- •Курс лекций по объектно-ориентированному программированию
- •1. Введение. Объектно-ориентированное программирование как технология программирования. (4 час.)
- •Объектная модель
- •2. Расширение языка с. ( 3 час.)
- •Тип_функции имя_функции (спецификация_формальных_параметров);
- •Int infunc(float, int); // Прототип функции
- •3. Классы. (3 час.)
- •Int day; // день
- •Int month;
- •Int month;
- •Int month;
- •Int year;
- •Int month;
- •Int year;
- •Int *month;
- •Int *year;
- •Int size;
- •Int readm() { return m; };
- •Void f()
- •X *this;
- •Int day,month,year;
- •Void main()
- •Void shedule(int);
- •Void wait(event);
- •Void main()
- •Void strange(int I)
- •Void f()
- •Int check(char t, char* s)
- •Void f()
- •Void dat::put() const
- •X *Object_x;
- •Int X; // Личная часть класса
- •Void fun2(a&);
- •Void fun(a&);
- •Void f(complex a, complex b)
- •X* operator&(); // унарное & (взятие адреса)
- •X operator&(X); // бинарное & (операция и)
- •X operator&(X,X); // ошибка: тернарное
- •Int month;
- •Int year;
- •Void next(); // Элемент-функция вычисления следующего дня
- •Void dat::next()
- •Void main()
- •Void main()
- •Int size;
- •Int size; // Длина строки
- •Int operator[](char*); // Операция поиска подстроки
- •Int n; // целое
- •Void display () //вывод значения
- •Void main()
- •Void* operator new(size_t size);
- •Void operator delete (void *);
- •Int month;
- •Int year;
- •Void main()
- •Int month;
- •Int year;
- •Int r; // Текущий результат
- •Int I; // Счетчик месяцев
- •Void main()
- •Void g()
- •1.M(); // ошибка
- •Void g();
- •Void f(),
- •Void funс (int I)
- •Void funс (int I)
- •Void main(void) {
- •Virtual void vfunc (int I)
- •Void vfunc (int I)
- •Void vfunc (int I)
- •Void main(void)
- •Void main(void)
- •Virtual int f(int j) { return j * j; };
- •Int f(int I) { return base::f (I * 2); };
- •Void s(int);
- •Void f (int);
- •Void s (int);
- •Int line;
- •Int y_or_n(ostream& to, istream& from)
- •If (!cin.Get(ch)) return 0;
- •Void error(char* s, char* s2)
- •Istream from(&f1);
- •If (!from.Eof() && to.Bad())
- •7. Параметризованные типы и функции. (2 час.)
- •Void swap (t* X, t* y)
- •Void swap(long* X, long* y)
- •Void swap(double* X, double* y)
- •Void main()
- •Void main()
- •Void main()
- •Int size; // Количество элементов в иассиве
- •Vector (int); // Конструктор класса vector
- •Void main()
- •Int length;
- •Void main()
Объектная модель
Объектно-ориентированная технология основывается на так называемой объектной модели. Основными принципами ее построения являются: абстрагирование, инкапсуляция, модульность, иерархичность, типизация, параллелизм и сохраняемость. Каждый из этих принципов сам по себе не нов, но в объектной модели они впервые применены в совокупности.
Объектно-ориентированный анализ и проектирование принципиально отличаются от традиционных подходов структурного проектирования: здесь нужно по-другому представлять себе процесс декомпозиции, а архитектура получающегося программного продукта в значительной степени выходит за рамки представлений, традиционных для структурного программирования. Отличия обусловлены тем, что структурное проектирование основано на структурном программировании, тогда как в основе объектно-ориентированного проектирования лежит методология объектно-ориентированного программирования.
Основные положения объектной модели
Методы структурного проектирования помогают упростить процесс разработки сложных систем за счет использования алгоритмов как готовых строительных блоков. Аналогично, методы объектно-ориентированного проектирования созданы для того, чтобы помочь разработчикам применять мощные выразительные средства объектного и объектно-ориентированного программирования, использующего в качестве блоков классы и объекты.
