Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Основы объектно-ориентированного программирования
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Об объектном подходе к программированию
Существует разные подходы к программированию. Любому из них присущ свой собственный способ абстрагирования сущностей, с которыми он работает. Так, процедурно-ориентированный подход оперирует абстракцией алгоритма. Язык С – типичный процедурный язык, хотя на нем возможно писать программы, напоминающие по стилю объектно-ориентированные. Логико-ориентированный имеет в виду цели, выражаемые на языке логических предикатов (язык Prolog). Наконец, объектно-ориентированное программирование абстрагирует классы и объекты (язык С++). В чем же состоит его суть? Известный теоретик Грейди Буч так определяет этот подход: “Объектно-ориентированное программирование – это методология программирования, основанная на организации программы, в виде совокупности объектов, каждый из которых является представителем определенного класса, а классы образуют иерархию наследования.” В “строго” объектно-ориентированных языках объектами являются решительно все элементы программы, в том числе она сама. Таковы программы на языке Java. Язык C++ сохраняет все возможности процедурного языка С. В C++ можно создать, например, совершенно отдельно стоящую глобальную переменную, да и главная функция main() – совершенно “внеклассовая”. Такая универсальность C++ может быть как преимуществом, так и недостатком. У программиста, впервые применяющего объектный подход в С++, всегда имеется тенденция мыслить старыми, процедурными категориями. Итак, центральным элементом абстракции объектно-ориентированной методологии является объект.
Объект
Объекты нашего программного мира моделируют объекты реального или воображаемого мира (например, мира некоторой игры, хотя это мир тоже мыслимый, а стало быть, реальный в смысле логики). Как модель, программный объект представляет собой некоторую абстракцию объекта реального, что предполагает выделение существенных свойств последнего и игнорирование тех, что безразличны с насущной, “сиюминутной”, точки зрения. Объект в программе мало чем отличается от предмета реального мира. Он является моделью последнего. Поэтому, в известном смысле, пока не важно, о каких объектах пойдет речь – реальных или программных.
Состояние объекта
Объект, прежде всего, характеризуется своим состоянием. Возьмем, к примеру, базу данных (совокупность записей и система управления ими). Она – объект, поскольку есть нечто цельное. К числу моментов, определяющих ее состояние, относится текущее число записей. Каждая запись тоже, очевидно, является объектом. Отдельные поля существующей записи могут модифицироваться, и их совокупность определяет текущее состояние записи, а вместе с ней и состояние всей базы данных. Таким образом, состояние программного объекта полностью определяется некоторым набором (структурой) характеристик и их текущими значениями. Эти характеристики называют полями или (в C++) элементами данных объекта. Но не все характеристики состояния объекта должны быть непосредственно видимы извне. Классический пример, который неизменно приводят американские авторы, – автомобиль. С точки зрения водителя у него есть приборный щиток, отражающий скорость, обороты, температуру двигателя и т. д., и органы управления. Но в автомобиле масса деталей, спрятанных под капотом, состояние которых не исчерпывается показаниями приборов и эти детали водителю не интересны, пока автомобиль «на ходу». На самом деле состояние, как таковое, может быть вообще скрыто от внешнего взгляда. Оно, как говорят, инкапсулировано в объекте. Однако в зависимости от своего состояния, объект по-разному взаимодействует со своим окружением, что приводит нас к следующему понятию - поведению объекта.
Поведение объекта
Поведение – это то, как объект взаимодействует с окружением (другими объектами). Объект может подвергаться воздействию окружения или сам воздействовать на него. Объект может рассматриваться как аналог предмета, а поведение – как реакция на манипуляции с ним или действия, инициированные самим объектом. В некоторых объектных системах (например, OLE 2) говорят о глаголах, т. е. действиях, которые могут связываться с объектом. Для каждого объекта существует определенный набор возможных действий над ним.
Действия в отношении к объектам иногда называют передачей сообщений между ними. В языках, подобных Object Pascal, операции над объектами называют обычно методами. В C++ благодаря его «процедурному наследству» чаще говорят о функциях-элементах объекта. Эти функции являются структурными элементами определения класса, к которому принадлежит объект.
