Учебник: объектно-ориентированное программирование

OОП – это парадигма. Что такое парадигма?

Вот какие видения парадигмы программирования можно встретить. Парадигма – подход к проектированию программ; взгляд на саму структуру программы; стиль написания программ; «описание намерений программиста»; способ мышления о программе; вычислительная модель. Парадигма программирования определяет, как компьютер организует вычисления при исполнении программы.

Объектно-ориентированное программирование – не единственная парадигма. Существуют, например, процедурная, структурная, аспектно-ориентированная, объектно-ориентированная; метапрограммирование; функциональная, логическая и др. По мере развития программист учится работать с разными парадигмами, расширяет кругозор.

Плюсы и минусы объектно-ориентированных языков программирования

Хотя языки ООП могут быть мощными, они полезны не для каждой ситуации и имеют некоторый багаж, который необходимо учитывать.

Плюсы

1. Возможность повторного использования

Объектно-ориентированный код имеет чрезвычайно модульную структуру. Благодаря полиморфизму и абстракции вы можете создать одну функцию, которую можно будет использовать снова и снова. Вы также можете скопировать информацию и функции, которые уже были написаны с помощью наследования. Это экономит время, снижает сложность, экономит место и упрощает программирование.

2. Параллельная разработка

Существует достаточно наработок для того, чтобы части программы разрабатывались отдельно друг от друга и при этом функционировали по объектно-ориентированным принципам. Это значительно упрощает параллельную разработку для более крупных команд разработчиков.

3. Обслуживание

Поскольку большая часть, если не весь, наш код находится в одном месте, вызывается и используется повторно, этот код намного проще поддерживать. Вместо того, чтобы по отдельности исправлять сотню различных случаев вызова функции, мы можем исправить одну модульную и полиморфную функцию.

4. Безопасность

Хотя большинство языков имеют некоторую безопасность, объектно-ориентированные языки удобны, поскольку безопасность встроена с инкапсуляцией. Другие методы и классы не могут получить доступ к личным данным по умолчанию, и программы, написанные на языках ООП, более безопасны для этого.

5. Модульность

В объектно-ориентированных языках программирования приложение разбивается на объекты и классы. Это полезно, потому что даёт вашему приложению более модульную структуру. Модульный код легче читать. Поэтому его легче обслуживать.

Минусы

1. Часто грязный

Поскольку объектно-ориентированные языки настолько настраиваемы и масштабируемы, можно легко потерять понимание того, как работает код. Код ООП может работать разными способами. Существует множество методологий программирования в ООП, которые не работают с другими методологиями, неэффективны или сложны в использовании.

2. Требуется больше планирования

Поскольку эти языки настолько модульны и масштабируемы, отказ от чёткой конструкции заранее — это рецепт катастрофы. Создание эффективной программы требует твёрдого плана в большей степени, чем при использовании других парадигм программирования.

3. Непрозрачность

Это как плюс, так и минус. Объекты и функции могут работать независимо. Они могут получать информацию и (обычно) возвращать надёжные результаты. В результате они могут оказаться чёрными ящиками, а это означает, что то, что они делают, не всегда очевидно. Хотя программист, вероятно, создал этот объект и знает, что он делает, языки ООП просто не так прозрачны, как другие языки.

4. Производительность

Объектно-ориентированные языки часто страдают от снижения производительности. Программы, написанные на языках ООП, часто больше и требуют больше вычислительных усилий для запуска, чем функциональные языки

Однако это не всегда так или важно. C ++ — язык ООП, но это один из самых быстрых доступных языков

В то же время скорость не всегда важна. Разница в скорости становится очевидной только при обработке огромных или сложных вычислений, или в случаях, когда требуется экстремальная скорость.

Основы Объектно-Ориентированного Программирования

Объектно-Ориентированное Программирование (ООП) является одной из наиболее популярных парадигм в мире промышленной разработки программного обеспечения. Из других парадигм программирования следует выделить – структурное программирование (основной представитель этого направления – это язык C) и функциональное программирование (к этой группе относятся языки Haskell, F#, Clojure).

