Объектно-ориентированное программирование

Принципиально иное направление в программировании связано с методологиями непроцедурного программирования. К ним можно отнести объектно-ориентированное программирование. Программы стали строиться не из процедур и функций, а из сравнительно простых кирпичиков-объектов, в которых были упрятаны данные и подпрограммы их обработки. Программирование рассматриваемого стиля заключается в выборе имеющихся или создании новых объектов и организации взаимодействия между ними.

Объект – это то, чем вы управляете с помощью программы (например? в Excel – ячейка, диапазон, диаграмма и т.п. В БД- это таблицы, формы, запросы). Каждый объект имеет свой тип (класс). Класс представляет собой тип данных, имеющий в составе данный объект.

Свойства – Параметры объекта (конечно, не все, а только необходимые в программе).

Методы – Действия, которые можно выполнять над объектом данного типа, или которые сам объект может выполнять. Это процедуры и функции.

Инкапсуляция. Инкапсуляция — это объединение данных и действий над ними. Это принцип, согласно которому любой класс должен рассматриваться как чёрный ящик — пользователь класса должен видеть и использовать только интерфейс (от английского interface — внешнее лицо, т. е. список декларируемых свойств и методов) класса и не вникать в его внутреннюю реализацию. Это свойство объектов, заключающееся в сокрытии информации о внутренней «жизни» объекта. Т.е. внешний пользователь объекта может использовать его возможности посредством определенного интерфейса, а непосредственно работа с данными и детали ее реализации от него скрыты. Так, в примере с жестким диском, нам для работы с ним достаточно знать, что он может хранить информацию, и позволяет записывать и считывать ее. При этом вовсе необязательно разбираться в том, каким образом хранится информация и как протекают процессы ее записи и чтения. Свойство инкапсуляции облегчает написание программ, и, что самое главное, их модификацию.

Наследование. Наследованием называется возможность порождать один класс от другого с сохранением всех свойств и методов класса-предка и добавляя, при необходимости, новые свойства и методы. Наследование призвано отобразить такое свойство реального мира, как иерархичность.

Полиморфизм. Полиморфизмом называют явление, при котором для различных родственных объектов можно задать одинаковое название функции, но действия функция будет выполнять разные, в зависимости от конкретного объекта. Например, надо нарисовать прямоугольник или круг, в зависимости от типов: «прямоугольник», «круг». Но в обоих случаях функция будет иметь имя «Нарисовать». Т.е. действия с одинаковым именем вызывает различное поведение, в зависимости от типа данных.

К наиболее современным объектно-ориентированным языкам программирования относятся C++ и Java.

Языки C++ и Java. За основу языка С++ был взят язык С, дополненный элементами языков BCPL,Simula-67 и Algol-68.

Новая интегрируемая в Internet версия языка, получила название Java. С января 1995 года Java получает распространение в Internet. Принципиальной разницей между Java и C++ является то, что первый из них является интерпретируемым, а второй — компилируемым. Синтаксис языков практически полностью совпадает. С точки зрения возможностей собственно объектно-ориентированных средств язык Java обладает рядом преимуществ перед языком C++. Так, язык Java демонстрирует более гибкую и мощную систему, кроме того, он проще и надежнее.

В силу своей конструктивности идеи объектно-ориентированного программирования используются во многих универсальных процедурных языках, в которые входит специальная библиотека объектно- ориентированного программирования. Это системы программирования TurboVision, VisualBasic, Delphi и др.

Visual Basic подходит для написания небольших и нетребовательных к ресурсам программ. А так как он является языком создания приложений Microsoft Office, то он получил самое широкое распространение.

Delphi является очередным шагом в эволюции компиляторов Паскаля. Среда Delphi стала, по сути, лучшим средством программирования для операционной системы Windows. У языка Delphi есть еще одно очень важное преимущество перед остальными коммерчески успешными языками — он великолепно подходит для обучения программированию. Поэтому его рекомендуют в качестве первого языка для всех учеников и студентов, собирающихся стать профессиональными программистами.

Delphi, Java, PHP применяются для создания программ, используемым в Интернете.

В последнее время многие программы, в особенности объектно- ориентированные, реализуются как системы визуального программирования. Отличительной особенностью таких систем является мощная среда разработки программ из готовых «строительных блоков», позволяющая создать интерфейсную часть программного продукта в диалоговом режиме, практически без кодирования программных операций. К числу объектно-ориентированных систем визуального программирования относятся; Visual Basic, Delphi, Visual C++.

