Отношение использования Отношение включения
Объект 1
Активный объект
Объект
1
Сообщение
Объект
2 Объект-посредник
Объект 2
Сообщение
Объект 3 Пассивный объект
Рис. 1.19. Типы отношений между объектами
При выполнении объектной декомпозиции устанавливаются отношения между объектами, которые бывают двух типов.
1. В случае, когда один объект передает сообщение другому, говорят, что эти объекты находятся в отношении использования (рис. 1.19), причем объект, инициирующий сообщение, называется активным, а объект, получающий сообщение – пассивным. Соответственно, отношение использования может принимать форму воздействия (активный объект воздействия на пассивный объект, передавая ему сообщение), исполнения (пассивный объект исполняет указание активного объекта) и посредничества (некоторый объект – посредник, получив сообщение от активного объекта, передает его пассивному объекту).
Если объект является результатом декомпозиции более сложного объекта, то говорят, что между этими объектами существует отношение включения – первый объект включает второй (иерархия целое/часть).
Виды операций над объектами и типы отношений между ними определяют особенности реализации объектов.
Классы
Реализация объектов, полученных в результате объектной декомпозиции, принципиально возможна на любом языке. Однако наличие специальных средств позволяет существенно упростить программирование, дополнительно обеспечивая программиста заготовками классов из библиотек и встроенными механизмами обеспечения требуемых свойств.
Классы. Для представления абстракций объектов используется специальный определяемый программистом тип данных –класс.
Класс – это структурный тип данных, который включает описание полей данных, а также процедур и функций, работающих с этими полями данных.
Объект- переменная
Объект-
Класс
абстракция Имя
Параметры
Имя Имя Методы
Состояние
Поля
Поведение Методы Имя
Параметры
Методы
Рис. 1.20. Соответствие объекта-абстракции классу и объектам-переменным
Применительно к классам такие процедуры и функции получили название методов.
Реализация объединения данных с определенными видами их обработки делает классы пригодными для описания состояния и поведения моделей реальных объектов. Совокупность полей класса определяется множеством аспектов состояния объекта с точки зрения решаемой задачи, а совокупность методов – множеством аспектов поведения объекта (рис. 1.20).
В программах используются переменные типа класса. Такие переменные принято называть объектами.
Пример 1.8. Описание класса (класс Окно). Пусть необходимо разработать класс, переменные которого используются для изображения на экране цветного прямоугольника заданного цвета и размера (рис. 1.21).
Проектируемый класс должен содержать поля для сохранения параметров окна: x1, y1, x2, y2 – координаты верхнего левого и нижнего правого углов и Color – цвет.
Пусть единственное сообщение, обрабатываемое объектом – сообщение “Нарисовать окно”. Соответственно, класс должен содержать метод, реализующий процесс рисования окна Изобразить. Поля объекта можно инициализировать при создании переменной-объекта, передав ему сообщение инициализации, включающее значение полей. Следовательно, класс должен содержать метод инициализации Инициализировать.
Окончательно получаем класс, имеющий следующую структуру:
A(x1, y1) Класс Окно :
поля
X1,
y1, X2, Y2, Color
Цвет метод Инициализировать (aX1, aY1, aX2, aY2, aColor)
метод Изобразить
B(x2, y2) Конец описания
Рис. 1. 21. Вид и параметры
окна на экране
Создавая объекты типа Окно, инициализируя их в соответствии с условием и посылая им сообщение “Нарисовать окно”, получим разные окна на экране, причем параметры этих окон будут храниться в объектах.
Каждая переменная-объект включает набор полей, объявленных в классе. Совокупность значений, содержащихся в этих полях, моделирует конкретное состояние объекта предметной области. Изменение этих значений в процессе работы отражает изменение состояния моделируемого объекта.
Воздействие на объект выполняется посредством изменения его полей или вызова его методов. Доступ к полям и методам объекта осуществляется, за исключением специальных случаев, с указанием имени объекта (при этом используют составные имена):
<имя объекта>. <имя поля> или <имя объекта>. <имя метода>.
Все методы объекта обязательно имеют доступ ко всем полям своего объекта. В рассматриваемых далее языках программирования это достигается через неявную передачу в метод специального параметра – ссылки или адреса области данных конкретного объекта (ссылка Self – в Паскале и адрес this – в C++). Таким образом, уменьшается количество параметров, явно передаваемых в метод.