Основными строительными элементами ООП являются классы и объекты. Для интуитивного понимания этих понятий приведем такой пример: аналогом класса в реальной жизни является чертеж здания или автомобиля, т.е. некоторый шаблон. Объект – это непосредственно реализация класса в виде некоторой сущности, в нашей аналогии – это конкретное здание или конкретный автомобиль, выполненный по чертежу.

Выделяют три основных “столпа” ООП- это инкапсуляция, наследование и полиморфизм.

Инкапсуляция

Инкапсуляция предполагает два основных момента:

  • сокрытие деталей реализации;
  • связывание данных и методов для их обработки в одном месте.

“Житейским” примером первого аспекта – сокрытия деталей реализации, может служить автомобиль. Вся его сложность скрыта от пользователя, и нет необходимости разбираться в том, как автомобиль работает, чтобы им пользоваться. Связываение данных и методов предполагает, что в рамках одного класса располагаются данные, определяющие некоторые свойства сущности (например, имя и возраст, если сущность – это человек), и методы для их обработки,  получения и изменения.

Наследование

Наследование – это концепция, которая предполагает, что один класс может наследовать функции и данные другого класса. Класс, от которого производится наследование называется родительским или базовым классом, класс который наследует – наследником. Отношение между классом наследником и базовым классом можно определить словом “является”.

Например, представим, что у нас есть базовый класс Фигура, и этот класс содержит только одно свойство – Цвет. Тогда про класс Круг – наследник класса Фигура, можно сказать так: Круг “является” Фигурой. Чего нельзя сказать про отношение между Автомобилем и Двигателем, т.е. Автомобиль не является Двигателем. Это означает, что создание иерархии наследования, в которой Автомобиль – это неследник от Двигателя было бы ошибочной (такой тип отношений назвается композиция).

Полиморфизм

Говоря про полиморфизм в общем, можно сказать, что это возможность обработки данных разных типов одной и той же функцией. Различают параметрический полиморфизм и ad–hoc полиморфизм. Параметрический полиморфизм предполагает, что один и тот же код в функции может работать с данными разных типов. Ad–hoc полиморфизм предполагает создание различных реализаций функций в зависимости от типа аргумента(ов), при этом их сигнатура (без учета типов входных аргументов) остается одной и той же.

В рамках данного урока мы обзорно познакомимся с основными синтаксическими конструкциями языка C# для разработки в рамках ООП парадигмы. В следующих уроках, будет более глубокое погружение в аспекты этой методологии, и ее применение в C#.

Функциональное и объектно-ориентированное программирование: чем они отличаются?

Объектно-ориентированное программирование и функциональное программирование преследуют одну и ту же цель — разрабатывать гибкие программы, которые легко понять и не содержат ошибок. Но они основаны на разных подходах.

Объектно-ориентированного программирования

ООП — это парадигма, основанная на идее «объектов», содержащих данные в форме полей, часто называемых атрибутами; и код в форме процедур, часто называемых методами. Объектно-ориентированное программирование утверждает, что упрощает понимание того, как работает программа, объединяя данные и связанное с ними поведение в одном месте (называемом «объектом»).

Объектно-ориентированное программирование основывается на четырех ключевых принципах:

  • абстракция (акцент на главном и скрытие ненужных деталей);
  • наследование (определение одного класса с точки зрения другого);
  • полиморфизм (объединение элементов для создания новой сущности);
  • инкапсуляция: (позволяет скрыть несвязанные данные от пользователей и предотвращает несанкционированный доступ).

Объектно-ориентированное программирование эффективно, если у вас есть фиксированная серия операций над вещами, и по мере добавления новых вещей ваш код развивается. Однако вы не сможете легко определить, есть ли у объекта вызванная функция, если не отследите, произошло ли это с самого начала.

Функциональное программирование

FP — это процесс создания программного обеспечения путем составления чистых функций. Все объекты неизменяемы, а это означает, что однажды созданное не может быть изменено. Функциональное программирование утверждает, что данные и поведение — разные вещи и для ясности их следует разделять.