Раньше, создание пользовательского интерфейса требовало уйму времени и сил, особенно когда программа должна была работать под управлением операционной системы Windows и иметь графический пользовательский интерфейс. Визуальное программирование сделало эту задачу доступной и начинающему программисту.

Объекты могут быть абстрактными сущностями в программе, а могут олицетворять объекты физической среды. Бизнес-процессы тоже можно представить как взаимодействие и состояния объектов. Вы можете проводить разные аналогии с физическим и бизнесовым миром для тренировки объектного мышления. Можно встретить такие аналогии, как производство, устройство и вождение автомобиля, устройство города или дома и др. В мире мы повсюду видим классы объектов, и объекты как-то взаимодействуют в иерархии.

Абстрагировать – это выделить значимые характеристики объектов, и в ООП важно выделить их правильно.

Класс – это описание объектов, представителей класса: отличительные признаки, состояния, взаимодействия. Что это, из чего это состоит, что можно с этим делать и как именно? У классов и объектов есть атрибуты, данные (Data) и методы, то есть функции для управления данными.

Намереваясь решить какую-то задачу, программист строит из модулей абстрактных объектов архитектуру исходного кода, в которой есть иерархия.

Иерархия: модули классов; базовый класс (класс описывает свойства объектов, содержит множество объектов, подклассов), производный класс (наследует свойства родительского класса и тоже содержит объекты); отдельно взятый объект (данные/Data, описывающие свойства объекта, + методы, то есть функции для работы с объектом, алгоритмы управления, действия, которые выполняет объект).

Методами в ООП называют функции для работы с объектами (что и как с этим делать, как и с чем это взаимодействует). Методы могут быть доступны другим классам и управлять их действиями, а могут быть действительны только внутри класса.

Совокупность тех методов класса, которые доступны и другим классам, называются интерфейсом. Чтобы тренировать объектное мышление, можно проводить аналогии с работой физических объектов и систем (с приборной доской в самолете, с пультом управления, с домофоном или лифтом в многоквартирном доме). Методы могут быть публичными и инкапсулированными, то есть скрытыми. По аналогии: панель управления в машине – на виду (интерфейс класса), а детали под капотом работают скрыто (так называемый «черный ящик»).

Принципы ООП.

Главные принципы в ООП – абстрагирование, инкапсуляция, наследование и полиморфизм.

Абстрагирование (абстракция) – это выделение и представление существенных отличительных признаков, свойств, характеристик в терминах программирования.

Инкапсуляция – это «размещение в оболочке, капсуле», механизм объединения данных в единый компонент, дающий возможность защитить и спрятать их. То есть ограничить доступ одних компонентов программы к другим. Инкапсуляция позволяет над каждой частью программы работать изолированно. Это такая мантия-невидимка Гарри Поттера.

Наследование – это как в биологии схожесть детей, родителей и предков: передача свойств от одного объекта или класса другому, имеющему, помимо того, и собственные свойства. Похоже на смартфоны нового поколения: могут добавить камеры получше, но в целом наследуется то, чем мы уже пользуемся. Есть родительские/базовые классы и классы-потомки/наследники.

Полиморфизм: одно имя метода для класса – много внешне схожих, но технических различных действий, соответствующих особенностям наследников. Лаконичное определение: один интерфейс – множество реализаций.

Объект – это комбинация данных и кода. Другими словами, объект, называемый ещё представителем (какого-нибудь класса), – это порция данных, значение которых определяют его текущее состояние, и набор подпрограмм, называемых методами, оперирующих с этими данными и определяющими поведение объекта, т.е. его реакцию на внешние воздействия.

Объект состоит из следующих трех частей:

• имя объекта;
• состояние (переменные состояния);
• методы (операции).Каждый объект является представителем (экземпляром) определенного класса. Во время выполнения программы объекты взаимодействуют друг с другом, вызывая методы, которые являются подпрограммами, характерными для определённого класса.

  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. Объект (object) – это конкретная реализация, экземпляр класса. В программировании отношения объекта и класса можно сравнить с описанием переменной, где сама переменная (объект) является экземпляром какого-либо типа данных (класса).

  Объектно-ориентированное программирование сводится к созданию некоторого количества классов, описанию связей между этими классами и их свойств, и дальнейшей реализации полученных классов.

  Теоретический подход. Класс — это один из вариантов описания сущности, которая в теории программирования именуется абстрактным типом данных. Класс определяет скрытую внутреннюю структуру некоторого значения, а также набор операций, применимых к данному значению.