Отношения между объектами
Естественно, программа, т. е. цельная система, реализуется только во взаимодействии всех ее объектов. Здесь можно выделить в основном два типа взаимодействий, или отношений: связь и агрегацию. Связь является довольно очевидной разновидностью взаимодействий – один объект может воздействовать на другой, являющийся в известном смысле автономной сущностью. Существует отношение подчинения – “А использует В”. Один объект является активным, другой – пассивным. Понятно, что в системе один и тот же объект может выступать как в активной, так и в пассивной роли по отношению к различным объектам. Другой тип отношений – агрегация, когда один объект является составной частью, т. е. элементом другого – “А содержит В”. Агрегация может означать физическое вхождение одного объекта в другой; в C++ это соответствует описанию первого объекта в качестве элемента данных другого объекта. Но это не обязательно. Например, в Windows есть понятие дочернего окна. Здесь имеет место отношение агрегации, хотя на физическом уровне родительское и дочернее окна автономны.
Класс
Класс – это множество объектов, имеющих одинаковую структуру. Класс в программировании является аналогом понятия, или категории. В то время как объект представляет собой конкретную сущность, класс является абстракцией сущности объекта. Конкретный объект является представителем, или (не совсем грамотно) экземпляром класса. Другими словами, структура характеристик объекта и все потенциальные отношения между объектами заложены в классе. Однако классы могут находиться еще и в специфических отношениях между собой.
Наследование
Если существенными видами отношений между объектами являются связь и агрегация, то фундаментальное отношение между классами – это наследование. Один класс может наследовать другому. В C++ в таком случае говорят, что один класс является базовым, а другой (который наследует первому) – производным. Еще их называют соответственно классом-предком и классом-потомком. Наследование может быть прямым, когда один класс является непосредственным предком (потомком) другого, или косвенным, когда имеют место промежуточные наследования. Производный класс наследует всю структуру характеристик и поведение базового, однако может дополнять или модифицировать их. Если класс В является производным по отношению к А, то с логической точки зрения “В есть А”. Например, понятие, или класс, “автомобиль” (В) является производным по отношению к понятию “средство передвижения” (А). Автомобиль есть средство передвижения? Конечно, да. Как и в логике, здесь существует взаимосвязь между “содержанием” и “объемом” понятия. Производный класс имеет большее содержание, но меньший объем, чем базовый. Наследование может быть простым, когда производный класс имеет всего одного непосредственного предка, и сложным, если в наследовании участвуют несколько базовых классов.
Полиморфизм
Полиморфизм, наряду с наследованием, является фундаментальной концепцией объектной модели программирования. Без него объектно-ориентированное программирование потеряло бы значительную долю своего смысла. Суть полиморфизма в том, что с объектами различных классов, имеющих один и тот же базовый класс, можно при определенных условиях обращаться, как с объектами базового класса; однако объект, являющийся, по видимости, объектом базового класса, будет вести себя по-разному в зависимости от того, что он такое на самом деле, т. е. представитель какого из производных классов. В C++ полиморфное поведение объектов обеспечивается механизмом виртуальных функций-элементов. Рассмотрим пример “полиморфизма”, реализованного на языке С. Допустим, программа должна в числе всего прочего выводить на экран различные геометрические фигуры. Она определяет класс “фигура”, в котором предусмотрен виртуальный метод “нарисовать” (в C++ это был бы абстрактный класс). От данного класса “фигура” можно произвести несколько классов – “точка”, “линия”, “круг” и т. д., – каждый из которых будет по-своему определять метод “нарисовать”. Указатель на класс “фигура” может ссылаться на объект любого из производных классов (поскольку все они являются фигурами), и для указываемого им объекта можно вызвать метод “нарисовать”, не имея представления о том, что это на самом деле за фигура.
Абстракция и инкапсуляция
Об этих принципах объектного подхода мы уже упоминали. На самом деле это принципы программирования, присущие не только объектно-ориентированной модели. Но хотелось бы несколько уточнить их в отношении к организации классов. Чтобы абстрагировать объект, он должен быть сравнительно “слабо связан” с окружающим миром. Он должен обладать сравнительно небольшим набором (существенных) свойств, характеризующих его отношения с другими объектами. С другой стороны, выделение класса как некоторого понятия, охватывающего целый ряд различных объектов, также является моментом абстракции. Поэтому абстрагирование, как таковое, имеет два аспекта: выделение общих и в тоже время существенных свойств, описывающих поведение ряда схожих предметов. С абстракцией неразрывно связан принцип инкапсуляции. Инкапсуляция – это сокрытие второстепенных деталей объекта. Для этого нужно выделить сначала существенные его свойства. Но чтобы выделить существенные свойства, нужно сначала отвлечься от второстепенных. Так что в действительности речь может идти только о едином акте, в котором можно лишь отвлеченно выделить два отдельных момента.
С технической точки зрения абстракция и инкапсуляция выражаются в том, что классы состоят из интерфейса и реализации. Интерфейс представляет абстрагированную сущность объектов. Реализация скрыта в своих деталях от пользователя класса.
