Объектно-ориентированное программирование

Задачи, решаемые программистами, становятся все объемнее, поэтому новые методы программирования развиваются в сторону упрощения разработки и поддержания сложных программных продуктов. Основное направление развития – попытка приблизить программу, как реализацию алгоритма, к моделируемой области.

Паскаль позволяет обрабатывать сложные структуры данных: числа, символы, массивы, строки, множества, файлы и записи. Это обеспечивется таким свойством языка, как возможность описания комплексных совокупностей различных базовых типов. Запись, например, позволила создавать программы по формированию и обработке файлов записей различной структуры –баз данных. Алгоритмы обработки информационных полей записей формируются в виде процедур и функций, что позволяет создавать достаточно эффективные программы. Однако зачастую, обрабатывая файлы записей, не удавалось реализовать алгоритмы обработки информационных полей небольшим количеством процедур, а сами процедуры сделать более наглядными. Это привело к необходимости появления таких конструкций, которые бы характеризовались не только информационным составом, но и методами обработки информационных полей. Была создана высшая абстракция данных –объекты и новая технология программирования – объектно-ориентированное программирование.

Объектно-ориентированное программирование(ООП) является воплощением такого подхода и делает возможным построение алгоритма, исходя из описания объектов решаемой задачи. То есть основой программы становятсяобъекты, являющиеся отображением объектов описываемой модели. Далее, на основе сконструированных объектов описываются связи между ними, в результате чего получается полное описание модели. В отличие от аналогичного описания через переменные и процедуры, разбросанные по разным частям программы, объектное описание модели в программе намного нагляднее, что существенно упрощает работу с моделью. Использование таких возможностей ООП, какнаследованиеиполиморфизмприводит как к более ясному описанию самих объектов, так и к удобству их использования в программе. Объектно-ориентированный подход к ее разработке позволяет провести еесверху-вниз, описывая предметную область на языке программирования, а неснизу-вверх, создавая множество программных модулей и соединяя их для получения конечного описания модели.

Таким образом, объектно-ориентированное программирование – самая передовая технология современного программирования. Она является логическим продолжением структурного и модульного программирования. На определенном этапе развития программирования пришло понимание, что всякую сложную задачу для облегчения ее решения полезно разделить на простые подзадачи. Подпрограммы избавили программистов от необходимости вникать в подробности реализации простейших задач: после того, как соответствующая подпрограмма создана, ею можно пользоваться, не зная, как она устроена. Необходимо только быть в курсе, что делает та или иная процедура или функция. Позже эта идея получила дальнейшее развитие. Речь идет о концепции модулей.

Модуль – это отдельно компилируемый файл Паскаля, в котором могут содержаться описания констант, переменных, типов данных, структур, а также процедур и функций. ООП – результат естественной эволюции более ранних методологий программирования. Подобно тому, как подпрограмма позволяет программисту не вникать в подробности реализации простейших задач, с помощью ООП можно манипулировать данными, не зная, как эти данные организованы.

В основе объектно-ориентированного программирования лежат понятия объекта, инкапсуляции, наследования и полиморфизма.

Объекты– это сложные структуры данных, которые взаимодействуют друг с другом и окружающим миром, моделируя состояние и взаимодействие объектов реального мира. Объекты напоминают записи: они тоже включают в себя разнотипные поля. Но кроме полей, они включают процедуры и функции, использующие эти поля как глобальные параметры, то есть определяющие поведение объекта.

Инкапсуляция– это соединение данных и подпрограмм их обработки в единой структурной единице, защищающее эти данные от некорректного использования. Эта структурная единица, как уже было сказано, является сложным описанием, задающимтип(он называетсяклассом). Она позволяет использовать переменные данного класса –объекты. Представление данных скрывается внутри объектов, и они напрямую (непосредственно) недоступны пользователю. Доступ к ним (инициализация, изменение) возможен только с помощью специальных подпрограмм, образующихинтерфейскласса. Это позволяет отделить использование операций от их реализации и упрощает программирование. Мы сталкивались с такой ситуацией вмодулях, когда интерфейс и реализация подпрограмм модуля разъединены – интерфейс (Interface) открыт пользователям, а реализация подпрограмм – их текст (Implementation) – закрыт. Подпрограммы обработки данных объекта (методы) становятся такими же компонентами объекта, как и сами данные (поля). Это позволяет наделять объекты собственным поведением, реализуя их взаимодействие путем вызова интерфейсных подпрограмм.

Наследованиесостоит в том, что при определении нового класса (потомка) может быть использован другой, ранее определенный класс (предок). Наследование позволяет использовать (наследовать) поля и методы класса-родителя, не переопределяя их в классе-потомке. В нем обычно добавляются новые поля и связанные с ними методы, а также переопределяются некоторые методы класса-родителя. Наследование позволяет строить и использоватьиерархиюклассов. От библиотек подпрограмм, характерных для ранних стадий развития программирования, мы переходим к библиотекам классов.

Инкапсуляция и наследование обеспечивают свойство полиморфизмаопераций над объектами – способ выполнения операции, определенный для класса-родителя, можно изменить в классе-потомке, но реализовать методом с тем же именем. То естьполиморфизм– это существование различных реализаций одной и той же операции над данными для объектов разных классов в одной иерархии объектов. Он позволяет использовать один и тот же интерфейс для разных классов, не вникая в различия реализации операций, скрытых в классах.

Пример: создать программу, рисующую на экране точку (используется модульGraph) и перемещающую ее на некоторое расстояние.

Program Tochka;

Uses CRT, Graph;