5.1. Важливість правильної класифікації

На одній з конференцій програмістам було задане запитання: "Якими правилами ви керуєтеся при визначенні класів і об'єктів?" Страуструп, розробник мови C++, відповів: "Це як пошук святого Грааля. Не існує панацеї". Габріель, один з розробників CLOS, сказав: "Це запитання, на яке немає простої відповіді. Я просто пробую". На щастя, є багатий досвід класифікації в інших науках, на основі якого розроблені методики об’єктно-орієнтовного аналізу. Кожна така методика пропонує свої правила (евристики) ідентифікації класів і об'єктів. Вони й будуть предметом цього розділу.

5.1.1. Класифікація й об’єктно-орієнтовне проектування

Визначення класів і об'єктів — одне з найскладніших завдань об’єктно-орієнтовного проектування. Ця робота зазвичай містить у собі елементи відкриття й винаходу. За допомогою відкриттів ми розпізнаємо ключові поняття й механізми, які утворять словник предметної області. За допомогою винаходу ми конструюємо узагальнені поняття, а також нові механізми, які визначають правила взаємодії об'єктів. Тому відкриття й винахід — невід'ємні частини успішної класифікації. Метою класифікації є знаходження загальних властивостей об'єктів. Класифікуючи, ми поєднуємо в одну групу об'єкти, що мають однакову будову або однакову поведінку.

Розумна класифікація, безсумнівно, — частина будь-якої науки. Невід'ємним завданням науки є побудова змістовної класифікації об'єктів або ситуацій, що спостерігаються. Така класифікація істотно полегшує розуміння основної проблеми й подальший розвиток наукової теорії. Та сама філософія відноситься й до інженерної справи. В області будівельної архітектури й міського планування для архітектора професійною діяльністю є розроблення проектів, яка керується образами, які він тримає у своїй свідомості в цей момент, і його здатністю комбінувати ці образи при створенні нового проекту.

Не дивно, що класифікація торкається багатьох аспектів об’єктно-орієнтовного проектування. Вона допомагає визначити ієрархії узагальнення, спеціалізації й аґреґації. Знайшовши загальні форми взаємодії об'єктів, ми вводимо механізми, які стануть фундаментом реалізації нашого проекту. Класифікація допомагає правильно визначити модульну структуру. Ми можемо розташувати об'єкти в одному або різних модулях, залежно від ступеня подібності об'єктів; зчеплення й зв’язність — лише міри цієї подібності.

Класифікація відіграє значну роль при розподілі процесів між процесорами. Ми скеровуємо процеси на один процесор або на різні залежно від того, як ці процеси зв'язані один з одним.

5.1.2. Труднощі класифікації

Приклади класифікації. Об'єктом є щось таке, що має чіткі межі. Насправді це не зовсім так. Межі предметів часто невизначені. Наприклад, подивіться на ногу. Спробуйте визначити, де починається й закінчується коліно. У розмовній мові важко зрозуміти, чому саме ці звуки визначають слово, а не є частиною якогось довшого слова. Уявіть собі, що ви проектуєте текстовий редактор. Що вважати класом — літери чи слова? Як розуміти окремі фрази, речення, параграфи, документи? Як звертатися з довільними, не обов'язково осмисленими, блоками тексту? Що робити з реченнями, абзацами й цілими документами — чи відповідають такі класи нашій задачі?

Розумна класифікація — складна проблема. Оскільки є паралелі з аналогічними труднощами в об’єктно-орієнтовному проектуванні, розглянемо приклади класифікації у двох інших наукових дисциплінах: біології та хімії.

Аж до XVIII століття ідея про можливість класифікації живих організмів за ступенем складності була переважальною. Міра складності була суб'єктивною, тому не дивно, що людина виявилася у списку на першому місці. У середині XVIII століття шведський ботанік Карл Лінней запропонував досконалішу таксономію для класифікації організмів: він увів поняття родів і виду. Через століття Дарвін висунув теорію, згідно з якою механізмом еволюції є природний добір і наявні види тварин — продукт еволюції давніх організмів. Теорія Дарвіна ґрунтувалася на розумній класифікації видів. Натуралісти намагаються розташувати види, роди, сімейства в кожному класі в те, що називається натуральною системою. Що мається на увазі під цією системою? Деякі автори розуміють деяку просту схему, що дозволяє розташувати найподібніші живі організми в один клас і різні - у різні класи. У сучасній біології термін "класифікація" позначає встановлення ієрархічної системи категорій на основі існуючих природних зв'язків між організмами. Найзагальніше поняття в біологічній таксономії — царство, потім, в порядку спадання загальності: тип (відділ), клас, загін (порядок), сімейство, рід і, нарешті, вид. Історично склалося так, що місце кожного організму в ієрархічній системі визначається на підставі зовнішньої та внутрішньої будови тіла й еволюційних зв'язків. У сучасній класифікації живих істот виділяються групи організмів, що мають загальну генетичну історію, тобто організми, що мають подібні ДНК, включаються в одну групу. Класифікація за ДНК корисна, щоб відрізнити організми, які схожі зовні, але генетично дуже відрізняються. Згідно із сучасними поглядами дельфіни ближчі до корови, ніж до форелі.

