Билеты ООП / 12. Структура ООП подхода(программирования)

Топология объектных и объектно-ориентированных языков. Значение абстрактных типов данных в разрешении проблемы сложности систем хорошо выразил Шанкар: "Абстрагирование, достигаемое посредством использования процедур, хорошо подходит для описания абстрактных действий, но не годится для описания абстрактных объектов. Это серьезный недостаток, так как во многих практических ситуациях сложность объектов, с которыми нужно работать, составляет основную часть сложности всей задачи".

Осознание этого влечет два важных вывода. Во-первых, возникают методы проектирования на основе потоков данных, которые вносят упорядоченность в абстракцию данных в языках, ориентированных на алгоритмы. Во-вторых, появляется теория типов, которая воплощается в таких языках, как Pascal.

На рис. 2-4 приведена топология таких языков применительно к задачам малой и средней степени сложности. Основным элементом конструкции в указанных языках служитмодуль, составленный из логически связанных классов и объектов, а не подпрограмма, как в языках первого поколения.

Рис. 2-3. Топология языков конца третьего поколения.

Другими словами: "Если процедуры и функции - глаголы, а данные - существительные, то процедурные программы строятся из глаголов, а объектно-ориентированные - из существительных". По этой же причине структура программ малой и средней сложности при объектно-ориентированном подходе представляется графом, а не деревом, как в случае алгоритмических языков. Кроме того, уменьшена или отсутствует область глобальных данных. Данные и действия организуются теперь таким образом, что основными логическими строительными блоками наших систем становятся классы и объекты, а не алгоритмы.

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, чтобы помочь разработчикам применять мощные выразительные средства объектного и объектно-ориентированного программирования, использующего в качестве блоков классы и объекты.

Но в объектной модели отражается и множество других факторов. Как показано во врезке ниже, объектный подход зарекомендовал себя как унифицирующая идея всей компьютерной науки, применимая не только в программировании, но также в проектировании интерфейса пользователя, баз данных и даже архитектуры компьютеров. Причина такой широты в том, что ориентация на объекты позволяет нам справляться со сложностью систем самой разной природы. 

Рис. 2-4. Топология малых и средних приложений в объектных и объектно-ориентированных языках.

Дополнительную информацию по ООП можно найти в 1 и 2 вопросах!

Объектно-ориентированное проектирование. Программирование прежде всего подразумевает правильное и эффективное использование механизмов конкретных языков программирования. Проектирование, напротив, основное внимание уделяет правильному и эффективному структурированию сложных систем. Мы определяем 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. Иногда мы будем использовать аббревиатуру OOD, object-oriented design, для обозначения метода объектно-ориентированного проектирования, изложенного в этой книге.

Для чего нужно объектно-ориентированное программирование?

Развитие объектно-ориентированного метода обусловлено ограниченностью других методов программирования, разработанных ранее.

Недостатки структурного программирования

В непрекращающемся процессе роста и усложнения программ стали постепенно выявляться недостатки структурного подхода к программированию. Возможно, вам приходилось слышать «страшные истории» о том, как происходит работа над программным проектом, или даже самим участвовать в создании такого проекта: задача оказывается сложнее, чем казалось, сроки сдачи проекта переносятся. Все новые и новые программисты привлекаются для работы, что резко увеличивает расходы. Окончание работы вновь переносится, и в результате проект терпит крах.

Проанализировав причины столь печальной судьбы многих проектов, можно прийти к выводу о недостаточной мощи структурного программирования: как бы эффективно ни применялся структурный подход, он не позволяет в достаточной степени упростить большие сложные программы.

В чем же недостаток процедурно-ориентированных языков? Существует две основные проблемы. Первая заключается в неограниченности доступа функций к глобальным данным. Вторая состоит в том, что разделение данных и функций, являющееся основой структурного подхода, плохо отображает картину реального мира.

Рис. 1.1. Глобальные и локальные переменные

Рис. 1.2. Процедурный подход

Большое число связей между функциями и данными, в свою очередь, порождает несколько проблем. Во-первых, усложняется структура программы. Во-вторых, в программу становится трудно вносить изменения.

Моделирование реального мира

Вторая, более важная, проблема процедурного подхода заключается в том, что отделение данных от функций оказывается малопригодным для отображения картины реального мира. В реальном мире нам приходится иметь дело с физическими объектами, такими, например, как люди или машины. Эти объекты нельзя отнести ни к данным, ни к функциям, поскольку реальные вещи представляют собой совокупность свойств и поведения.

Свойства

Примерами свойств (иногда называемых характеристиками) для людей могут являться цвет глаз или место работы; для машин — мощность двигателя и количество дверей.

Поведение

Поведение — это некоторая реакция объекта в ответ на внешнее воздействие. Например, ваш босс в ответ на просьбу о повышении может дать ответ «да» или «нет». Если вы нажмете на тормоз автомобиля, это повлечет за собой его остановку.

Таким образом, ни отдельно взятые данные, ни отдельно взятые функции не способны адекватно отобразить объекты реального мира.

Объектно-ориентированный подход

Основополагающей идеей объектно-ориентированного подхода является объединение данных и действий, производимых над этими данными, в единое целое, которое называется объектом.

Функции объекта обычно предназначены для доступа к данным объекта. Если необходимо считать какие-либо данные объекта, нужно вызвать соответствующий метод, который выполнит считывание и возвратит требуемое значение. Прямой доступ к данным невозможен. Данные сокрыты от внешнего воздействия, что защищает их от случайного изменения. Говорят, что данные и методы инкапсулированы. Термины сокрытие и инкапсуляция данных являются ключевыми в описании объектно-ориентированных языков.

Если необходимо изменить данные объекта, то, очевидно, это действие также будет возложено на методы объекта.

Типичная программа ООП состоит из совокупности объектов, взаимодействующих между собой посредством вызова методов друг друга. Структура программы приводится на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Объектно-ориентированный подход

Объектно-ориентированное программирование никак не связано с процессом выполнения программы, а является лишь способом ее организации.