- •Технология программирования
- •Режим доступа к электронному аналогу печатного издания: http://www.Libdb.Sssu.Ru
- •Оглавление
- •Введение
- •1. Основные понятия объектно-ориентированного подхода
- •1.1. Объектно-ориентированная разработка программ
- •1.2. Объектно-ориентированные языки программирования
- •1.3. Сквозной пример
- •Контрольные вопросы
- •2. Первая фаза жизненного цикла – анализ требований и предварительное проектирование системы. Объектно-ориентированное моделирование
- •2.1. Объектная модель системы
- •2.1.1. Объекты и классы
- •2.1.2. Атрибуты объектов
- •2.1.3. Операции и методы
- •2.1.4. Зависимости между классами (объектами)
- •2.1.5. Атрибуты зависимостей
- •Зарегистрирован
- •2.1.6. Имена ролей, квалификаторы
- •2.1.7. Агрегация
- •2.1.8. Обобщение и наследование
- •2.1.9. Абстрактные классы
- •2.1.10. Множественное наследование
- •2.1.11. Связь объектов с базой данных
- •2.2. Построение объектной модели
- •2.2.1. Определение классов
- •2.2.2. Подготовка словаря данных
- •2.2.3. Определение зависимостей
- •2.2.4. Уточнение атрибутов
- •2.2.5. Организация системы классов с использованием наследования
- •2.2.6. Дальнейшее исследование и усовершенствование модели
- •2.3. Пример объектной модели
- •2.3.1. Определение объектов и классов
- •2.3.2. Подготовка словаря данных
- •2.3.3. Определение зависимостей
- •2.3.4. Уточнение атрибутов
- •2.3.5. Организация системы классов с использованием наследования
- •2.3.6. Дальнейшее усовершенствование модели
- •2.4. Выделение подсистем
- •2.4.1. Понятие подсистемы
- •2.4.2. Интерфейсы и окружения
- •2.5. Динамическая модель системы или подсистемы
- •2.5.1. События, состояния объектов и диаграммы состояний
- •2.5.2. Условия
- •2.5.3. Активности и действия
- •2.5.4. Одновременные события. Синхронизация
- •2.5.5. Вложенные диаграммы состояний
- •2.5.6. Динамическая модель банковской сети
- •2.6. Функциональная модель подсистемы
- •2.6.1. Диаграммы потоков данных
- •2.6.2. Описание операций
- •2.6.3. Ограничения
- •2.6.4. Функциональная модель банковской сети
- •2.7. Заключительные замечания к разделу
- •Контрольные вопросы
- •3. Вторая фаза жизненного цикла – конструирование системы
- •3.1. Разработка архитектуры системы
- •3.1.1. Разбиение системы на модули
- •3.1.2. Выявление асинхронного параллелизма
- •3.1.3. Распределение модулей и подсистем по процессорам и задачам
- •3.1.4. Управление хранилищами данных
- •3.1.5. Управление глобальными ресурсами
- •3.1.7. Пограничные ситуации
- •3.1.8. Обзор архитектур прикладных систем
- •3.2. Архитектура системы управления банковской сетью
- •3.3. Разработка объектов
- •3.3.1. Совместное рассмотрение трёх моделей
- •3.3.2. Разработка алгоритмов, реализующих полученные операции
- •3.3.3. Оптимизация разработки
- •3.3.4. Реализация управления
- •3.3.5. Уточнение наследования классов
- •3.3.6. Разработка зависимостей
- •Контрольные вопросы
- •4. Сравнительный анализ объектно-ориентированных методологий разработки программных систем
- •4.1. Методология omt
- •4.2. Методология sa/sd
- •4.3. Методология jsd
- •4.4. Методология osa
- •Аналитические возможности сравниваемых методологий объектно-ориентированного анализа
- •Возможности сравниваемых методов объектно-ориентированного анализа, используемые на этапе разработки системы
- •5. Третья фаза жизненного цикла – реализация объектно-ориентированного проекта
- •5.1. Объектно-ориентированный стиль программирования
- •5.2. Объектно-ориентированные системы программирования
- •5.3.1. Реализация классов
- •5.3.2. Порождение объектов
- •5.3.3. Вызов операций
- •5.3.4. Использование наследования
- •5.3.5. Реализация зависимостей
- •5.4. Другие объектно-ориентированные системы программирования
- •5.4.1. Реализация классов
- •5.4.2. Порождение объектов
- •5.4.3. Вызов операций
- •5.4.4. Реализация наследования
- •5.4.5. Реализация зависимостей
- •5.5. Не объектно-ориентированные системы программирования
- •5.5.1. Преобразование классов в структуры данных
- •5.5.2. Передача параметров методам
- •5.5.3. Размещение объектов в памяти
- •5.5.4. Реализация наследования
- •5.5.5. Выбор методов для операций
- •5.5.6. Реализация зависимостей
- •5.5.7. Объектно-ориентированное программирование на Фортране
- •5.5.8. Чем неудобны не объектно-ориентированные системы программирования
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Учебное издание
5.5.6. Реализация зависимостей
Для реализации зависимостей есть те же две возможности, что и в случае объектно-ориентированных окружений: отображение зависимостей на указатели (ссылки) или реализация зависимостей с помощью вспомогательных объектов.
