Технология объектно ориентированного программирования

Объектно-ориентированное программирование: на пальцах

Наста­ло вре­мя серьёз­ных тем: сего­дня рас­ска­жем про объектно-ориентированное про­грам­ми­ро­ва­ние, или ООП. Это тема для про­дви­ну­то­го уров­ня раз­ра­бот­ки, и мы хотим, что­бы вы его постиг­ли.

Из это­го тер­ми­на мож­но сде­лать вывод, что ООП — это такой под­ход к про­грам­ми­ро­ва­нию, где на пер­вом месте сто­ят объ­ек­ты. На самом деле там всё немно­го слож­нее, но мы до это­го ещё добе­рём­ся. Для нача­ла пого­во­рим про ООП вооб­ще и раз­бе­рём, с чего оно начи­на­ет­ся.

Обычное программирование (процедурное)

Чаще все­го под обыч­ным пони­ма­ют про­це­дур­ное про­грам­ми­ро­ва­ние, в осно­ве кото­ро­го — про­це­ду­ры и функ­ции. Функ­ция — это мини-программа, кото­рая полу­ча­ет на вход какие-то дан­ные, что-то дела­ет внут­ри себя и может отда­вать какие-то дан­ные в резуль­та­те вычис­ле­ний. Пред­ставь­те, что это такой кон­вей­ер, кото­рый упа­ко­ван в коро­боч­ку.

Напри­мер, в интернет-магазине может быть функ­ция «Про­ве­рить email». Она полу­ча­ет на вход какой-то текст, сопо­став­ля­ет со сво­и­ми пра­ви­ла­ми и выда­ёт ответ: это пра­виль­ный элек­трон­ный адрес или нет. Если пра­виль­ный, то true, если нет — то false.

Функ­ции полез­ны, когда нуж­но упа­ко­вать мно­го команд в одну. Напри­мер, про­вер­ка элек­трон­но­го адре­са может состо­ять из одной про­вер­ки на регу­ляр­ные выра­же­ния, а может содер­жать мно­же­ство команд: запро­сы в сло­ва­ри, про­вер­ку по базам спа­ме­ров и даже сопо­став­ле­ние с уже извест­ны­ми элек­трон­ны­ми адре­са­ми. В функ­цию мож­но упа­ко­вать любой ком­байн из дей­ствий и потом про­сто вызы­вать их все одним дви­же­ни­ем.

Что не так с процедурным программированием

Про­це­дур­ное про­грам­ми­ро­ва­ние иде­аль­но рабо­та­ет в про­стых про­грам­мах, где все зада­чи мож­но решить, гру­бо гово­ря, десят­ком функ­ций. Функ­ции акку­рат­но вло­же­ны друг в дру­га, вза­и­мо­дей­ству­ют друг с дру­гом, мож­но пере­дать дан­ные из одной функ­ции в дру­гую.

Напри­мер, вы пише­те функ­цию «Заре­ги­стри­ро­вать поль­зо­ва­те­ля интернет-магазина». Внут­ри неё вам нуж­но про­ве­рить его элек­трон­ный адрес. Вы вызы­ва­е­те функ­цию «Про­ве­рить email» внут­ри функ­ции «Заре­ги­стри­ро­вать поль­зо­ва­те­ля», и в зави­си­мо­сти от отве­та функ­ции вы либо реги­стри­ру­е­те поль­зо­ва­те­ля, либо выво­ди­те ошиб­ку. И у вас эта функ­ция встре­ча­ет­ся ещё в деся­ти местах. Функ­ции как бы пере­пле­те­ны.

Тут при­хо­дит продакт-менеджер и гово­рит: «Хочу, что­бы поль­зо­ва­тель точ­но знал, в чём ошиб­ка при вво­де элек­трон­но­го адре­са». Теперь вам нуж­но научить функ­цию выда­вать не про­сто true — false, а ещё и код ошиб­ки: напри­мер, если в адре­се опе­чат­ка, то код 01, если адрес спа­мер­ский — код 02 и так далее. Это неслож­но реа­ли­зо­вать.

Вы зале­за­е­те внутрь этой функ­ции и меня­е­те её пове­де­ние: теперь она вме­сто true — false выда­ёт код ошиб­ки, а если ошиб­ки нет — пишет «ОК».

И тут ваш код лома­ет­ся: все десять мест, кото­рые ожи­да­ли от про­ве­ряль­щи­ка true или false, теперь полу­ча­ют «ОК» и из-за это­го лома­ют­ся.

Теперь вам нуж­но:

• либо пере­пи­сы­вать все функ­ции, что­бы научить их пони­мать новые отве­ты про­ве­ряль­щи­ка адре­сов;
• либо пере­де­лать сам про­ве­ряль­щик адре­сов, что­бы он остал­ся сов­ме­сти­мым со ста­ры­ми места­ми, но в нуж­ном вам месте как-то ещё выда­вал коды оши­бок;
• либо напи­сать новый про­ве­ряль­щик, кото­рый выда­ёт коды оши­бок, а в ста­рых местах исполь­зо­вать ста­рый про­ве­ряль­щик.

Зада­ча, конеч­но, реша­е­мая за час-другой.

Но теперь пред­ставь­те, что у вас этих функ­ций — сот­ни. И изме­не­ний в них нуж­но делать десят­ки в день. И каж­дое изме­не­ние, как пра­ви­ло, застав­ля­ет функ­ции вести себя более слож­ным обра­зом и выда­вать более слож­ный резуль­тат. И каж­дое изме­не­ние в одном месте лома­ет три дру­гих места. В ито­ге у вас будут нарож­дать­ся десят­ки кло­ни­ро­ван­ных функ­ций, в кото­рых вы сна­ча­ла буде­те раз­би­рать­ся, а потом уже нет.

Это назы­ва­ет­ся спагетти-код, и для борь­бы с ним как раз при­ду­ма­ли объектно-ориентированное про­грам­ми­ро­ва­ние.

Объектно-ориентированное программирование

Основ­ная зада­ча ООП — сде­лать слож­ный код про­ще. Для это­го про­грам­му раз­би­ва­ют на неза­ви­си­мые бло­ки, кото­рые мы назы­ва­ем объ­ек­та­ми.

