Опубликован: 03.10.2011 | Уровень: для всех | Доступ: свободно | ВУЗ: Тверской государственный университет
Лекция 5:
Интерфейс класса
Аннотация: В предыдущих лекциях мы начали строить некоторое ПО, основываясь на существующих элементах. Теперь мы собираемся сделать нечто большее, рассмотрев, как можно использовать ранее написанные классы. Это даст возможность по-новому взглянуть на понятие класс – фундамент всего дальнейшего программирования. Мы введем в рассмотрение новые концепции – интерфейса и контракта.
Ключевые слова: подкаталог, ПО, traffic, client, supplier, interface, интерфейс, определение, браузер, меню, graphical user interface, мобильный телефон, интерфейс командной строки, GUI, акроним, API, abstract, объект, доступ, транспортная, релевантность, операции, маршрут, класс, feature, отношение, instance, generation, статический объект, динамические сущности, поиск, информация, транспортная сеть, сеть, ясность, префикс, имя класса, тип возвращаемого результата, истинностное значение, console, element, нумерация, артефакт, предусловие, неравенство, семантика, eiffel, булевский тип, целый тип, булевское выражение, вызов метода, инструментарий, систематический, документирование, постусловие, extending, инвариант, значение выражения, метод класса, логические операции, импликация
Система, содержащая примеры этой лекции, находится в подкаталоге 04_interface каталога examples ПО Traffic.
4.1. Интерфейсы
Ключевые решения, связанные с построением и использованием программных систем, включают понятие интерфейса. Определим это понятие, связывая его с понятиями "клиент" и "поставщик", имеющими самостоятельную ценность.
Определения: Клиент, Поставщик, Интерфейс
Клиентом программных механизмов (client) является система любого вида: человек; система, не являющаяся программной; элемент программной системы. Используемое клиентами ПО является для них поставщиком (supplier).
Интерфейс (interface) программных механизмов – это описание, позволяющее клиентам использовать механизмы поставщика.
Говоря неформально, интерфейс части ПО – это описание того, как остальной мир может "общаться" с этой частью ПО.
Определение говорит о "некотором интерфейсе" (an interface), а не о вполне определенном интерфейсе (the interface). Есть несколько различающихся видов интерфейса. Особенную важность представляют такие два вида, как:
- интерфейс пользователя (user interface), когда предполагаемыми клиентами являются люди, использующие ПО;
- программный интерфейс (program interface), предназначенный для клиентов, которые сами являются программными элементами.
В качестве примера интерфейса пользователя рассмотрим Web-браузер, частично показанный ниже. Его пользовательский интерфейс задает описание того, что могут люди делать, используя этот браузер. Интерфейс включает:
- спецификацию полей, в которых пользователи могут печатать собственные тексты, как, например, поле адреса в верхней части браузера;
- свойства кнопок ("Back" и др.), которые пользователи могут нажимать для получения определенного эффекта;
- соглашения для гиперссылок (щелчок левой кнопкой мыши переводит к новой странице, правой кнопкой – задает переход к меню и т.д.).
В целом, это множество правил, покрывающее взаимодействие между браузером и его пользователями.
Такой пользовательский интерфейс называется графическим, поскольку он включает картинки и другие визуальные диалоговые элементы, такие как кнопки и меню. В программировании, склонном к акронимам, такой интерфейс называют GUI (Graphical User Interface, произносится "Gooey" или просто UI – "You-I").
Другие пользовательские интерфейсы могут не включать графику, используя только текст, как в старых мобильных телефонах. Они называются текстовыми интерфейсами или интерфейсом командной строки.
Если вы имели дело с компьютерными системами, то, возможно, встречались с такими, интерфейс которых с трудом можно назвать дружественным. Вероятно, вы согласитесь, что проектирование GUI – это важная часть проектирования ПО.
Но для нашего обсуждения более важен второй вид интерфейсов – программные интерфейсы. Здесь также используется трехбуквенный акроним API (Abstract Program Interface, старая расшифровка для буквы A – "Application").
