Платежи 

Знание принципов ооп. Ограничение доступа в ООП позволяет разработчику

Волею судьбы мне приходится читать спецкурс по паттернам проектирования в вузе. Спецкурс обязательный, поэтому, студенты попадают ко мне самые разные. Конечно, есть среди них и практикующие программисты. Но, к сожалению, большинство испытывают затруднения даже с пониманием основных терминов ООП.

Для этого я постарался на более-менее живых примерах объяснить базовые понятия ООП (класс, объект, интерфейс, абстракция, инкапсуляция, наследование и полиморфизм).

Первая часть, представленная ниже, посвящена классам, объектам и интерфейсам.
Вторая часть иллюстрирует инкапсуляцию, полиморфизм и наследование

Основные понятия ООП

Класс
Представьте себе, что вы проектируете автомобиль. Вы знаете, что автомобиль должен содержать двигатель, подвеску, две передних фары, 4 колеса, и т.д. Ещё вы знаете, что ваш автомобиль должен иметь возможность набирать и сбавлять скорость, совершать поворот и двигаться задним ходом. И, что самое главное, вы точно знаете, как взаимодействует двигатель и колёса, согласно каким законам движется распредвал и коленвал, а также как устроены дифференциалы. Вы уверены в своих знаниях и начинаете проектирование.

Вы описываете все запчасти, из которых состоит ваш автомобиль, а также то, каким образом эти запчасти взаимодействуют между собой. Кроме того, вы описываете, что должен сделать пользователь, чтобы машина затормозила, или включился дальний свет фар. Результатом вашей работы будет некоторый эскиз. Вы только что разработали то, что в ООП называется класс .

Класс – это способ описания сущности, определяющий состояние и поведение, зависящее от этого состояния, а также правила для взаимодействия с данной сущностью (контракт).

С точки зрения программирования класс можно рассматривать как набор данных (полей, атрибутов, членов класса) и функций для работы с ними (методов).

С точки зрения структуры программы, класс является сложным типом данных.

В нашем случае, класс будет отображать сущность – автомобиль. Атрибутами класса будут являться двигатель, подвеска, кузов, четыре колеса и т.д. Методами класса будет «открыть дверь», «нажать на педаль газа», а также «закачать порцию бензина из бензобака в двигатель». Первые два метода доступны для выполнения другим классам (в частности, классу «Водитель»). Последний описывает взаимодействия внутри класса и не доступен пользователю.

В дальнейшем, несмотря на то, что слово «пользователь» ассоциируется с пасьянсом «Косынка» и «Microsoft Word», мы будем называть пользователями тех программистов, которые используют ваш класс, включая вас самих. Человека, который является автором класса, мы будем называть разработчиком.

Объект
Вы отлично потрудились и машины, разработанные по вашим чертежам, сходят с конвейера. Вот они, стоят ровными рядами на заводском дворе. Каждая из них точно повторяет ваши чертежи. Все системы взаимодействуют именно так, как вы спроектировали. Но каждая машина уникальна. Они все имеют номер кузова и двигателя, но все эти номера разные, автомобили различаются цветом, а некоторые даже имеют литьё вместо штампованных дисков. Эти автомобили, по сути, являются объектами вашего класса.

Объект (экземпляр) – это отдельный представитель класса, имеющий конкретное состояние и поведение, полностью определяемое классом.

Говоря простым языком, объект имеет конкретные значения атрибутов и методы, работающие с этими значениями на основе правил, заданных в классе. В данном примере, если класс – это некоторый абстрактный автомобиль из «мира идей», то объект – это конкретный автомобиль, стоящий у вас под окнами.

Интерфейс
Когда мы подходим к автомату с кофе или садимся за руль, мы начинаем взаимодействие с ними. Обычно, взаимодействие происходит с помощью некоторого набора элементов: щель для приёмки монеток, кнопка выбора напитка и отсек выдачи стакана в кофейном автомате; руль, педали, рычаг коробки переключения передач в автомобиле. Всегда существует некоторый ограниченный набор элементов управления, с которыми мы можем взаимодействовать.

Интерфейс – это набор методов класса, доступных для использования другими классами.

Очевидно, что интерфейсом класса будет являться набор всех его публичных методов в совокупности с набором публичных атрибутов. По сути, интерфейс специфицирует класс, чётко определяя все возможные действия над ним.
Хорошим примером интерфейса может служить приборная панель автомобиля, которая позволяет вызвать такие методы, как увеличение скорости, торможение, поворот, переключение передач, включение фар, и т.п. То есть все действия, которые может осуществить другой класс (в нашем случае – водитель) при взаимодействии с автомобилем.