Объ­ект — это не какая-то кос­ми­че­ская сущ­ность. Это все­го лишь набор дан­ных и функ­ций — таких же, как в тра­ди­ци­он­ном функ­ци­о­наль­ном про­грам­ми­ро­ва­нии. Мож­но пред­ста­вить, что про­сто взя­ли кусок про­грам­мы и поло­жи­ли его в короб­ку и закры­ли крыш­ку. Вот эта короб­ка с крыш­ка­ми — это объ­ект.

Про­грам­ми­сты дого­во­ри­лись, что дан­ные внут­ри объ­ек­та будут назы­вать­ся свой­ства­ми, а функ­ции — мето­да­ми. Но это про­сто сло­ва, по сути это те же пере­мен­ные и функ­ции.

Объ­ект мож­но пред­ста­вить как неза­ви­си­мый элек­тро­при­бор у вас на кухне. Чай­ник кипя­тит воду, пли­та гре­ет, блен­дер взби­ва­ет, мясо­руб­ка дела­ет фарш. Внут­ри каж­до­го устрой­ства куча все­го: мото­ры, кон­трол­ле­ры, кноп­ки, пру­жи­ны, предо­хра­ни­те­ли — но вы о них не дума­е­те. Вы нажи­ма­е­те кноп­ки на пане­ли каж­до­го при­бо­ра, и он дела­ет то, что от него ожи­да­ет­ся. И бла­го­да­ря сов­мест­ной рабо­те этих при­бо­ров у вас полу­ча­ет­ся ужин.

Объ­ек­ты харак­те­ри­зу­ют­ся четырь­мя сло­ва­ми: инкап­су­ля­ция, абстрак­ция, насле­до­ва­ние и поли­мор­физм. Если инте­рес­но, что это такое, при­гла­ша­ем в кат:

Инкап­су­ля­ция — объ­ект неза­ви­сим: каж­дый объ­ект устро­ен так, что нуж­ные для него дан­ные живут внут­ри это­го объ­ек­та, а не где-то сна­ру­жи в про­грам­ме. Напри­мер, если у меня есть объ­ект «Поль­зо­ва­тель», то у меня в нём будут все дан­ные о поль­зо­ва­те­ле: и имя, и адрес, и всё осталь­ное. И в нём же будут мето­ды «Про­ве­рить адрес» или «Под­пи­сать на рас­сыл­ку».

Абстрак­ция — у объ­ек­та есть «интер­фейс»: у объ­ек­та есть мето­ды и свой­ства, к кото­рым мы можем обра­тить­ся извне это­го объ­ек­та. Так же, как мы можем нажать кноп­ку на блен­де­ре. У блен­де­ра есть мно­го все­го внут­ри, что застав­ля­ет его рабо­тать, но на глав­ной пане­ли есть толь­ко кноп­ка. Вот эта кноп­ка и есть абстракт­ный интер­фейс.

В про­грам­ме мы можем ска­зать: «Уда­лить поль­зо­ва­те­ля». На язы­ке ООП это будет «пользователь.удалить()» — то есть мы обра­ща­ем­ся к объ­ек­ту «поль­зо­ва­тель» и вызы­ва­ем метод «уда­лить». Кайф в том, что нам не так важ­но, как имен­но будет про­ис­хо­дить уда­ле­ние: ООП поз­во­ля­ет нам не думать об этом в момент обра­ще­ния.

Напри­мер, над мага­зи­ном рабо­та­ют два про­грам­ми­ста: один пишет модуль зака­за, а вто­рой — модуль достав­ки. У пер­во­го в объ­ек­те «заказ» есть метод «отме­нить». И вот вто­ро­му нуж­но из-за достав­ки отме­нить заказ. И он спо­кой­но пишет: «заказ.отменить()». Ему неваж­но, как дру­гой про­грам­мист будет реа­ли­зо­вы­вать отме­ну: какие он отпра­вит пись­ма, что запи­шет в базу дан­ных, какие выве­дет пре­ду­пре­жде­ния.

Насле­до­ва­ние — спо­соб­ность к копи­ро­ва­нию. ООП поз­во­ля­ет созда­вать мно­го объ­ек­тов по обра­зу и подо­бию дру­го­го объ­ек­та. Это поз­во­ля­ет не копи­па­стить код по две­сти раз, а один раз нор­маль­но напи­сать и потом мно­го раз исполь­зо­вать.

Напри­мер, у вас может быть некий иде­аль­ный объ­ект «Поль­зо­ва­тель»: в нём вы про­пи­сы­ва­е­те всё, что может про­ис­хо­дить с поль­зо­ва­те­лем. У вас могут быть свой­ства: имя, воз­раст, адрес, номер кар­ты. И могут быть мето­ды «Дать скид­ку», «Про­ве­рить заказ», «Най­ти зака­зы», «Позво­нить».

На осно­ве это­го иде­аль­но­го поль­зо­ва­те­ля вы може­те создать реаль­но­го «Поку­па­те­ля Ива­на». У него при созда­нии будут все свой­ства и мето­ды, кото­рые вы зада­ли у иде­аль­но­го поку­па­те­ля, плюс могут быть какие-то свои, если захо­ти­те.

Иде­аль­ные объ­ек­ты про­грам­ми­сты назы­ва­ют клас­са­ми.

Поли­мор­физм — еди­ный язык обще­ния. В ООП важ­но, что­бы все объ­ек­ты обща­лись друг с дру­гом на понят­ном им язы­ке. И если у раз­ных объ­ек­тов есть метод «Уда­лить», то он дол­жен делать имен­но это и писать­ся вез­де оди­на­ко­во. Нель­зя, что­бы у одно­го объ­ек­та это было «Уда­лить», а у дру­го­го «Сте­реть».

При этом внут­ри объ­ек­та мето­ды могут быть реа­ли­зо­ва­ны по-разному. Напри­мер, уда­лить товар — это выдать пре­ду­пре­жде­ние, а потом поме­тить товар в базе дан­ных как уда­лён­ный. А уда­лить поль­зо­ва­те­ля — это отме­нить его покуп­ки, отпи­сать от рас­сыл­ки и заар­хи­ви­ро­вать исто­рию его поку­пок. Собы­тия раз­ные, но для про­грам­ми­ста это неваж­но. У него про­сто есть метод «Уда­лить()», и он ему дове­ря­ет.

