10.4. Об объектном подходе в прикладной информатике

Имеется определенная специфика использования введенных выше терминов «объект» и «система» при решении практических задач компьютерными методами, вызванная, в первую очередь тем, что все рассматриваемые сущности могут быть только информационными, т.е. нематериальными и они не существуют сами по себе, а появляются лишь в результате исполнения компьютером последовательности действий, представленной ему в виде программы. Начнем обсуждение этой специфики с термина «система» - обращение к нему при решении задач с применением компьютерной техники происходит постоянно. Согласно приведенному в п. 10.2.2. определению системой является сам компьютер и отдельные его устройства, что отражено даже в их названиях: системный блок, система ввода-вывода, система мультимедиа и пр. В программном обеспечении выделяются операционные системы, системы программирования, прикладные программные системы. Наконец, под определение системы подпадают и результаты применения некоторых программ - документы. Интересны будут именно последние классы систем - программы и документы. Уточним понятия:

Программа - последовательность действий по обработке информации исполнителем «компьютер».

Программа перед исполнением обязательно представляется на языке машинных кодов команд процессора, может запускаться к исполнению непосредственно из операционной системы и далее функционировать, вообще говоря, независимо от других программ или документов. В операционных системах семейства Windows 9x программы получили название «приложения».

Документ - продукт, сформированный в результате исполнения некоторой программы.

Особенности, отличающие документ от программы, состоят в следующем:

• документ не существует независимо; он доступен только из породившей его программы (или других программ, использующих тот же формат представления данных);

• для документа непосредственным исполнителем является не компьютер, а порождающая его программа; язык документа, т.е. способ представления его данных и команд также определяется программой.

Различия между программой и документом исчезают при их записи и хранении на носителе, например, жестком диске компьютера - все представляется в виде двоичных файлов. В некоторых случаях возможно преобразование документа в программу, например, при компиляции текста, написанного на языке программирования, в машинные коды. Существует и операция преобразования машинной программы в текст на языке ассемблера - дезассемблирование. Однако в подавляющем большинстве ситуаций программы и документы четко различаются по перечисленным выше признакам.

Теперь отметим общие для документов и программ моменты:

• они являются системами, т.е. состоят из взаимосвязанных составных частей и обладают свойствами единства и системности;

• по природе это информационные системы;

• их представлением (отображением) является некоторая конфигурация экрана.

Конфигурация экрана - это все, что возможно создать и наблюдать на экране компьютера.

Под этот обобщающий термин подпадают и экранный документ, и игровая ситуация, и программная оболочка, управляющая конфигурацией. Современный подход к организации программ, порождающих экранные конфигурации, состоит в том, что они должны предоставлять пользователю некоторый набор управляемых элементов, комбинируя которые можно нужную конфигурацию построить. Этот подход получил название объектного, а сами элементы -называние экранных объектов. Примерами экранных объектов являются кнопки, фрагменты документов (тексты, рисунки, диаграммы, клипы и пр.), окна, меню и т.д. Экранный объект обладает всеми признаками, указанными в определении объекта вообще (см. п.10.2.1.):

• его строение (фактическая программная реализация) недоступно пользователю - по этой причине он рассматривается как неделимое целое;

• он обладает определенным (заданным) набором свойств, часть из которых могут быть изменены пользователем;

• он имеет имя в обслуживающей программной системе, по которому осуществляется доступ к нему.

Наряду с этим, экранные объекты обладают рядом специфических особенностей:

• по своей природе они являются информационными (т.е. нематериальными), хотя могут иметь свои материальные представления (например, при выводе образов экранных объектов на принтер);

• характеристики их свойств дискретны; по типам величин это целые числа, символьные или логические данные;

• любые воздействия, в результате которых происходит изменение свойств объекта, имеют дискретное представление*; каждое такое воздействие называется событием, а изменение свойств - реакцией на событие; перечень событий определяется возможностями внешних устройств ввода информации (чаще всего - это клавиатура и манипулятор «мышь»);

• все объекты размещаются в плоскости экрана - по этой причине управляющая программная оболочка обязана обеспечивать разрешение конфликтов при попадании нескольких объектов в одну область экрана; вариантами разрешения могут быть вытеснение (объект занимает данную область, заставляя конкурирующий объект переместиться в другое место) или перекрытие (объект визуально размещается поверх конкурирующего или за ним).

