2.2. Парадигма об’єктно-орієнтованого програмування

Об’єктно-орієнтоване програмування (ООП) визначає стратегію побудови предметної моделі ПрО, згідно теорії Г.Буча відповідно якої вісь світ складається з об’єктів. Розробники систем мають мислити в термінах об'єктів і методів їх виконання. Об'єкт, як певна сутність ПрО перебуває в різних станах і має певний набір операцій, які пов’язані з об’єктом, надають іншим об’єктам послуги (сервіси) для виконання методів, а їх стан залежить від значень атрибутів. Об'єкти створюються відповідно до визначення класу об’єктів, в якому описуються всі їхні атрибути й операції.

Модель об’єктної ПС можна розглядати як набір взаємодіючих об'єктів, що мають власний стан і набір операцій, які впливають на стан інших об'єктів. Об'єкти приховують інформацію про значення станів, операцій і обмежують доступ до них.

ООП має багата засобів для проектування ПрО. Основними поняттями є:

– типізація (typing, subtyping) – абстракція об‘єктів;

– сервіс-функція над атрибутами (automatic attribute operation);

– класифікація, генерація, поліморфізм та успадкування об‘єктів;

– діаграми та схеми, що відображають об’єкти та їх відношення у різних частинах моделі ПрО і. др.

Для ООП сформульовані концепції, функції, правила та операції проектування об’єктної моделі (ОМ) та відповідної програмної системи. Їх сутність розглядається нижче.

2.2.1. Базові концепції ооп

До базових концепцій ООП проектування об’єктних моделей ОМ) відносяться такі:

– концепція узагальнення понятійній структури ПрО, що відповідає формальному поняттю трикутника Фреге, згідно якої об’єкт є денотатом з власним ім’ям та певним змістом;

– теоретико-множинна концепція, яка базується на принципі відміни при впорядкуванні визначених за першою концепцією відношень залежності між множинами об’єктів та теоретико-множинних операціях над об’єктами (об’єднання, різниці, декартового добутку тощо);

– логіко-алгебраїчна концепція для опису множини об’єктів як алгебраїчної системи з визначеною сукупністю предикатів певної сигнатури;

– концепція поведінки об’єктів в залежності від терміну їх функціонування та сформованих ними станів, що фіксуються в діаграми переходів станів і використовуються при виконанні об’єктів.

Дані концепції покладені в основу визначення рівнів проектування ОМ з забезпеченням її повноти та коректності [31, 45]. Головною рисою рівнів проектування є зовнішні та внутрішні характеристики об’єктів та їх опис на заданій множині об’єктів з встановленням типів взаємовідношень: спеціалізація, агрегація, класифікація, асоціація, екземплярізація тощо.

Будь яка ПрО подає собою сукупність понять, пов'язаних деякою множиною відношень, яка визначає її поведінку на протязі часу. Базові поняття мають наступний від:

об’єктна орієнтація = об’єкти + успадкування

Кожне поняття ПрО, разом з його властивостями та особливостями поведінки у середовищі, є окремий об'єкт, а уся ПрО – це сукупність об'єктів зі зв'язками, які встановлюються на базі відношень між цими об'єктами. У ролі об'єкту виступають як абстрактні образи, так і конкретні фізичні предмети або групи предметів з зазначеною підмножиною їх характеристик та функцій.

Визначення об'єкту, як базисного поняття побудови ОМ, застосовується на двох припущеннях:

– для кожного об'єкта однозначно визначається його відповідність до сутності ПрО, включаючи відображення необхідних зв'язків та особливостей поведінки;

• засіб подання ПрО за об'єктним підходом визначає міру повноти відображення сутності та поведінки як об'єкту, або міру адекватності його сприйняття замовником.

Повнота відображення сутності, що задається об'єктом, відповідає мірі абстракції та її відображенню у час його опису.

Визначення об'єкту. Для одночасного урахування обох вимог у запропонованої концепції запроваджується понятійна структура, що відповідає поняттю трикутника Фреге (рис. 2.1) згідно якої об'єкт є денотатом. Символ використовується для ідентифікації об'єкту, а денотат відповідає рівню знань виконавця про сутність модельованого світу, що відбивається об'єктом.

Природно, що денотат можна ідентифікувати різним чином, використовуючи для цього обрані алфавіти, та одному об'єкту можуть відповідати декілька концептів, відображаючи обраний рівень абстракції. Кожному трикутнику Фреге у обраній логічній системі буде відповідати певний об'єкт з власним ім'ям та певним змістом.

Об’єкт – іменована частина дійсної реальності з певним рівнем абстракції відносно вибраної предметної області та з цілком обумовленої поведінкою. Поданням об’єкту є понятійна структура у вигляді трикутника Фреге.

Рис.2.1. Трикутник Фреге

Об'єкти інтерпретуються як понятійна структура відповідно трикутнику Фреге, яка складається з власного ідентифікатору, денотату, чи то образу предмету або абстрактної компоненти, на який вказує цей ідентифікатор, і концепту, що визначає змістовність цього денотату, виходячи з мети концептуального моделювання.

Будимо використовувати принцип відміни для розглядання об'єкту як окремий елемент ПрО, характеристики якого служать для відрізнення його між усіма іншими компонентами ПрО.

Цей принцип базується на припущенні, що сутність об'єкту визначається через його особливість, яка, у свою чергу, розуміється як зовнішня відміна від інших об'єктів. Внутрішні особливості об'єкту (його структура, внутрішні характеристики), якщо вони безпосередньо не впливають на зовнішні відміни, і для концептуального моделювання значення не мають.

