1.2. Загальні відомості об'єктно-орієнтованого програмування

Для тих, хто вивчав мову С++ підрозділи 1.2, 1.3 можна було б пропустити. Проте для узагальнення знань по ООП пропонуємо ці підрозділи прочитати. Принципи ООП найпростіше зрозуміти на прикладі програм моделювання. На реальному світі кожен предмет або процес володіє набором статичних і динамічних характеристик, іншими словами, властивостями і поведінкою. Поведінка об'єкту залежить від його стану і зовнішніх дій. Наприклад, об'єкт “автомобіль” нікуди не поїде, якщо в баку немає бензину, а якщо повернути кермо, зміниться положення коліс.

Поняття об'єкту в програмі збігається з буденним сенсом цього слова: об'єкт представляється як сукупність даних, що характеризують його стан, і функцій їх обробки, що моделюють його поведінку. Виклик функції на виконання часто називають посилкою повідомлення об'єкту. Наприклад, виклик функції “повернути кермо” інтерпретується як посилка повідомлення “автомобіль”, поверни кермо!”.

При створенні об'єктно-орієнтованої програми наочна область представляється у вигляді сукупності об'єктів. Виконання програми полягає в тому, що об'єкти обмінюються повідомленнями. Це дозволяє використовувати при програмуванні поняття, що адекватніше відображають наочну область.

При представленні реального об'єкту необхідно виділити його особливості. Їх список залежить від мети моделювання. Наприклад, об'єкт “щур” з погляду біолога, що вивчає міграції, ветеринара або, скажімо, кухаря матиме абсолютно різні характеристики. Виділення істотних з тієї або іншої точки зору властивостей називається абстрагуванням. Таким чином, програмний об'єкт - це абстракція.

Важливою властивістю об'єкту є його відособленість. Деталі реалізації об'єкту, тобто внутрішні структури даних і алгоритми їх обробки, приховані від користувача об'єкту і недоступні для ненавмисних змін. Об'єкт використовується через його інтерфейс - сукупність правил доступу. Приховування деталей реалізації називається інкапсуляцією (від слова “капсула”). Нічого складного в цьому понятті немає: адже і в звичайному житті ми користуємося об'єктами через їх інтерфейси. Скільки інформації довелося б тримати в голові, якби для перегляду новин треба було знати пристрій телевізора.

Таким чином, об'єкт є “чорним ящиком”, замкнутим по відношенню до зовнішнього світу. Це дозволяє представити програму в укрупненому вигляді - на рівні об'єктів і їх взаємозв'язків, а отже, управляти великим об'ємом інформації і успішно відладити складні програми.

Сказане можна сформулювати коротше і строго: об'єкт - це інкапсульована абстракція з чітко певним інтерфейсом.

Інкапсуляція дозволяє змінити реалізацію об'єкту без модифікації основної частини програми, якщо його інтерфейс залишився тим самим. Простота модифікації є дуже важливим критерієм якості програми, адже будь-який програмний продукт протягом свого життєвого циклу зазнає безліч змін і доповнень.

Крім того, інкапсуляція дозволяє використовувати об'єкт в іншому оточенні і бути упевненою, що він не зіпсує області пам'яті, що не належать йому, а також створювати бібліотеки об'єктів для застосування в багатьох програмах.

Щороку в світі пишеться величезна кількість нових програм, і найважливішого значення набуває можливість багатократного використання коду. Перевага об'єктно-орієнтованого програмування полягає в тому, що для об'єкту можна визначити спадкоємців, що коректують або доповнюють його поведінку. При цьому немає необхідності не тільки повторювати початковий код батьківського об'єкту, але навіть мати до нього доступ.

Спадкоємство є щонайпотужнішим інструментом ООП і застосовується для наступних взаємозв'язаних цілей:

• виключення з програми фрагментів коду, що повторюються;

• спрощення модифікації програми;

• спрощення створення нових програм на основі тих, що існують.

Крім того, тільки завдяки спадкоємству з'являється можливість використовувати об'єкти, початковий код яких недоступний, але в яких потрібно внести зміни.

Спадкоємство дозволяє створювати ієрархії об'єктів. Ієрархія представляється у вигляді дерева, в якому більш загальні об'єкти розташовуються ближче до кореню, а більш спеціалізовані - на гілках і листках. Спадкоємство полегшує використання бібліотек об'єктів, оскільки програміст може узяти за основу об'єкти, розроблені якимось іншим, і створити спадкоємців з необхідними властивостями.

Об'єкт, на підставі якого будується новий об'єкт, називається батьківським об'єктом, об'єктом-предком, базовим класом, а успадкований від нього об'єкт - нащадком, підкласом, або похідним класом.

ООП дозволяє писати гнучкі, розширювані і читабельні програми. Багато в чому це забезпечується завдяки поліморфізму, під яким розуміється можливість під час виконання програми за допомогою одного і того ж імені виконувати різні дії або звертатися до об'єктів різного типу. Найчастіше поняття поліморфізму пов'язують з механізмом віртуальних методів, який ми розглянемо нижче.

Переваги ООП:

• використання при програмуванні понять, близьких до наочної області;

• можливість успішно управляти великими об'ємами коду завдяки інкапсуляції, тобто приховуванню деталей реалізації об'єктів і спрощенню структури програми;

• можливість багатократного використання коду за рахунок спадкоємства;

• порівняно проста можливість модифікації програм;

• можливість створення і використання бібліотек об'єктів.

Ці переваги особливо явно виявляються при розробці програм великого об'єму і класів програм. Проте ніщо не дається дарма: створення об'єктно-орієнтованої програми є непростим завданням, оскільки вимагає розробки ієрархії об'єктів, а погано спроектована ієрархія може звести до нуля всі переваги об'єктно-орієнтованого підходу. Крім того, ідеї ООП не прості для розуміння і особливо для практичного застосування. Щоб ефективно використовувати готові об'єкти з бібліотек, необхідно освоїти великий об'єм достатньо складної інформації. Безграмотне застосування ООП приводить до створення надмірно складних програм, які неможливо відладити і удосконалити.