Такой под­ход поз­во­ля­ет про­грам­ми­ро­вать каж­дый модуль неза­ви­си­мо от осталь­ных. Глав­ное — зара­нее про­ду­мать, как моду­ли будут общать­ся друг с дру­гом и по каким пра­ви­лам. При таком под­хо­де вы може­те улуч­шить рабо­ту одно­го моду­ля, не затра­ги­вая осталь­ные — для всей про­грам­мы неваж­но, что внут­ри каж­до­го бло­ка, если пра­ви­ла рабо­ты с ним оста­лись преж­ни­ми.

Плюсы и минусы ООП

У объектно-ориентированного про­грам­ми­ро­ва­ния мно­го плю­сов, и имен­но поэто­му этот под­ход исполь­зу­ет боль­шин­ство совре­мен­ных про­грам­ми­стов.

1. Визу­аль­но код ста­но­вит­ся про­ще, и его лег­че читать. Когда всё раз­би­то на объ­ек­ты и у них есть понят­ный набор пра­вил, мож­но сра­зу понять, за что отве­ча­ет каж­дый объ­ект и из чего он состо­ит.
2. Мень­ше оди­на­ко­во­го кода. Если в обыч­ном про­грам­ми­ро­ва­нии одна функ­ция счи­та­ет повто­ря­ю­щи­е­ся сим­во­лы в одно­мер­ном мас­си­ве, а дру­гая — в дву­мер­ном, то у них боль­шая часть кода будет оди­на­ко­вой. В ООП это реша­ет­ся насле­до­ва­ни­ем.
3. Слож­ные про­грам­мы пишут­ся про­ще. Каж­дую боль­шую про­грам­му мож­но раз­ло­жить на несколь­ко бло­ков, сде­лать им мини­маль­ное напол­не­ние, а потом раз за разом подроб­но напол­нить каж­дый блок.
4. Уве­ли­чи­ва­ет­ся ско­рость напи­са­ния. На стар­те мож­но быст­ро создать нуж­ные ком­по­нен­ты внут­ри про­грам­мы, что­бы полу­чить мини­маль­но рабо­та­ю­щий про­то­тип.

А теперь про мину­сы:

1. Слож­но понять и начать рабо­тать. Под­ход ООП намно­го слож­нее обыч­но­го про­це­дур­но­го про­грам­ми­ро­ва­ния — нуж­но знать мно­го тео­рии, преж­де чем будет напи­са­на хоть одна строч­ка кода.
2. Тре­бу­ет боль­ше памя­ти. Объ­ек­ты в ООП состо­ят из дан­ных, интер­фей­сов, мето­дов и мно­го дру­го­го, а это зани­ма­ет намно­го боль­ше памя­ти, чем про­стая пере­мен­ная.
3. Ино­гда про­из­во­ди­тель­ность кода будет ниже. Из-за осо­бен­но­стей под­хо­да часть вещей может быть реа­ли­зо­ва­на слож­нее, чем мог­ла бы быть. Поэто­му быва­ет такое, что ООП-программа рабо­та­ет мед­лен­нее, чем про­це­дур­ная (хотя с совре­мен­ны­ми мощ­но­стя­ми про­цес­со­ров это мало кого вол­ну­ет).

Что дальше

Впе­ре­ди нас ждёт раз­го­вор о клас­сах, объ­ек­тах и всём осталь­ном важ­ном в ООП. Кре­пи­тесь, будет инте­рес­но!

Основные понятия в объектно-ориентированном программировании ИЛИ
моя шпаргалка по ООП

С целью освежения базовых знаний по ООП, я решила перечитать потрясающую книгу «Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений», Гради Буч

Я обожаю эту книгу, потому что она написана простым языком со знанием дела и такой любовью к программированию, что вы ее с упоением прочтете в метро. Вы будете с нетерпением ждать того момента, когда вы сможете усесться с книжечкой в поезде и взахлеб читать и пропускать свои станции.

А теперь для ленивых и для себя любимой я составила краткий конспект-шпаргалку по этой книги.

ШПАРГАЛКА ПО ООП

Объектно-ориентированное программирование или ООП — это способ создания программных компонентов, базирующихся на объектах.

Основные принципы ООП

• абстрагирование
• инкапсуляция
• модульность
• иерархия

Абстрагирование — это процесс выделения наиболее существенных характеристик некоторого объекта, отличающих его от всех других видов объектов, важных с точки зрения дальнейшего рассмотрения и анализа, и игнорирование менее важных или незначительных деталей.

Объекты и классы — основные абстракции предметной области.

Инкапсуляция — это процесс отделения друг от друга элементов объекта, определяющих его устройство и поведение; инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать контрактные обязательства абстракции от их реализации.

Модульность — это свойство системы, связанное с возможностью ее декомпозиции на ряд внутренне сильно сцепленных, но слабо связанных между собой подсистем (частей).

Модульность снижает сложность системы, позволяя выполнять независимую разработку ее отдельных частей.

Иерархия — это упорядочение абстракций, расположение их по уровням.

Типизация — способ защититься от использования объектов одного класса вместо другого, или, по крайней мере, управлять таким использованием.

Тип — точная характеристика некоторой совокупности однородных объектов, включающая структуру и поведение.

При строгой типизации (например, в языке Оберон) запрещается использование объектов неверного типа, требуется явное преобразование к нужному типу. При менее строгой типизации такого рода запреты ослаблены. В частности, допускается полиморфизм — многозначность имен. Одно из проявлений полиморфизма, использование объект подтипа (наследника) в роли объекта супертипа (предка).

Параллелизм — это свойство, отличающее активные объекты от пассивных.

Параллелизм — наличие в системе нескольких потоков управления одновременно. Объект может быть активен, т. е. может порождать отдельный поток управления. Различные объекты могут быть активны одновременно.

Сохраняемость (устойчивость) — способность объекта существовать во времени, переживая породивший его процесс, и (или) в пространстве, перемещаясь из своего первоначального адресного пространства.

Устойчивость — способность объекта сохранять свое существование во времени и/или пространстве (адресном, в частности при перемещении между узлами вычислительной системы). В частности, устойчивость объектов может быть обеспечена за счет их хранения в базе данных.