  Практический подход. В современных объектно- ориентированных языках программирования (php, Java, C++, Oberon, Python, Ruby, Smalltalk, Object Pascal) создание класса сводится к написанию некоторой структуры, содержащей набор полей и методов. Практически класс может пониматься как некий шаблон, по которому создаются объекты — экземпляры данного класса. Экземпляры одного класса созданы по одному шаблону, поэтому имеют один и тот же набор полей и методов.

  Отношения между классами:

• Наследование (Генерализация) — объекты дочернего класса наследуют все свойства родительского класса.
• Ассоциация — объекты классов вступают во взаимодействие между собой.
• Агрегация — объекты одного класса входят в объекты другого.
• Композиция — объекты одного класса входят в объекты другого и зависят друг от друга по времени жизни.
• Класс-Метакласс — отношение, при котором экземплярами одного класса являются другие классы.

  Виды классов:

• базовый (родительский) класс;
• производный класс (наследник, потомок);
• абстрактный класс;
• виртуальный класс;
• интерфейс.
  Класс – это структурный тип данных, который включает описание полей данных, а также процедур и функций, работающих с этими полями данных. Применительно к классам такие процедуры и функции получили название методов.

  Методы – инкапсулированные в классе процедуры и функции, то есть способы работы с данными.

  В основу классов и объектно-ориентированного программирования положены три принципа – инкапсуляция, наследование и полиморфизм.

  Инкапсуляция (сокрытие) — свойство языка программирования, позволяющее объединить данные и код в объект и скрыть реализацию объекта от пользователя. При этом пользователю предоставляется только спецификация (интерфейс) объекта. Пользователь может взаимодействовать с объектом только через этот интерфейс.

  Чаще всего инкапсуляция выполняется посредством скрытия информации, то есть маскировкой всех внутренних деталей, не влияющих на внешнее поведение. Обычно скрываются и внутренняя структура объекта и реализация его методов.

  Цели инкапсуляции:

• предельная локализация изменений при необходимости таких изменений;
• прогнозируемость изменений (какие изменения в коде надо сделать для заданного изменения функциональности) и прогнозируемость последствий изменений.

 

Инкапсуляция – это процесс отделения друг от друга элементов объекта, определяющих его устройство и поведение. Часто инкапсуляция может быть достигнута простейшими организационными мерами: знание того, что «вот так-то делать нельзя» иногда является самым эффективным средством инкапсуляции!

Инкапсуляция – комбинирование записей с процедурами и функциями, манипулирующими полями этих записей, формирует новый тип данных – объект.

Инкапсуляция – изолирование составляющих класса (полей, методов и свойств) от остальных частей программы.

Суть инкапсуляции: Переменные состояния объекта скрыты от внешнего мира. Изменение состояния объекта (его переменных) возможно ТОЛЬКО с помощью его методов (операций). Почему это так важно? Этот принцип позволяет защитить переменные состояния объекта от неправильного их использования.

Применение этого метода ведет к снижению эффективности доступа к элементам объекта. Это обусловлено необходимостью вызова методов для изменения внутренних элементов (переменных) объекта. Однако, при современном уровне развития вычислительной техники, эти потери в эффективности не играют существенной роли.

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.

Наследование – это процесс, посредством которого, один объект может наследовать свойства другого объекта и добавлять к ним черты, характерные только для него. Смысл и универсальность наследования заключается в том, что не надо каждый раз заново (с нуля) описывать новый объект, а можно указать родителя (базовый класс) и описать отличительные особенности нового класса. В результате, новый объект будет обладать всеми свойствами родительского класса плюс своими собственными отличительными особенностями.

Наследование – представляет собой возможность построения иерархии объектов с использованием наследования их характеристик.

Наследование. Наследование – это такое свойство объекта, которое позволяет ему использовать поля и методы объекта родителя, без описания их в своей структуре.

Наследование – возможность создания новых классов на базе имеющихся с возможностью использования их составляющих. Объект, принадлежащий классу-потомку, может использовать поля, свойства и методы класса-родителя и новые составляющие своего класса.

Если в классе-потомке описан новый метод, одноименный с методом класса-родителя, то «говорят», что в потомке «перекрыт» метод родителя. 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. При создании иерархии классов некоторые свойства объектов, сохраняя названия, изменяются по сути.

Для реализации таких иерархий в языке программирования предусмотрен полиморфизм. Слово полиморфизм имеет греческое происхождение и переводится как «имеющий много форм».

