Что называется объектом в объектно ориентированном программировании
Основные понятия в объектно-ориентированном программировании ИЛИ
моя шпаргалка по ООП
Jan 20, 2015 · 6 min read
С целью освежения базовых знаний по ООП, я решила перечитать потрясающую книгу «Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений», Гради Буч
Я обожаю эту книгу, потому что она написана простым языком со знанием дела и такой любовью к программированию, что вы ее с упоением прочтете в метро. Вы будете с нетерпением ждать того момента, когда вы сможете усесться с книжечкой в поезде и взахлеб читать и пропускать свои станции.
А теперь для ленивых и для себя любимой я составила краткий конспект-шпаргалку по этой книги.
ШПАРГАЛКА ПО ООП
Объектно-ориентированное программирование или ООП — это способ создания программных компонентов, базирующихся на объектах.
Основные принципы ООП
А б страгирование — это процесс выделения наиболее существенных характеристик некоторого объекта, отличающих его от всех других видов объектов, важных с точки зрения дальнейшего рассмотрения и анализа, и игнорирование менее важных или незначительных деталей.
Объекты и классы — основные абстракции предметной области.
Инкапсуляция — это процесс отделения друг от друга элементов объекта, определяющих его устройство и поведение; инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать контрактные обязательства абстракции от их реализации.
Модульность — это свойство системы, связанное с возможностью ее декомпозиции на ряд внутренне сильно сцепленных, но слабо связанных между собой подсистем (частей).
Модульность снижает сложность системы, позволяя выполнять независимую разработку ее отдельных частей.
Иерархия — это упорядочение абстракций, расположение их по уровням.
Типизация — способ защититься от использования объектов одного класса вместо другого, или, по крайней мере, управлять таким использованием.
Тип — точная характеристика некоторой совокупности однородных объектов, включающая структуру и поведение.
При строгой типизации (например, в языке Оберон) запрещается использование объектов неверного типа, требуется явное преобразование к нужному типу. При менее строгой типизации такого рода запреты ослаблены. В частности, допускается полиморфизм — многозначность имен. Одно из проявлений полиморфизма, использование объект подтипа (наследника) в роли объекта супертипа (предка).
Параллелизм — это свойство, отличающее активные объекты от пассивных.
Параллелизм — наличие в системе нескольких потоков управления одновременно. Объект может быть активен, т. е. может порождать отдельный поток управления. Различные объекты могут быть активны одновременно.
Сохраняемость (устойчивость) — способность объекта существовать во времени, переживая породивший его процесс, и (или) в пространстве, перемещаясь из своего первоначального адресного пространства.
Устойчивость — способность объекта сохранять свое существование во времени и/или пространстве (адресном, в частности при перемещении между узлами вычислительной системы). В частности, устойчивость объектов может быть обеспечена за счет их хранения в базе данных.
Основные понятия объектно-ориентированного подхода или элементы объектной модели
“ Объект в ООП — это сущность, способная сохранять свое состояние (информацию) и обеспечивающая набор операций (поведение) для проверки и изменения этого состояния. ”
Объект — осязаемая сущность (tangible entity) — предмет или явление (процесс), имеющие четко выраженные границы, индивидуальность и поведение.
Любой объект обладает состоянием, поведением и индивидуальностью.
Состояние объекта определяется значениями его свойств (атрибутов) и связями с другими объектами, оно может меняться со временем.
Поведение определяет действия объекта и его реакцию на запросы от других объектов. Поведение представляется с помощью набора сообщений, воспринимаемых объектом (операций, которые может выполнять объект).
Индивидуальность — это свойства объекта, отличающие его от всех других объектов.
Структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс.
Объект в JavaScript создаётся с помощью функции Object.create. Эта функция из родителя и опционального набора свойств создаёт новую сущность. Пока что мы не будем беспокоиться о параметрах.
Прототип — это объект-образец, по образу и подобию которого создаются другие объекты. Объекты-копии могут сохранять связь с родительским объектом, автоматически наследуя изменения в прототипе; эта особенность определяется в рамках конкретного языка.
Класс — это множество объектов, связанных общностью свойств, поведения, связей и семантики. Любой объект является экземпляром класса. Определение классов и объектов — одна из самых сложных задач объектно-ориентированного проектирования.
Класс (class) — это группа данных и методов(функций) для работы с этими данными. Это шаблон. Объекты с одинаковыми свойствами, то есть с одинаковыми наборами переменных состояния и методов, образуют класс.
Конструктор класса — специальный блок инструкций, вызываемый при создании объекта.