При описании интерфейса класса очень важно соблюсти баланс между гибкостью и простотой. Класс с простым интерфейсом будет легко использовать, но будут существовать задачи, которые с помощью него решить будет не под силу. В то же время, если интерфейс будет гибким, то, скорее всего, он будет состоять из достаточно сложных методов с большим количеством параметров, которые будут позволять делать очень многое, но использование его будет сопряжено с большими сложностями и риском совершить ошибку, что-то перепутав.

Примером простого интерфейса может служить машина с коробкой-автоматом. Освоить её управление очень быстро сможет любая блондинка, окончившая двухнедельные курсы вождения. С другой стороны, чтобы освоить управление современным пассажирским самолётом, необходимо несколько месяцев, а то и лет упорных тренировок. Не хотел бы я находиться на борту Боинга, которым управляет человек, имеющий двухнедельный лётный стаж. С другой стороны, вы никогда не заставите автомобиль подняться в воздух и перелететь из Москвы в Вашингтон.


2. Дайте определение понятию “класс”.
3. Что такое поле/атрибут класса?
4. Как правильно организовать доступ к полям класса?
5. Дайте определение понятию “конструктор”.
6. Чем отличаются конструкторы по-умолчанию, копирования и конструктор с параметрами?
7. Какие модификации уровня доступа вы знаете, расскажите про каждый из них.
8. Расскажите об особенностях класса с единственным закрытым (private) конструктором.
9. О чем говорят ключевые слова “this”, “super”, где и как их можно использовать?
10. Дайте определение понятию “метод”.
11. Что такое сигнатура метода?
12. Какие методы называются перегруженными?
13. Могут ли нестатические методы перегрузить статические?
14. Расскажите про переопределение методов.
15. Может ли метод принимать разное количество параметров (аргументы переменной длины)?
16. Можно ли сузить уровень доступа/тип возвращаемого значения при переопределении метода?
17. Как получить доступ к переопределенным методам родительского класса?
18. Какие преобразования называются нисходящими и восходящими?
19. Чем отличается переопределение от перегрузки?
20. Где можно инициализировать статические/нестатические поля?

21. Зачем нужен оператор instanceof?
22. Зачем нужны и какие бывают блоки инициализации?
23. Каков порядок вызова конструкторов и блоков инициализации двух классов: потомка и его предка?
24. Где и для чего используется модификатор abstract?
25. Можно ли объявить метод абстрактным и статическим одновременно?
26. Что означает ключевое слово static?
27. К каким конструкциям Java применим модификатор static?
28. Что будет, если в static блоке кода возникнет исключительная ситуация?
29. Можно ли перегрузить static метод?
30. Что такое статический класс, какие особенности его использования?
31. Какие особенности инициализации final static переменных?
32. Как влияет модификатор static на класс/метод/поле?
33. О чем говорит ключевое слово final?
34. Дайте определение понятию “интерфейс”.
35. Какие модификаторы по умолчанию имеют поля и методы интерфейсов?
36. Почему нельзя объявить метод интерфейса с модификатором final или static?
37. Какие типы классов бывают в java (вложенные… и.т.д.)
38. Какие особенности создания вложенных классов: простых и статических.
39. Что вы знаете о вложенных классах, зачем они используются? Классификация, варианты использования, о нарушении инкапсуляции.
40. В чем разница вложенных и внутренних классов?
41. Какие классы называются анонимными?
42. Каким образом из вложенного класса получить доступ к полю внешнего класса?

43. Каким образом можно обратиться к локальной переменной метода из анонимного класса, объявленного в теле этого метода? Есть ли какие-нибудь ограничения для такой переменной?
44. Как связан любой пользовательский класс с классом Object?
45. Расскажите про каждый из методов класса Object.
46. Что такое метод equals(). Чем он отличается от операции ==.
47. Если вы хотите переопределить equals(), какие условия должны удовлетворяться для переопределенного метода?
48. Если equals() переопределен, есть ли какие-либо другие методы, которые следует переопределить?
49. В чем особенность работы методов hashCode и equals? Каким образом реализованы методы hashCode и equals в классе Object? Какие правила и соглашения существуют для реализации этих методов? Когда они применяются?
50. Какой метод возвращает строковое представление объекта?
51. Что будет, если переопределить equals не переопределяя hashCode? Какие могут возникнуть проблемы?
52. Есть ли какие-либо рекомендации о том, какие поля следует использовать при подсчете hashCode?
53. Как вы думаете, будут ли какие-то проблемы, если у объекта, который используется в качестве ключа в hashMap изменится поле, которое участвует в определении hashCode?
54. Чем отличается абстрактный класс от интерфейса, в каких случаях что вы будете использовать?
55. Можно ли получить доступ к private переменным класса и если да, то каким образом?
56. Что такое volatile и transient? Для чего и в каких случаях можно было бы использовать default?
57. Расширение модификаторов при наследовании, переопределение и сокрытие методов. Если у класса-родителя есть метод, объявленный как private, может ли наследник расширить его видимость? А если protected? А сузить видимость?
58. Имеет ли смысл объявлять метод private final?
59. Какие особенности инициализации final переменных?
60. Что будет, если единственный конструктор класса объявлен как final?
61. Что такое finalize? Зачем он нужен? Что Вы можете рассказать о сборщике мусора и алгоритмах его работы.
62. Почему метод clone объявлен как protected? Что необходимо для реализации клонирования?

