Объектно-ориентированное программирование

ЗАМЕЧАНИЕ

Термин «приложение» можно для начала воспринимать как синоним слова «программа». Например, вместо фразы «программа, работающая под управлением Windows», говорят «Windows-приложение» или просто «приложение».

Платформа.NET рассчитана на объектно-ориентированную технологию созда­ния программ, поэтому прежде чем начинать изучение языка С#, необходимо познакомиться с основными понятиями объектно-ориентированного програм­мирования (ООП).

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 воздействий. 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. (Например, вызов функции «повернуть руль» интерпретируется как посылка сообщения «автомобиль, поверни руль!»)

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:

1. исключения из программы повторяющихся фрагментов кода;

2. упрощения модификации программы;

3. 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, сформулируем достоинства ООП:

1. использование при программировании понятий, близких к предметной области;

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

3. возможность многократного использования кода за счет наследования;

4. сравнительно простая возможность модификации программ;

5. 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.

Классы

Для представления объектов в языках С#, Java, C++, Delphi и т. п. используется понятие класс, аналогичное обыденному смыслу этого слова в контексте «класс членистоногих», «класс млекопитающих», «класс задач» и т. п. Класс является обобщенным понятием, определяющим характеристики и поведение некоторого множества конкретных объектов этого класса, называемых экземплярами класса.

«Классический» класс содержит данные, задающие свойства объектов класса, и функции, определяющие их поведение. В последнее время в класс часто добавляется третья составляющая — события, на которые может реагировать объект класса.

Все классы библиотеки.NET, а также все классы, которые создает программист в среде.NET, имеют одного общего предка — класс object и организованы в единую иерархическую структуру. Внутри нее классы логически сгруппированы в так называемые пространства имен, которые служат для упорядочивания имен классов и предотвращения конфликтов имен: в разных пространствах имена могут совпадать. Пространства имен могут быть вложенными, их идея аналогична знакомой вам иерархической структуре каталогов на компьютере, любая программа, создаваемая в.NET, использует пространство имен System. В нем определены классы, которые обеспечивают базовую функциональность, напри­мер, поддерживают выполнение математических операций, управление памятью и ввод-вывод.

Обычно в одно пространство имен объединяют взаимосвязанные классы. Напри­мер, пространство System.Net содержит классы, относящиеся к передаче данных по сети, System.Windows.Forms — элементы графического интерфейса пользователя, такие как формы, кнопки и т. д. Имя каждого пространства имен представляет собой неделимую сущность, однозначно его определяющую.

Последнее, о чем необходимо поговорить, прежде чем начать последовательное изучение языка С#, — среда разработки Visual Studio.NET.

Дата добавления: 2014-01-07