FP основывается на шести концепциях:

  • функции высшего порядка (HOF);
  • чистота;
  • рекурсия;
  • ссылочная прозрачность.
  • строгая и ленивая оценка;
  • системы типов.

Что не так с процедурным программированием

Процедурное программирование идеально работает в простых программах, где все задачи можно решить, грубо говоря, десятком функций. Функции аккуратно вложены друг в друга, взаимодействуют друг с другом, можно передать данные из одной функции в другую.

Тут приходит продакт-менеджер и говорит: «Хочу, чтобы пользователь точно знал, в чём ошибка при вводе электронного адреса». Теперь вам нужно научить функцию выдавать не просто true — false, а ещё и код ошибки: например, если в адресе опечатка, то код 01, если адрес спамерский — код 02 и так далее. Это несложно реализовать.

Вы залезаете внутрь этой функции и меняете её поведение: теперь она вместо true — false выдаёт код ошибки, а если ошибки нет — пишет «ОК».

И тут ваш код ломается: все десять мест, которые ожидали от проверяльщика true или false, теперь получают «ОК» и из-за этого ломаются.

Теперь вам нужно:

  • либо переписывать все функции, чтобы научить их понимать новые ответы проверяльщика адресов;
  • либо переделать сам проверяльщик адресов, чтобы он остался совместимым со старыми местами, но в нужном вам месте как-то ещё выдавал коды ошибок;
  • либо написать новый проверяльщик, который выдаёт коды ошибок, а в старых местах использовать старый проверяльщик.

Задача, конечно, решаемая за час-другой.

Но теперь представьте, что у вас этих функций — сотни. И изменений в них нужно делать десятки в день. И каждое изменение, как правило, заставляет функции вести себя более сложным образом и выдавать более сложный результат. И каждое изменение в одном месте ломает три других места. В итоге у вас будут нарождаться десятки клонированных функций, в которых вы сначала будете разбираться, а потом уже нет.

Это называется спагетти-код, и для борьбы с ним как раз придумали объектно-ориентированное программирование.

Классы

Класс в языке C# объявляется с помощью ключевого слова class перед ним могут стоять несколько модификаторов, после располагается имя класса. Если предполагается, что класс является наследником другого класса или реализует один или несколько интерфейсов, то они отделяются двоеточием от имени класса и перечисляются через запятую.

class Building 
{
}

Внутри себя, класс может содержать методы, поля и свойства. Методы похожи на функции из языков группы структурного программирования. Фактически они определяют то, как можно работать с данным классом или объектами класса. Поля – это переменные, связанные с данным классом, а свойства – это конструкции специального вида, которые упрощают работу с полями (в первом приближении такого понимания будет достаточно).

class DemoClass
{
    // Поле класса
    int field = 0;
      
    // Свойство класса
    public int Property {get;set;}
      
    // Метод класса
    public void Method()
    {
        Console.WriteLine("Method");
    }
}

Далее, мы подробно остановимся на каждом из перечисленных составляющих класса.

Объект класса создается также как переменная любого, уже известного вам по предыдущим урокам, типа данных. Напомним, что класс является типом данных, который мы можем самостоятельно объявить. Все встроенные типы являются определенными классами, например, переменная типа int – это объект класса System.Int32.

Создадим объект класса DemoClass

// Создание объекта класса DemoClass
DemoClass demo = new DemoClass();
// Вызов метода Method объекта demo
demo.Method();

С методами встроенных типов мы уже встречались ранее, например, метод поиска элемента в строке, или преобразование строки в число и т.п.

Объектно-ориентированное программирование

Основная задача ООП — сделать сложный код проще. Для этого программу разбивают на независимые блоки, которые мы называем объектами.

Объект — это не какая-то космическая сущность. Это всего лишь набор данных и функций — таких же, как в традиционном функциональном программировании. Можно представить, что просто взяли кусок программы и положили его в коробку и закрыли крышку. Вот эта коробка с крышками — это объект.

Программисты договорились, что данные внутри объекта будут называться свойствами, а функции — методами. Но это просто слова, по сути это те же переменные и функции.

