Основные принципы объектно-ориентированного программирования: инкапсуляция, наследование, полиморфизм. Отличие объектно-ориентированного подхода от модульного при разработке программ

Объектно-ориентированное программирование (ООП) — парадигма программирования, в которой основными концепциями являются понятия объектов и классов (либо, в менее известном варианте языков с прототипированием, — прототипов).

Прототип — это объект-образец, по образу и подобию которого создаются другие объекты.

Класс — это структурный тип данных, который включает описание полей данных, а также процедур и функций, работающих с этими полями данных (методов).

Поля, описанные в классе, используют для хранения составляющих состояния объекта, т.е. поля определяют состояние объектов.

Методы, описанные в классе, определяют поведение объектов. Каждый метод определяет реакцию объекта на некоторое внешнее или внутреннее сообщение.

Объект — переменная типа класс — сущность в адресном пространстве вычислительной системы, появляющаяся при создании экземпляра класса (например, после запуска результатов компиляции (и связывания) исходного кода на выполнение).

Принципы объектно-ориентированного программирования.

1. Абстракция. Абстрагирование — это способ выделить набор значимых характеристик объекта, исключая из рассмотрения незначимые. Соответственно, абстракция – это набор всех таких характеристик.

2. Инкапсуляция. Инкапсуляция — это свойство системы, позволяющее объединить данные и методы, работающие с ними, в классе и скрыть детали реализации от пользователя.

Инкапсуляция — принцип ООП, согласно которому в классе объединяются поля и методы.

Инкапсуляция позволяет разграничить доступ разработчиков к различным полям и свойствам класса (примерно так, как это сделано в модулях Delphi, когда из других модулей видима только интерфейсная часть). Точно так же и внутри классов некоторые поля и методы можно сделать свободно доступными для использования (видимыми) в любом месте программы, а другие поля и методы сделать доступными только внутри текущего модуля и собственных методов класса. Это позволяет скрыть внутри описания различные характеристики и возможности класса, чтобы сосредоточить внимание разработчиков, повторно использующих этот класс, на его важнейших свойствах.

3. Наследование. Наследование — это свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью.

Наследование — возможность конструирования новых более сложных классов из уже имеющихся посредством добавления полей и определения новых методов (принцип иерархичности).

Класс, от которого производится наследование, называется базовым, родительским или суперклассом. Новый класс – потомком, наследником или производным классом. Механизм наследования обеспечивает классу-потомку возможность использования полей и методов родительских классов. Цепочки наследования могут быть неограниченной длины. При этом различные методы для каждого из наследников разрешается переопределять.

4. Полиморфизм. Полиморфизм — это свойство системы использовать объекты с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта.

Полиморфизм (“многообразие”) в программировании — возможность изменения кода программы в соответствии со значением некоторых параметров.

4.1. Чистый полиморфизм - возможность различной интерпретации кода функции в зависимости от типа аргументов.

4.2. Перегрузка (полиморфные имена) функций — возможность определения нескольких функций с одним именем; выбор нужной функции может определяться типами аргументов, областью видимости (внутри модуля, файла, класса и т.д.); если выбор определяется типом аргументов, то перегрузка называется параметрической.

4.3. Переопределение методов - в ООП - возможность различных определений методов в классе-потомке и классе-родителе; конкретный метод определяется классом объекта, для которого он вызывается. При переопределении методов различают простой и сложный полиморфизм.

4.3.1. Простой полиморфизм используют, если при вызове переопределенного метода тип объекта, для которого вызывается этот метод, точно известен, а, следовательно, и точно известно, какой метод должен быть подключен: метод родителя или метод потомка. В этом случае нужный метод определяется на этапе компиляции программы.

4.3.2. Сложный полиморфизм используют, если при вызове переопределенного метода необходимо уточнить, какой метод должен быть подключен: метод родителя или метод потомка, так как объект, для которого вызывается переопределенный метод, может быть как объектом класса родителя, так и объектом класса потомка. В этом случае нужный метод определяется на этапе выполнения программы, когда тип объекта точно известен.

4.4. Обобщенные функции (шаблоны) - возможность описания параметризованных классов и шаблонов функций, параметрами таких описаний являются типы аргументов методов или функций.

Отличие объектно-ориентированного подхода от модульного.

1) Объектно-ориентированный подход к проектированию прогр. продуктов основан на:

− выделении классов объектов;

− установлении характерных свойств объектов и методов их обработки;

− создании иерархии классов, наследовании свойств объектов и методов их обработки.

2) Модульное программирование - это организация программы как совокупности небольших независимых блоков, модулей, структура и поведение которых подчиняется определенным правилам.