Деструктор — специальный метод класса, служащий для деинициализации объекта (например освобождения памяти).
Атрибут — поименованное свойство класса, определяющее диапазон допустимых значений, которые могут принимать экземпляры данного свойства. Атрибуты могут быть скрыты от других классов, это определяет видимость атрибута: рublic (общий, открытый); private (закрытый, секретный); protected (защищенный).
Требуемое поведение системы реализуется через взаимодействие объектов. Взаимодействие объектов обеспечивается механизмом пересылки сообщений. Определенное воздействие одного объекта на другой с целью вызвать соответствующую реакцию называется операцией или посылкой сообщения. Сообщение может быть послано только вдоль соединения между объектами. В терминах программирования соединение между объектами существует, если один объект имеет ссылку на другой.
Дескриптор — это атрибут объекта со связанным поведением (англ. binding behavior), т.е. такой, чьё поведение при доступе переопределяется методами протокола дескриптора.
Операция — это услуга, которую можно запросить у любого объекта данного класса. Операции реализуют поведение экземпляров класса. Описание операции включает четыре части: имя; список параметров; тип возвращаемого значения; видимость.
Реализация операции называется методом.
Метод — это функция или процедура, принадлежащая какому-то классу или объекту.
Различают простые методы и статические методы (методы класса):
Методы предоставляют интерфейс, при помощи которого осуществляется доступ к данным объекта некоторого класса, тем самым, обеспечивая инкапсуляцию данных.
В зависимости от того, какой уровень доступа предоставляет тот или иной метод, выделяют:
Такое разделение интерфейсов позволяет сохранять неизменным открытый интерфейс, но изменять внутреннюю реализацию.
Полиморфизм — способность скрывать множество различных реализаций под единственным общим именем или интерфейсом.
Понятие полиморфизма может быть интерпретировано, как способность объекта принадлежать более чем одному типу.
Интерфейс — это совокупность операций, определяющих набор услуг класса или компонента. Интерфейс не определяет внутреннюю структуру, все его операции открыты.
Компонент — это относительно независимая и замещаемая часть системы, выполняющая четко определенную функцию в контексте заданной архитектуры.
Компонент представляет собой физическую реализацию проектной абстракции и может быть: компонентом исходного кода (cpp-шник); компонентом времени выполнения (dll, ActiveX и т. п.); исполняемый компонентом (exe-шник). Компонент обеспечивает физическую реализацию набора интерфейсов. Компонентная разработка (component-based development) представляет собой создание программных систем, состоящих из компонентов (не путать с объектно-ориентированным программированием (ООП).
Компонентная разработка — технология, позволяющая объединять объектные компоненты в систему.
Пакет — это общий механизм для организации элементов в группы. Это элемент модели, который может включать другие элементы. Каждый элемент модели может входить только в один пакет.
-средством организации модели в процессе разработки, повышения ее управляемости и читаемости;
-единицей управления конфигурацией.
Подсистема — это комбинация пакета (может включать другие элементы модели) и класса (обладает поведением). Подсистема реализует один или более интерфейсов, определяющих ее поведение. Она используется для представления компонента в процессе проектирования.
ООП – Организация Освобождения Палестины.
Аббревиатура.
Резонный вопрос – почему так поздно приступаем к знакомству с ООП? Я тоже считаю, что некоторые главы книги только бы выиграли от их изложения в объектно-ориентированной нотации. Но, сказавши «а», следовало бы сказать и «б», т.е. пришлось бы полностью изложить принципы ООП, а это было бы не совсем правильно:
эта технология ориентирована на создание уже достаточно больших проектов, хотя отдельные части проекта (например, методы классов) все равно разрабатываются в рамках традиционной технологии структурного программирования. Поэтому, на мой консервативный взгляд, чтобы почувствовать преимущества технологии ООП, надо иметь опыт разработки проектов определенной сложности в традиционной технологии;
многие механизмы объектно-ориентированного Си прекрасно иллюстрируются средствами классического Си, чтобы понимать первое, нужно знать второе;
все предыдущие главы иллюстрированы небольшими по объему программами, для которых объектно-ориентированная нотация (именно как для примеров) не обязательна;
ООП – это постановка процесса программирования «с ног на голову», (или с головы на ноги), а это лучше сделать не в середине изложения материала;
И, наконец, такой «монстр» как Си++, пытающийся сочетать в себе все и вся, имеет не совсем удобную, излишне открытую и довольно громоздкую объектно-ориентированную нотацию. Поэтому данный материал следует рассматривать как приглашение к знакомству с тотальными средами ООП, например, Java или C#.