Объект можно представить как независимый электроприбор у вас на кухне. Чайник кипятит воду, плита греет, блендер взбивает, мясорубка делает фарш. Внутри каждого устройства куча всего: моторы, контроллеры, кнопки, пружины, предохранители — но вы о них не думаете. Вы нажимаете кнопки на панели каждого прибора, и он делает то, что от него ожидается. И благодаря совместной работе этих приборов у вас получается ужин.

Объекты характеризуются четырьмя словами: инкапсуляция, абстракция, наследование и полиморфизм. Если интересно, что это такое, приглашаем в кат:

Инкапсуляция — объект независим: каждый объект устроен так, что нужные для него данные живут внутри этого объекта, а не где-то снаружи в программе. Например, если у меня есть объект «Пользователь», то у меня в нём будут все данные о пользователе: и имя, и адрес, и всё остальное. И в нём же будут методы «Проверить адрес» или «Подписать на рассылку».

Абстракция — у объекта есть «интерфейс»: у объекта есть методы и свойства, к которым мы можем обратиться извне этого объекта. Так же, как мы можем нажать кнопку на блендере. У блендера есть много всего внутри, что заставляет его работать, но на главной панели есть только кнопка. Вот эта кнопка и есть абстрактный интерфейс.

В программе мы можем сказать: «Удалить пользователя». На языке ООП это будет «пользователь.удалить()» — то есть мы обращаемся к объекту «пользователь» и вызываем метод «удалить»

Кайф в том, что нам не так важно, как именно будет происходить удаление: ООП позволяет нам не думать об этом в момент обращения

Например, над магазином работают два программиста: один пишет модуль заказа, а второй — модуль доставки. У первого в объекте «заказ» есть метод «отменить». И вот второму нужно из-за доставки отменить заказ. И он спокойно пишет: «заказ.отменить()»

Ему неважно, как другой программист будет реализовывать отмену: какие он отправит письма, что запишет в базу данных, какие выведет предупреждения

Наследование — способность к копированию. ООП позволяет создавать много объектов по образу и подобию другого объекта. Это позволяет не копипастить код по двести раз, а один раз нормально написать и потом много раз использовать.

Например, у вас может быть некий идеальный объект «Пользователь»: в нём вы прописываете всё, что может происходить с пользователем. У вас могут быть свойства: имя, возраст, адрес, номер карты. И могут быть методы «Дать скидку», «Проверить заказ», «Найти заказы», «Позвонить».

На основе этого идеального пользователя вы можете создать реального «Покупателя Ивана». У него при создании будут все свойства и методы, которые вы задали у идеального покупателя, плюс могут быть какие-то свои, если захотите.

Идеальные объекты программисты называют классами.

Полиморфизм — единый язык общения

В ООП важно, чтобы все объекты общались друг с другом на понятном им языке. И если у разных объектов есть метод «Удалить», то он должен делать именно это и писаться везде одинаково

Нельзя, чтобы у одного объекта это было «Удалить», а у другого «Стереть».

При этом внутри объекта методы могут быть реализованы по-разному. Например, удалить товар — это выдать предупреждение, а потом пометить товар в базе данных как удалённый. А удалить пользователя — это отменить его покупки, отписать от рассылки и заархивировать историю его покупок

События разные, но для программиста это неважно. У него просто есть метод «Удалить()», и он ему доверяет

Такой подход позволяет программировать каждый модуль независимо от остальных. Главное — заранее продумать, как модули будут общаться друг с другом и по каким правилам

При таком подходе вы можете улучшить работу одного модуля, не затрагивая остальные — для всей программы неважно, что внутри каждого блока, если правила работы с ним остались прежними

Плюсы и минусы ООП

У объектно-ориентированного программирования много плюсов, и именно поэтому этот подход использует большинство современных программистов.

  1. Визуально код становится проще, и его легче читать. Когда всё разбито на объекты и у них есть понятный набор правил, можно сразу понять, за что отвечает каждый объект и из чего он состоит.
  2. Меньше одинакового кода. Если в обычном программировании одна функция считает повторяющиеся символы в одномерном массиве, а другая — в двумерном, то у них большая часть кода будет одинаковой. В ООП это решается наследованием.
  3. Сложные программы пишутся проще. Каждую большую программу можно разложить на несколько блоков, сделать им минимальное наполнение, а потом раз за разом подробно наполнить каждый блок.
  4. Увеличивается скорость написания. На старте можно быстро создать нужные компоненты внутри программы, чтобы получить минимально работающий прототип.

