Объектно-ориентированное программирование

Задачи, решаемые программистами, становятся все объемнее, поэтому новые методы программирования развиваются в сторону упрощения разработки и поддержания сложных программных продуктов. Основное направление развития – попытка приблизить программу, как реализацию алгоритма, к моделируемой области.

Паскаль позволяет обрабатывать сложные структуры данных: числа, символы, массивы, строки, множества, файлы и записи. Это обеспечивается таким свойством языка, как возможность описания комплексных совокупностей различных базовых типов. Запись, например, позволила создавать программы по формированию и обработке файлов записей различной структуры – баз данных. Алгоритмы обработки информационных полей записей формируются в виде процедур и функций, что позволяет создавать достаточно эффективные программы. Однако зачастую, обрабатывая файлы записей, не удавалось реализовать алгоритмы обработки информационных полей небольшим количеством процедур, а сами процедуры сделать более наглядными. Это привело к необходимости появления таких конструкций, которые бы характеризовались не только информационным составом, но и методами обработки информационных полей. Была создана высшая абстракция данных – объекты и новая технология программирования – объектно-ориентированное программирование.

Объектно-ориентированное программирование (ООП) является воплощением такого подхода и делает возможным построение алгоритма, исходя из описания объектов решаемой задачи. То есть основой программы становятся объекты, являющиеся отображением объектов описываемой модели. Далее, на основе сконструированных объектов описываются связи между ними, в результате чего получается полное описание модели. В отличие от аналогичного описания через переменные и процедуры, разбросанные по разным частям программы, объектное описание модели в программе намного нагляднее, что существенно упрощает работу с моделью. Использование таких возможностей ООП, как наследование и полиморфизм приводит как к более ясному описанию самих объектов, так и к удобству их использования в программе. Объектно-ориентированный подход к ее разработке позволяет провести ее сверху вниз, описывая предметную область на языке программирования, а не снизу вверх, создавая множество программных модулей и соединяя их для получения конечного описания модели.

Таким образом, объектно-ориентированное программирование – самая передовая технология современного программирования. Она является логическим продолжением структурного и модульного программирования. На определенном этапе развития программирования пришло понимание, что всякую сложную задачу для облегчения ее решения полезно разделить на простые подзадачи. Подпрограммы избавили программистов от необходимости вникать в подробности реализации простейших задач: после того, как соответствующая подпрограмма создана, ею можно пользоваться, не зная, как она устроена. Необходимо только быть в курсе, что делает та или иная процедура или функция. Позже эта идея получила дальнейшее развитие. Речь идет о концепции модулей.

Модуль – это отдельно компилируемый файл Паскаля, в котором могут содержаться описания констант, переменных, типов данных, структур, а также процедур и функций. ООП – результат естественной эволюции более ранних методологий программирования. Подобно тому, как подпрограмма позволяет программисту не вникать в подробности реализации простейших задач, с помощью ООП можно манипулировать данными, не зная, как эти данные организованы.

В основе объектно-ориентированного программирования лежат понятия объекта, инкапсуляции, наследования и полиморфизма.

Объекты – это сложные структуры данных, которые взаимодействуют друг с другом и окружающим миром, моделируя состояние и взаимодействие объектов реального мира. Объекты напоминают записи: они тоже включают в себя разнотипные поля. Но кроме полей, они включают процедуры и функции, использующие эти поля как глобальные параметры, то есть определяющие поведение объекта.

Инкапсуляция – это соединение данных и подпрограмм их обработки в единой структурной единице, защищающее эти данные от некорректного использования. Эта структурная единица, как уже было сказано, является сложным описанием, задающим тип (он называется классом). Она позволяет использовать переменные данного класса – объекты. Представление данных скрывается внутри объектов, и они напрямую (непосредственно) недоступны пользователю. Доступ к ним (инициализация, изменение) возможен только с помощью специальных подпрограмм, образующих интерфейс класса. Это позволяет отделить использование операций от их реализации и упрощает программирование. Мы сталкивались с такой ситуацией в модулях, когда интерфейс и реализация подпрограмм модуля разъединены – интерфейс (Interface) открыт пользователям, а реализация подпрограмм – их текст (Implementation) – закрыт. Подпрограммы обработки данных объекта (методы) становятся такими же компонентами объекта, как и сами данные (поля). Это позволяет наделять объекты собственным поведением, реализуя их взаимодействие путем вызова интерфейсных подпрограмм.

Наследование состоит в том, что при определении нового класса (потомка) может быть использован другой, ранее определенный класс (предок). Наследование позволяет использовать (наследовать) поля и методы класса-родителя, не переопределяя их в классе-потомке. В нем обычно добавляются новые поля и связанные с ними методы, а также переопределяются некоторые методы класса-родителя. Наследование позволяет строить и использовать иерархию классов. От библиотек подпрограмм, характерных для ранних стадий развития программирования, мы переходим к библиотекам классов.

Инкапсуляция и наследование обеспечивают свойство полиморфизма операций над объектами – способ выполнения операции, определенный для класса-родителя, можно изменить в классе-потомке, но реализовать методом с тем же именем. То есть полиморфизм – это существование различных реализаций одной и той же операции над данными для объектов разных классов в одной иерархии объектов. Он позволяет использовать один и тот же интерфейс для разных классов, не вникая в различия реализации операций, скрытых в классах.

Пример: создать программу, рисующую на экране точку (используется модуль Graph) и перемещающую ее на некоторое расстояние.

Program Tochka;

Uses CRT, Graph;