Основные понятия объектно-ориентированного подхода или элементы объектной модели

“ Объект в ООП — это сущность, способная сохранять свое состояние (информацию) и обеспечивающая набор операций (поведение) для проверки и изменения этого состояния. ”

Объект — осязаемая сущность (tangible entity) — предмет или явление (процесс), имеющие четко выраженные границы, индивидуальность и поведение.

Любой объект обладает состоянием, поведением и индивидуальностью.

Состояние объекта определяется значениями его свойств (атрибутов) и связями с другими объектами, оно может меняться со временем.

Поведение определяет действия объекта и его реакцию на запросы от других объектов. Поведение представляется с помощью набора сообщений, воспринимаемых объектом (операций, которые может выполнять объект).

Индивидуальность — это свойства объекта, отличающие его от всех других объектов.

Структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс.

Объект в JavaScript создаётся с помощью функции Object.create. Эта функция из родителя и опционального набора свойств создаёт новую сущность. Пока что мы не будем беспокоиться о параметрах.

Прототип — это объект-образец, по образу и подобию которого создаются другие объекты. Объекты-копии могут сохранять связь с родительским объектом, автоматически наследуя изменения в прототипе; эта особенность определяется в рамках конкретного языка.

Класс — это множество объектов, связанных общностью свойств, поведения, связей и семантики. Любой объект является экземпляром класса. Определение классов и объектов — одна из самых сложных задач объектно-ориентированного проектирования.

Класс (class) — это группа данных и методов(функций) для работы с этими данными. Это шаблон. Объекты с одинаковыми свойствами, то есть с одинаковыми наборами переменных состояния и методов, образуют класс.

Конструктор класса — специальный блок инструкций, вызываемый при создании объекта.

var s = new String();

Деструктор — специальный метод класса, служащий для деинициализации объекта (например освобождения памяти).

Атрибут — поименованное свойство класса, определяющее диапазон допустимых значений, которые могут принимать экземпляры данного свойства. Атрибуты могут быть скрыты от других классов, это определяет видимость атрибута: рublic (общий, открытый); private (закрытый, секретный); protected (защищенный).

Требуемое поведение системы реализуется через взаимодействие объектов. Взаимодействие объектов обеспечивается механизмом пересылки сообщений. Определенное воздействие одного объекта на другой с целью вызвать соответствующую реакцию называется операцией или посылкой сообщения. Сообщение может быть послано только вдоль соединения между объектами. В терминах программирования соединение между объектами существует, если один объект имеет ссылку на другой.

Дескриптор — это атрибут объекта со связанным поведением (англ. binding behavior), т.е. такой, чьё поведение при доступе переопределяется методами протокола дескриптора.

Операция — это услуга, которую можно запросить у любого объекта данного класса. Операции реализуют поведение экземпляров класса. Описание операции включает четыре части: имя; список параметров; тип возвращаемого значения; видимость.
Реализация операции называется методом.

Метод — это функция или процедура, принадлежащая какому-то классу или объекту.

Различают простые методы и статические методы (методы класса):

• простые методы имеют доступ к данным объекта (конкретного экземпляра данного класса),
• статические методы не имеют доступа к данным объекта и для их использования не нужно создавать экземпляры (данного класса).

Методы предоставляют интерфейс, при помощи которого осуществляется доступ к данным объекта некоторого класса, тем самым, обеспечивая инкапсуляцию данных.

В зависимости от того, какой уровень доступа предоставляет тот или иной метод, выделяют:

• открытый (public) интерфейс — общий интерфейс для всех пользователей данного класса;
• защищённый (protected) интерфейс — внутренний интерфейс для всех наследников данного класса;
• закрытый (private) интерфейс — интерфейс, доступный только изнутри данного класса.

Такое разделение интерфейсов позволяет сохранять неизменным открытый интерфейс, но изменять внутреннюю реализацию.

Полиморфизм — способность скрывать множество различных реализаций под единственным общим именем или интерфейсом.

Понятие полиморфизма может быть интерпретировано, как способность объекта принадлежать более чем одному типу.

Интерфейс — это совокупность операций, определяющих набор услуг класса или компонента. Интерфейс не определяет внутреннюю структуру, все его операции открыты.

Компонент — это относительно независимая и замещаемая часть системы, выполняющая четко определенную функцию в контексте заданной архитектуры.

Компонент представляет собой физическую реализацию проектной абстракции и может быть: компонентом исходного кода (cpp-шник); компонентом времени выполнения (dll, ActiveX и т. п.); исполняемый компонентом (exe-шник). Компонент обеспечивает физическую реализацию набора интерфейсов. Компонентная разработка (component-based development) представляет собой создание программных систем, состоящих из компонентов (не путать с объектно-ориентированным программированием (ООП).

Компонентная разработка — технология, позволяющая объединять объектные компоненты в систему.

Пакет — это общий механизм для организации элементов в группы. Это элемент модели, который может включать другие элементы. Каждый элемент модели может входить только в один пакет.

-средством организации модели в процессе разработки, повышения ее управляемости и читаемости;

-единицей управления конфигурацией.

Подсистема — это комбинация пакета (может включать другие элементы модели) и класса (обладает поведением). Подсистема реализует один или более интерфейсов, определяющих ее поведение. Она используется для представления компонента в процессе проектирования.

10 принципов ООП, о которых стоит знать каждому программисту

• Переводы, 21 мая 2019 в 10:17
• Klara Oswald

Многим опытным разработчикам, вероятно, знакома методология объектно-ориентированного программирования (ООП). Кроме известных её принципов (абстракция, инкапсуляция, полиморфизм, наследование и т. д.) существуют и другие — менее известные, но не менее важные и полезные для реализации. Некоторые из них собраны в специальный блок и известны по акрониму SOLID. Эта статья расскажет об этих и других существующих принципах объектно-ориентированной разработки и о том, какие преимущества они предлагают.

Принцип единственной ответственности (SRP)

Соответствует букве S акронима SOLID. Согласно этому принципу, не должно быть более одной причины для изменения класса, или класс должен всегда обрабатывать одну функциональность.

Основное преимущество состоит в том, что такой подход уменьшает связь между отдельным компонентом программного обеспечения и кодом. Если вы добавляете более одной функциональности в один класс, это вводит связь между двумя функциями, и даже если вы меняете только одну из них, есть шанс сломать другую, связанную с ней. Что в свою очередь требует больше раундов тестирования для избежания каких-либо неожиданностей в продакшене.