10.1 Объекты и классы
Объект, метод, класс: определения и свойства
«Классами называются большие группы людей, различающиеся по их месту в исторически определенной системе общественного производства, по их отношению) к средствам производства, по их роли в общественной организации труда, а следовательно, по способам получения и размерам той доли общественного богатства, которой они располагают» Ленинское определение классов.
Строго говоря, реализовать идеи ООП можно в классической среде программирования, соблюдая дух, а не букву технологии. Например, библиотека функций, работающая на общую структуру данных, может в первом приближении считаться классом.
Прописные истины объектно-ориентированного подхода
Объектно-ориентированный подход не ограничен синтаксисом. Следует соблюдать не только букву, но и дух ООП. Но даже в самой реализации понятий класса и объекта в языке программирования имеется много очевидных, но не всегда упоминаемых вещей, которые следует помнить. Попробуем их здесь перечислить.
для каждого объекта создается экземпляр данных;
методы класса, с которыми работает объект, представляют собой единственный экземпляр программного кода в сегменте команд, который одинаково выполняется для всех объектов (разделяется ими);
при вызове метода объект, для которого он выполняется, идентифицируется указателем текущего объекта this, задающим контекст текущего объекта.
Таким образом, связка «объект-метод» преобразуется в традиционную последовательность действий: «вызов функции – метода класса с фактическим параметром – указателем на текущий объект».
public: void F() < a++; >// void A::F(A *this) < this->a++; >
если элементы данных класса имеют взаимосвязанные значения, то класс должен поддерживать установленные для них соглашения;
если объект данных класса ссылается на внешние структуры данных, то при синтаксическом копировании объекта необходимо обеспечить независимость связанной структуры данных в объекте-копии (создать ее копию или обеспечить разделение – см. «конструктор копирования»;
если объект содержит идентификаторы каких-либо внешних ресурсов (например, номер коммуникационного порта), то действия класса должны быть аналогичными.
рис. 101-1. Объект: граница ответственности транслятора и программы
double * pd ; // Внутренняя СД – дин. массив коэффициентов
public : void add ( double D 2[], int n 2)<> // Нарушение закрытости – параметр – внутренняя СД
void add ( poly & T )<> // Правильно: параметр – объект того же класса
По отношению к методам это означает, что интерфейс класса (набор методов) должен быть максимально разнообразен, методы должны сочетаться в любых комбинациях, давая широкое разнообразие возможностей работы с объектом.
Полезный совет: желательно избегать многообразия форм представления внутренних данных объекта. Чем их меньше, тем проще обеспечить его целостность и корректность. Например, лучше иметь фиктивный динамический массив, чем NULL-указатель. В примере с классом степенного полинома «пустой» полином лучше представить динамическим массивом с единственным нулевым коэффициентом.
double * pd ; // Внутренняя СД – дин. массив коэффициентов
public : poly () < n =0; pd = NULL ; >// Нежелательно: NULL – отсутствие массива
«Ложась спать, программист ставит рядом два стакана: один полный – если захочет пить, и один пустой – если не захочет». Анекдот в тему.
// Класс степенного полинома – заголовок класса (объявление)
int n; // степень полинома
double *pd; // динамический массив коэффициентов
double & get ( int k ); // получение ссылки на коэффициент
void add ( poly & T ); // сложение объектов (1=1+2)
void mul ( poly & T ); // умножение объектов объектов (1=1+2)
Целостность объекта. Конструктор. Деструктор
Требование целостности и корректности объекта означают, что объект – это нечто большее, чем просто переменная. При создании переменной ее инициализация вовсе не обязательна, в то время как создание объекта должно сопровождаться установлением его начального состояния (инициализация данных, резервирование памяти, ресурсов, установление связей и т.д.). Аналогичные обратные действия необходимо выполнить при его уничтожении перед освобождением памяти. С этой целью в классе вводятся специальные методы – конструкторы и деструктор. Их имена совпадают с именем класса. Конструкторов для данного класса может быть сколь угодно много, они отличаются формальными параметрами, деструктор же всегда один и имеет имя, предваренное символом «
«. Если конструктор имеет формальные параметры, то в определении переменной-объекта после ее имени должны присутствовать в скобках значения фактических параметров.