* Поскольку любая непрерывная во времени функция допускает дискретизацию без потери точности описания (см. п.1.3.), постоянное воздействие (например, перетаскивание объекта по экрану мышью) всегда можно представить как последовательность дискретных событий.

Объектно-ориентированная прикладная программа предоставляет пользователю набор готовых объектов, инструментальные средства для создания новых объектов и средства управления, благодаря которым он может изменять свойства объектов и строить желаемую (конечно, в рамках предусмотренного) конфигурацию экрана. Таким образом, при объектном подходе документы или иные конфигурации конструируются (собираются) из экранных объектов. Ситуация напоминает детский конструктор, позволяющий создавать различные устройства из имеющегося в распоряжении набора деталей. При этом человеку, производящему такую сборку, можно не знать строение отдельной детали, а только представлять ее свойства и способы соединения с другими деталями. Такой подход к построению и использованию чего-либо получил название «принцип черного ящика».

Черный ящик - это система, строение которой неизвестно пользователю, однако, известна ее реакция на определенные внешние воздействия.

Совокупность всех средств воздействия образуют интерфейс черного ящика. Человеку, который желает применить черный ящик в качестве средства для решения некоторой практической задачи, вообще говоря, не требуется знать, как ящик устроен и функционирует, а достаточно овладеть его интерфейсом. Такие люди называются пользователями. Круг пользователей, безусловно, намного шире круга специалистов, способных создать устройство или при необходимости восстановить его работоспособность. С подобными черными ящиками сталкиваемся в повседневной жизни -телефон, телевизор, автомобиль, компьютер и т.д. Любая компьютерная программа, которой пользуется не сам разработчик, также оказывается черным ящиком - именно по этой причине, чем нагляднее и дружественнее ее интерфейс, тем шире круг пользователей.

Важными в объектном подходе для прикладных программ оказываются следующие обстоятельства:

• из всевозможных объектов выделяется некоторое подмножество объектов инвариантных - тех, что имеются в различных программах; это позволяет унифицировать их интерфейс (примером могут служить кнопки, окна, фрагменты текста, клипы и пр., используемые в документах пакета MS Office);

• освоение каких-либо объектных программ для их применения, по сути, сводится к освоению интерфейса объектов; общий же принцип - конструирование документа из объектов - одинаков для всех программ;

• для начала работы с программой не требуется ее полного изучения - достаточно освоить некоторые минимально-необходимые возможности (подобно тому, как для начала изъяснения на иностранном языке можно знать небольшую часть его лексики и грамматики).

Перечисленные обстоятельства заметно облегчают освоение и практическое использование объектно-ориентированных прикладных программ, а также повышают производительность при подготовке в них документов.

Объектный подход принят в настоящее время не только в прикладных программных системах. Объектно-ориентированное программирование является одной из наиболее прогрессивных современных парадигм программирования и технологий разработки программ. Программа строится путем комбинирования программных объектов.

Программный объект есть совокупность некоторого набора данных и процедур, определяющих возможности их изменения.

Программный объект объединяет определенную структуру данных и доступные только ему механизмы изменения данных, т.е. в объектно-ориентированном программировании ликвидируется противопоставление и неравноправность между процедурами и данными. Объединение данных и процедур в объекте называется инкапсуляцией. Принципиальное отличие программных объектов от объектов в документах состоит в возможности формирования новых объектов из уже имеющихся путем наследования свойств -так образуются классы объектов.

Известным примером объектно-ориентированного языка является C++, а также его версии Turbo C++ и Borland C++. В идеологии объектного программирования построены и среды визуального программирования такие, как DELPHI, VISUAL BASIC, JAWA.

Таким образом, объектный подход объединяет и программистскую ветвь прикладной информатики, и пользовательскую. Единство подходов к построению документа или программы весьма важно с идейной точки зрения, поскольку демонстрирует общность и универсальность методов информатики, с одной стороны, и заметно облегчает освоение компьютерных приложений, с другой стороны.