Классы
Сделав предварительные замечания о понятиях объектно-ориентированного подхода, перейдем к конкретному рассмотрению классов, как они реализованы в языке C++. Сначала мы рассмотрим простейший пример определений классов, которые можно было бы разместить в заголовочном файле. Так обычно и делается, если классы должны быть доступны нескольким модулям программы. Следует напомнить, что класс – это расширение понятия типа данных, а точнее, понятия структуры. В C++ принято говорить просто о типах; представитель класса уже нельзя считать просто данными, поскольку ему присуще некоторое поведение. В известном смысле объект представляет собой сущность. Программа обычно использует переменные для хранения информации о различных реально существующих сущностях, например служащих, книгах и даже файлах. При объектно-ориентированном программировании вы фокусируетесь на предметах образующих систему, и операциях, которые вы должны выполнять над этими предметами. Например, для объекта-файла вы могли бы иметь операции, которые печатают, отображают или изменяют файл. В C++ вы можете создать тип данных - класс для определения своих объектов. Ваша цель состоит в том, чтобы включить в класс столько информации об объекте, сколько требуется. Исходя из этого, можно подобрать класс, созданный вами для одной программы, и использовать его в нескольких разных программах.
Определение класса
Класс позволяет вашим программам группировать данные, определяющие свойства объекта, и функции, которые выполняют операции над этими данными. В литературе по объектно-ориентированному программированию функции класса называют методами или элементами-функциями а данные могут называть полями или элементами данных. Подобно структуре, класс C++ должен иметь уникальное имя, за которым следует открывающая фигурная скобка, один или несколько элементов данных и функций и закрывающая фигурная скобка: class class_name { int data_member; // Элемент данных void show_member(int); // Функция-элемент }; После определения класса вы можете объявлять переменные типа этого класса (называемые объектами), как показано ниже: class_name object_one, object_two, object_three; Следующее определение создает класс employee, который содержит определения данных и метода: class employee { public: char name[64]; long employee_id; float salary; void show_employee(void) { cout << RUS("Имя: ") << name << endl;
cout << RUS("Номер служащего: ") << employee_id << endl; cout << RUS("Оклад: ") << salary << endl; }; }; В данном случае класс содержит три переменные и одну функцию-элемент. Обратите внимание на использование метки public внутри определения класса. Как вы узнаете далее, элементы класса могут быть частными (private) или общими (public), от чего зависит, как ваши программы обращаются к элементам класса. В данном случае все элементы являются общими (public), это означает, что программа может обращаться к любому элементу, используя оператор точку. После определения класса внутри вашей программы вы можете объявить объекты (переменные) типа этого класса, как показано ниже:
employee worker, boss, secretary; //Переменные (объекты) класса employee
Следующая программа EMPCLASS.CPP создает два объекта типа employee - worker и boss. Используя оператор точку, программа присваивает значения элементам данных. Затем программа использует метод show_employee для вывода информации о служащих.
class employee { public: char name[64]; long employee_id; float salary; void show_employee(void) { cout << RUS("Имя: ") << name << endl; cout << RUS("Номер служащего: ") << employee_id << endl; cout << RUS("Оклад: ") << salary << endl; }; }; employee worker, boss;
strcpy(worker.name, "John Doe"); worker. employee_id = 12345; worker.salary = 2500;
strcpy(boss.name, "Happy Jamsa"); boss.employee_id = 101; boss.salary = 101101.00;
worker.show_employee(); boss.show_employee();
Данные класса: могут иметь любой тип, кроме типа этого же класса (но могут быть указателями или ссылками на этот класс); могут быть описаны с модификатором const, при этом они инициализируются только один раз (с помощью конструктора) и не могут изменяться; могут быть описаны с модификатором static, но не как auto, extern и register. Инициализация данных при описании класса не допускается. Классы могут быть глобальными (объявленными вне любого блока) и локальными (объявленными внутри блока, например, функции или другого класса). Ниже перечислены некоторые особенности локального класса: внутри локального класса можно использовать типы, статические (static) и внешние (extern) переменные, внешние функции и элементы перечислений из области, в которой он описан; запрещается использовать автоматические переменные из этой области; локальный класс не может иметь статических элементов; методы этого класса могут быть описаны только внутри класса; если один класс вложен в другой класс, они не имеют каких-либо особых прав доступа к элементам друг друга и могут обращаться к ним только по общим правилам.
|
|||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-11-27; просмотров: 119; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.15.174.76 (0.059 с.) |