Лекція 2:
Тема: Об’єктно-орієнтована технологія програмування. Основні принципи і етапи об'єктно-орієнтованого програмування
План:
1. Принципи об'єктно-орієнтованого програмування.
2. Об'єктно-орієнтовані мови програмування.
3. Етапи розробки програмних систем з використанням ООП.
1. Принципи об'єктно-орієнтованого програмування
У теорії програмування ООП визначається як технологія створення складного програмного забезпечення, яка заснована на представленні програми у вигляді сукупності об'єктів, кожен з яких є екземпляром певного типу (класу), а класи утворюють ієрархію із спадкоємством властивостей.
Взаємодія програмних об'єктів в такій системі здійснюється шляхом передачі повідомлень.
Основна позитивна якість ООП - скорочення кількості міжмодульних викликів і зменшення об'ємів інформації, передаваної між модулями, в порівнянні з модульним програмуванням. Це досягається за рахунок повнішої локалізації даних і інтеграції їх з підпрограмами обробки, що дозволяє вести практично незалежну розробку окремих частин (об'єктів) програми.
Окрім цього, об'єктний підхід пропонує нові технологічні засоби розробки, такі як спадкоємство, поліморфізм, композиція, наповнення, що дозволяють конструювати складні об'єкти простіше. В результаті істотного збільшується показник повторного використання код, з'являється можливість створення бібліотек об'єктів для різних застосувань, і розробникам надаються додаткові можливості створення систем підвищеної складності.
Основний недолік ООП - деяке зниження швидкодії за рахунок складнішої організації програмної системи.
У основу ООП покладені наступні принципи: абстрагування, обмеження доступу, модульність, ієрархічність, типізація, паралелізм, стійкість.
Абстрагування - процес виділення абстракцій в наочній області завдання. Абстракція - сукупність істотних характеристик деякого об'єкту, які відрізняють його від всіх інших видів об'єктів і, таким чином, чітко визначають особливості даного об'єкту з погляду подальшого розгляду і аналізу. Сучасний рівень абстракції припускає об'єднання всіх властивостей абстракції (що як стосуються стану аналізованого об'єкту, так і визначають його поведінку) в єдину програмну одиницю якийсь абстрактний тип (клас).
Обмеження доступа- заховання окремих елементів реалізації абстракції, що не зачіпають істотних характеристик її як цілого.
Необхідність обмеження доступу припускає розмежування двох частин в описі абстракції:
інтерфейс - сукупність доступних ззовні елементів реалізації абстракції (основні характеристики стану і поведінки);
реалізація - сукупність недоступних з зовні елементів реалізації абстракції (внутрішня організація абстракції і механізми реалізації її поведінки).
Обмеження доступу в ООП дозволяє розробникові:
виконувати конструювання системи поетапно, не відволікаючись на особливості реалізації використовуваних абстракцій;
легко модифікувати реалізацію окремих об'єктів, що в правильно організованій системі не зажадає зміни інших об'єктів.
Поєднання об'єднання всіх властивостей предмету (складових його стану і поведінки) в єдину абстракцію і обмеження доступу до реалізації цих властивостей отримало назву інкапсуляції.
Модульність - принцип розробки програмної системи, що припускає реалізацію її у вигляді окремих частин (модулів). При виконанні декомпозиції системи на модулі бажано об'єднувати логічно зв'язані частини, по можливості забезпечуючи скорочення кількості зовнішніх зв'язків між модулями. Принцип успадкований від модульного програмування, проходження йому спрощує проектування і відладку програми.
Ієрархія - ранжирувана або впорядкована система абстракцій. Принцип ієрархічності припускає використання ієрархій при розробці програмних систем.
У ООП використовуються два види ієрархії:
Ієрархія «ціле/частина» - показує, що деякі абстракції включені в дану абстракцію як її частини, наприклад, лампа складається з цоколя, нитки розжарення і колби. Цей варіант ієрархії використовується в процесі розбиття системи на різних етапах проектування (на логічному рівні - при декомпозиції наочної області на об'єкти, на фізичному рівні - при декомпозиції системи на модулі і при виділенні окремих процесів в мультипроцессной системі).
Ієрархія «обще/частне» - показує, що деяка абстракція є окремим випадком іншої абстракції, наприклад, «обідній стіл -конкретний вид столу», а «столи - конкретний вид меблів». Використовується при розробці структури класів, коли складні класи будуються на базі простіших шляхом додавання до них нових характеристик і, можливо, уточнення тих, що є.
Один з найважливіших механізмів ООП - спадкоємство властивостей в ієрархії общее/частное. Спадкоємство - таке співвідношення між абстракціями, коли одна з них використовує структурну або функціональну частину іншій або декілька інших абстракцій (відповідно просте і множинне спадкоємство).
Типізація - обмеження, що накладається на властивості об'єктів і перешкоджає взаємозамінюваності абстракцій різних типів (або що сильно звужує можливість такої заміни).
Використання принципу типізації забезпечує:
раннє виявлення помилок, пов'язаних з неприпустимими операціями над програмними об'єктами (помилки виявляються на етапі компіляції програми при перевірці допустимості виконання даної операції над програмним об'єктом);
спрощення документування;
можливість генерації ефективнішої коди.
Тип може зв'язуватися з програмним об'єктом статично (тип об'єкту визначений на етапі компіляції - раннє скріплення) і динамічно (тип об'єкту визначається тільки під час виконання програми - пізнє скріплення). Реалізація пізнього скріплення в мові програмування дозволяє створювати змінні - покажчики на об'єкти, що належать різним класам (поліморфні об'єкти), що істотно розширює можливості мови.
Паралелізм - властивість декількох абстракцій одночасна знаходитися в активному стані, тобто виконувати деякі операції.
Стійкість - властивість абстракції існувати в часі незалежно від процесу, породжувача даний програмний об'єкт, і/або в просторі, переміщаючись з адресного простору, в якому він був створений.
Розрізняють:
тимчасові об'єкти, що зберігають проміжні результати деяких дій, наприклад обчислень;
локальні об'єкти, що існують усередині підпрограм, час життя яких обчислюється від виклику підпрограми до її завершення;
глобальні об'єкти, що існують поки програма завантажена в пам'ять;
сохраняемые объекты, данные которых хранятся в файлах внешней памяти между сеансами работы программы.