Лекция 2. Объектно-ориентированное программирование

Принципы ООП проще всего понять на примере программ моделирования. В ре­альном мире каждый предмет или процесс обладает набором статических и ди­намических характеристик, иными словами, свойствами и поведением. Поведе­ние объекта зависит от его состояния и внешних воздействии. Например, объект «автомобиль» никуда не поедет, если в баке нет бензина, а если повернуть руль, изменится положение колес.

Понятие объекта в программе совпадает с обыденным смыслом этого слова: объ­ект представляется как совокупность данных, характеризующих его состояние, и функций их обработки, моделирующих его поведение. Вызов функции на выпол­нение часто называют посылкой сообщения объекту.

При создании объектно-ориентированной программы предметная область пред­ставляется в виде совокупности объектов. Выполнение программы состоит в том, что объекты обмениваются сообщениями. Это позволяет использовать при про­граммировании понятия, более адекватно отражающие предметную область.

При представлении реального объекта с помощью программного необходимо выде­лить в первом его существенные особенности. Их список зависит от цели модели­рования. Например, объект «крыса» с точки зрения биолога, изучающего миграции, ветеринара или, скажем, повара будет иметь совершенно разные характеристики. Выделение существенных с той или иной точки зрения свойств называется абст­рагированием. Таким образом, программный объект — это абстракция.

Важным свойством объекта является его обособленность. Детали реализации объ­екта, то есть внутренние структуры данных и алгоритмы их обработки, скрыты от пользователя объекта и недоступны для непреднамеренных изменений. Объект используется через его интерфейс — совокупность правил доступа.

Скрытие деталей реализации называется инкапсуляцией (от слова «капсула»). Ничего сложного в этом понятии нет: ведь и в обычной жизни мы пользуемся объектами через их интерфейсы. Сколько информации пришлось бы держать в голове, если бы для просмотра новостей надо было знать устройство телевизора!

Таким образом, объект является «черным ящиком», замкнутым по отношению к внешнему миру. Это позволяет представить программу в укрупненном виде — на уровне объектов и их взаимосвязей, а следовательно, управлять большим объ­емом информации и успешно отлаживать сложные программы.

Сказанное можно сформулировать более кратко и строго: объект — это инкапсу­лированная абстракция с четко определенным интерфейсом.

Инкапсуляция позволяет изменить реализацию объекта без модификации основ­ной части программы, если его интерфейс остался прежним. Простота модифи­кации является очень важным критерием качества программы, ведь любой про­граммный продукт в течение своего жизненного цикла претерпевает множество изменений и дополнений.

Кроме того, инкапсуляция позволяет использовать объект в другом окружении и быть уверенным, что он не испортит не принадлежащие ему области памяти, а также создавать библиотеки объектов для применения во многих программах.

Каждый год в мире пишется огромное количество новых программ, и важнейшее значение приобретает возможность многократного использования кода. Преиму­щество объектно-ориентированного программирования состоит в том, что для объекта можно определить наследников, корректирующих или дополняющих его поведение. При этом нет необходимости не только повторять исходный код родительского объекта, но даже иметь к нему доступ.

Наследование является мощнейшим инструментом ООП и применяется для сле­дующих взаимосвязанных целей:

• исключения из программы повторяющихся фрагментов кода;

• упрощения модификации программы;

• упрощения создания новых программ на основе существующих.

Кроме того, только благодаря наследованию появляется возможность использо­вать объекты, исходный код которых недоступен, но в которые требуется внести изменения.

Наследование позволяет создавать иерархии объектов. Иерархия представляется в виде дерева, в котором более общие объекты располагаются ближе к корню, а бо­лее специализированные — на ветвях и листьях. Наследование облегчает исполь­зование библиотек объектов, поскольку программист может взять за основу объек­ты, разработанные кем-то другим, и создать наследников с требуемыми свойствами.

Объект, на основании которого строится новый объект, называется родительским объектом, объектом-предком, базовым классом, или суперклассом, а унаследо­ванный от него объект — потомком, подклассом, или производным классом.

ООП позволяет писать гибкие, расширяемые и читабельные программы. Во мно­гом это обеспечивается благодаря полиморфизму, под которым понимается воз­можность во время выполнения программы с помощью одного и того же имени выполнять разные действия или обращаться к объектам разного типа. Чаще все­го понятие полиморфизма связывают с механизмом виртуальных методов.

Подводя итог сказанному, сформулирую достоинства ООП.

• использование при программировании понятий, близких к предметной области;

• возможность успешно управлять большими объемами исходного кода благо­даря инкапсуляции, то есть скрытию деталей реализации объектов и упроще­нию структуры программы;

• возможность многократного использования кода за счет наследования;

• сравнительно простая возможность модификации программ;

• возможность создания и использования библиотек объектов.

Эти преимущества особенно явно проявляются при разработке программ большого объема и классов программ. Однако ничто не дается даром: создание объектно-­ориентированной программы представляет собой весьма непростую задачу, по­скольку требует разработки иерархии объектов, а плохо спроектированная иерар­хия может свести к нулю все преимущества объектно-ориентированного подхода.

Кроме того, идеи ООП не просты для понимания и в особенности для практиче­ского применения. Чтобы эффективно использовать готовые объекты из биб­лиотек, необходимо освоить большой объем достаточно сложной информации. Неграмотное же применение ООП способно привести к созданию излишне слож­ных программ, которые невозможно отлаживать и усовершенствовать.

Дата добавления: 2014-01-06