Принцип открытости/закрытости (OCP)

Соответствует букве O акронима SOLID. Принцип можно выразить так: «Классы, методы или функции должны быть открыты для расширения (добавления новой функциональности) и закрыты для модификации». Такой подход запрещает кому-либо изменять уже опробованный и протестированный код, а значит, он не ломается. В этом и состоит основное преимущество такого подхода.

Ниже приведён пример кода на Java, который нарушает этот принцип:

А вот пример после рефакторинга. Теперь соблюдается принцип открытости/закрытости: при добавлении новой реализации Shape не нужно менять код GraphicEditor .

Принцип подстановки Барбары Лисков (LSP)

Соответствует букве L акронима SOLID. Согласно этому принципу подтипы должны быть заменяемыми для супертипа. Другими словами, методы или функции, работающие с суперклассом, должны иметь возможность без проблем работать также и с его подклассами.

Ивент переехал в онлайн, есть новые даты ( 14 – 15 июля ) , Москва и онлайн, 10 750–138 000 ₽

LSP тесно связан с принципом единственной ответственности и принципом разделения интерфейса.

Если класс реализует больше функциональности, чем подкласс, то последний может не поддерживать некоторые функции и тем самым нарушает данный принцип.

Ниже приведён пример такого кода на Java:

Функция resize() провоцирует неявную ошибку при работе с экземпляром класса Square , потому что позволяет устанавливать отличные друг от друга значения ширины и высоты. Согласно принципу LSP, функции, использующие ссылки на базовые классы, должны иметь возможность использовать объекты производных классов, не зная об этом. Поэтому для корректной работы функция resize() должна проверять, является ли передаваемый объект экземпляром класса Square, и в этом случае не позволять установить разные значения ширины и высоты. Отсюда идёт нарушение принципа.

Принцип разделения интерфейса (ISP)

Соответствует букве I акронима SOLID. Этот принцип подразумевает, что интерфейс, который не используется, не должен быть реализован.

В основном это происходит, когда один интерфейс содержит несколько функциональностей, и клиенту нужна только одна из них, а другие — нет.

Написание интерфейса — сложная задача. Когда он готов, вы не сможете изменить его, не нарушив всю реализацию.

Ещё одно преимущество этого принципа в Java заключается в том, что интерфейс имеет недостаток. Необходимо сначала реализовать все методы, прежде чем какой-либо класс сможет их использовать. Поэтому наличие единственной функциональности означает меньшее количество методов для реализации.

Принцип инверсии зависимостей (DIP)

Соответствует букве D акронима SOLID. Прелесть этого принципа проектирования в том, что любой класс легко тестируется с помощью фиктивного объекта и проще в обслуживании, потому что код создания объекта централизован, а клиентский код не перегружен им.

Ниже приведён пример кода Java, который нарушает принцип инверсии зависимости:

Пример демонстрирует, что AppManager зависит от EventLogWriter . Если вам нужно использовать другой способ уведомления клиента (например push-уведомления, SMS или электронную почту), необходимо изменить класс AppManager .

Эту проблему можно решить с помощью принципа инверсии зависимостей. Вместо того, чтобы AppManager запрашивал EventLogWriter , последний следует внедрить в AppManager явно. Плюсом реализации общего интерфейса позволить внедрять любую реализацию для других способов уведомления.

Теперь перейдём к принципам, которые не входят в пятёрку SOLID, но не менее важны.

DRY (Don’t Repeat Yourself)

Переводится как «не повторяйся» и буквально означает, что нужно уходить от дублирующего кода и по возможности использовать абстракцию для общих вещей.

Если есть одинаковый блок кода в более чем двух местах, вынесите его в отдельный метод. Если вы используете жёстко запрограммированное значение более одного раза, сделайте его общедоступной константой. Преимущество этого принципа заключается в упрощении поддержки вашего кода.

Но важно не злоупотреблять этим принципом. Например, один и тот же код не подойдёт для проверки OrderId и SSN. Их форматы могут не совпадать, и на выходе функция выдаст некорректный результат. В качестве решения можно предусмотреть в методе проверку форматов для подобных наборов чисел.

Инкапсуляция изменяющегося кода

Сервисы стремительно развиваются. Продакшн подразумевает постоянные изменения кода и его поддержку. Отсюда следует второй принцип ООП — инкапсуляция кода, который с большой вероятностью будет изменён в будущем.

Преимущество этого принципа ООП заключается в том, что инкапсулированный код легко тестировать и поддерживать.

Воспользуйтесь алгоритмом, по которому переменные и методы по умолчанию имеют спецификатор private. Затем шаг за шагом увеличиваете доступ при необходимости (с private на protected, с protected на public).

Одним из вариантов инкапсуляции является Фабричный метод. Он инкапсулирует код создания объекта и обеспечивает гибкость для последующего создания новых объектов без влияния на существующий код.

Композиция вместо наследования

Существует два основных способа повторного использования кода: наследование и композиция. Оба они имеют свои преимущества и недостатки, но, как правило, предпочтение рекомендуется отдавать последнему, если это возможно. Обусловлено это тем, что композиция гибче наследования.

Композиция позволяет изменять поведение класса прямо во время выполнения через установку его свойств. Реализуя интерфейсы, вы, таким образом, используете полиморфизм, который обеспечивает более гибкую реализацию.

«Effective Java» Джошуа Блоха также советует отдавать предпочтение композиции вместо наследования. Если вы всё ещё не уверены, вы также можете посмотреть здесь, чтобы узнать, почему композиция лучше, чем наследование для повторного использования кода и его функциональности.

Программирование для интерфейса

Этот принцип подразумевает, что следует по возможности программировать для интерфейса, а не для его реализации. Это даст вам гибкий код, который может работать с любой новой реализацией интерфейса.

Другими словами, нужно использовать тип интерфейса для переменных, возвращаемых типов или типа аргумента метода. Например, использовать для хранения объекта суперкласс, а не подкласс.

Это также рекомендовано во многих книгах по Java, в том числе в Effective Java и Head First design pattern.

Ниже приведён пример для интерфейса в Java:

Принцип делегирования

Не делайте всё самостоятельно, делегируйте это в соответствующий класс. Классическим примером этого принципа являются методы equals() и hashCode() в Java. Если нужно сравнить два объекта, это действие поручается соответствующему классу вместо клиентского.