Объектно-ориентированный анализ.(object-oriented analysis, ООА) направлен на создание моделей реальной действительности на основе объектно-ориентированного мировоззрения.
Объектно-ориентированный анализ - это методология, при которой требования к системе воспринимаются с точки зрения классов и объектов, выявленных в предметной области.
Объектно-ориентированное проектирование. (object-oriented design, ООД)
Программирование прежде всего подразумевает правильное и эффективное использование механизмов конкретных языков программирования. Проектирование, напротив, основное внимание уделяет правильному и эффективному структурированию сложных систем. Определим объектно-ориентированное проектирование следующим образом:
Объектно-ориентированное проектирование - это методология проектирования, соединяющая в себе процесс объектной декомпозиции и приемы представления логической и физической, а также статической и динамической моделей проектируемой системы.
В данном определении содержатся две важные части: объектно-ориентированное проектирование
1) основывается на объектно-ориентированной декомпозиции;
2) использует многообразие приемов представления моделей, отражающих логическую (классы и объекты) и физическую (модули и процессы) структуру системы, а также ее статические и динамические аспекты.
Именно объектно-ориентированная декомпозиция отличает объектно-ориентированное проектирование от структурного, в первом случае логическая структура системы отражается абстракциями в виде классов и объектов, во втором - алгоритмами.
Объектно-ориентированное программирование.(object-oriented programming, OOП)
Объектно-ориентированное программирование - это методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования.
В данном определении можно выделить три части:
1) OOП использует в качестве базовых элементов объекты,а не алгоритмы;
2) каждый объект является экземпляромкакого-либо определенногокласса;
3) классы организованы иерархически.
Программа будет объектно-ориентированной только при соблюдении всех трех указанных требований. В частности, программирование, не основанное на иерархических отношениях, не относится к OOП, а называется программированием на основе абстрактных типов данных.
Выделяют пять основных разновидностей стилей программирования, которые перечислены ниже вместе с присущими им видами абстракций:
• процедурно-ориентированный |
алгоритмы |
• объектно-ориентированный |
классы и объекты |
• логико-ориентированный |
цели, часто выраженные в терминах исчисления предикатов |
• ориентированный на правила |
правила "если-то" |
• ориентированный на ограничения |
инвариантные соотношения |
Невозможно признать какой-либо стиль программирования наилучшим во всех областях практического применения. Например, для проектирования баз знаний более пригоден стиль, ориентированный на правила, а для вычислительных задач - процедурно-ориентированный. По накопленному опыту объектно-ориентированный стиль является наиболее приемлемым для широчайшего круга приложений; действительно, эта парадигма часто служит архитектурным фундаментом, на котором основываются другие парадигмы.
Каждый стиль программирования имеет свою концептуальную базу. Каждый стиль требует своего умонастроения и способа восприятия решаемой задачи. Для объектно-ориентированного стиля концептуальная база - это объектная модель.Она имеет четыре главных элемента:
абстрагирование;
инкапсуляция;
модульность;
иерархия.
Эти элементы являются главными в том смысле, что без любого из них модель не будет объектно-ориентированной. Кроме главных, имеются еще три дополнительных элемента:
типизация;
параллелизм;
сохраняемость.
Называя их дополнительными, имеется в виду, что они полезны в объектной модели, но не обязательны.
Абстракция выделяет существенные характеристики некоторого объекта, отличающие его от всех других видов объектов и, таким образом, четко определяет его концептуальные границы с точки зрения наблюдателя.
Абстракция основывается на понятиях клиента и сервера.
Клиентомназывается любой объект, использующий ресурсы другого объекта (называемогосервером).
Мы будем характеризовать поведение объекта услугами, которые он оказывает другим объектам, и операциями, которые он выполняет над другими объектами. Такой подход концентрирует внимание на внешних проявлениях объекта и приводит к идее контрактной моделипрограммирования, когда внешнее проявление объекта рассматривается с точки зрения его контракта с другими объектами, в соответствии с этим должно быть выполнено и его внутреннее устройство (часто во взаимодействии с другими объектами). Контракт фиксирует все обязательства, которые объект-сервер имеет перед объектом-клиентом. Другими словами, этот контракт определяетответственностьобъекта, то есть то поведение, за которое он отвечает.
