Основы объектно-ориентированного программирования

Базовые понятия

Разработка нес. южных программ обычно не требует привлечения специальных методов. Алгоритм в этом случае отражает логику поставленной задачи и обычно сводится к некоторому набору базовых алгоритмических структур, процедур и функций. Для более сложных программных проектов в настоящее время используются две методологии разработки: структурная и объектно-ориентированная.

Структурное программирование предполагает, что создание программы основывается на следующих базовых принципах:

• 1) сложная задача разбивается на множество меньших задач, независимых друг от друга (программирование «сверху вниз»);
• 2) логически целостные части программного кода, а также используемые несколько раз фрагменты оформляются в виде процедур и функций;
• 3) программа должна состоять только из базовых алгоритмических конструкций — следования, развилки, цикла;
• 4) составные части программы и данные, которыми оперирует программа, должны быть структурированы и иерархически упорядочены.

Последний принцип является наиболее существенным. Иерархическая организация и упорядоченность означает, что логически связанные между собой процедуры и функции представляются в виде модулей, которые, в свою очередь, подключаются к программе.

Структурированность и иерархичность данных можно проиллюстрировать следующим примером из банковской сферы: сумма вклада является полем записи, соответствующей клиенту; сами записи организованы в массив, соответствующий некоторой категории клиентов; множество массивов, в свою очередь, образует полную клиентскую базу.

Сложность моделируемых и программно-реализуемых систем привела к появлению концепции объектно-ориентируемого подхода.

Объектно-ориентированное программирование (ООП) — это методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования.

Объект понимается как осязаемая реальность, проявляющая четко выделяемое поведение. В качестве объекта может выступать:

• • осязаемый и (или) видимый предмет;
• • нечто, воспринимаемое мышлением;
• • нечто, на что направлена мысль или действие.

Объект обладает состоянием, поведением и идентичностью; структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс; термины «экземпляр класса» и «объект» взаимозаменяемы.

Состояние объекта характеризуется перечнем (обычно статическим) всех свойств данного объекта и текущими (обычно динамическими) значениями каждого из этих свойств.

Поведение — это то, как объект действует и реагирует; поведение выражается в терминах состояния объекта.

Идентичность — это такое свойство объекта, которое отличает его от всех других объектов.

Класс — это некое множество объектов, имеющих общую структуру и общее поведение.

Состояние объекта характеризуется набором конкретных значений — полей. Поведение определяется набором значений некоторых полей, процедур и функций, которые оперируют данными объекта. В рамках ООП эти процедуры и функции получили название методов. Например, в программной системе может быть определен класс Client, описывающий некоторого абстрактного клиента фирмы. Все экземпляры класса Client (т.е. конкретные клиенты) имеют:

• • перечень свойств — индивидуальный помер (id), имя (f irst_name), фамилия (second_name), дата рождения (birth_date) и др.;
• • конкретные значения свойств каждого экземпляра: Aleksey (имя), Petrov (фамилия), 10.06.1975 (дата рождения);
• • определенное поведение, задающееся набором действий и состояний, которые непосредственно связаны с конкретным клиентом. Например, для каждого клиента можно получить выписку его активности (метод activity), узнать состояние обслуживания
• (поле service_status может иметь значения enable — обслуживается, disable — не обслуживается, paused — приостановлено);
• • идентичность — совокупность вышеперечисленных свойств, определяющих уникальность каждого клиента.

Таким образом, класс характеризуется набором своих полей, методов, а также других элементов (которые будут рассмотрены далее), называемых членами класса.

В рамках ООП выделяют несколько базовых понятий, существенных для практического программирования. К таким понятиям относятся наследование, инкапсуляция и полиморфизм.

Наследование позволяет создать новый класс данных на основе уже существующего, причем новый класс может полностью или частично повторять (наследовать) структуры данных и методы исходного. Создаваемый класс называют потомком (подклассом, производным классом), а класс, взятый за основу, — предком (надклассом, базовым классом).

Возможность наследования позволяет организовать иерархическую структуру классов. При этом сокращается время на разработку новых классов за счет использования уже описанных полей и методов.

Под инкапсуляцией понимается возможность объединить данные и методы их обработки в рамках класса, а также скрыть реализацию методов от пользователя и других классов. Инкапсуляция применяется для защиты данных и методов от некорректного изменения.

Полиморфизм подразумевает возможность описать близкие по сути, но различные по реализации методы для каждого класса-потомка, причем с сохранением имени метода. Метод класса-предка при этом называется виртуальным, а конкретная его реализация в классе-потомке именуется переопределенным методом.

Пусть, например, имеется класс-предок Doc, описывающий некоторый абстрактный документ, и два класса-потомка — Nakl и Order, описывающих классы накладных и ордеров. Для вывода на экран экземпляров классов Nakl и Order должны применяться различные методы, так как документы имеют различную структуру. Для того чтобы не использовать различные имена процедур для вывода на экран разных типов документов, можно в классе Doc описать виртуальный метод Print, а в каждом из потомков описать свои процедуры вывода на экран. В результате программист может использовать одно и то же имя процедуры для вывода документов различных типов.