Ответы. Часть 1

1. Назовите принципы ООП и расскажите о каждом.

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

Основные принципы ООП: абстракция, инкапсуляция, наследование, полиморфизм.

Абстракция — означает выделение значимой информации и исключение из рассмотрения незначимой. С точки зрения программирования это правильное разделение программы на объекты. Абстракция позволяет отобрать главные характеристики и опустить второстепенные.

Пример: описание должностей в компании. Здесь название должности значимая информация, а описание обязанностей у каждой должности это второстепенная информация. К примеру главной характеристикой для «директор» будет то, что это должность чем-то управляет, а чем именно (директор по персоналу, финансовый директор, исполнительный директор) это уже второстепенная информация.

Инкапсуляция — свойство системы, позволяющее объединить данные и методы, работающие с ними, в классе. Для Java корректно будет говорить, что инкапсуляция это «сокрытие реализации». Пример из жизни — пульт от телевизора. Мы нажимаем кнопочку «увеличить громкость» и она увеличивается, но в этот момент происходят десятки процессов, которые скрыты от нас. Для Java: можно создать класс с 10 методами, например вычисляющие площадь сложной фигуры, но сделать из них 9 private. 10й метод будет называться «вычислитьПлощадь()» и объявлен public, а в нем уже будут вызываться необходимые скрытые от пользователя методы. Именно его и будет вызывать пользователь.

Наследование — свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью. Класс, от которого производится наследование, называется базовым, родительским или суперклассом. Новый класс - потомком, наследником, дочерним или производным классом.

Полиморфизм — свойство системы использовать объекты с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта. Пример (чуть переделанный) из Thinking in Java:

public interface Shape { void draw(); void erase(); } public class Circle implements Shape { public void draw() { System.out.println("Circle.draw()"); } } public class Triangle implements Shape { public void draw() { System.out.println("Triangle.draw()"); } } public class TestPol { public static void main(String args) { Shape shape1 = new Circle(); Shape shape2 = new Triangle(); testPoly(shape1); testPoly(shape2); } public static void testPoly(Shape shape) { shape.draw(); } } //Вывод в консоль: //Circle.draw() //Triangle.draw()

public interface Shape {

void draw () ;

void erase () ;

public void draw () {

System . out . println ("Circle.draw()" ) ;

public class Triangle implements Shape {

public void draw () {

System . out . println ("Triangle.draw()" ) ;

public class TestPol {

Shape shape1 = new Circle () ;

Shape shape2 = new Triangle () ;

testPoly (shape1 ) ;

testPoly (shape2 ) ;

public static void testPoly (Shape shape ) {

shape . draw () ;

//Вывод в консоль:

//Circle.draw()

//Triangle.draw()

Есть общий интерфейс «Фигура» и две его реализации «Треугольник» и «Круг». У каждого есть метод «нарисовать». Благодаря полиморфизму нам нет нужды писать отдельный метод для каждой из множества фигур, чтобы вызвать метод «нарисовать». Вызов полиморфного метода позволяет одному типу выразить свое отличие от другого, сходного типа, хотя они и происходят от одного базового типа. Это отличие выражается различным действием методов, вызываемых через базовый класс (или интерфейс).
Здесь приведен пример полиморфизма (также называемый динамическим связыванием, или поздним связыванием, или связыванием во время выполнения), в котором продемонстрировано как во время выполнения программы будет выполнен тот метод, который принадлежит передаваемому объекту.

Если бы не было полиморфизма и позднего связывания, то эта же программа выглядела бы примерно так:

public static void testPolyCircle(Circle circle) { circle.draw(); } public static void testPolyTriangle(Triangle triangle) { triangle.draw(); }

public static void testPolyCircle (Circle circle ) {

circle . draw () ;

public static void testPolyTriangle (Triangle triangle ) {

triangle . draw () ;

Т.е. для каждого класса (фигуры) мы бы писали отдельный метод. Здесь их два, а если фигур (классов) сотни?

