Инкапсуляция (Encapsulation).

Инкапсуляция является одним из ключевых понятий ООП. Приведем формальное определение этого понятия:

Инкапсуляция - это механизм, который объединяет данные и методы, манипулирующие этими данными, и защищает и то, и другое от внешнего вмешательства или неправильного использования. Когда методы и данные объединяются таким способом, создается объект.

Итак, зачем же нам нужна инкапсуляция? Ответ прост, мы - люди. А человеку свойственно ошибаться. Никто не застрахован от ошибок. Применяя инкапсуляцию, мы, как бы, возводим крепость, которая защищает данные, принадлежащие объекту, от возможных ошибок, которые могут возникнуть при прямом доступе к этим данным. Кроме того, применение этого принципа очень часто помогает локализовать возможные ошибки в коде программы. А это намного упрощает процесс поиска и исправления этих ошибок.

Можно сказать, что инкапсуляция подразумевает под собой скрытие данных (data hiding), что позволяет защитить эти данные.

Cуть инкапсуляции можно определить следующим образом:

Переменные состояния объекта скрыты от внешнего мира. Изменение состояния объекта (его переменных) возможно ТОЛЬКО с помощью его методов (операций).

Почему же это так важно? Этот принцип позволяет защитить переменные состояния объекта от неправильного их использования. Это существенно ограничивает возможность введения объекта в недопустимое состояние и/или несанкционированное разрушение этого объекта.

Для иллюстрации приведенного выше постулата рассмотрим простой жизненный пример.

Представьте, что у Вас не заводится машина и Вы, увы, не механик и плохо разбираетесь в машинах. Вы открываете капот и начинаете выдергивать какие-то шланги, что-то откручивать. и т.д. Хорошо, если Вы запомнили что, где и как выдергивали и откручивали. А если нет? Или, у Вас стрелка уровня топлива стоит на нуле, а Вы считаете, что у Вас полно топлива и полезете со спичками внутрь бензобака проверять уровень топлива. Какие последствия Вас могут ожидать?

Аналогично и с нашими объектами, которые могут быть чрезвычайно сложными, а Вы пытаетесь что-то в них подправить, не представляя их внутреннюю организацию.

Для того, чтобы починить машину не причинив себе и самой машине вреда (ну, разве только финансовые затраты с Вашей стороны) необходимо пригласить квалифицированных авто-слесарей, причем каждый из которых отлично разбирается только в определенной части Вашей машины. Если Вы скажете, что у Вас не горит лампочка подсветки в салоне, то замену лампочки проведет специалист по электрооборудованию автомобилей. И т.д. Аналогично и в нашем объекте. Есть "мастера" - методы, которые "специализируются" в определенных областях, но свою область они знают на "5" баллов. А самое главное, они знают как можно изменить состояние объекта так, чтобы не повредить его.

Хорошим примером применения принципа инкапсуляции являются команды доступа к файлам. Обычно доступ к данным на диске можно осуществить только через специальные функции. Вы не имеете прямой доступ к данным, размещенным на диске. Таким образом, данные, размещенные на диске, можно рассматривать скрытыми от прямого Вашего вмешательства. Доступ к ним можно получить с помощью специальных функций, которые по своей роли схожи с методами объектов. При этом, хотелось бы отметить два момента, которые важны при применении этого подхода. Во-первых, Вы можете получить все данные, которые Вам нужны за счет законченного интерфейса доступа к данным. И, во-вторых, Вы не можете получить доступ к тем данным, которые Вам не нужны. Это предотвращает случайную порчу данных, которая возможна при прямом обращении к файловой системе. Кроме того, это предотвращает получение неверных данных, т.к. специальные функции обычно используют последовательный доступ к данным.

Как известно, ни что в этом мире не дается даром. Применение этого метода ведет к снижению эффективности доступа к элементам объекта. Это обусловлено необходимостью вызова методов для изменения внутренних элементов(переменных) объекта. Однако, при современном уровне развития вычислительной техники, эти потери в эффективности не играют существенной роли.

Затроним еще одно понятие ООП. Это абстрактные типы данных (ABSTRACT DATA TYPES).

Абстрактный тип данных - это группа тесно связанных между собой данных и методов (функций), которые могут осуществлять операции над этими данными.

Поскольку подразумевается, что эта структура защищена от внешнего влияния, то она считается инкапсулированной структурой. Важным же отличием от других аналогичных структур является то, что данные заключенные в этой структуре, тесно связанны и активно взаимодействуют между собой внутри структуры. Подобные структуры имеют слабые связи с внешним миром посредством ограниченного интерфейса. Суть подобных структур довольно проста: данные имеют тесные взаимосвязи внутри структуры, но слабые связи с внешним миром посредством ограниченного числа методов. Таким образом, структуры подобного рода имеют достаточно простой, но эффективный интерфейс, что позволяет их легко интегрировать в программах. Проведем аналогию. Рассмотрим монитор как единый объект. Наверное, на много приятнее иметь дело с несколькими кнопками на Вашем мониторе для того, чтобы его настроить, чем копаться в его внутренностях, пытаясь его настроить. Для того, чтобы настроить монитор необходимо знать только простой интерфейс настройки и все.