Концепція об’єктного аналізу ПрО з метою проектуванні ОМ з об’єктів та відповідний логіко-математичний апарат на кожному рівні розглядаються на наступних рівнях:

– узагальнюючий для визначення базових понять ПрО, що аналізується, у вигляді <ім'я об'єкту> <концепт>;

– структурний для теоретико-множинного упорядкування об'єктів та подання їх в виді графу, що реструктурується операціями упорядкування;

– характеристичний для поширення графу характеристиками об’єктів та їх властивостей, отриманих при виконанні структурного аспекту;

– поведінковий для визначення поведінки та взаємозв'язків між об'єктами, а також для контролю та коректування зв’язків у побудованому графу ОМ.

Цим рівням відповідають операції:

– узагальнення поняття об'єкту у вигляді денотату у відповідності з застосованою теорією Фреге;

– теоретико-множинного впорядкування операцій над множинами об’єктів (об'єднання, перехрещення, різниці, додатку, симетричної різниці);

– логіко-алгебраїчного подання об'єктів у вигляді алгебраїчної системи з відповідними операціями над множиною об'єктів і їх характеристиками;

– інтерпретації поведінки об'єктів з урахуванням зв’язків між характеристиками та часу їх існування в ОМ.

Сутність чотирьох рівнів проектування ОМ ПрО міститься у послідовному їх застосуванні, починаючи з узагальненого і закінчуючи поведінковим. Це проектування завершується формалізованим описом сутностей ПрО.

Для кожної концепції на базі визначених понять формулюється своє власне визначення принципу відміни об'єктів, що обумовлює трансформацію подання та опису об'єктів, отриманих у рамках використання інших концепцій.

У даної методології аналізу ПрО розглядаються наступні концепції. Концепція узагальнення призначено для виділення і опису сутностей ПрО у процесі аналізу ПрО з використанням відповідних понятійних структур – трикутники Фреге і з повним зняттям неоднозначності та невизначеності об'єкту ПрО. Згідно теорії Геделя-Бернайса об'єкту ставиться у відповідність поняття класу.

Теоретико-множинна концепція після виконання першого рівня проектування об'єктів ПрО дає структурне впорядкування об’єктів за допомогою бінарного відношення належності. Поняття класу замінюється поняттям множини. Якщо об'єкт є елементом іншого об'єкту, то він визначається множиною. При цьому не кожен об'єкт є елементом будь якого іншого об'єкту (класу). Наприклад, об'єкт, що відповідає усій ПрО для певної ОМ, не є елементом будь якого іншого об'єкту у цієї ОМ. При цьому умова визначення об'єкту формулюється наступним чином: кожен об'єкт обов'язково є множиною або елементом іншої множини. Порядок елементів множини може бути визначений через побудову відображення певної рахункової множини (наприклад, множиною природних чисел) з поданою множиною. Об'єкт вирізняється з множини усіх елементів завдяки використання побудованого відображення. За даною концепцією над об'єктами виконуються звичайні теоретико-множинні операції – об'єднання, перехрещення, різниці, додатки, симетричної різниці, декартового добутку. Конкретизацією поняття об'єкту є:

– клас – це об'єкт, який подає собою множину;

– екземпляр класу – це об'єкт, що є елементом певної множини, яка сама є класом;

– об'єднаний клас – це множина, що є прямою сумою декількох інших множин;

– клас-перехрещення – це множина, яка є загальною частиною інших множин;

– агрегований клас – це множина, яка є підмножиною певного декартового добутку декількох інших множин.

Логіко-алгебраїчна концепція розглядає множину об'єктів ПрО як алгебраїчну систему із сукупності предикатів певної сигнатури, які відповідають умовам концептуального моделювання ПрО за операціями:

– 0-арними для завдання констант в усталених характеристиках ПрО;

– унарними для відображення властивостей окремих об'єктів;

– бінарними для завдання взаємозв'язків між окремими парами об'єктів.

Властивість об'єкту. Це унарний предикат, що визначається на множині об'єктів ПрО та приймає значення істини на даному об'єкті. Об'єкт має наступні властивості. Зовнішня властивість об'єкту це будь який-небудь аспект проблемної орієнтації об'єкту в рамках даної моделі ПрО. Внутрішня властивість об'єкту визначає статус об'єкту як множини та, в загальному випадку, сумісно з іншими внутрішніми властивостями об'єкту приймає участь у формуванні його виду.

Об'єкт, що має одночасно статус як множини, так і елемента якій-небудь множини, притаманні обидва виду властивостей – зовнішня та внутрішня.

Характеристика об'єкту – це сукупність властивостей (унарних предикатів), що є підмножиною множини, виділених у системі предикатів та вдовольняючи умові, за якої на кожному об'єкті приймає значення істини одночасно не більш, ніж один предикат з сукупності, що визначає характеристику. Характеристика може бути зовнішньою, відображаючи проблемну властивість об’єкта і внутрішнію як особливості в середині об’єкту.

Між об’єктами можуть бути взаємовідносин типа: множина – множина (узагальнення, спеціалізації, агрегації, деталізації); елемент множини – елемент множини (класифікації, екземплярізації); елемент множини – множина; множина – елемент множини.

Концепція опису поведінки об’єктів орієнтована на розгляд залежностей характеристик об'єктів ПрО від часу існування об'єкту, яка задається моделлю подій та повідомлень.