2. Дайте определение понятию “класс”.

Класс – это описатель общих свойств группы объектов. Этими свойствами могут быть как характеристики объектов (размер, вес, цвет и т.п.), так и поведения, роли и т.п.

3. Что такое поле/атрибут класса?

Поле (атрибут) класса — это характеристика объекта. Например для фигуры это может быть название, площадь, периметр.

public class Circle implements Shape { private String name; private Double area; private String perimeter; }

public class Circle implements Shape {

private String name ;

private Double area ;

private String perimeter ;

4. Как правильно организовать доступ к полям класса?

Модификатор доступа — private. Доступ через методы get\set.

5. Дайте определение понятию “конструктор”.

Конструктор — это специальный метод, который вызывается при создании нового объекта. Конструктор инициализирует объект непосредственно во время создания. Имя конструктора совпадает с именем класса, включая регистр, а по синтаксису конструктор похож на метод без возвращаемого значения.

public class Circle implements Shape { public Circle() { } }

public class Circle implements Shape {

public Circle () {

6. Чем отличаются конструкторы по-умолчанию, копирования и конструктор с параметрами?

Конструктор по умолчанию не принимает никаких параметров. Конструктор копирования принимает в качестве параметра объект класса. Конструктор с параметрами принимает на вход параметры (обычно необходимые для инициализации полей класса).

//конструктор по умолчанию public Circle() { } //конструктор копирования public Circle(Circle circle) { this(circle.getName(), circle.getArea(), circle.getPerimeter()); //будет вызван конструктор с параметрами ниже } //конструктор с параметрами public Circle(String name, Double area, String perimeter) { this.name = name; this.area = area; this.perimeter = perimeter; }

//конструктор по умолчанию

public Circle () {

//конструктор копирования

public Circle (Circle circle ) {

this (circle . getName () , circle . getArea () , circle . getPerimeter () ) ; //будет вызван конструктор с параметрами ниже

//конструктор с параметрами

public Circle (String name , Double area , String perimeter ) {

this . name = name ;

this . area = area ;

this . perimeter = perimeter ;

Обращаю внимание, что тема копирования (clone()) достаточно глубокая с возможностью возникновения множества неявных проблем. Немного можно почитать здесь http://habrahabr.ru/post/246993/.

7. Какие модификации уровня доступа вы знаете, расскажите про каждый из них.

  • private (закрытый) — доступ к члену класса не предоставляется никому, кроме методов этого класса. Другие классы того же пакета также не могут обращаться к private-членам.
  • default, package, friendly, доступ по умолчанию, когда никакой модификатор не присутствует — член класса считается открытым внутри своего собственного пакета, но не доступен для кода, расположенного вне этого пакета.Т.е. если package2.Class2 extends package1.MainClass , то в Class2 методы без идентификатора из MainClass видны не будут .
  • protected (защищённый) — доступ в пределах пакета и классов наследников. Доступ в классе из другого пакета будет к методам public и protected главного класса. Т.е. если package2.Class2 extends package1.MainClass , то внутри package2.Class2 методы с идентификатором protected из MainClass будут видны.
  • public (открытый) — доступ для всех из любого другого кода проекта

Модификаторы в списке расположены по возрастающей видимости в программе.

8. Расскажите об особенностях класса с единственным закрытым (private) конструктором.

Невозможно создать объект класса у которого единственный private конструктор за пределами класса. Поэтому нельзя унаследоваться от такого класса. При попытке унаследоваться будет выдаваться ошибка: There is no default constructor available in имяКласса . А при попытке создать объект этого класса: ИмяКласса() has private access in ИмяКласса

9. О чем говорят ключевые слова “this”, “super”, где и как их можно использовать?

super — используется для обращения к базовому классу, а this к текущему. Пример:

public class Animal { public void eat() { System.out.println("animal eat"); } } public class Dog extends Animal { public void eat() { System.out.println("Dog eat"); } public void thisEat() { System.out.println("Call Dog.eat()"); this.eat(); } public void superEat() { System.out.println("Call Animal.eat()"); super.eat(); } } public class Test { public static void main(String args) { Dog dog = new Dog(); dog.eat(); dog.thisEat(); dog.superEat(); } } Dog eat Call Dog.eat() Dog eat Call Animal.eat() animal eat

public class Animal {

public void eat () {

System . out . println ("animal eat" ) ;

public class Dog extends Animal {

public void eat () {

System . out . println ("Dog eat" ) ;

public void thisEat () {

System . out . println ("Call Dog.eat()" ) ;

this . eat () ;

public void superEat () {

System . out . println ("Call Animal.eat()" ) ;

super . eat () ;

public class Test {

public static void main (String args ) {

Dog dog = new Dog () ;

dog . eat () ;

dog . thisEat () ;

dog . superEat () ;