А теперь про минусы:

  1. Сложно понять и начать работать. Подход ООП намного сложнее обычного процедурного программирования — нужно знать много теории, прежде чем будет написана хоть одна строчка кода.
  2. Требует больше памяти. Объекты в ООП состоят из данных, интерфейсов, методов и много другого, а это занимает намного больше памяти, чем простая переменная.
  3. Иногда производительность кода будет ниже. Из-за особенностей подхода часть вещей может быть реализована сложнее, чем могла бы быть. Поэтому бывает такое, что ООП-программа работает медленнее, чем процедурная (хотя с современными мощностями процессоров это мало кого волнует).

Принцип № 1: любовь к ребенку

Без сомнения можно утверждать, что каждый родитель любит свое чадо

Но так важно любить ребенка всецело: принимать его недостатки, плохие стороны, понимать его слабости, толерантно относиться к его капризам. Закономерности родительского воспитания таковы, что отец и мать не хотят видеть ребенка в плохом свете, не терпят его недостатки, пытаясь «перекроить» дитя


Любовь родителей должна быть безусловной к каждому ребенку Но это относится к тем случаям, когда они не представляют собой сущность ребенка. Например, чадо гиперактивно и не может сидеть на одном месте, постоянно в поиске новых приключений. Не нужно пытаться запереть его пол семи замками в комнате, чтобы тот не влез в какую-то передрягу. Любящие родители не увидят в чрезмерной активности недостаток: они найдут ей полезное применение, записав сына или дочь в спортивную секцию или на интересный кружок, где эта активность будет большим преимуществом. Или же, когда ребенок очень чувствительный, ласковый и мягкий, любящие родители не прозовут его «нытиком» (особенно это касается мальчиков). Они найдут этим качествам свой выход: например, реализация в творчестве.


Любовь и уважение в семье передается по наследству

Примеров можно приводить массу. Любовь к ребенку в процессе воспитания отвечает совершенно за все. Уважая дитя, прислушиваясь к нему и стараясь его понять, родители получат личность, которая с таким же уважением и толерантностью относится к окружающему миру. Очень часто ребенок не может достучаться до мамы или папы, рассказать о том, что его тревожит или высказать свои желания, так как родители заняты своими делами. Уделив своему чаду немного времени, выслушав его и поняв, родители не теряют так много своего времени. Всего пару минут способны изменить многое, дать ребенку ту необходимую поддержку

Закономерности истерик и капризов ребенка таковы, что причиной служит невнимание родителей. Выслушав сына или дочь, можно искоренить такие странные, бурные проявления эмоций

Ребенок сможет узнать, что такое любовь и научиться ей только в атмосфере любви.

Что такое ООП?

Я подойду к вопросу с редукционистских позиций. Есть много правильных определений ООП которые покрывают множество концепций, принципов, техник, паттернов и философий. Я намерен проигнорировать их и сосредоточиться на самой соли. Редукционизм тут нужен из-за того, что всё это богатство возможностей, окружающее ООП на самом деле не является чем-то специфичным для ООП; это просто часть богатства возможностей встречающихся в разработке программного обеспечения в целом. Тут я сосредоточусь на части ООП, которая является определяющей и неустранимой.

Посмотрите на два выражения:

1: f(o); 2: o.f();

В чём разница?

Никакой семантической разницы явно нет. Вся разница целиком и полностью в синтаксисе. Но одно выглядит процедурным, а другое объектно ориентированным. Это потому что мы привыкли к тому, что для выражения 2. неявно подразумевается особая семантика поведения, которой нет у выражения 1. Эта особая семантика поведения — полиморфизм.

Когда мы видим выражение 1. мы видим функцию f, которая вызывается в которую передаётся объект o. При этом подразумевается, что есть только одна функция с именем f, и не факт, что она является членом стандартной когорты функций, окружающих o.

