15.1.2. Стан

Семантика. Розглянемо торговий автомат, що продає напої. Поведінка такого об'єкта полягає в тому, що після опускання в нього монети й натискання кнопки автомат видає обраний напій. Що відбудеться, якщо спочатку буде натиснута кнопка вибору напою, а потім вже опущена монета? Більшість автоматів при цьому просто нічого не зроблять, тому що користувач порушив їхні основні правила. Інакше кажучи, автомат відігравав роль (очікування монети), яку користувач ігнорував, нажавши спочатку кнопку. Або припустимо, що користувач автомата не звернув увагу на попереджуючий сигнал "Киньте стільки монет, скільки вартує напій" і опустив в автомат зайву монету. У більшості випадків автомати не дружні до користувача й радісно заковтують всі гроші.

У кожній з таких ситуацій ми бачимо, що поведінка об'єкта визначається його історією: важлива послідовність вчинених над об'єктом дій. Така залежність поведінки від подій і від години пояснюється тим, що в об'єкта є внутрішній стан. Для торгового автомата, наприклад, стан визначається сумою грошей опущених до натискання кнопки вибору. Інша важлива інформація - це набір монет, які сприймає автомат і запас напоїв.

На основі цього прикладу дамо таке означення:

Стан об'єкта характеризується переліком (звичайно статичним) всіх властивостей даного об'єкта й поточними (звичайно динамічними) значеннями кожної із цих властивостей.

Однією із властивостей торгівельного автомата є здатність приймати монети. Це статична (фіксована) властивість, у тому розумінні, що вона - істотна характеристика торгівельного автомата. З іншої сторони, цій властивості відповідає динамічне значення, що характеризує кількість прийнятих монет. Сума збільшується в міру опускання монет в автомат і зменшується, коли продавець забирає гроші з автомата. У деяких випадках значення властивостей об'єкта можуть бути статичними (наприклад, заводський номер автомата), тому в цьому означенні використаний термін "звичайно динамічними".

До числа властивостей об'єкта відносяться властиві йому або набуті ним характеристики, риси чи можливості, що роблять цей об'єкт самим собою. Наприклад, для ліфта характерним є те, що він сконструйований для поїздок вверх і вниз, а не горизонтально. Перелік властивостей об'єкта є, як правило, статичним, оскільки ці властивості становлять незмінну основу об'єкта. Ми говоримо "як правило", тому що в ряді випадків склад властивостей об'єкта може змінюватися. Прикладом може служити робот з можливістю самонавчання. Робот спочатку може розглядати деяку перешкоду як статичну, а потім виявляє, що це двері, які можна відкрити. У такій ситуації в міру одержання нових знань змінюється створювана роботом концептуальна модель світу.

Всі властивості мають деякі значення. Ці значення можуть бути простими кількісними характеристиками, або мати посилання на інший об'єкт. Так стан ліфта може описуватися числом 3, що означає номер поверху, на якому ліфт перебуває у цей момент. Стан торгівельного автомата описується в термінах інших об'єктів, наприклад, товару, що є в наявності. Конкретні напої - це самостійні об'єкти, відмінні від торгівельного автомата (їх можна пити, а автомат ні, і робити з ними інші дії).

Таким чином, ми встановили відмінність між об'єктами й простими величинами: прості кількісні характеристики (наприклад, число 3) є "постійні й незмінні", тоді як об'єкти існують в часі, змінюються, мають внутрішній стан, можуть створюватися, знищуватися й розділятися.

Той факт, що всякий об'єкт має стан, означає, що всякий об'єкт займає певний простір (фізично або в пам'яті комп'ютера).

Приклади. Припустимо, що мовою C++ нам потрібно створити реєстраційні записи про співробітників. Можна зробити це в такий спосіб:

struct PersonnelRecord {

char name[100];

int socialSecurityNumber;

char department[10];

float salary;

};

Кожний компонент у наведеній структурі позначає конкретну властивість нашої абстракції реєстраційного запису. Опис визначає не об'єкт, а клас, оскільки він не вводить який-небудь конкретний екземпляр. Для того щоб створити об'єкти цього класу, необхідно написати таке:

PersonnelRecord deb, dave, karen, jim, torn, denise, kaitlyn, krista, elyse;

У цьому випадку оголошено дев'ять різних об'єктів, кожний з яких займає певне місце в пам'яті. Хоча властивості цих об'єктів є загальними (їхній стан представляється одноманітно), у пам'яті об'єкти не перетинаються й займають кожний своє місце. На практиці прийнято обмежувати доступ до стану об'єкта, а не робити його загальнодоступним, як у попередньому визначенні класу. Із врахуванням сказаного, змінимо це визначення таким чином:

class PersonnelRecord {

public:

char* employeeName() const;

int employeeSocialSecurityNumber() const;

char* employeeDepartment() const;

protected:

char name[100];

int socialSecurityNumber;

char department[10];

float salary;

};

Нове означення трохи складніше попереднього, але через ряд міркувань краще. Зокрема, у новому визначенні реалізація класу схована від інших об'єктів. Якщо реалізація класу буде надалі змінена, код прийдеться перекомпілювати, але семантично клієнти не будуть залежати від цих змін (тобто їхній код збережеться). Крім того, вирішується також проблема займаної об'єктом пам'яті за рахунок явного визначення операцій, які дозволені клієнтам над об'єктами даного класу. Зокрема, ми даємо всім клієнтам право дізнатися ім'я, код соціального захисту й місце роботи співробітника, але тільки особливим клієнтам (а саме, підкласам цього класу) дозволено встановлювати значення зазначених параметрів. Тільки цим спеціальним клієнтам дозволено доступ до відомостей про заробітну плату. Інша перевага останнього визначення пов'язана з можливістю його повторного використання. У наступному розділі ми побачимо, що механізм успадкування дозволяє повторно використовувати абстракцію, а потім уточнити й багатьма способами спеціалізувати її.

Всі об'єкти в системі інкапсулюють деякий стан, і всі стани системи інкапсульовані в об'єкти. Однак, інкапсуляція стану об'єкта - це тільки початок, якого недостатньо, щоб ми могли охопити повний зміст абстракцій, які ми вводимо під час розроблення програмної системи. Із цієї причиною нам потрібно розібратися, як об'єкти функціонують.