Файл: Понятия объектно-ориентированного программирования.pdf

Помимо вышеперечисленных, одним из наиболее значимых терминов в объектно-ориентированном подходе является понятие «объект». Оно и тождественные ему термины появились практически независимо друг от друга в различных областях, которые связаны с компьютерами, в процессе разработки:

• • архитектуры компьютеров (Burroughs 5000, Plessey 250, IBM System/38, Intel 432);
  • объектно-ориентированных операционных систем (Plessey/System 250, Secure UNIX, StarOS, iMax);
  • объектно-ориентированных языков программирования (Simula, Smalltalk, Modula);
  • теории баз данных (модели «сущность-связь»);
  • систем искусственного интеллекта (фреймы)^[9].

При разработке программного обеспечения и автоматизированных информационных систем понятие «объект» впервые было введено Оле-Джоаном Далем, Бьорном Мюрхогом и Кристеном Ныгардом из Норвежского вычислительного центра, расположенного в городе Осло. Названные специалисты разработали язык Simula 67, который был создан на основе языка Algol-60 и предназначался для моделирования и описания сложных систем. Однако по-настоящему широкое распространение данной идеи было осуществлено при разработке языка SmallTalk в 1990 г. Аланом Кейем из Исследовательского центра фирмы Xerox (г. Пало-Альто). В SmallTalk применялись исключительно объектно-ориентированные конструкции.

Таким образом, объект представляет собой абстракцию реальной или воображаемой сущности с четко выраженными концептуальными границами, индивидуальностью (идентичностью), состоянием и поведением.

Ниже рассматриваются некоторые второстепенные понятия объектно-ориентированного подхода.

Абстракция представляет собой форму познания, основанную на мысленном выделении существенных свойств и связей предмета и отвлечении от других, частных его свойств и связей. При этом такие показатели как «существенное» и «частное» должны быть рассмотрены с точки зрения решаемой задачи (иначе говоря – предметной области). Конкретно в ключе объектно-ориентированного подхода, абстракция представляет собой модель сущности, описывающую ее свойства и поведение.

Примерами фактических сущностей могут выступать такие предметы и явления, как автомобиль, регулирование движения или сам регулировщик. А примерами воображаемых сущностей могут служить такие процессы как методические рекомендации к сборке автомобиля или оптимальная конструкция светофора^[10].

Индивидуальность является таким свойством сущности, при помощи которого она может быть отделена от других. Иначе говоря, имея в виду объект «автомобиль», говорится не обобщенное понятие автомобиль, как что-то, состоящее из деталей и комплектующих, а конкретное транспортное средство определенной марки под определенным номером.

---

Для концептуальной группировки однотипных объектов в объектно-ориентированном подходе, как было отмечено ранее, применяется термин «класс». Класс, в свою очередь, представляет собой некоторое множество объектов, которые обладают общей структурой и поведением. Таким образом, класс является шаблоном, на основе которого могут быть сгенерированы однотипные объекты. В качестве синонима понятия «объект» часто употребляют понятие «экземпляр класса».

Каждый класс и соответственно объект могут быть охарактеризованы строго определенным числом атрибутов и методов. Настоящие значения атрибутов четко определяют настоящее состояние объекта. Набор методов и их алгоритмическая реализация определяют поведение объекта или их классов^[11].

Глава 2. Основные понятия объектно-ориентированного программирования

2.1 Классы

Класс – это абстрактное понятие, сравнимое с понятием категория в его обычном смысле.

По определенным свойствам этого элемента можно установить, что он принадлежит к какой-то категории. Сама категория определяется общими свойствами, которые имеют все экземпляры этой категории^[12].

Это можно пояснить на примере музыкальных инструментов. Музыкальные инструменты делятся на следующие категории: духовые, ударные и струнные. Все эти категории принадлежат к категории музыкальных инструментов. В свою очередь, категория музыкальных инструментов входит в категорию инструментов.

На рисунке 1 эта структура категорий представлена графически в виде дерева.

Рисунок 1 Дерево категорий примера «Музыкальные инструменты»

Музыкальные инструменты имеют общие свойства, но каждый инструмент сам по себе обладает особыми свойствами, которые определяют его назначение и отличают его от других инструментов. По тому же принципу можно описать и классы в ООП. Определенный Музыкальный инструмент некоторой категории, например труба, является объектом. Категория, к которой этот инструмент принадлежит, - это класс.

Класс в ООП – это абстрактный тип данных, который включает в себя не только данные, но и функции и процедуры.

---

Функции и процедуры класса называются методами и содержат исходный код, предназначенный для обработки внутренних данных объекта данного класса. После того, как Вы объявили состав класса, необходимо определить (описать), что делает каждая функция-член (метод).

Существует 2 способа включения метода в класс:

1. Определение метода при описании класса.
2. Объявление метода при описании, а его описание - при вызове.

Методы, определенные внутри класса, являются неявно встроенными.

Пример:

class A

{

int x, y;

int sum ( ) { return (x + y) ; }

} ;

Для определения метода вне класса укажите имя класса, за ним знак :: и имя функции-члена. Официальное название двойного двоеточия - оператор разрешения области действия. Он указывает, что данная функция-член является частью определенного класса.

Пример:

Class B

{

int x, y;

int sum ( )

} ;

int B::sum ( )

{

return (x + y) ;

}

Также как и структуры, классы можно задавать либо статически, либо динамически.

Например:

• статически - Toplist foo;
• динамически - Toplist *bar; bar=new Toplist;

Для статических и динамических классов применимы те же правила и принципы, что и для статических и динамических переменных^[13].