В оставшейся части лекции мы изучим, как выглядит API для важного частного случая программного элемента – класса. С этого момента мы сосредоточимся только на этом виде интерфейсов, не будем рассматривать интерфейс пользователя, так что для нас слова "интерфейс", API, "программный интерфейс" будут означать одно и то же понятие.
4.2. Классы
В предыдущем обсуждении мы определили объект как машину, позволяющую программе получать доступ и модифицировать коллекции данных. Коллекции данных, как показано в наших примерах, могут представлять:
- город, где операции доступа и модификации могли включать поиск характеристик транспортной системы, добавление новых транспортных средств. В качестве примера использовался город Париж, но можно получить объект, представляющий любой другой город, если обеспечить для него релевантные данные;
- маршрут путешествия. И снова можно иметь различные маршруты, а не только объект Route1, используемый в примерах;
- список автомобилей, остановившихся на красный свет светофора. Опять речь идет о множестве объектов;
- элементы GUI, такие как кнопки и окна на экране компьютера. Их может быть довольно много.
Внутри каждой категории объектов, например, для всех объектов, представляющих города, существует сильная схожесть. Операции, применимые к объекту Paris, будут также применимы к любому другому объекту – городу, скажем New_York или Tokyo. Эти операции не применимы к объектам другой категории, например, к объекту Route1. Аналогично операция добавления новой ветки в маршрут, допустимая для Route1, допустима и для всех других объектов, задающих маршрут.
Все это говорит нам, что объекты, с которыми мы манипулируем в наших программах, классифицируются естественным образом, составляя классы: класс, представляющий города, класс для маршрутов, класс объектов, задающих кнопки на экране, и так далее.
"Класс" на самом деле – это технический термин. Характеризует объекты данного класса общее множество применимых операций – методов (features). Отсюда следует определение:
Определение: Класс
Класс является описанием множества объектов периода выполнения, к которым применимы одни и те же методы.
В программах имена классов всегда будем писать заглавными буквами: CITY, ROUTE, CAR_LIST, WINDOW. Имена объектов всегда будут строиться из строчных букв, но если речь идет о предопределенных объектах, таких как Paris, то их имена будут начинаться с заглавной буквы.
Класс задает категорию предметов, объект представляет один из этих предметов. Следующие определения задают точное отношение между классами и объектами.
Определения: Экземпляр, Генерирующий класс
Если объект O – один из объектов, заданных классом C, то O является экземпляром (instance) класса C, и C является генерирующим классом (generating class) для O.
Класс CITY представляет все возможные города (поскольку мы решили моделировать их в нашей программе). Объект Paris обозначает экземпляр этого класса.
Отношение между классами и объектами является типичным отношением между категорией и ее членами. "Human" – это категория, описывающая людей, "Socrates" – человек, член этой категории. Моделируя эти понятия в программной системе, мы бы создали класс HUMAN, и один из объектов этого класса мог быть назван Socrates.
Существенное различие между объектами и классами проявляется в ПО. Классы являются статическими, объекты – динамическими.
- Классы существуют только как тексты программ. Как следует из определения, класс – это описание; оно задано текстом класса, программным элементом, описывающим свойства ассоциированных объектов (экземпляров класса). Программа – это коллекция, состоящая из текстов классов.
- Объекты – коллекция данных – существуют только в период выполнения программы, вы не можете видеть их в тексте программы, хотя вы, конечно же, видите их имена, такие как Paris и Route1,обозначающие объекты, которые появятся во время исполнения программы.
Как следствие, термин "объект времени выполнения", появляющийся в определении класса, является избыточным, поскольку объекты по определению могут существовать только в период выполнения ("run time"). С этого момента мы будем просто говорить "объект", не подчеркивая его динамическую сущность.
Поиск подходящих классов является центральной задачей проектирования ПО. Его цель: построить основную структуру программы – ее архитектуру. В противоположность этому, описание деталей относится к этапу, называемому реализацией (implementation).