Dog eat

Call Dog . eat ()

Dog eat

Call Animal . eat ()

animal eat

Если написать super(), то будет вызван конструктор базового класса, а если this(), то конструктор текущего класса. Это можно использовать, например, при вызове конструктора с параметрами:

public Dog() { System.out.println("Call empty constructor"); } public Dog(String name) { System.out.println("Call constructor with Name"); this.name = name; } public Dog(String name, Double weight) { this(name); this.weight = weight; System.out.println("Call constructor with Name and Weight"); } } .. public static void main(String args) { Dog dog1 = new Dog("name", 25.0); } //Вывод Call constructor with Name Call constructor with Name and Weight

public Dog () {

System . out . println ("Call empty constructor" ) ;

public Dog (String name ) {

System . out . println ("Call constructor with Name" ) ;

this . name = name ;

public Dog (String name , Double weight ) {

this (name ) ;

this . weight = weight ;

System . out . println ("Call constructor with Name and Weight" ) ;

public static void main (String args ) {

Dog dog1 = new Dog ("name" , 25.0 ) ;

//Вывод

Call constructor with Name

Call constructor with Name and Weight

10. Дайте определение понятию “метод”.

Метод — это последовательность команд, которые вызываются по определенному имени. Можно сказать что это функция и процедура (в случае void метода).

11. Что такое сигнатура метода?

Сигнатура метода в Java - это имя метода плюс параметры (причем порядок параметров имеет значение).
В сигнатуру метода не входит возвращаемое значение, бросаемые им исключения, а также модификаторы.

Ключевые слова public, protected, private, abstract, static, final, synchronized, native, strictfp в т.ч. аннотации для метода - это модификаторы и не являются частью сигнатуры.

http://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/jls-8.html#jls-8.4.2

12. Какие методы называются перегруженными?

Java позволяет создавать несколько методов с одинаковыми именами, но разными сигнатурами. Создание метода с тем же именем, но с другим набором параметров называется перегрузкой. Какой из перегруженных методов должен выполняться при вызове, Java определяет на основе фактических параметров.

public void method() { } public void method(int a) { } public void method(String str) { }

public void method () { }

public void method (int a ) { }

  • Инкапсулируйте все, что может изменяться;
  • Уделяйте больше внимания интерфейсам, а не их реализациям;
  • Каждый класс в вашем приложении должен иметь только одно назначение;
  • Классы - это их поведение и функциональность.

Базовые принципы ООП

  • Абстракция - отделение концепции от ее экземпляра;
  • Полиморфизм - реализация задач одной и той же идеи разными способами;
  • Наследование - способность объекта или класса базироваться на другом объекте или классе. Это главный механизм для повторного использования кода. Наследственное отношение классов четко определяет их иерархию;
  • Инкапсуляция - размещение одного объекта или класса внутри другого для разграничения доступа к ним.

Используйте следующее вместе с наследованием

  • Делегация - перепоручение задачи от внешнего объекта внутреннему;
  • Композиция - включение объектом-контейнером объекта-содержимого и управление его поведением; последний не может существовать вне первого;
  • Агрегация - включение объектом-контейнером ссылки на объект-содержимое; при уничтожении первого последний продолжает существование.

Не повторяйся (Don’t repeat yourself - DRY)

Избегайте повторного написания кода, вынося в абстракции часто используемые задачи и данные. Каждая часть вашего кода или информации должна находиться в единственном числе в единственном доступном месте.

Принцип единственной обязанности

Для каждого класса должно быть определено единственное назначение. Все ресурсы, необходимые для его осуществления, должны быть инкапсулированы в этот класс и подчинены только этой задаче.

Принцип открытости/закрытости

Программные сущности должны быть открыты для расширения, но закрыты для изменений.

Принцип подстановки Барбары Лисков

Методы, использующие некий тип, должны иметь возможность использовать его подтипы, не зная об этом.

Принцип разделения интерфейсов

Предпочтительнее разделять интерфейсы на более мелкие тематические, чтобы реализующие их классы не были вынуждены определять методы, которые непосредственно в них не используются.

Принцип инверсии зависимостей

Система должна конструироваться на основе абстракций «сверху вниз»: не абстракции должны формироваться на основе деталей, а детали должны формироваться на основе абстракций.