Если зависимости отображаются на указатели (наиболее традиционный подход для бинарных зависимостей), для этих указателей предусматриваются дополнительные поля в структурах (записях), представляющих объекты взаимно-зависимых классов; если зависимость множественная (хотя бы в одну из сторон), то представляющий её указатель ссылается не на класс, а на последовательность (в смысле STL) указателей объектов соответствующего класса. Поскольку все зависимости двусторонние, каждый объект из указанной последовательности тоже должен иметь указатель, определяющий рассматриваемую зависимость.
С помощью вспомогательных объектов обычно реализуются зависимости, которые трудно представить через указатели (например, зависимости между несколькими классами).
В качестве примера первого способа реализации зависимостей рассмотрим реализацию зависимости (типа «много к одному») между классами Item и Group:
struct Item
{
struct ItemClass* class;
struct Group* group;
};
struct Group
{
struct GroupClass* class;
int item_count;
struct Item** items;
};
5.5.7. Объектно-ориентированное программирование на Фортране
Объектно-ориентированное программирование на Фортране связано с большими техническими трудностями в связи с отсутствием в этом языке структур (записей) и динамических объектов. Но поскольку всё ещё имеется много любителей Фортрана, следует хотя бы кратко рассмотреть основные принципы реализации на Фортране проекта, разработанного по объектно-ориентированной методологии.
Реализация классов с помощью массивов языка Фортран. В Фортране определён всего один структурный тип данных – массив, так что структуры (записи) тоже следует моделировать. Класс представляется как неявный набор массивов, по одному для каждого атрибута класса. Массивы должны иметь одинаковый размер, который должен быть достаточным для включения всех объектов этого класса, которые будут существовать во время выполнения программы, так как Фортран не поддерживает динамического распределения памяти. Значения индекса массивов представляют уникальный идентификатор объекта внутри соответствующего класса. При этом идентификаторы объектов разных классов будут иметь одинаковые значения, так что программист должен сам следить за тем, какому классу принадлежит объект (впрочем реализация механизма наследования, описываемая ниже, может несколько облегчить это). Все массивы одного и того же класса можно объединить в общий блок. Например, память для тысячи окон из рассматриваемого в этом разделе примера может быть организована следующим образом:
COMMON/WINDOW/XMIN,YMIN,XMAX,YMAX,WINDOW
REAL XMIN(1000),YMIN(1000),XMAX(1000),YMAX(1000),WINDOW(1000)
INTEGER NWINDOW
Программист должен организовать счётчик порождённых объектов данного класса (NWINDOW) и присваивать его значения уникальным идентификаторам вновь порождаемых объектов.
В Фортране нет средств определения новых типов данных, поэтому нет возможности определить тип Length: данные этого типа должны иметь один из определённых в Фортране типов (INTEGER, REAL, COMPLEX, LOGICAL и CHARACTER).
В Стандарте Фортрана ограничена длина идентификаторов, однако большая часть компиляторов поддерживают идентификаторы в 32 и более символов. В примерах фрапгментов фортранных программ предполагается, что допустимы достаточно длинные идентификаторы, которые могут содержать символ подчёркивания («_»). Если компилятор не поддерживает длинных имён, все идентификаторы из примеров следует заменить более короткими, что, естественно, ухудшит читаемость программ.
Таким образом, в объектной программе на Фортране каждый объект некоторого класса может быть представлен индексом атрибутных массивов этого класса, причём указанный индекс определяет доступ к атрибутам этого объекта:
INTEGER AWINDOW
REAL X1
X1 = XMIN(AWINDOW)
При передаче параметров методам объект может передаваться как соответствующий ему индекс атрибутных массивов соответствующего класса:
SOUBROUTINE WINDOW__ADD_TO_SELECTIONS (SELF, SHAPE)
INTEGER SELF, SHAPE
Объект, значение которого запрашивается, но не изменяется, может быть в случае необходимости передан как список значений его атрибутов, хотя, конечно, индекс обычно короче, и его передавать удобнее.