Можливо, для програміста біологія здається зрілою, цілком сформованою наукою з певними критеріями класифікації організмів. Але це не так. На сьогодні день ми навіть не знаємо порядок кількості видів рослин і тварин, що населяють нашу планету: класифіковано менш ніж 2 млн. видів, у той час як можлива кількість видів оцінюється від 5 до 50 млн. Понад це, різні критерії класифікації тих самих тварин приводять до різних результатів. Все залежить від того, що ви хочете одержати. Якщо ви хочете, щоб класифікація говорила про споріднення видів, ви одержите одну відповідь, якщо ви бажаєте відобразити рівень пристосування, відповідь буде іншою. Можна зробити висновок, що навіть у строгих наукових дисциплінах методи і критерії класифікації дуже залежать від мети класифікації.

Аналогічна ситуація склалася й у хімії. У давні часи вважалося, що всі речовини — це комбінація землі, повітря, вогню й води. У середині XVII в. Роберт Бойль запропонував елементи як примітивні хімічні абстракції, з яких складаються складніші речовини. Через століття 1789 року Лавуазьє опублікував перший список, що містив 23 елементи, хоча згодом було відкрито, що деякі з них такими не є. Але відкриття нових елементів тривало, список збільшувався. Нарешті, 1869 року Менделєєв запропонував періодичний закон, що давав точні критерії для класифікації відомих елементів і навіть міг пророкувати властивості ще не відкритих елементів. Але навіть періодичний закон не був кінцем історії про класифікацію елементів. На початку XX ст. були відкриті елементи з однаковими хімічними властивостями, але з різними атомними вагами — ізотопи.

Висновок простий. Як стверджував Декарт: "Відкриття порядку — нелегке завдання, але якщо він знайдений, зрозуміти його зовсім не важко". Кращі програмістські рішення виглядають просто, але, як показує досвід, домогтися простої архітектури дуже складно.

Ітераційна суть класифікації. Всі ці відомості ми подали тут не для того, щоб виправдати довгий процес побудови програмного забезпечення, хоча насправді багатьом менеджерам і користувачам здається, що необхідне століття, щоб закінчити розпочату роботу. Ми просто хотіли підкреслити, що розумна класифікація — робота інтелектуальна, і кращий спосіб її уведення — послідовний, ітеративний процес. Це стає очевидним під час аналізу розроблення таких програмних продуктів, як графічний інтерфейс, стандарти баз даних і мови програмування четвертого покоління. У розробленні програмного забезпечення розвиток якої-небудь абстракції часто наслідує загальну схему. На початку проблема вирішується ad hoc, тобто як-небудь, для кожного часткового випадку. У міру накопичення досвіду деякі рішення виявляються вдалішими, ніж інші, і виникають роди фольклору, що переходять від людини до людини. Вдалі рішення вивчаються систематичніше, вони програмуються й аналізуються. Це дозволяє розвити моделі, здійснити їх автоматичну реалізацію, і розробити теорію, що узагальнює знайдене рішення. Це, своєю чергою піднімає практику на вищий рівень і дозволяє взятися за ще складніші завдання, до яких, знову ж таки, ми підходимо ad hoc, тим самим починаючи новий виток спіралі.

Ітераційний підхід до класифікації накладає відповідний відбиток і на процедуру конструювання ієрархії класів і об'єктів під час розроблення складного програмного забезпечення. На практиці зазвичай за основу береться якась певна структура класів, що поступово вдосконалюється. І тільки на пізній стадії розроблення, коли вже отриманий деякий досвід використання такої структури, ми можемо критично оцінити якість отриманої класифікації. Ґрунтуючись на отриманому досвіді, ми можемо створити новий підклас із вже наявних (виведення), або розділити великий клас на багато маленьких (факторизація), або, нарешті, консолідувати декілька наявних в один (композиція). Можливо, у процесі розроблення будуть знайдені нові загальні властивості, раніше не зауважені, і ми зможемо визначити нові класи (абстракція).

Чому ж класифікація така складна? Ми пояснюємо це двома причинами. По-перше, відсутністю "ідеальної" класифікації, хоча, природно, одні класифікації кращі від інших. Існує стільки способів розподілу світу на об'єктні системи, скільки вчених візьметься за цю задачу. Будь-яка класифікація залежить від погляду суб'єкта. Розглянемо приклад: Об'єднане Королівство... економісти можуть розглядати як економічний інститут, соціологи — як суспільство, захисники навколишнього середовища — як куточок природи, американські туристи — як визначну пам'ятку, найромантичніші з нас - як зелені поля. По-друге, розумна класифікація вимагає неабиякого творчого підходу. Іноді відповідь очевидна, іноді — це справа смаку, а буває, що все залежить від вміння помітити головне. Все це нагадує загадку: "Чому лазерний промінь схожий на золоту рибку?.. Тому, що ні він, ні рибка не вміють свистіти". Треба бути дуже творчим мислителем, щоб знайти спільне в настільки непов'язаних предметах.