Основным преимуществом этого принципа является отсутствие дублирования кода и довольно простое изменение поведения. Этот принцип относится также к делегированию событий (событие делегируется соответствующему обработчику).

Заключение

Эти принципы разработки помогают писать гибкий код, стремящийся к высокой связности и низкому зацеплению. Как только вы это освоите, следующим шагом будет изучение шаблонов проектирования для решения общих проблем разработки приложений и программного обеспечения.

Что такое ООП на примерах. Для чайников

Наверное, в половине вакансий(если не больше), требуется знание и понимание ООП. Да, эта методология, однозначно, покорила многих программистов! Обычно понимание ООП приходит с опытом, поскольку годных и доступно изложенных материалов на данный счет практически нет. А если даже и есть, то далеко не факт, что на них наткнутся читатели. Надеюсь, у меня получится объяснить принципы этой замечательной методологии, как говорится, на пальцах.

Итак, уже в начале статьи я уже упомянул такой термин «методология». Применительно к программированию этот термин подразумевает наличие какого-либо набора способов организации кода, методов его написания, придерживаясь которых, программист сможет писать вполне годные программы.

ООП (или объектно-ориентированное программирование) представляет собой способ организации кода программы, когда основными строительными блоками программы являются объекты и классы, а логика работы программы построена на их взаимодействии.

Об объектах и классах

Класс — это такая структура данных, которую может формировать сам программист. В терминах ООП, класс состоит из полей (по-простому — переменных) и методов (по-простому — функций). И, как выяснилось, сочетание данных и функций работы над ними в одной структуре дает невообразимую мощь. Объект — это конкретный экземпляр класса. Придерживаясь аналогии класса со структурой данных, объект — это конкретная структура данных, у которой полям присвоены какие-то значения. Поясню на примере:

Допустим, нам нужно написать программу, рассчитывающую периметр и площадь треугольника, который задан двумя сторонами и углом между ними. Для написания такой программы используя ООП, нам необходимо будет создать класс (то есть структуру) Треугольник. Класс Треугольник будет хранить три поля (три переменные): сторона А, сторона Б, угол между ними; и два метода (две функции): посчитать периметр, посчитать площадь. Данным классом мы можем описать любой треугольник и вычислить периметр и площадь. Так вот, конкретный треугольник с конкретными сторонами и углом между ними будет называться экземпляром класса Треугольник. Таким образом класс — это шаблон, а экземпляр — конкретная реализация шаблона. А вот уже экземпляры являются объектами, то есть конкретными элементами, хранящими конкретные значения.

Одним из самых распространенных объектно-ориентированных языков программирования является язык java. Там без использования объектов просто не обойтись. Вот как будет выглядеть код класса, описывающего треугольник на этом языке:

Если мы внутрь класса добавим следующий код:

то программу уже можно будет запускать на выполнение. Это особенность языка java. Если в классе есть такой метод

то этот класс можно выполнять. Разберем код подробнее. Начнем со строки

Здесь мы создаем экземпляр triangle1 класса Triangle и тут же задаем ему параметры сторон и угла между ними. При этом, вызывается специальный метод, называемый конструктор и заполняет поля объекта переданными значениями в конструктор. Ну, а строки

выводят рассчитанные площадь треугольника и его периметр в консоль.

Аналогично все происходит и для второго экземпляра класса Triangle .

Понимание сути классов и конструирования конкретных объектов — это уверенный первый шаг к пониманию методологии ООП.

Еще раз, самое важное:

ООП — это способ организации кода программы;

Класс — это пользовательская структура данных, которая воедино объединяет данные и функции для работы с ними(поля класса и методы класса);

Объект — это конкретный экземпляр класса, полям которого заданы конкретные значения.

Три волшебных слова

ООП включает три ключевых подхода: наследование, инкапсуляцию и полиморфизм. Для начала, приведу определения из wikipedia:

Инкапсуляция — свойство системы, позволяющее объединить данные и методы, работающие с ними, в классе. Некоторые языки (например, С++) отождествляют инкапсуляцию с сокрытием, но большинство (Smalltalk, Eiffel, OCaml) различают эти понятия.

Наследование — свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью. Класс, от которого производится наследование, называется базовым, родительским или суперклассом. Новый класс — потомком, наследником, дочерним или производным классом.

Полиморфизм — свойство системы, позволяющее использовать объекты с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта.

Понять, что же все эти определения означают на деле достаточно сложно. В специализированных книгах, раскрывающих данную тему на каждое определение, зачастую, отводится целая глава, но, как минимум, абзац. Хотя, сути того, что нужно понять и отпечатать навсегда в своем мозге программиста совсем немного.
А примером для разбора нам будут служить фигуры на плоскости. Из школьной геометрии мы знаем, что у всех фигур, описанных на плоскости, можно рассчитать периметр и площадь. Например, для точки оба параметра равны нулю. Для отрезка мы можем вычислить лишь периметр. А для квадрата, прямоугольника или треугольника — и то, и другое. Сейчас же мы опишем эту задачу в терминах ООП. Также не лишним будет уловить цепь рассуждений, которые выливаются в иерархию классов, которая , в свою очередь, воплощается в работающий код. Поехали:

Итак, точка — это самая малая геометрическая фигура, которая является основой всех прочих построений (фигур). Поэтому именно точка выбрана в качестве базового родительского класса. Напишем класс точки на java:

У получившегося класса Point пустой конструктор, поскольку в данном примере мы работаем без конкретных координат, а оперируем только параметрами значениями сторон. Так как у точки нет никаких сторон, то и передавать ей никаких параметров не надо. Также заметим, что класс имеет методы Point::getSquare() и Point::getPerimeter() для расчета площади и периметра, оба возвращают 0. Для точки оно и логично.

Поскольку у нас точка является основой всех прочих фигур, то и классы этих прочих фигур мы наследуем от класса Point . Опишем класс отрезка, наследуемого от класса точки:

означает, что класс LineSegment наследуется от класса Point . Методы LineSegment::getSquare() и LineSegment::getPerimeter() переопределяют соответствующие методы базового класса. Площадь отрезка всегда равняется нулю, а площадь периметра равняется длине этого отрезка.

