Что такое объективно ориентированное программирование

23.09.202329.09.2023 admin 0 Comments

Принципы объектно-ориентированного программирования

Привет, Хабр! Меня зовут Владислав Родин. В настоящее время я являюсь руководителем курса «Архитектор высоких нагрузок» в OTUS, а также преподаю на курсах, посвященных архитектуре ПО.

Специально к старту занятий в новом потоке курса «Архитектура и шаблоны проектирования» я подготовил еще один авторский материал.

Введение

Когда речь заходит о классических паттернах проектирования, нельзя не вспомнить о самом объектно-ориентированном программировании. Ведь паттерны GoF являются паттернами именно объектно-ориентированного программирования. В функциональном же программировании есть свои собственные паттерны.

Вообще устроено все следующим образом: есть само объектно-ориентированное программирование. У него есть принципы. Из принципов объектно-ориентированного программирования следуют разобранные нам шаблоны GRASP (как вариант — SOLID принципы), из которых, в свою очередь, следуют шаблоны GoF. Из них же следует ряд интересных вещей, например, enterprise паттерны.

Объектно-ориентированная парадигма

Определение гласит, что «Объектно-ориентированное программирование – это парадигма программирования, в которой основной концепцией является понятие объекта, который отождествляется с предметной областью.»

Таким образом, система представляется в виде набора объектов предметной области, которые взаимодействуют между собой некоторым образом. Каждый объект обладает тремя cоставляющими: идентичность (identity), состояние (state) и поведение (behaviour).

Состояние объекта — это набор всех его полей и их значений.

Поведение объекта — это набор всех методов класса объекта.

Идентичность объекта — это то, что отличает один объект класса от другого объекта класса. С точки зрения Java, именно по идентичности определяется метод equals.

Принципы объектно-ориентированного программирования

Объектно-ориентированное программирование обладает рядом принципов. Представление об их количестве расходится. Кто-то утверждает, что их три (старая школа программистов), кто-то, что их четыре (новая школа программистов):

Инкапсуляция

Вопреки мнению многих собеседующихся (а иногда и собеседуемых), инкапсуляция это не «когда все поля приватные». Инкапсуляция является фундаментальнейшим принципом проектирования ПО, ее следы наблюдаются на только на уровне микро-, но и на уровне макропроектирования.

Научное определение гласит, что «Инкапсуляция – это принцип, согласно которому любой класс и в более широком смысле – любая часть системы должны рассматриваться как «черный ящик»: пользователь класса или подсистемы должен видеть только интерфейс (т.е. список декларируемых свойств и методов) и не вникать во внутреннюю реализацию.»

Таким образом, получается, что если класс A обращается к полям класса B напрямую, это приводит не к тому, что «нарушается информационная безопасность», а к тому, что класс A завязывается на внутренне устройство класса B, и попытка изменить внутреннее устройство класса B приведет к изменению класса А. Более того, класс A не просто так работает с полями класса B, он работает по некоторой бизнес-логике. То есть логика по работе с состоянием класса В лежит в классе А, и когда мы захотим переиспользовать класс В, это не удастся сделать, ведь без кусочка класса А класс В может быть бесполезным, что приведет к тому, что класс В придется отдавать вместе с классом А. Экстраполируя это на всю систему, получается, что переиспользовать можно будет только всю систему целиком.

Инкапсуляция является самым недооцененным принципом, который, к сожалению, мало кем интерпретируется правильно. Она позволяет минимизировать число связей между классами и подсистемами и, соответственно, упростить независимую реализацию и модификацию классов и подсистем.

Наследование

Наследование — это возможность порождать один класс от другого с сохранением всех свойств и методов класса-предка (суперкласса), добавляя при необходимости новые свойства и
методы.

Наследование является самым переоцененным принципом. Когда-то считалось, что «У идеального программиста дерево наследования уходит в бесконечность и заканчивается абсолютно пустым объектом», потому как когда-то люди не очень хорошо понимали то, что наследование — это способ выразить такое свойство реального мира как иерархичность, а не способ переиспользовать код, отнаследовав машину от холодильника, потому что у обоих предметов есть ручка. Наследования желательно по возможности избегать, потому что наследование является очень сильной связью. Для уменьшения количества уровней наследования рекомендуется строить дерево «снизу-вверх».

Полиморфизм

Полиморфизм — это возможность использовать классы – потомки в контексте, который был предназначен для класса – предка.

За самым садистским определением кроется возможность языка программирования для декомпозиции задачи и рефакторинга if’ов и switch’ей.

Источник

ООП с примерами (часть 1)

Волею судьбы мне приходится читать спецкурс по паттернам проектирования в вузе. Спецкурс обязательный, поэтому, студенты попадают ко мне самые разные. Конечно, есть среди них и практикующие программисты. Но, к сожалению, большинство испытывают затруднения даже с пониманием основных терминов ООП.