2.2 Наследование

Наследование – один из четырёх важнейших механизмов объектно-ориентированного программирования (наряду с инкапсуляцией, полиморфизмом и абстракцией), позволяющий описать новый класс на основе уже существующего (родительского), при этом свойства и функциональность родительского класса заимствуются новым классом. Другими словами, класс-наследник реализует спецификацию уже существующего класса (базовый класс). Это позволяет обращаться с объектами класса-наследника точно так же, как с объектами базового класса^[14].

Простое наследование: Класс, от которого произошло наследование, называется базовым или родительским (англ. base class). Классы, которые произошли от базового, называются потомками, наследниками или производными классами (англ. derived class). В некоторых языках используются абстрактные классы.

Абстрактный класс — это класс, содержащий хотя бы один абстрактный метод, он описан в программе, имеет поля, методы и не может использоваться для непосредственного создания объекта. То есть от абстрактного класса можно только наследовать. Объекты создаются только на основе производных классов, наследованных от абстрактного.

---

Например, абстрактным классом может быть базовый класс «сотрудник вуза», от которого наследуются классы «аспирант», «профессор» и т. д. Так как производные классы имеют общие поля и функции (например, поле «год рождения»), то эти члены класса могут быть описаны в базовом классе. В программе создаются объекты на основе классов «аспирант», «профессор», но нет смысла создавать объект на основе класса «сотрудник вуза».

Наследование классов — очень мощная возможность в объектно-ориентированном программировании. Оно позволяет создавать производные классы (классы наследники), взяв за основу все методы и элементы базового класса (класса родителя). Таким образом, экономится масса времени на написание и отладку кода новой программы. Объекты производного класса свободно могут использовать всё, что создано и отлажено в базовом классе. При этом мы можем в производный класс дописать необходимый код для усовершенствования программы: добавить новые элементы, методы и т.д. Базовый класс останется нетронутым^[15].

Множественное наследование

При множественном наследовании у класса может быть более одного предка. В этом случае класс наследует методы всех предков. Достоинства такого подхода в большей гибкости. Множественное наследование реализовано в C++. Из других языков, предоставляющих эту возможность, можно отметить Python и Эйфель. Множественное наследование поддерживается в языке UML.

Множественное наследование — потенциальный источник ошибок, которые могут возникнуть из-за наличия одинаковых имен методов в предках. В языках, которые позиционируются как наследники C++ (Java, C# и др.), от множественного наследования было решено отказаться в пользу интерфейсов. Практически всегда можно обойтись без использования данного механизма. Однако, если такая необходимость все-таки возникла, то, для разрешения конфликтов использования наследованных методов с одинаковыми именами, возможно, например, применить операцию расширения видимости — «::» — для вызова конкретного метода конкретного родителя.

Попытка решения проблемы наличия одинаковых имен методов в предках была предпринята в языке Эйфель, в котором при описании нового класса необходимо явно указывать импортируемые члены каждого из наследуемых классов и их именование в дочернем классе. Большинство современных объектно-ориентированных языков программирования (C#, Java, Delphi и др.) поддерживают возможность одновременно наследоваться от класса-предка и реализовать методы нескольких интерфейсов одним и тем же классом. Этот механизм позволяет во многом заменить множественное наследование — методы интерфейсов необходимо переопределять явно, что исключает ошибки при наследовании функциональности одинаковых методов различных классов-предков.

---

Основные характеристики и важные особенности наследования:

1. Наследование – это определение производного класса, который может обращаться ко всем элементам и методам базового класса за исключением тех, которые находятся в поле private;
2. Синтаксис определения производного класса: class Имя_Производного_Класса: спецификатор доступаИмя_Базового_Класса { /*код*/ };
3. Производный класс имеет доступ ко всем элементам и методам базового класса, а базовый класс может использовать только свои собственные элементы и методы.
4. В производном классе необходимо явно определять свои конструкторы, деструкторы и перегруженные операторы присваивания из-за того, что они не наследуются от базового класса. Но их можно вызвать явным образом при определении конструктора, деструктора или перегрузки оператора присваивания производного класса, например таким образом (для конструктора): Конструктор_Производного_Класса (/*параметры*/) : Конструктор_Базового_Класса ( /*параметры*/) { }.
5. Еще один важный момент при наследовании – перегруженные функции-методы класса потомка. В данном примере мы его не рассматривали. Но чтобы вы знали, если в классе родителе и в его классах потомках встречаются методы с одинаковым именем, то для объектов класса потомка компилятор будет использовать методы именно класса потомка. Перегруженные методы класса потомка, могут вызывать методы класса родителя. В таком случае важно помнить, что необходимо правильно определить область действия с помощью оператора :: , иначе компилятор воспримет это, как вызов функцией самой себя^[16].

2.3 Инкапсуляция

Инкапсуляция (encapsulation) – это механизм, который объединяет данные и код, манипулирующий этими данными, а также защищает и то, и другое от внешнего вмешательства или неправильного использования. В объектно-ориентированном программировании код и данные могут быть объединены вместе; в этом случае говорят, что создаётся так называемый «чёрный ящик». Когда коды и данные объединяются таким способом, создаётся объект (object). Другими словами, объект - это то, что поддерживает инкапсуляцию^[17].

Внутри объекта коды и данные могут быть закрытыми (private). Закрытые коды или данные доступны только для других частей этого объекта. Таким образом, закрытые коды и данные недоступны для тех частей программы, которые существуют вне объекта. Если коды и данные являются открытыми, то, несмотря на то, что они заданы внутри объекта, они доступны и для других частей программы. Характерной является ситуация, когда открытая часть объекта используется для того, чтобы обеспечить контролируемый интерфейс закрытых элементов объекта.

---