Каждая операция, предусмотренная этим контрактом, однозначно определяется ее формальными параметрами и типом возвращаемого значения. Полный набор операций, которые клиент может осуществлять над другим объектом, вместе с правильным порядком, в котором эти операции вызываются, называется протоколом. Протокол отражает все возможные способы, которыми объект может действовать или подвергаться воздействию. Он полностью определяет, тем самым, внешнее поведение абстракции со статической и динамической точек зрения.
Инкапсуляция- это процесс отделения друг от друга элементов объекта, определяющих его устройство и поведение. Инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать контрактные обязательства абстракции от их реализации.
Абстракция и инкапсуляция дополняют друг друга: абстрагирование направлено на наблюдаемое поведение объекта, а инкапсуляция занимается внутренним устройством. Чаще всего инкапсуляция выполняется посредством скрытия информации, то есть маскировкой всех внутренних деталей, не влияющих на внешнее поведение. Обычно скрываются и внутренняя структура объекта, и реализация его методов. Практически это означает наличие двух частей в классе: интерфейса и реализации. Интерфейсотражает внешнее поведение объекта, описывая абстракцию поведения всех объектов данного класса. Внутренняяреализацияописывает представление этой абстракции и механизмы достижения желаемого поведения объекта. Принцип разделения интерфейса и реализации соответствует сути вещей: в интерфейсной части собрано все, что касается взаимодействия данного объекта с любыми другими объектами; реализация скрывает от других объектов все детали, не имеющие отношения к процессу взаимодействия объектов.
Модульность- это свойство системы, которая была разложена на внутренне связные, но слабо связанные между собой модули.
В процессе разделения системы на модули могут быть полезными два правила. Во-первых, поскольку модули служат в качестве элементарных и неделимых блоков программы, которые могут использоваться в системе повторно, распределение классов и объектов по модулям должно учитывать это. Во-вторых, многие компиляторы создают отдельный сегмент кода для каждого модуля. Поэтому могут появиться ограничения на размер модуля. Динамика вызовов подпрограмм и расположение описаний внутри модулей может сильно повлиять на локальность ссылок и на управление страницами виртуальной памяти. При плохом разбиении процедур по модулям учащаются взаимные вызовы между сегментами, что приводит к потере эффективности кэш-памяти и частой смене страниц.
Свести воедино столь разноречивые требования довольно трудно, но главное – это уяснить, что вычленение классов и объектов в проекте и организация модульной структуры есть независимыедействия. Процесс вычленения классов и объектов составляет часть процесса логического проектирования системы, а деление на модули - этап физического проектирования. Разумеется, иногда невозможно завершить логическое проектирование системы, не завершив физическое проектирование, и наоборот. Два этих процесса выполняются итеративно.
Иерархия- это упорядочение абстракций, расположение их по уровням.
Основными видами иерархических структур применительно к сложным системам являются структура классов (иерархия "is-a") и структура объектов (иерархия "part of").
Важным элементом объектно-ориентированных систем и основным видом иерархии "is-a" является упоминавшаяся выше концепция наследования. Наследование означает такое отношение между классами (отношение родитель/потомок), когда один класс заимствует структурную или функциональную часть одного или нескольких других классов (соответственно, одиночноеимножественное наследование). Иными словами, наследование создает такую иерархию абстракций, в которой подклассы наследуют строение от одного или нескольких суперклассов. Часто подкласс достраивает или переписывает компоненты вышестоящего класса.
Если иерархия "is а" определяет отношение "обобщение/специализация", то отношение "part of" (часть) вводит иерархию агрегации. В иерархии "part of" класс находится на более высоком уровне абстракции, чем любой из использовавшихся при его реализации.
Типизация- это способ защититься от использования объектов одного класса вместо другого, или по крайней мере управлять таким использованием.
Параллелизм- это свойство, отличающее активные объекты от пассивных.
Сохраняемость- способность объекта существовать во времени, переживая породивший его процесс, и (или) в пространстве, перемещаясь из своего первоначального адресного пространства.