// Класс степенного полинома – конструкторы и деструктор
int n; // степень полинома
double *pd; // динамический массив коэффициентов
n=0; // с нулевым коэффициентом
n=m; // с нулевыми коэффициентами
load(n0,p); > // используется вспомогательный метод load
load(T.n, T.pd); > // (конструктор копирования)
Момент вызова конструктора и деструктора определяется временем создания и уничтожения объектов:
В Си++ возможно определение массива объектов класса. При этом конструктор и деструктор автоматически вызываются в цикле для каждого элемента массива и не должны иметь параметров. При выполнении оператора delete для указателя на массив объектов его необходимо предварять скобками.
poly a,b(6), c (3, D ); // Статические объекты – конструкторы
// пустой полином, заданной размерности и из массива
poly *p,* q ; // Указатели на объект
poly c,d( c ); // Автоматические объекты
p = new poly ; // Динамический объект
q = new poly [ n ]; // Динамический массив объектов
delete p; // Уничтожение динамического объекта
delete [] q ; // Уничтожение динамического массива объектов
> // Уничтожение автоматических объектов
Замечание: процесс конструирования «вложен» в процесс выделением памяти под переменную. Конструктор вызывается сразу же после выделения памяти, а деструктор – перед ее освобождением.
A(int a1)
Класс – структурированный тип с ограниченным доступом
«Настоящий» классы в Си++ отличается от структурированного типа одной единственной мелочью: в классе вводятся ограничения доступа. Естественно, это синтаксические ограничения, и при желании их можно исключить простым редактированием заголовка класса. Это «дисциплинирующие» ограничения, позволяющие установить зоны ответственности программистов – разработчика класса и пользователя класса, обеспечить необходимую закрытость.
В процессе программирования класса участвуют два действующих лица с различной компетенцией: разработчик класса, пишущий его внутренний код, и пользователь класса – программист, создающий объекты этого класса и вызывающий для них его методы. Но ограничения касаются не самих программистов, а кода, который они создают. Внутреннее программирование класса – это разработка программного кода, который находится в теле разрабатываемого класса (точнее, в теле его методов). Внешнее программирование – это разработка кода вне тела проектируемого класса, который создает объекты класса, работает с данными этих объектов и вызывает методы.
Формально класс отличается от структурированного типа ключевым словом class (вместо struct ) и наличием двух областей доступа в теле класса:
закрытая (личная) часть, допускает только внутреннее программирование и закрыта при доступе через объект вне класса. По правилам синтаксиса закрытая часть начинается сразу же вслед за заголовком класса. Она также может быть обозначена меткой private;
открытая (общая) часть класса допускает любой доступ, в том числе и внешний. Она всегда явно обозначается меткой public.
// Класс степенного полинома
int n; // степень полинома
double *pd; // динамический массив коэффициентов
public:… // метка открытой части
Другие варианты размещения данных и методов в личной и общей части класса встречаются реже, но тоже обоснованы:
в общей части класса могут быть размещены данные, изменение которых пользователем класса не может привести к катастрофическим последствиям (например, цвет фигуры). Естественно, что класс будет учитывать изменение этих данных только при вызове методов (например, при перерисовке фигуры);
в личной части класса может быть размещен внутренний метод, необходимый для работы самого класса. Это могут быть вспомогательные действия, вынесенные за пределы конкретных методов, либо такие операции, корректное выполнение которых требует дополнительных действий.
Иногда требуется ввести исключения из правил доступа, когда некоторой функции или классу требуется разрешить доступ к личной части объекта класса. Тогда в определении класса, к объектам которого разрешается такой доступ, должно быть объявление функции или другого класса как «дружественных». Это согласуется с тем принципом, что сам класс определяет права доступа к своим объектам «со стороны».
Объявление дружественной функции представляет собой прототип функции, переопределяемой операции или имя класса, которым разрешается доступ, предваренное ключевым словом friend.
// Классы и функции, дружественные классу A
int x; // Личная часть класса
. // Все «друзья» имеют доступ к x
friend void C::operator+( А &);
«Друг – это тот, кто имеет исключительное право лезть тебе в душу (личную часть) в любое время».
Возвращаясь к классу полиномов, сразу же заметим, что в нем можно по большей части обойтись без дружественности. Закрытость же касается только данных (размерность и указатель на динамический массив), а также методов, связанных с управлением динамической памятью при изменении размерности полинома.
Задача управления динамической памятью должна быть решена раз и навсегда в начале проектирования класса, чтобы в дальнейшем к ней не возвращаться. Удобнее всего сделать это в виде внутренних методов управления размерностью объекта. Предпочтительнее также создавать дополнительные локальные объекты требуемой размерности, нежели создавать в явном виде динамические структуры данных.