Базовые принципы объектно-ориентированного программирования

Объектно-ориентированное программирование основывается на трех основных концепциях: инкапсуляции , полиморфизме и наследовании .

Инкапсуляция (пакетирование) представляет собой механизм, связывающий вместе данные и код, обрабатывающий эти данные, и сохраняющий их от внешнего воздействия и ошибочного использования. Инкапсуляция позволяет создавать объект, являющийся логическим целым, включающим данные и код для работы с этими данными. Объект обеспечивает защиту против случайной или несанкционированной модификации частных (private) составляющих его членов. Закрытые данные или коды (методы) доступны только для других частей этого объекта и не доступны вне его. Открытая часть объекта предназначена для обеспечения контролируемого интерфейса его закрытой части.

Полиморфизм - принцип (подход), обеспечивающий возможность использования одного и того же кода для решения разных задач. Полиморфизм позволяет уменьшить сложность программы посредством использования одного и того жеинтерфейса для задания целого класса действий. Задача выбора специфического действия (метода) в зависимости от конкретной ситуации (количества и типа передаваемых аргументов) возлагается на компилятор.

Ключевым в понимании полиморфизма является то, что он позволяет манипулировать объектами различной степени сложности путем создания общего для них стандартного интерфейса для реализации похожих действий.

Наследование представляет собой процесс, благодаря которому один объект может наследовать (приобретать) свойства от другого объекта. Объект, используя наследование, нуждается только в определении специфичных только для этого объекта свойств, отличающих его от других объектов этого класса. Наследование позволяет поддерживать концепцию иерархии классов .

Различают полиморфные и мономорфные языки. Для мономорфных языков характерно то, что используемые функции, процедуры и операторы имеют уникальный тип. Полиморфные языки поддерживают концепцию полиморфизма в теории типов, когда одно и то же имя может быть использовано для выражения различных действий. Поддержка полиморфизма осуществляется через виртуальные функции, механизм перегрузки функций и операторов.

Передача сообщений выражает основную методологию построения объектно-ориентированных программ. Программы представляются в виде набора объектов и передачи сообщений между ними.

При построении объектно-ориентированной программы одним из основных является вопрос иерархии классов . Пусть имеется некоторая иерархия (структура, взаимосвязь) классов. В этом случае можно:

- определить объект для заданного класса;

- построить новый класс, наследуя его из существующего класса;

- изменить поведение нового класса (изменить существующие и добавить новые функции).

Построение нового класса, наследуя его из существующего, предполагает:

- добавление в новый класс новых компонент-данных;

- добавление в новый класс новых компонент-функций;

- замену в новом классе наследуемых из старого класса компонент-функций;

Наследование может быть одиночным и множественным (рис. 1). При множественном наследовании производный (новый) класс имеет более одного наследуемого (старого) класса, из которых образуется новый класс. При этом новый класс наследует поведение этих классов.

Таким образом, объектно-ориентированное программирование – метод построения программ в виде множества взаимодействующих объектов, структура и поведение которых описаны соответствующими классами. Все эти классы образуют иерархию классов, выражающую отношение наследования.

При разработке объектно-ориентированных программ часто используются библиотеки классов. Библиотека может рассматриваться как заданная базовая иерархическая структура. Для разрабатываемой программы из библиотеки может быть выбрана некоторая подструктура и затем расширена новыми классами с использованием принципов наследования.

Язык программирования называется объектно-ориентированным, если:

- он поддерживает абстрактные типы данных (объекты с определенным интерфейсом и скрытым внутренним состоянием);

- объекты имеют связанные с ними типы (классы);

- поддерживается механизм наследования.

Класс (classes ) является типом данных, определяемых пользователем. В классе задаются свойства и поведение какого-либо предмета или процесса в виде полей данных и функций для работы с ними.

Существенным свойством класса является то, что детали его реализации скрыты от пользователей класса за интерфейсом. Таким образом, класс как модель объекта реального мира является черным ящиком, замкнутым по отношению к внешнему миру.

Идея классов является основной объектно-ориентированного программирования (ООП). Основные принципы ООП были разработаны еще в языках Simula-67 иSmallTalk, но в то время не получили широкого распространения из-за трудностей освоения и низкой эффективности реализации.

Конкретные величины типа данных «класс» называют экземплярами класса илиобъектами (objects ) .

Подпрограммы, определяющие операции над объектами класса, называются методами (methods ). Вызовы методов называютсясообщениями (messages ). Весь набор методов объекта называется протоколом сообщений (messageprotocol), илиинтерфейсом сообщений (message interface ) объекта. Сообщение должно иметь, по крайней мере, две части: конкретный объект, которому оно должно быть послано, и имя метода, определяющего необходимое действие над объектом. Таким образом, вычисления в объектно-ориентированной программе определяются сообщениями, передаваемыми от одного объекта к другому.

