Инкапсуляция. 
Объектно-ориентированное программирование

Инкапсуляция — это процесс отделения друг от друга элементов объекта, определяющих его устройство и поведение. Инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать контрактные обязательства абстракции от их реализации.

На самом деле клиента не интересует, и не должно интересовать то, как реализовано выполнение контрактных обязательств. По крайней мере, пока сервер соблюдает свои обязательства.

Пример. Продолжим пример со стеком. Стек позволяет осуществлять операции pop (извлечь из стека) и push (поместить в стек). Для программиста, использующего стек, важно только то, что он может помещать и извлекать нужные ему объекты с помощью вызова данных операций. Как реализован стек он может не знать, и детали реализации для него не всегда важны. Стек может быть реализован с использованием массива, имеющего фиксированное количество элементов, или посредством списковой структуры. Однако все эти детали скрыты от пользователя.

Абстракция и инкапсуляция дополняют друг друга: абстрагирование направлено на наблюдаемое поведение объекта, а инкапсуляция занимается внутренним устройством. Инкапсуляция выполняется посредством скрытия информации, т. е. маскировкой всех внутренних деталей, не влияющих на внешнее поведение. Обычно скрываются и внутренняя структура объекта, и реализация его операций. Для скрытия информации многие объектно-ориентированные языки программирования имеют соответствующие механизмы.

В результате всего сказанного мы можем ввести понятия интерфейса и реализации. Интерфейс — это набор операций, используемый для специфицирования услуг, предоставляемых классом. Интерфейс отражает внешнее поведение объекта. Внутренняя реализация описывает представление этой абстракции и механизмы достижения желаемого поведения объекта.

Интерфейс стека — это его операции pop и push, а реализация — это конкретное представление стека.

Пример. Перепишем реализацию стека, рассмотренную в предыдущем пункте, с использованием структуры.

struct Stack {.

int s[100];

int top;

void push (int el);

int pop ();

};

Функции pop и push изменяют значения членов класса. Однако изменить значения элементов могут и другие функции. При этом такие изменения могут быть внесены и по ошибке. Следовательно, имеет смысл ограничить доступ к данным объектов типа Stack.

Объявление Stack предоставляет набор функций для работы с объектами типа Stack. Однако оно не указывает, что только эти функции могут непосредственно осуществлять доступ к элементам объекта типа Stack. Эти ограничения можно отразить следующим образом:

class Stack {.

private:

int s[100];

int top;

public:

void push (int el);

int pop ();

bool isFull () const;

bool isEmpty () const;

};

Описание класса Stack разделено на закрытую и открытую части, помеченные как private и public. Открытая часть (public) образует открытый интерфейс объектов класса. Имена закрытой части (private) могут использоваться только функциями-членами и друзьями класса.

Друзьями класса называются классы или операции, имеющие доступ к закрытым операциям или данным некоторого класса. При описании класса его друзья указываются с ключевым словом friend.

Мы описали Stack как класс, а не как структуру. Принципиального отличия здесь нет, поскольку структура в С++ является классом, члены которого, однако, по умолчанию открыты. Члены класса, описанного ключевым словом class, по умолчанию являются закрытыми.

В описание стека добавлены две функции, определяющие, является ли стек пустым или переполненным. Их введение обусловлено тем, что переменная top, отражающая ту же информацию, уже недоступна пользователю. При описании данных функций используется модификатор const. Он явно указывает, что функция не изменит значений никаких членов класса.

Таким образом, введение ограничения доступа к элементам класса на практике реализует понятие инкапсуляции.

Инкапсуляция локализует те особенности проекта, которые могут подвергнуться изменениям. По мере развития системы разработчики могут решить, что какие-то операции выполняются несколько дольше, чем допустимо, а какие-то объекты занимают больше памяти, чем приемлемо. В таких ситуациях часто изменяют внутреннее представление объекта. В результате становится возможным реализовать более эффективные алгоритмы, либо оптимизировать алгоритм по критерию памяти, заменяя хранение данных их вычислением. Важным преимуществом ограничения доступа является возможность внесения изменений в объект без изменения других объектов.

Сокрытие информации — понятие относительное: то, что спрятано на одном уровне абстракции, обнаруживается на другом уровне. Кроме того, на практике иногда необходимо ознакомиться с реализацией класса, чтобы понять его назначение. Это особенно важно, если нет внешней документации. С другой стороны язык С++ предоставляет средства, позволяющие нарушить инкапсуляцию. Одним из таких средств является использование друзей класса.