// Класс степенного полинома
int n; // степень полинома
double *pd; // динамический массив коэффициентов
void load(int n0, double p[])<
n=n0; // закрытый метод загрузки массива
double *pd1=new double[n1+1];
for (; i n 1; i ++) pd 1[ i ]=0;// прописать старшие коэффициенты нулями
delete []pd; // удалить старый массив
pd=pd1; // считать новый за старый
> // память не перераспределяется
public :… // метка открытой части
Рассмотрим еще один метод, интересный с точки зрения требований закрытости. Метод возвращает ссылку на выбранный коэффициент полинома, что позволяет работать с ним как по чтению, так и по записи. Хотя это «приоткрывает» доступ к внутренним данным объекта, но реальное использование этой ссылки «во вред объекту» и доступ через нее к другим коэффициентам требует большого искусства и не может быть произведено несознательно (по ошибке). Поэтому такую операцию можно считать безопасной.
// Класс степенного полинома
int n; // степень полинома
double *pd; // динамический массив коэффициентов
if ( k k > n ) return foo ; // на «левую» статическую переменную
Взаимодействие данных и алгоритма в ООП
В технологии ООП взаимоотношения данных и алгоритма имеют более регулярный характер: во-первых, класс объединяет в себе данные и методы (функции). Во-вторых, схема взаимодействия функций и данных принципиально иная. Метод (функция), вызываемый для одного объекта, как правило, не вызывает другую функцию непосредственно. Для начала он должен иметь доступ к другому объекту (создать, получить указатель, использовать внутренний объект в текущем и т.д.), после чего он уже может вызвать для него один из известных методов. Следовательно, структура программы определяется взаимодействием объектов различных классов между собой, а процесс выполнения программы выражается фразой «объект-метод-объект».
рис.101-4. Программирование в цепочке «объект-метод-объект»
Особенности модульного проектирования в технологии ООП
· заголовочный файл не должен содержать конструкций языка, порождающих программный код, он должен целиком состоять из определений типов, объявлений переменных и функций и заголовка класса;
· в заголовке класса может присутствовать объявление метода – заголовок со списком типов параметров (прототип), ограниченный точкой с запятой. Это означает, что в заголовочнике упоминается только факт его наличия (с заданным именем и интерфейсом). Тогда в файле тела класса должно быть определение метода, содержащее его заголовок и тело. Заголовок повторяет объявление с одним маленьким отличием: имя метода дается в полной форме в виде имя_класса::имя_метода;
· файл тела класса должен подключать свой заголовочный файл директивой include ;
· для того, чтобы другой класс или main могли создавать объекты некоторого класса и применять к ним методы, необходимо подключать заголовочный файл директивой include ;
· все имена заголовочных файлов и файлов тела класса должны быть включены в проект;
int a; // Данные класса
void add ( A &); // Объявление (прототип) метода
A mul ( A &); // Объявление (прототип) метода
Естественно, никто не запрещает «свалить все классы в одну кучу», не используя проекта. Для небольших программ это простительно, но не эстетично.
Лабораторный практикум
1. Правильная дробь, представленная целой частью, числителем и знаменателем.
4. Целое положительное число, представленное в виде массива его простых множителей (произведение которых дает это число).
5. Целое положительное число, представленное в виде массива остатков от деления на первые n 6. Вектор на плоскости, представленный в полярной системе координат (длина, угол поворота).
8. Матрица переменной размерности, представленная динамическим массивом указателей на строки матрицы (линейные динамические массивы).
9. Матрица переменной размерности, представленная динамическим массивом, в котором строки матрицы расположены последовательно друг за другом.
10. Разреженная матрица переменной размерности, ненулевые коэффициенты представлены динамическим массивом с элементами (x,y,v) координаты, значение.
11. Разреженная матрица переменной размерности, ненулевые коэффициенты представлены односвязным списком с элементами (x,y,v) координаты, значение.
12. Разреженная матрица переменной размерности, ненулевые коэффициенты представлены двусвязным циклическим списком с элементами (x,y,v) координаты, значение.
13. Множество, элементами которого являются целые числа. Операции объединения и пересечения множеств, добавления элемента, проверки на вхождение, разности множеств.
14. Целые произвольной длины со знаком во внешней форме представления в виде строки цифр в прямом коде. Знак представлен отдельным элементом данных.
15. Целые произвольной длины со знаком во внешней форме представления в виде строки цифр в прямом коде. Знак представлен старшей цифрой (0 /1).
16. Целые произвольной длины со знаком во внешней форме представления в виде строки цифр в дополнительном коде.
17. Целые произвольной длины во внутреннем двоичном представлении (динамический массив байтов) в прямом коде. Знак представлен отдельным элементом данных.
18. Целые произвольной длины во внутреннем двоичном представлении (динамический массив байтов) в дополнительном коде.