Объекты взаимодействуют между собой, посылая и получая сообщения. Сообщение – это запрос на выполнение действия, содержащий набор необходимых параметров. Механизм сообщения реализуется с помощью вызова соответствующих функций. С помощью ООП легко реализуется так называемая событийно-управляемая модель, когда данные активны и управляют вызовом того или иного фрагмента программного кода.

ООП - это метод программирования, развивающий принципы структурного программирования и основанный на следующих абстракциях данных:

I. Инкапсуляция : объединение данных с процедурами и функциями в единый блок программного кода (данные и методы работы с ними рассматриваются как поля объекта).

II. Наследование – передача методов и свойств от предка к потомку, без необходимости написания дополнительного программного кода (наличие экземпляров класса; потомки, прародители, иерархия).

III. Полиморфизм – возможность изменения одинаковых по смыслу свойств и поведения объектов в зависимости от их типа (единое имя для некого действия, которое по-разному осуществляется для объектов иерархии).

Инкапсуляция

Впервые понятие инкапсуляции было использовано в языках, поддерживающих так называемый абстрактный подход к программированию (например, Модула-2). Основная идея абстрактного подхода заключается в том, чтобы, скрыв от пользователя структуру информации об объекте, дать ему возможность получать необходимые для работы с объектом данные только через процедуры, относящиеся к этому объекту. Такой прием позволяет значительно повысить надежность и мобильность разработанного программного обеспечения. Надежность повышается вследствие того, что все процедуры для работы с данными об объекте относительно просты и прозрачны, а значит, могут быть разработаны более качественно. При изменении структуры данных достаточно переработать только программы, непосредственно связанные с объектом, а более сложные программы, использующие данный объект, изменять не нужно. Данное обстоятельство повышает как надежность, так и мобильности созданных программ.

Наследование

Во второй половине 1980-х годов для многих разработчиков программного обеспечения стало очевидным, что одной из наилучших возможностей для повышения производительности их труда является повторное использование программ. Вполне очевидно, что абстрактные типы данных с их инкапсуляцией и управлением доступом должны использоваться многократно. Проблема, связанная с повторным использованием абстрактных типов данных, почти во всех случаях заключается в том, что свойства и возможности существующих типов не вполне подходят для нового использования. Старые типы необходимо, по крайней мере минимально, модифицировать. Такие модификации могут быть трудновыполнимыми и требовать от человека понимания части, если не всего целиком, существующего кода. Кроме того, во многих случаях модификации влекут за собой изменения во всех программах-клиентах.

Вторая проблема, связанная с программированием, ориентированным на данные, заключается в том, что все определения абстрактных типов данных являются независимыми и находятся на одном и том же уровне иерархии. Это часто не позволяет так структурировать программу, чтобы она соответствовала своей проблемной области. Во многих случаях исходная задача содержит категории связанных между собой объектов, являющихся как наследниками одних и тех же предков (т.е. находящихся на одном и том же уровне иерархии), так и предками и наследниками (т.е. состоящих в отношении некоторой субординации друг с другом).

Наследование позволяет решить как проблемы модификации, возникающие в результате повторного использования абстрактного типа данных, так и проблемы организации программ. Если новый абстрактный тип данных может наследовать данные и функциональные свойства некоторого существующего типа, а также модифицировать некоторые из этих сущностей и добавлять новые сущности, то повторное использование значительно облегчается без необходимости вносить изменения в повторно используемый абстрактный тип данных. Программисты могут брать существующий абстрактный тип данных и создавать по его образцу новый тип, соответствующий новым требованиям задачи. Предположим, что в программе есть абстрактный тип данных для массивов целых чисел, включающий в себя операцию сортировки. После некоторого периода использования программа модифицируется и требует наличия не только абстрактного типа данных для массивов целых чисел с операцией сортировки, но и операции вычисления арифметического среднего для элементов объектов, представляющих собой массивы. Поскольку структура массива скрыта в абстрактном типе данных, без наследования этот тип должен быть модифицирован путем добавления новой операции в эту структуру. При наличии наследования нет необходимости в модификации существующего типа; можно описать подкласс существующего типа, поддерживающий не только операцию сортировки, но и операцию для вычисления среднего арифметического.

Класс, который определяется через наследование от другого класса, называется производным классом (derived class ) , илиподклассом (subclass ) . Класс, от которого производится новый класс, называетсяродительским классом (parent class ) , илисуперклассом (superclass ) .

