В 1980 было несколько попыток дизайна архитектур процессоров, которые включали бы в себя аппаратную поддержку работы с объектами в памяти, но все они были безуспешны. В качестве примеров можно привести Intel iAPX 432 и Linn Smart Rekursiv.

Объектно-ориентированное программирование развилось в доминирующую методологию программирования в начале и середине 1990 годов, когда стали широко доступны поддерживающие ее языки программирования, такие как Visual FoxPro 3.0, C++, и Delphi. Доминирование этой системы поддерживалось ростом популярности графических интерфейсов пользователя, которые основывались на техниках ООП.