Ограничение доступа. Большинство версий объектно-ориентированных языков позволяет ограничить доступ к некоторым полям и методам объекта, обеспечивающим функционирование “внутренностей” объекта. При наличии таких возможностей специальными средствами выделяют интерфейс и реализацию класса. Описание класса без учета синтаксиса конкретного языка выглядит следующим образом:
Класс <имя класса>
интерфейс
<объявление полей и методов класса.
к которым возможно обращение извне>
реализация
<объявление полей и методов класса,
к которым невозможно обращение извне>
Конец описания.
Как уже говорилось выше, объединение полей данных и процедур и функций, работающих с этими данными, в единый пакет при наличии специальных правил доступа к элементам пакета называется инкапсуляцией.
Наличие интерфейса обеспечивает уменьшение возможности “разрушения” (несанкционированного изменения значений полей) объекта извне. Сокрытие особенностей реализации, кроме того, упрощает внесение изменений в реализацию класса как в процессе отладки, так и при модификации программы. Таким образом, класс определяет существование глобальной области данных внутри объекта, доступной методам объекта. С другой стороны, доступ к объекту регламентируется и должен выполняться через специальный интерфейс (рис. 1.22).
Интерфейс
Реализация
Поля
Поля
Методы
Методы
Рис. 1.22. Интерфейс и реализация класса
Как и любая другая переменная программы, Объект должен быть размещен в памяти (создан) и удален из памяти (уничтожен). Причем создание и уничтожение объектов выполняется статически или динамически.
Статическое создание объектов выполняется в процессе компиляции программы, а статическое уничтожение – при завершении программы: объект удаляется из памяти вместе с программой.
Динамическое создание и уничтожение объектов выполняется в процессе работы программы специальными командами.
Операция создания и инициализация полей объекта получила название конструирования объекта, а операция уничтожения объекта – деструкция объекта. Соответствующие методы, ели они определены в классе, получили название конструкторов и деструкторов> Конкретные особенности этих методов в различных языках программирования будут обсуждаться в соответствующих разделах.
Пример 1.9. Сокрытие реализации класса (класс Файл – продолжение примера 1.5). В соответствии с результатами объектной декомпозиции (рис. 1.12) объект Файл должен реагировать на сообщения: “Открыть”, “Добавить запись”, “Найти запись”.
Каждое сообщение “Добавить з” должно сопровождаться передачей текста записи, состоящей из двух частей: фамилии абонента или названия организации и телефона. Сообщение “Найти запись” должно сопровождаться передачей фамилии и/или имени абонента или названия организации, по которым должен быть найден телефон.
Каждому сообщению должен соответствовать метод, объявленный в интерфейсной части класса и реализующий требуемые действия.
Метод Открыть должен выполнить открытие указанного файла для выполнения операции ввода-вывода. Операция открытия файла требует указания файловой переменной. Поскольку при выполнении операций с открытым файлом в дальнейшем должна будет использоваться та же файловая переменная, целесообразно описать ее в секции реализации класса, где она будет доступна методам данного объекта, но не доступна из других объектов программы.
Метод Добавить должен проверять наличие открытого файла и сообщать пользователю о невозможности выполнения операции с закрытым файлом. Если же файл открыт, метод должен осуществить добавление записей в файл. Для выполнения проверки необходимо хранить информацию об открытии файла, для этого можно использовать специальное поле Состояние_файла, которое также можно объявить в секции реализации.
Метод Найти также вначале должен проверить, открыт ли файл. Если файл открыт, метод выполняет поиск информации в файле.
Операции проверки открытия файла выполняются в методах Добавить и Найти идентично, их можно выделить в отдельный метод Проверка_открытия, который можно описать в секции реализации.
Для инициализации поля Состояние_файла (в исходном состоянии файл закрыт) можно использовать специальный метод, традиционно с этой целью используется конструктор. При завершении программы файл необходимо закрыть. Операция закрытия может быть описана в деструкторе.
Окончательно для реализации объекта Файл можно предложить класс следующей структуры:
Класс Файл:
интерфейс
конструктор Инициализировать;
метод Открыть (имя файла);
метод Добавить (фамилия, телефон);
метод Найти (фамилия);
деструктор Закрыть_файл;
реализация
поле файловая_переменная;
поле Состояние_файла;
метод Проверка_открытия;
Конец описания.
После определения структуры класса должны быть разработаны алгоритмы методов и назначены типы полей и передаваемых параметров.
В программе должна быть использована переменная типа Файл. Так как файл в программе используется постоянно, соответствующую переменную лучше определять статически.
Передача сообщений объекту будет реализована как вызов соответствующего метода интерфейсной части.