В простейшем случае класс наследует все сущности (переменные и методы) родительского класса. Это наследование можно усложнить, введя управление доступом к сущностям родительского класса.

Это управление доступом позволяет программисту скрыть части абстрактного типа данных от клиентов. Такое управление доступом обычно есть в классах объектно-ориентированных языков. Производные классы представляют собой другой вид клиентов, которым доступ может быть либо предоставлен, либо запрещен. Чтобы это учесть, некоторые объектно-ориентированные языки включают в себя третью категорию управления доступом, часто называемую защищенной (protected), которая используется для предоставления доступа производным классам и запрещения доступа другим классам.

В дополнение к наследуемым сущностям производный класс может добавлять новые сущности и модифицировать методы. Модифицированный метод имеет то же самое имя и часто тот же самый протокол, что и метод, модификацией которого он является. Говорят, что новый метод замещает (override) наследуемую версию метода, который поэтому называется замещаемым (overriden) методом. Наиболее общее предназначение замещающего метода - выполнение операции, специфической для объектов производного класса и не свойственной для объектов родительского класса.

Разработка программы для объектно-ориентированной системы начинается с определения иерархии классов, описывающей отношения между объектами, которые войдут в программу, решающую поставленную задачу. Чем лучше эта иерархия классов соответствует проблемной части, тем более естественным будет полное решение.

Недостаток наследования как средства, облегчающего повторное использование кода, заключается в том, что оно создает зависимость между классами в иерархии наследования. Это умаляет одно из преимуществ абстрактных типов данных, заключающееся в их взаимной независимости. Конечно, не все абстрактные типы данных должны быть полностью независимыми, но в общем случае независимость абстрактных типов данных является одним из их самых сильных положительных свойств. Однако увеличение возможности повторного использования абстрактных типов данных без создания зависимостей между некоторыми из них может оказаться трудной задачей, если не совсем безнадежной.

Полиморфизм

Третьим свойством объектно-ориентированных языков программирования является вид полиморфизма, обеспечиваемый динамическим связыванием сообщений с определениями методов. Это свойство поддерживается путем разрешения определения полиморфных переменных типа родительского класса, которые также могут ссылаться на объекты любых подклассов данного класса. Родительский класс может определять метод, замещаемый в его подклассах. Операции, определяемые этими методами, похожи, но должны уточняться для каждого класса в иерархии. Когда такой метод вызывается через полиморфную переменную, этот вызов динамически связывается с методом в соответствующем классе. Одна из целей динамического связывания - обеспечить более легкое расширение программных систем при их разработке и поддержке. Такие программы можно писать для операций над объектами настраиваемых классов. Эти операции являются настраиваемыми в том смысле, что их можно применять к объектам любого класса, производного от одного и того же базового класса.

Вычисления в объектно-ориентированных языках

Все вычисления в полностью объектно-ориентированном языке выполняются с помощью передачи сообщения объекту для вызова одного из его методов. Ответом на сообщение является объект, возвращающий результат вычислений, выполненных этим методом. Выполнение программы на объектно-ориентированном языке можно описать как моделирование набора компьютеров (объектов), взаимодействующих друг с другом с помощью обмена сообщениями. Каждый объект - абстракция компьютера в том смысле, что он хранит данные и обеспечивает выполнение процессов для манипуляции этими данными. Кроме того, объекты могут передавать и получать сообщения. В сущности, это основные свойства компьютера - хранить и обрабатывать данные, а также передавать и получать сообщения.

Суть объектно-ориентированного программирования состоит в решении задач с помощью идентификации соответствующих реальных объектов и обработки, требуемой для этих объектов; и последующем моделировании этих объектов, их процессов и необходимых связей между ними.

Библиотека визуальных компонентов (Visual Component Library, VCL)

Delphi содержит большое количество классов, предназначенных для быстрой разработки приложений. Библиотека написана на Object Pascal и имеет непосредственную связь с интегрированной средой разработки приложений Delphi.

Все классы VCL расположены на определенном уровне иерархии и образуют дерево (иерархию) классов .

Знание происхождения объекта оказывает значительную помощь при его изучении, так как потомок наследует все элементы объекта-родителя. Так, если свойство Caption принадлежит классу TControl, то это свойство будет и у его потомков, например, у классов TButton и TCheckBox и у компонентов - кнопки Button и независимого переключателя CheckBox соответственно. Фрагмент иерархии классов с важнейшими классами показан на рис.

Кроме иерархии классов, большим подспорьем в изучении системы программирования являются исходные тексты модулей, которые находятся в каталоге SOURCE главного каталога Delphi.



Есть вопросы?

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить