9.33.Технология объектно-ориентированного программирования

Объектно-ориентированное программирование (ООП) — парадигма программирования, в которой основными концепциями являются понятия объектов и классов (либо, в менее известном варианте языков с прототипированием — прототипов).

Класс — это тип, описывающий устройство объектов — экземпляров класса. Класс можно сравнить с чертежом, согласно которому создаются объекты. Обычно классы разрабатывают таким образом, чтобы их объекты соответствовали объектам предметной области.

Языки объектного программирования принято делить на объектные, в которых существуют классы и объекты, и объектно-ориентированные, в которых программист может не только пользоваться предопределёнными классами, но и задавать собственные пользовательские классы.

Объектное и объектно-ориентированное программирование возникло в результате развития идеологии процедурного программирования, где данные и подпрограммы (процедуры, функции) их обработки формально не связаны. Кроме того, в современном объектно-ориентированном программировании часто большое значение имеют понятия события (так называемое событийно-ориентированное программирование) и компонента (компонентное программирование).

Объектно-ориентированное программирование в настоящее время является абсолютным лидером в области прикладного программирования (языки Java, C#, C++, JavaScript, ActionScript и др.). В то же время в области системного программирования до сих пор лидирует парадигма процедурного программирования, и основным языком программирования является язык C. Хотя при взаимодействии системного и прикладного уровней операционных систем заметное влияние стали оказывать языки объектно-ориентированного программирования. Например, мультиплатформенным стандартом стала система Qt, написанная на языке C++.

Первым языком программирования, в котором были предложены принципы объектной ориентированности, была Симула. В момент своего появления (в 1967 году), этот язык программирования предложил поистине революционные идеи: объекты, классы, виртуальные методы и др., однако это всё не было воспринято современниками как нечто грандиозное. Тем не менее, большинство концепций были развиты Аланом Кэйем и Дэном Ингаллсом в языке Smalltalk. Именно он стал первым широко распространённым объектно-ориентированным языком программирования.

Следует также иметь ввиду, что многие современные языки специально созданы для облегчения объектно-ориентированного программирования. Однако можно применять техники ООП и для не-объектно-ориентированного языка и наоборот, применение объектно-ориентированного языка вовсе не означает, что код автоматически становится объектно-ориентированным, и т. д.

Абстракция данных. Основная идея объектно-ориентированного программирования заключается в описании задачи с помощью взаимодействующих объектов. Объекты представляют собою упрощенное, идеализированное описание реальных сущностей предметной области. Если соответствующие модели адекватны решаемой задаче, то работать с ними оказывается намного удобнее, чем с низкоуровневым описанием всех возможных свойств и реакций объекта.

Общее описание объекта называется классом. Структура данных «класс», представляющая собой объектный тип данных, внешне похожа на типы данных процедурно-ориентированных языков, такие как структура в языке Си или запись в Паскале или QuickBasic.

Запись в Паскале содержит поля данных.

Класс, в отличие от неё, может состоять из следующих элементов:

1) поля данных – то есть параметры объекта, необходимые в программе, которые задают его состояние (свойства объекта предметной области). Иногда возникает терминологическая путаница, когда поля данных объекта называют свойствами объекта;

2) методы (функции) – определяют действия, которые можно выполнять над объектом такого типа, или которые сам объект может выполнять.

3) свойства объекта – поля данных, значение которых доступно по чтению и/или записи через специальные методы, называемые аксессорами (от англ. access — доступ). Эти методы обеспечивают чтение и установку значений полей данных, связанных со свойствами. Свойства можно рассматривать как «умные» поля данных, которые сопровождают доступ к полю данных какими-либо дополнительными действиями (например, когда изменение координаты объекта сопровождается его перерисовкой на новом месте).

Такое объединение данных и методов их обработки в единой структуре – классе – называется инкапсуляцией.

Можно говорить о том, что инкапсуляция — это принцип, согласно которому любой класс должен рассматриваться как чёрный ящик — пользователь класса должен видеть и использовать только интерфейсную часть класса (т. е. список декларируемых свойств и методов класса) и не вникать в его внутреннюю реализацию. Поэтому данные принято инкапсулировать в классе таким образом, чтобы доступ к ним по чтению или записи осуществлялся не напрямую, а с помощью методов. Принцип инкапсуляции (теоретически) позволяет минимизировать число связей между классами и, соответственно, упростить независимую реализацию и модификацию классов.

Наличие инкапсуляции достаточно для объектности языка программирования, но ещё не означает его объектной ориентированности — для этого требуется наличие наследования.

Наследованием называется возможность порождать один класс от другого с сохранением всех свойств и методов класса-предка (прародителя, иногда его называют суперклассом) и добавляя, при необходимости, новые свойства и методы. Набор классов, связанных отношением наследования, называют иерархией. Наследование призвано отобразить такое свойство реального мира, как иерархичность.

Но даже наличие инкапсуляции и наследования не делает язык программирования в полной мере функциональным с точки зрения ООП. Основные преимущества ООП проявляются только в том случае, когда в языке программирования реализован полиморфизм.

Полиморфизмом называют явление, при котором один и тот же программный код (полиморфный код) выполняется по-разному в зависимости от того, объект какого класса используется при вызове данного кода. Полиморфизм обеспечивается тем, что в классе-потомоке изменяют реализацию метода класса-предка с обязательным сохранением сигнатуры метода. Это обеспечивает сохранение неизменным интерфейса класса-предка и позволяет осуществить связывание имени метода в коде с разными классами — из объекта какого класса осуществляется вызов, из того класса и берётся метод с данным именем. Такой механизм называется динамическим (или поздним) связыванием — в отличие от статического (раннего) связывания, осуществляемого на этапе компиляции программы.

Подводя итог краткому описанию объектно-ориентированного программирования, ещё раз перечислим его основные концепции:

1. Система состоит из объектов.

2. Объекты некоторым образом взаимодействуют между собой.

3. Каждый объект характеризуется своим состоянием и поведением.

4. Состояние объекта задаётся значением свойств (полей данных).

5. Поведение объекта задаётся методами (функциями)