Теперь, подобно классу отрезка, опишем класс треугольника(который также наследуется от класса точки):

Тут нет ничего нового. Также, методы Triangle::getSquare() и Triangle::getPerimeter() переопределяют соответствующие методы базового класса.
Ну а теперь, собственно, тот самый код, который показывает волшебство полиморифзма и раскрывает мощь ООП:

Мы создали массив объектов класса Point , а поскольку классы LineSegment и Triangle наследуются от класса Point , то и их мы можем помещать в этот массив. Получается, каждую фигуру, которая есть в массиве figures мы можем рассматривать как объект класса Point . В этом и заключается полиморфизм: неизвестно, к какому именно классу принадлежат находящиеся в массиве figures объекты, но поскольку все объекты внутри этого массива принадлежат одному базовому классу Point , то все методы, которые применимы к классу Point также и применимы к его классам-наследникам.

Теперь о инкапсуляции. То, что мы поместили в одном классе параметры фигуры и методы расчета площади и периметра — это и есть инкапсуляция, мы инкапсулировали фигуры в отдельные классы. То, что у нас для расчета периметра используется специальный метод в классе — это и есть инкапсуляцию, мы инкапсулировали расчет периметра в метод getPerimiter() . Иначе говоря, инкапсуляция — это сокрытие реализции (пожалуй, самое короткое, и в то же время емкое определением инкапсуляции).

Основы применения объектно-ориентированного программирования

В настоящее время объектно-ориентированный подход к программированию является стандартом де-факто. Мы попытаемся проанализировать те свойства объектной модели, которые позволили ей занять лидирующую позицию в разработке ПО, и способы ее применения на практике. В данной статье приведены основные понятия объектной модели и кратко рассмотрены ее применение на разных этапах разработки ПО. В дальнейшем мы более подробно расскажем о специфике объектно-ориентированных методов спецификации, анализа и дизайна программных систем.

Что такое объектно- ориентированный подход к программированию

В сознании значительной части людей объектно-ориентированный подход к программированию ассоциируется прежде всего с языком программирования. Если проект написан на Си++, Java или Smalltalk — значит, используется объектный подход. Я бы сказал иначе: если проект пишется на Си++ или Smalltalk — значит, возможно использование объектного подхода.

Что же такое объектно-ориентированный подход к программированию? Это последовательное использование объектной модели предметной области на всех этапах разработки программного обеспечения. Ниже мы опишем основные понятия объектной модели. Эти понятия не зависят ни от языка программирования, ни от технологии разработки программных систем.

В центре объектной модели, естественно, стоит понятие объекта. Объект — это настолько общее понятие, что довольно сложно дать ему четкое и приемлемое для всех определение. Ивар Якобсон дает следующее определение: объект — это сущность, способная сохранять свое состояние (информацию) и обеспечивающая набор операций (поведение) для проверки и изменения этого состояния. Объект характеризуется набором операций и состоянием, которое сохраняет результат этих операций.

Предположим, мы разрабатываем библиотечную систему. Одним из объектов в этой системе будет читатель. Читатель характеризуется своим именем и списком книг, взятых в библиотеке. Читатель может сдать книгу или взять новую. В такой модели объект «читатель» имеет состояние описываемое, двумя атрибутами — имя (неизменяемое) и список книг (изменяемый), и совершает две операции — «сдать» и «взять». Операции соответственно изменяют список книг у данного читателя.

Целиком система будет состоять из множества объектов: читатели, книги, хранилище, библиотекарь и т. д. Эти объекты взаимодействуют между собой, посылая друг другу сообщения. Например, читатель может получить сообщение о необходимости сдать книгу (поскольку подходит к концу срок, на который она выдана) и в ответ выполнить операцию «сдать». Другим примером сообщения может быть вопрос библиотекаря к читателю: «Как Вас зовут?». Чтобы правильно отреагировать на такое сообщение, объекту «читатель» необходимо иметь операцию «назвать свое имя».

В системе обычно функционирует множество объектов одного класса. Читатели Иванов, Петров и Сидоров — экземпляры класса «читатель». Все экземпляры одного и того же класса имеют один и тот же набор операций и могут реагировать на одни и те же сообщения. Класс иногда называют типом объектов. Класс в определенном смысле соответствует понятию абстрактного типа данных, введенному в программирование довольно давно, еще в языке Модула-2.

Классы могут наследовать свойства других классов. В нашем примере два класса — «библиотекарь» и «читатель» — имеют общее. Они являются людьми, т. е. они принадлежат к классу «человек». Атрибут «имя» и операция «сказать свое имя» — свойства человека. Эти свойства унаследованы классами «библиотекарь» и «читатель» от класса «человек».

Предположим, что нашей библиотекой пользуются студенты и преподаватели университета, при этом у них немного разные права. Например, преподаватели могут одновременно брать больше книг, чем студенты. В рамках объектной модели этот факт можно отобразить следующим образом: введем два класса — «читатель-преподаватель» и «читатель-студент». Они наследуют (являются подклассами, или выведены из) класса «читатель». У них общий интерфейс — набор операций, однако действия при выполнении этих операций могут быть различны. Кроме того, при дальнейшей разработке системы нам понадобятся различные операции или атрибуты для студентов и преподавателей.

Таким образом, классы образуют иерархию, показанную на рисунке.

Различие операций «взять» и «сдать» в классах «преподаватель» и «студент» иллюстрирует еще одно важное свойство объектной модели — полиморфизм. Полиморфизм позволяет работать с неким объектом, не зная конкретного класса, к которому этот объект относится. При посылке сообщения «сдать» нам неважно, кем является данный читатель — студентом или преподавателем. Однако сама операция сдачи книг будет происходить по-разному в зависимости от того, кто этот читатель.

Объективные и субъективные проблемы большого проекта. Объектно-ориентированная модель как адекватное отображение решаемой задачи

Рассмотрим ряд типичных проблем больших проектов, которые объектно-ориентированный подход существенно упрощает.

Большая и сложная задача. Это естественно, иначе проект не был бы большим. Когда мы разрабатываем программную систему, мы разрабатываем программную модель предметной области — части реального мира. Самая большая сложность состоит в семантическом разрыве между реальностью и программой. Объектная модель уменьшает этот разрыв. Реальный мир естественно описывать как набор взаимодействующих объектов. Такое описание, с одной стороны, понятно конечному потребителю и эксперту, с другой — легко ложится на объектную модель, а следовательно, его легко реализовать.