Для этого я постарался на более-менее живых примерах объяснить базовые понятия ООП (класс, объект, интерфейс, абстракция, инкапсуляция, наследование и полиморфизм).

Первая часть, представленная ниже, посвящена классам, объектам и интерфейсам.
Вторая часть иллюстрирует инкапсуляцию, полиморфизм и наследование

Основные понятия ООП

Класс

Представьте себе, что вы проектируете автомобиль. Вы знаете, что автомобиль должен содержать двигатель, подвеску, две передних фары, 4 колеса, и т.д. Ещё вы знаете, что ваш автомобиль должен иметь возможность набирать и сбавлять скорость, совершать поворот и двигаться задним ходом. И, что самое главное, вы точно знаете, как взаимодействует двигатель и колёса, согласно каким законам движется распредвал и коленвал, а также как устроены дифференциалы. Вы уверены в своих знаниях и начинаете проектирование.

Вы описываете все запчасти, из которых состоит ваш автомобиль, а также то, каким образом эти запчасти взаимодействуют между собой. Кроме того, вы описываете, что должен сделать пользователь, чтобы машина затормозила, или включился дальний свет фар. Результатом вашей работы будет некоторый эскиз. Вы только что разработали то, что в ООП называется класс.

Класс – это способ описания сущности, определяющий состояние и поведение, зависящее от этого состояния, а также правила для взаимодействия с данной сущностью (контракт).

С точки зрения программирования класс можно рассматривать как набор данных (полей, атрибутов, членов класса) и функций для работы с ними (методов).

С точки зрения структуры программы, класс является сложным типом данных.

В нашем случае, класс будет отображать сущность – автомобиль. Атрибутами класса будут являться двигатель, подвеска, кузов, четыре колеса и т.д. Методами класса будет «открыть дверь», «нажать на педаль газа», а также «закачать порцию бензина из бензобака в двигатель». Первые два метода доступны для выполнения другим классам (в частности, классу «Водитель»). Последний описывает взаимодействия внутри класса и не доступен пользователю.

В дальнейшем, несмотря на то, что слово «пользователь» ассоциируется с пасьянсом «Косынка» и «Microsoft Word», мы будем называть пользователями тех программистов, которые используют ваш класс, включая вас самих. Человека, который является автором класса, мы будем называть разработчиком.

Объект

Вы отлично потрудились и машины, разработанные по вашим чертежам, сходят с конвейера. Вот они, стоят ровными рядами на заводском дворе. Каждая из них точно повторяет ваши чертежи. Все системы взаимодействуют именно так, как вы спроектировали. Но каждая машина уникальна. Они все имеют номер кузова и двигателя, но все эти номера разные, автомобили различаются цветом, а некоторые даже имеют литьё вместо штампованных дисков. Эти автомобили, по сути, являются объектами вашего класса.

Объект (экземпляр) – это отдельный представитель класса, имеющий конкретное состояние и поведение, полностью определяемое классом.

Говоря простым языком, объект имеет конкретные значения атрибутов и методы, работающие с этими значениями на основе правил, заданных в классе. В данном примере, если класс – это некоторый абстрактный автомобиль из «мира идей», то объект – это конкретный автомобиль, стоящий у вас под окнами.

Интерфейс

Когда мы подходим к автомату с кофе или садимся за руль, мы начинаем взаимодействие с ними. Обычно, взаимодействие происходит с помощью некоторого набора элементов: щель для приёмки монеток, кнопка выбора напитка и отсек выдачи стакана в кофейном автомате; руль, педали, рычаг коробки переключения передач в автомобиле. Всегда существует некоторый ограниченный набор элементов управления, с которыми мы можем взаимодействовать.

Интерфейс – это набор методов класса, доступных для использования другими классами.

Очевидно, что интерфейсом класса будет являться набор всех его публичных методов в совокупности с набором публичных атрибутов. По сути, интерфейс специфицирует класс, чётко определяя все возможные действия над ним.
Хорошим примером интерфейса может служить приборная панель автомобиля, которая позволяет вызвать такие методы, как увеличение скорости, торможение, поворот, переключение передач, включение фар, и т.п. То есть все действия, которые может осуществить другой класс (в нашем случае – водитель) при взаимодействии с автомобилем.

При описании интерфейса класса очень важно соблюсти баланс между гибкостью и простотой. Класс с простым интерфейсом будет легко использовать, но будут существовать задачи, которые с помощью него решить будет не под силу. В то же время, если интерфейс будет гибким, то, скорее всего, он будет состоять из достаточно сложных методов с большим количеством параметров, которые будут позволять делать очень многое, но использование его будет сопряжено с большими сложностями и риском совершить ошибку, что-то перепутав.

