Введение в объектно-ориентированное программирование. Объектно-ориентированное программирование

Все языки ООП, включая С++, основаны на трех основополагающих концепциях, называемых инкапсуляцией, полиморфизмом и наследованием. Рассмотрим эти концепции.

Инкапсуляция

Инкапсуляция - это механизм, который объединяет данные и методы, манипулирующие этими данными, и защищает и то и другое от внешнего вмешательства или неправильного использования. Когда методы и данные объединяются таким способом, создается объект.

Внутри объекта данные и методы могут обладать различной степенью открытости (или доступности). От общедоступных до таких, которые доступны только из методов самого объекта. Обычно отрытые члены класса используются для того, чтобы обеспечить контролируемый интерфейс с его закрытой частью.

Наследование

Наследование – это процесс, посредством которого, один объект может приобретать свойства другого. Точнее, объект может наследовать свойства другого объекта и добавлять к ним черты, характерные только для него.

Обычно, если объекты соответствуют конкретным сущностям реального мира, то классы являются абстракциями, выступающими в роли понятий. Между классами, как между понятиями существует иерархическое отношение конкретизации, связывающее класс с надклассом. Это отношение реализуется в системах ООП механизмом наследования.

Исследователи в различных областях естествознания тратят много времени на классификацию объектов в соответствии с определенными особенностями. В этом часто помогает организация классификации в форме фамильного дерева с одной общей категорией в корне и подкатегориями, разветвляющимися на подкатегории и т.д.

Например, энтомологи классифицируют насекомых как показано на рисунке (схема очень упрощена). Внутри типа насекомых есть два деления: крылатые и бескрылые. Среди крылатых насекомых существует большее количество категорий: мотыльки, бабочки, мухи и т. д.

Такой процесс классификации называется таксономией. Это хорошая начальная метафора для понимания механизма наследования в ООП.

Пытаясь провести классификацию некоторых новых животных или объектов, мы задаем следующие вопросы: В чем сходство этого объекта с другими объектами общего класса? В чем он различия? Каждый класс имеет набор поведений и характеристик, которые его определяют. Мы начинаем с верхушки фамильного дерева образца и будем спускаться по ветвям, задавая эти вопросы на протяжении всего пути. Более высокие уровни являются более общими, а вопросы более простыми: есть крылья или нет крыльев? Каждый уровень является более специфическим, чем предыдущий уровень и менее общим.

Когда характеристика определена, все категории ниже этого определения включают эту характеристику. Поэтому, когда Вы идентифицируете насекомое как члена отряда двукрылых (мухи), то Вам не нужно указывать, что муха имеет пару крыльев. Вид "муха" наследует эту характеристику из своего отряда.

Другой пример: "дом" – это часть общего класса "строение", "строение" – часть более общего класса "конструкция", которая является частью еще более общего класса объектов, который можно назвать "созданием рук Человека". Каждый раз порожденный класс наследует все, связанное с родителем, и добавляет к ним свои собственные определяющие характеристики. Не описав такой иерархии, для каждого объекта пришлось бы задавать все характеристики, которые бы его исчерпывающе определяли.

ООП – это процесс построения иерархии классов. Одним из наиболее важных свойств, которое С++ добавляет к С, является механизм, по которому типы классов могут наследовать характеристики из более простых, общих типов. Этот механизм называется наследованием. Наследование обеспечивает общность функций, в то же время допуская столько особенностей, сколько необходимо. Если класс D наследует из класса В, то мы говорим, что D - это порожденный класс, а В - основной класс.

Без сомнения это тривиальная задача, но установить идеальную иерархию классов для определенного применения очень трудно. Таксономия насекомых развивалась сотни лет и до сих пор подвергается изменениям и саркастическим дебатам. Прежде чем Вы напишите строку С++ кода, Вы должны хорошо подумать о том, какие классы необходимы и на каком уровне. По мере того как увеличивается применение, может оказаться, что необходимы новые классы, которые фундаментально изменяют всю иерархию классов. Растущее число изготовителей поставляют C++ с совместимыми библиотеками классов. Иногда Вы сталкиваетесь с классом, который комбинирует свойства более чем одного предварительно определенного класса. Такой механизм называемый многократным наследованием, посредством которого порожденный класс может наследовать от двух или более основных классов.

Теперь настало время привести еще один совет (в дополнение к двум уже приведенным ранее) из книги Страуструпа:

"... если у двух классов есть некая общая часть, пусть она будет базовым классом. В вашей программе многие классы будут иметь нечто общее; создайте (почти) универсальный базовый класс – к его разработке отнеситесь тщательнее всего".

Полиморфизм

Слово полиморфизм греческого происхождения и означает "имеющий много форм". Полиморфизм – это свойство, которое позволяет одно и тоже имя использовать для решения нескольких технически разных задач. Применительно к ООП, целью полиморфизма, является использование одного имени для задания общих для класса действий. На практике это означает способность объектов выбирать внутреннюю процедуру (метод) исходя из типа данных, принятых в сообщении. Например, объект "Print" может получить сообщение, содержащее двоичное целое число, двоичное число с плавающей точкой или символьную строку. Имея дело с объектно-ориентированным языком, Вы вправе ожидать, что объект выполнит верные операции (или, по крайней мере, вежливо откажется от их выполнения) даже в случае, когда в момент составления программы возможность появления сообщения данного типа не предполагалась.

В более общем смысле, концепцией полиморфизма является идея "один интерфейс, множество методов". Это означает, что можно создать общий интерфейс для группы близких по смыслу действий. Преимуществом полиморфизма является то, что он помогает снижать сложность программ, разрешая использование одного интерфейса для единого класса действий. Выбор конкретного действия, в зависимости от ситуации, возлагается на компилятор.

Полиморфизм в языке С++ применим к функциям и к операциям (имеются в виду операции типа +, ==, [ ] и др.).

Т.о., полиморфизм означает присваивание действию одного имени или обозначения, которое совместно используется объектами различных типов, при этом каждый объект реализует действие способом, соответствующим его типу.

ООП = ИНКАПСУЛЯЦИЯ + НАСЛЕДОВАНИЕ + ПОЛИМОРФИЗМ и, что особенно проявляется в последнее время, ПРОГРАММИРОВАНИЕ, УПРАВЛЯЕМОЕ СОБЫТИЯМИ.

Знаете ли Вы, что диаграмма классов, Class diagram - это методология объектно-ориентированного проектирования, предназначенная для представления статической структуры модели системы в терминологии классов объектно-ориентированного программирования.

Объектно-ориентированное программирование

Введение в ООП. Основные концепции ООП

Инкапсуляция

Наследование

Полиморфизм