Полиморфизм. Присваивание действию одного имени, которое затем совместно используется вниз и вверх по иерархии объектов, причем каждый объект иерархии выполняет это действие способом, именно ему подходящим.

Полиморфизм – это свойство, которое позволяет одно и тоже имя использовать для решения нескольких технически разных задач.

В терминах ООП можно сказать, что все типы интерфейсных кнопок имеют способность изображения самих себя на экране. Однако способ (процедура) является различным для каждого типа кнопки. Простая кнопка рисуется на экране с помощью процедуры «вывод изображения простой кнопки», кнопка-переключатель рисуется на экране с помощью процедуры «вывод изображения кнопки-переключателя» и т.д.

Таким образом, существует единственное для всего перечня интерфейсных кнопок действие (вывод изображения кнопки на экран), которое реализуется специфическим для каждой кнопки способом. Это и является проявлением полиморфизма.

Полиморфизм – способность классов решать похожие задачи разными способами. При перекрытии метода родителя в потомке реализуется новый алгоритм решения задачи. Получается, что в объекте- родителе и объекте-потомке действуют два одноименных метода, имеющих разную алгоритмическую основу.

Полиморфизм – это способ действия с набором объектов одного и того же предка за один шаг, без детализации операций с каждым конкретным объектом. Он является также основанием для расширяемости объектно-ориентированных программ, поскольку он предоставляет способ старым программам воспринимать новые типы данных, которые не были определены во время написания программы.

В общем смысле, концепцией полиморфизма является идея «один интерфейс, множество методов». Это означает, что можно создать общий интерфейс для группы близких по смыслу действий.

Преимуществом полиморфизма является то, что он помогает снижать сложность программ, разрешая использование одного интерфейса для единого класса действий. Выбор конкретного действия, в зависимости от ситуации, возлагается на компилятор.

Применительно к ООП, целью полиморфизма, является использование одного имени для задания общих для класса действий. На практике это означает способность объектов выбирать внутреннюю процедуру (метод) исходя из типа данных, принятых в сообщении.

Механизм работы ООП в таких случаях можно описать примерно так: при вызове того или иного метода класса сначала ищется метод у самого класса. Если метод найден, то он выполняется и поиск этого метода на этом завершается. Если же метод не найден, то обращаемся к родительскому классу и ищем вызванный метод у него. Если найден – поступаем как при нахождении метода в самом классе. А если нет – продолжаем дальнейший поиск вверх по иерархическому дереву. Вплоть до корня (верхнего класса) иерархии.

Событийно-управляемое программирование – объектно-ориентированное программирование, при котором задаются реакции программы на различные события.

В Visual Basic, как и во многих других языках, предназначенных для написания приложений под Windows, используется событийно- управляемая модель программирования. В «старых» версиях бейсика, таких как QBasic, использовалась плоская структура написания программы. Каждая программа начиналась и заканчивалась в определённых местах. Вся программа выполнялась последовательно, и иногда, возможно, вызывались пользовательские процедуры и функции. Т.е. если программу «запускали», то она сразу начинала выполняться, и, дойдя до конца, завершалась. В Visual Basic это происходит совсем иначе. Дело в том, что ОС Windows имеет GUI (Graphical User Interface), т.е. графический интерфейс пользователя, в котором используются стандартные элементы управления, такие, как окна (они же формы), кнопки, списки, поля, для ввода текста и т.п.

Хотя свойства, методы и события представляют совершенно разные вещи, они очень часто оказываются взаимосвязанными между собой.

Например: Если элемент управления перемещается с мощью метода Move (скорее всего в ответ на это событие), изменяется одно или более свойств элемента управления (Top,Height, Left и Width). А поскольку изменяется размер элемента управления, происходит событие Resize.

Взаимосвязь свойств, методов и событий означает, что иногда можно выполнять определённое действие несколькими способами, используя программный код для работы с событиями и методами объектов. Ряд свойств можно менять не только в режиме проектирования, но и в режиме Run.

Ориентирование на события – это стержень создания Windows – приложений на Visual Basic. При этом разработка выполняется не только в Windows, но и как Windows.

В 1991 году корпорация Microsoft представила компьютерному миру VISUAL BASIC. Правильно надо говорить не просто язык программирования, а среда программирования VISUAL BASIC.

Система программирования – это объединение языка программирования с системными программными средствами, которые обеспечивают создание и выполнение программы на этом языке.

Система программирования VISUAL BASIC позволяет, «отстранившись» от сложнейшей внутренней структуры Windows создавать в ней программы различной сложности.