Постоянные изменения задания. Чаще всего изменяются не сами объекты, участвующие в системе, а протоколы их взаимодействия. В этом случае основа системы остается без изменения и реализация изменений оказывается существенно проще. Если же изменения касаются какого-либо объекта, они будут локальны для данного класса.

Слишком большая длительность разработки. Объектно-ориентированный подход стимулирует многократное использование программного обеспечения. Количество существенно различных объектов не так уж и велико. Иногда можно применить имеющиеся классы в готовом виде или объекты в качестве компонентов других объектов. Механизм наследования классов позволяет использовать имеющиеся классы в качестве базовых, из которых выводятся новые, специализированные на конкретное применение. Кроме того, широкое распространение объектно-ориентированного подхода привело к огромному числу предлагаемых готовых библиотек классов, как универсального характера, так и ориентированных на различные сферы бизнеса.

Сложность сопровождения. Использование готовых, многократно проверенных классов уменьшает количество ошибок. Структура программ, основанная на объектах, отображающих объекты реального мира, уменьшает вероятность появления побочных неожиданных эффектов от изменений. Также здесь можно повторить аргументы о сравнительной простоте изменения системы.

Разумеется, все это не дается даром. При разработке системы необходимо приложить определенные усилия, особенно направленные на многократное использование кода.

И здесь опять объектная ориентация показывает свое преимущество тем, что существуют объектно-ориентированные методы для всех этапов разработки, начиная от анализа требований заказчика и кончая тестированием и поддержкой исходных текстов.

Этапы разработки и их реализация в рамках объектной модели

До появления объектной модели все шаги разработки программной системы были резко отделены друг от друга. Переход от анализа к дизайну, от дизайна к кодированию — это переход от одной модели к другой, своего рода прыжок. Такой переход требует дополнительных сил и, естественно, сопряжен с дополнительной опасностью искажения информации, внесения ошибок.

Как мы уже говорили, одним из важнейших преимуществ объектной ориентации является возможность использования одной и той же модели на всех этапах разработки. Наличие хорошо стыкующихся, а тем более одних и тех же методов анализа, дизайна и программирования упрощает весь процесс, уменьшает риск непонимания между разработчиками и тем самым ускоряет разработку и повышает качество продукта.

Анализ. Объектно-ориентированный анализ (ООА) начинается с документирования (записи) требований заказчика к системе. Важно, чтобы это описание однозначно понималось как заказчиками, так и разработчиками. Одним из наиболее широко распространенных является метод use case — метод сценариев. В нем записываются все сценарии использования будущей системы с точки зрения пользователя. Затем, на этапе анализа, эти сценарии переводят в сценарии взаимодействия объектов. Благодаря тому, что основные объекты реального мира и программной системы одни и те же, перевод будет простым и однозначным.

Существует множество методов объектно-ориентированного анализа. Пожалуй, самой интересной разработкой последнего времени является попытка создания так называемого Объединенного метода (Unitied Method). Три законодателя мод в объектно-ориентированном анализе — Grady Booch, James Rumbaugh и Ivar Jacobson — объединились под крышей компании Rational Software для того, чтобы соединить лучшее из трех ранее самостоятельных методов в один. Следует отметить, что большинство методов ООА не зависят от конкретного языка программирования. Результирующая модель одна и та же для Си++ и Smalltalk.

Дизайн. Разница между анализом и дизайном заключается в том, что в результате анализа мы описываем внешнее поведение системы, тогда как результат дизайна — спецификация того, как это поведение будет реализовано.

В объединенном методе анализ и дизайн — просто две стадии одной и той же модели с одним и тем же языком описания и одними и теми же CASE-средствами.

Уже на этапе дизайна возможно многократное использование имеющихся решений. Настоящую революцию в программировании произвело проектирование «по образцам» (Design Patterns). Образцы — это хорошо документированные, аргументированные проектные решения. Например, если в системе может существовать не более одного объекта определенного класса, можно воспользоваться образцом Singleton; если нужен объект, контролирующий доступ к другому объекту, — образцом Proxy, и т. п. Фактически образцы — это развитие понятия алгоритма, но с упором на структуру для решения определенной задачи, а не на последовательность действий.

Программирование. Наличие объектно-ориентированного дизайна существенно упрощает этап написания кода. Как мы уже отмечали, важнейшую роль играет возможность использования готовых библиотек классов. Относительная изолированность классов существенно повышает надежность тестирования.

Объектно-ориентированное программирование — не панацея

Использование самой передовой методики не гарантирует от неудач. Один из самых больших провалов в истории разработки программных комплексов — система обработки багажа в новом аэропорту города Денвера, которая задумывалась как полностью объектно-ориентированная система.

Основные проблемы объектно-ориентированной разработки — трудоемкость и сложность, особенно на начальном этапе перехода от, например, структурного программирования.

Объектно-ориентированные языки программирования сложнее процедурных. Для освоения языка Си++ требуется по крайней мере в два-три раза больше времени, чем для освоения языка Си. Библиотеки классов экономят время разработки, но опять-таки требуют времени на изучение.

Большая часть времени разработки уходит на анализ и дизайн. По многочисленным оценкам, эти стадии отнимают не менее 60% общего времени. Это часто усложняет взаимодействие с заказчиком, который хочет быть уверен, что разрабатывается именно то, что ему требуется. (На помощь приходят средства прототипирования — за недостатком места мы не можем остановиться на них подробнее.) Использование образцов дизайна требует квалификации, изучения и, следовательно, времени. То же самое относится и к методам ООА/ООД и CASE-средствам.

Тем не менее опыт показывает, что преодоление всех этих трудностей себя полностью оправдывает. Компании, переходящие на объектно-ориентированную разработку, вначале вкладывают дополнительные средства в обучение. По мере освоения новых и накопления собственного багажа проектных решений и программного обеспечения процесс разработки ускоряется и удешевляется и выгоды намного перекрывают начальные затраты.

Booch G. Object-Oriented Analisys and Design with Applications. 2nd ed. 1994.

Jacobson I. e. a. Object-Oriented Software Engineering. Addison-Wesley, 1992.

Gamma E. e. a. Design Patterns. Addison-Wesley, 1995.