Примером простого интерфейса может служить машина с коробкой-автоматом. Освоить её управление очень быстро сможет любая блондинка, окончившая двухнедельные курсы вождения. С другой стороны, чтобы освоить управление современным пассажирским самолётом, необходимо несколько месяцев, а то и лет упорных тренировок. Не хотел бы я находиться на борту Боинга, которым управляет человек, имеющий двухнедельный лётный стаж. С другой стороны, вы никогда не заставите автомобиль подняться в воздух и перелететь из Москвы в Вашингтон.

Источник

Что такое объектно-ориентированное программирование

Рассказываю об одной из важнейших парадигм в программировании.

Парадигмы программирования и их виды

Парадигма разработки – это набор правил и критериев, соблюдаемых разработчиками, чтобы выдержать конкретную стилистику и модель написания кода.

Единая парадигма помогает избегать ошибок, упрощает работу в команде и ускоряет разработку. Ориентируясь на одну парадигму, можно корректно структурировать код приложения, зная четкие правила, выбранные командой, которая работает над конкретным проектом.

Существуют различные типы парадигм, например процедурный, ориентированный на работу с функциями, или логический, подразумевающий решение базовых логических задач в духе «если А = true, то и B = true». Но есть и более интересный подход к решению задач разработки, и это ООП-парадигма.

Что такое ООП?

Объектно-ориентированное программирование, ООП – это одна из парадигм разработки, подразумевающая организацию программного кода, ориентируясь на данные и объекты, а не на функции и логические структуры.

Обычно объекты в подобном коде представляют собой полноценные блоки с данными, которые имеют определенный набор характеристик и возможностей. Объект может олицетворять что угодно – от человека с именем, фамилией, номером телефона, паролем и другой информацией до мелкой утилиты с минимумом характеристик из реального мира, но увеличенным набором функций. Объекты могут взаимодействовать друг с другом, пользователем и любыми другими компонентами программы.

ООП заставляет разработчиков фокусироваться на объектах, которыми нужно манипулировать, а не на той логике, что позволяет изменять данные и как-то с ними взаимодействовать. Такой подход хорошо работает в случае с комплексными программными решениями, требующими постоянной поддержки со стороны большого числа программистов.

Структура объектно-ориентированного программирования

Программный код, написанный с учетом принципов ООП, четко структурируется на 4 основных элементах (иногда выделяют и больше, включая в список элементов модули и другие структуры, связанные с объектно-ориентированной парадигмой, но мы обратимся к ним позже, говоря о преимущества и принципах описываемой модели).

Объекты

И хотя в структуре ООП объекты находятся не на первом месте, мы начнем с них, так как это упрощает общее понимание парадигмы.

Объект – это кусок кода, описывающий элемент с конкретным набором характеристик и функций. Например, вы делаете видеоигру, в которой есть персонаж. Ваш герой.

Этот персонаж в коде может быть отдельным объектом с такими характеристиками, как здоровье, сила, выносливость, ловкость и урон, а также функциями (методами) – это могут быть магические способности или особые приемы, используемые персонажем.

Объекты могут описывать других персонажей и средства передвижения.

Методы

Методы – это функции, описанные внутри объекта или класса. Они относятся к конкретному объекту и позволяют взаимодействовать с ними или другими частями кода. Выше мы уже затронули «способности» персонажа-объекта, вот они и являются наиболее понятным описанием методов. Когда ваш персонаж выполняет действие в игре, он задействует метод, описанный в его объекте.

Атрибуты

Атрибуты – это конкретные характеристики объекта. Если вы хоть немного знакомы с программированием, то атрибуты можно представить в виде переменных с данными. Вернувшись к примеру с игровым персонажем, в качестве атрибутов можно представить характеристики в духе уровня выносливости, скорости и других статических показателей.

Классы

Это наиболее абстрактная и обобщенная форма в ООП. Что-то в духе шаблона, на базе которого строятся другие элементы структуры кода.

Снова поясню на примере игры. В какой-нибудь онлайн-РПГ может быть куча разных героев: воины, лучники, люди, орки. Описывать каждого по отдельности сложно и нецелесообразно, ведь у них много общих характеристик и методов.

Поэтому мы можем создать класс – то есть объект, способный стать базой для других объектов. Например, класс – персонаж. Он умеет ходить, драться, имеет характеристики наподобие уровня здоровья или количества маны, то есть атрибуты, что есть у любых рас и классов в нашей РПГ. А уже человек-воин (объект) с ником Nagibator777 будет содержать более специфичные характеристики и методы, зависящие от решений игрока и других внешних факторов. Класс – это пример абстракции и наследования, упрощающий генерацию новых объектов.

На картинках и схемах эта структура выглядит куда понятнее.

Ключевые принципы ООП

Объектно-ориентированное программирование исповедует ряд принципов, лежащих в основе правил создания и использования всех структурных элементов, включая классы, объекты, методы и прочие компоненты.