Следует заметить, что понятие «модуль» не совпадает в данном случае с понятием «модуль» (в смысле «библиотека») языка Паскаль. Это должна быть простая, замкнутая (независимая) программная единица (процедура или функция), обозримая, реализующая только одну функцию. Для написания одного модуля должно быть достаточно минимальных знаний о тексте других, как вызывающих, так и вызываемых.

При модульном программировании программных продуктов сначала определяются состав и подчиненность функций, а затем - набор программных модулей, реализующих эти функции.

 

Классы и объекты: их определение, соотношение между ними. Роль составляющих класса – полей, свойств, методов. Спецификаторы доступа published, public, private, protected. Конструкторы и деструкторы, их роль. События и их использование в управлении программой

Класс — это структурный тип данных, который включает описание полей данных, а также процедур и функций, работающих с этими полями данных (методов).

Объект — переменная типа класс — сущность в адресном пространстве вычислительной системы, появляющаяся при создании экземпляра класса (например, после запуска результатов компиляции (и связывания) исходного кода на выполнение).

Соотношение класса и объекта:

Понятие класса является более общим, чем понятие объекта. Объект является экземпляром класса. Класс может рассматриваться как совокупность объектов (подобно тому, как множество есть совокупность элементов). Класс может быть элементарным или подразделяться на подклассы (подобно тому как множество подразделяется на подмножества). Например, класс PERSON содержит подкласс STUDENT, который, в свою очередь, содержит объект John_Smith.

Классы имеют (например, в Delphi):

− Поле класса (атрибут) в ООП — переменная, связанная с классом или объектом. Поля, описанные в классе, используются для хранения составляющих состояния объекта, т.е. поля определяют состояние объектов. Доступ к полям осуществляется по их имени.

− Методы, описанные в классе (подпрограммы, которые обрабатывают поля и свойства класса), определяют поведение объектов. Каждый метод определяет реакцию объекта на некоторое внешнее или внутреннее сообщение.

− Свойство — способ доступа к внутреннему состоянию объекта, имитирующий переменную некоторого типа. Обращение к свойству объекта реализовано через вызов функции. При попытке задать значение данного свойства вызывается один метод, а при попытке получить значение данного свойства — другой.

Поля, свойства и методы класса называются членами класса.

Переменная, описанная как класс, фактически является указателем на экземпляр класса. В объектно-ориентированной программе с применением классов каждый объект является «экземпляром» некоторого конкретного класса, и других объектов не предусмотрено.

Спецификаторы доступа published, public, private, protected.

Инкапсуляция — это свойство системы, позволяющее объединить данные и методы, работающие с ними, в классе и скрыть детали реализации от пользователя.

По умолчанию (в Delphi) видимость родительских членов класса наследуется в точности, однако разрешено повышать видимость — делать поля, свойства и методы более доступными. Понижение видимости не допускается.

Уровни инкапсуляции (доступность любых членов класса):

1) Public. Члены класса, находящиеся в данном разделе, доступны из любой точки программы.

2) Private. Члены класса доступны только в том модуле, где данный класс описан. По умолчанию считается, что все поля класса расположены в разделе private.

3) Protected. Члены класса доступны в том модуле, где данный класс описан, а также внутри методов классов, являющихся наследниками данного класса и описанных в других модулях.

4) Published. Члены класса, находящиеся в данном разделе, доступны из любой точки программы. В этом разделе располагаются свойства класса: поля, доступные для редактирования и изменения значений во время проектирования и из Инспектора объектов.

5) Automated. Члены класса, находящиеся в данном разделе, доступны из любой точки программы. Описания разрешается размещать в этом разделе, только если класс является наследником стандартного класса TAutoObject (в Delphi), предназначенного для создания так называемых серверов автоматизации при использовании технологии СОМ (Competent Object Model).

Конструкторы и деструкторы.

Когда объект создается, однократно вызывается специальный метод, называемый конструктором. В нем выполняются различные действия по начальной инициализации полей объекта.

Когда объект уничтожается (например, он был описан внутри процедуры как локальная переменная и удаляется из памяти при ее завершении), вызывается другой метод — деструктор, который выполняет различные дополнительные действия по освобождению памяти, если это необходимо.

События и их использование в управлении программой.

Событие в ООП — это сообщение, которое возникает в различных точках исполняемого кода при выполнении определённых условий.

События предназначены для того, чтобы иметь возможность предусмотреть реакцию программного обеспечения.

Для решения поставленной задачи создаются обработчики событий: как только программа попадает в заданное состояние, происходит событие, посылается сообщение, а обработчик перехватывает это сообщение.