FUNCTION CIRCLE__PICK(X0, Y0, RADIUS, X, Y)
LOGICAL CIRCLE__PICK
REAL X0, Y0, RADIUS, X, Y
Размещение объектов в памяти. Обычно размещение новых объектов производится в заранее определенные массивы. Если требуется динамическое распределение памяти, необходимо самому смоделировать управление кучей в своей программе:
FUNCTION CREATE_WINDOW(X1, Y1, WIDTH, HEIGHT)
COMMON/WINDOW/XMIN,YMIN,XMAX,YMAX,WINDOW
REAL XMIN(1000),YMIN(1000),XMAX(1000),YMAX(1000),WINDOW(1000)
INTEGER NWINDOW
INTEGER CREATE_WINDOW
REAL X1, Y1, X2, Y2
NWINDOW = NWINDOW + 1
XMIN(NWINDOW) = X1
YMIN(NWINDOW) = Y1
XMAX NWINDOW) = X1 + WIDTH
YMAX NWINDOW) = Y1 + HEIGHT
CREATE_WINDOW = NWINDOW
RETURN
END
Реализация наследования. В Фортране нет записей (структур) и тем более вариантных записей. Поэтому наследование при программировании на Фортране можно реализовать либо в виде универсальной записи, либо моделируя вариантные записи.
Первый способ связан с излишними затратами памяти, его следует применять, когда вариантная часть записей сравнительно невелика. При этом подходе организуется универсальная запись, содержащая все атрибуты корневого класса и все атрибуты всех наследующих ему классов. При работе с конкретным классом из рассматриваемой иерархии классов те атрибуты, которые для него не определены, просто игнорируются. Универсальная запись реализуется, как и раньше, через набор массивов одинаковой длины, по одному на каждое поле записи:
COMMON/SHAPE/XMIN,YMIN,XMAX,YMAX,WINDOW,RADIUS,NS HAPE
REAL XMIN(1000),YMIN(1000),XMAX(1000),YMAX(1000),WINDOW(1000)
REAL RADIUS(1000)
INTEGER NSHAPE
Второй способ более экономен. Он состоит в представлении класса как набора подклассов, каждый из которых реализован как самостоятельный класс со своим набором массивов и индексами объектов. Каждый класс представляется парой целых массивов: один из этих массивов содержит код подкласса, другой – индексы объектов в соответствующем массиве подкласса. В следующем примере определён класс ITEM, который имеет подклассы SHAPE (содержит не более 1000 объектов) и GROUP (содержит не более 100 объектов). Общий блок CLASSES определяет целочисленный код для каждого класса.
COMMON/ITEM/ITEM_CLASS,ITEM_ID,NITEM
INTEGER ITEM_CLASS(1100),ITEM_ID(1100)
INTEGER NITEM/0/
COMMON/CLASSES/GROUP,BOX,CIRCLE
INTEGER GROUP/1/,BOX/2/,CIRCLE/3/
Когда создаётся новый объект, значение индекса должно выбираться как из суперкласса, так и из соответствующего подкласса. Например, следующий код создаёт новый круг (CIRCLE):
FUNCTION CREATE_CIRCLE(X0,Y0,RADIUS0)
COMMON/WINDOW/XMIN,YMIN,XMAX,YMAX,WINDOW
сюда следует поместить описания общих блоков ITEM, SHAPE и CLASSES
INTEGER CREATE_CIRCLE
NSHAPE = NSHAPE + 1
X(NSHAPE) = X0
Y(NSHAPE) = Y0
RADIUS(NSHAPE) = RADIUS0
NITEM = NITEM + 1
ITEM_CLASS(NITEM) = CIRCLE
ITEM_ID(NITEM) = NSHAPE
CREATE_CIRCLE = NITEM
RETURN
END
Резолюция методов. Вызовы методов для объектов, класс которых известен во время компиляции, осуществляются как непосредственные вызовы соответствующих фортранных подпрограмм. Остальные объекты должны содержать номер класса (см. выше общий блок CLASSES). Для каждой операции можно составить управляющую подпрограмму, которой в качестве параметров передаются номер класса и индекс объекта. Управляющая подпрограмма содержит оператор перехода по вычислению, который позволяет вызывать требуемый метод:
FUNCTION PICK(CLASS,ID,PX,PY)
LOGICAL PICK
LOGICAL GROUP_PICK,BOX_PICK,CIRCLE_PICK
INTEGER CLASS,ID
GOTO(100,200,300) CLASS
PICK = .FALSE.
RETURN
100 PICK = GROUP_PICK(ID,PX,PY)
RETURN
200 PICK = BOX_PICK(ID,PX,PY)
RETURN
300 PICK = CIRCLE_PICK(ID,PX,PY)
RETURN
END