С другой стороны, когда мы видим выражение 2. мы видим объект с именем o которому посылают сообщение с именем f. Мы ожидаем, что могут быть другие виды объектов, котоые принимают сообщение f и поэтому мы не знаем, какого конкретно поведения ожидать от f после вызова. Поведение зависит от типа o. то есть f — полиморфен.

Вот этот факт, что мы ожидаем от методов полиморфного поведения — суть объектно ориентированного программирования. Это редукционистское определение и это свойство неустранимо из ООП. ООП без полиморфизма это не ООП. Все другие свойства ООП, такие как инкапсуляция данных и методы привязанные к этим данным и даже наследование имеют больше отношения к выражению 1. чем к выражению 2.

Программисты, использующие Си и Паскаль (и до некоторой степени даже Фортран и Кобол) всегда создавали системы инкапсулированных функций и структур. Чтобы создать такие структуры даже не нужен объектно ориентированный язык программирования. Инкапсуляция и даже простое наследование в таких языках очевидны и естественны. (В Си и Паскале более естественно, чем в других)

Поэтому то, что действительно отличает ООП программы от не ООП программ это полиморфизм.

Возможно вы захотите возразить, что полифорфизм можно сделать просто используя внутри f switch или длинные цепочки if/else. Это правда, поэтому мне нужно задать для ООП ещё одно ограничение.

Использование полиморфизма не должно создавать зависимости вызывающего от вызываемого.

Чтобы это объяснить, давайте ещё раз посмотрим на выражения. Выражение 1: f(o), похоже зависит от функции f на уровне исходного кода. Мы делаем такой вывод потому что мы также предполагаем, что f только одна и что поэтому вызывающий должен знать о вызываемом.

Однако, когда мы смотрим на Выражение 2. o.f() мы предполагаем что-то другое. Мы знаем, что может быть много реализаций f и мы не знаем какая из этих функций f будет вызвана на самом деле. Следовательно исходный код, содержащий выражение 2 не зависит от вызываемой функции на уровне исходного кода.

Если конкретнее, то это означает, что модули (файлы с исходным кодом), которые содержат полиморфные вызовы функций не должны ссылаться на модули (файлы с исходным кодом), которые содержат реализацию этих функций. Не может быть никаких include или use или require или каких-то других ключевых слов, которые создают зависимость одних файлов с исходным кодом от других.

Итак, наше редукционистское определение ООП это:

Класс

Класс — это такой тип данных, который состоит из единого набора полей и методов.

Имеет внутренние и внешние интерфейсы для управления содержимым. При копировании через присваивание копируется интерфейс, но не данные. Разные виды взаимодействуют между собой посредством:

  • наследования;
  • ассоциации;
  • агрегации.

При наследовании дочерний класс наследует все свойства родителя, ассоциация подразумевает взаимодействие объектов. Когда объект одного класса входит в другой, это называется агрегацией. Но когда они еще зависят друг от друга по времени жизни, — это композиция.

Одной из главных характеристик является область видимости. Понятие по-разному определяется разными ЯП.

В Object Pascal описывается следующим образом:

ClassName = class(SuperClass)

private

{ использование элементов ограничивается только пределами модуля }

{ здесь указываются поля }

strict private

{ спецификатор доступа стал доступным с выходом Delphi 2007, обозначает то же, что и private }

protected

{ элементы могут использоваться внутри ClassName или при наследовании }

public

{ }

published

{ элементы доступны всем, они отображаются в Object Inspector’e }

end;

Здесь SuperClass — предок, от которого происходит наследование.

Для C++ создание выглядит так:

class MyClass: public Parent

{

public:

MyClass(); // конструктор

~MyClass(); // деструктор

protected:

private:

};

В этом примере Parent является предком, если таковой имеется. Спецификаторы private, public, protected обозначают то же самое, что в предыдущем примере на Паскале. Также мы видим конструктор, деструктор, доступные для любой части программы. У C++ все элементы по умолчанию являются private, соответственно, это можно не указывать.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector