Введение в объектно-ориентированное программирование

Презентацию к данной работе Вы можете скачать здесь.

Объектно-ориентированное программирование (ООП) представляет собой дальнейшее развитие идей структурного программирования, основной целью которого является создание программ простой структуры. Это достигается за счет разбиения программы на максимально обособленные части.

Структурная программа состоит из совокупности подпрограмм, связанных с помощью интерфейсов. Подпрограмма работает с данными, которые либо являются локальными, либо передаются ей в качестве параметров. Каждая подпрограмма предназначена для работы с определенными типами данных. Ошибки часто связаны с тем, что в подпрограмму передаются неверные данные. Естественный путь избежать таких ошибок — связать в одно целое данные и все подпрограммы, которые предназначены для их обработки. Эта идея лежит в основе ООП: из предметной области выделяются объекты, поведение и взаимодействие которых моделируются с помощью программы.

Принципы ООП проще всего понять на примере программ моделирования. В реальном мире каждый предмет или процесс обладает набором статических и динамических характеристик, иными словами, свойствами и поведением. Поведение объекта зависит от его состояния и внешних воздействий. Например, если в объекте "автомобиль" повернуть руль, изменится положение колес, а если в баке нет бензина, автомобиль никуда не поедет.

Понятие объекта в программе совпадает с обыденным смыслом этого слова: объект представляется как совокупность данных, характеризующих его состояние, и процедур их обработки, моделирующих его поведение. Вызов процедуры часто называют посылкой сообщения объекту.

При создании объектно-ориентированной программы предметная область представляется не в виде данных и обрабатывающих эти данные подпрограмм, как при процедурном подходе, а в виде совокупности объектов. Выполнение программы состоит в том, что объекты обмениваются сообщениями. Это позволяет использовать при программировании понятия, более адекватно отражающие предметную область.

При представлении реального объекта с помощью программного необходимо выделить в первом его существенные особенности. Их список зависит от цели моделирования. Например, объект "крыса" с точки зрения ветеринара, дачника или, скажем, повара будет иметь совершенно разные характеристики. Выделение существенных с точки зрения рассмотрения свойств называется абстрагированием. Таким образом, программный объект — это абстракция.

Важным свойством объекта является его обособленность. Чтобы пользоваться подпрограммой, достаточно знать только ее заголовок (интерфейс); объект тоже используется только через интерфейс — обычно это совокупность интерфейсов его подпрограмм. Детали реализации объекта, то есть внутренние структуры данных и алгоритмы их обработки, скрыты от пользователя и недоступны для непреднамеренных изменений.

Скрытие деталей реализации называется инкапсуляцией (от слова "капсула"). Ничего сложного в этом понятии нет: ведь и в обычной жизни мы пользуемся объектами через их интерфейсы. Сколько информации пришлось бы держать в голове, если бы для просмотра новостей надо было знать устройство телевизора!

Таким образом, объект является "черным ящиком", закрытым по отношению к внешнему миру. Это позволяет представить программу в более укрупненном виде — на уровне объектов и их взаимосвязей, а следовательно, управлять большим объемом информации и успешно отлаживать более сложные программы.

Сказанное выше можно сформулировать более кратко и строго: объект — это инкапсулированная абстракция с четко определенным интерфейсом.

Инкапсуляция позволяет изменить реализацию объекта без модификации основной части программы, если его интерфейс остался прежним (например, при необходимости изменить способ хранения данных с массива на стек). Простота модификации, как уже отмечалось, является важным критерием качества программы.

Кроме того, инкапсуляция позволяет использовать объект в другом окружении и быть уверенным, что он не испортит не принадлежащие ему области памяти, а также создавать библиотеки объектов для применения во многих программах.

Каждый год в мире пишется огромное количество новых программ, и важнейшее значение приобретает возможность повторного использования кода. Для структурных программ она сильно ограничена: любую подпрограмму либо можно использовать без изменений, либо надо переписывать. Преимущество объектно-ориентированного программирования состоит в том, что для любого объекта можно определить наследников, корректирующих или дополняющих его поведение. При этом нет необходимости иметь доступ к исходному коду родительского объекта.

Наследование позволяет создавать иерархии объектов.Иерархия представляется в виде дерева, в котором более общие объекты располагаются ближе к корню, а более специализированные — на ветвях и листьях. Наследование облегчает использование библиотек объектов, поскольку программист может взять за основу объекты из библиотеки и создать их наследников с требуемыми свойствами. В Паскале любой объект может иметь одного предка и произвольное количество потомков.

Применение ООП позволяет писать гибкие, расширяемые, хорошо читаемые программы. Во многом это обеспечивается благодаря полиморфизму, под которым понимается возможность во время выполнения программы с помощью одного и того же имени выполнять разные действия или обращаться к объектам разного типа. Чаще всего понятие полиморфизма связывают с механизмом виртуальных методов.

Подводя итог сказанному выше, сформулирую преимущества ООП:

1. использование в программах понятий, более близких к предметной области;
2. более простая структура программы в результате инкапсуляции, то есть объединения свойств и поведения объекта и скрытия деталей его реализации;
3. возможность повторного использования кода за счет наследования;
4. сравнительно простая возможность модификации программы;
5. возможность создания библиотек объектов.

Эти преимущества проявляются при создании программ большого объема и классов программ. Однако создание объектно-ориентированной программы представляет собой весьма непростую задачу, поскольку в процесс добавляется этап разработки иерархии объектов, а плохо спроектированная иерархия приводит к появлению сложных и запутанных программ.

Чтобы эффективно использовать готовые объекты, необходимо освоить большой объем достаточно сложной информации. Нашу задачу облегчает то, что объектная модель Паскаля по сравнению с другими языками является упрощенной. Тем не менее на ее примере удобно изучить основные положения ООП, не увязнув в многообразии возможностей и деталей.