Создание объектов и выполняемых систем

Специфицирование корня

После короткого экскурса в принципы проектирования вернемся назад к более насущным проблемам. Один из непосредственных вопросов: а как специфицировать корневой класс и корневую процедуру системы?

Среда разработки — EiffelStudio — позволяет задать такие свойства системы. Это часть установок проекта (Project Settings), доступная в среде через меню File —> Project Settings. Детали можно увидеть в приложении EiffelStudio.

Текущий объект и теория общей относительности

Видение выполнения системы позволяет нам понять фундаментальное свойство ОО-вычислений, которое можно было бы назвать общей относительностью, если бы этот термин не был уже использован много лет назад одним из выпускников ETH^{1 На всякий случай уточню, что речь идет об Альберте Эйнштейне}. Главный вопрос: когда вы видите имя в классе, например, имя атрибута station в классе SIMPLE_STOP, то что оно означает в реальности?

В принципе, все, что нам известно, так это объявление и заголовочный комментарий:

station: STATION
  — Станция, которую представляет эта остановка.

Не настораживает "эта остановка"? В операторе, использующем атрибут, таком как sta-tion.setname ("Louvre"), у какой станции мы изменяем имя?

Ответ может быть только относительным. Атрибут ссылается на текущий объект, появляющийся только во время выполнения. Неформально с этой концепцией мы уже встречались. Теперь пора дать точное определение.

Определение: Текущий объект

Проследим за выполнением системы: корневой объект дается уже созданным; после возможного выполнения некоторых операций, в частности, создания новых объектов, может выполняться вызов, использующий в качестве цели один из созданных объектов. Он и становится на время текущим, в свою очередь, он может снова выполнить вызов на другой цели, которая и станет текущим объектом, и так далее. При завершении вызова предыдущий текущий объект восстанавливает свой статус текущего объекта.

Рис. 6.20. Схема выполнения программы

Это отвечает на вопрос, что означает имя метода, когда оно появляется в операторах или выражениях (отличных от квалифицированных вызовов, когда оно появляется после точки, как f в x.f (...)): оно обозначает метод, применимый к текущему объекту.

В классе SIMPLE_STOP любое использование station, такое как Console.show (station.name), позволяющее отобразить имя станции остановки, означает поле "station" текущего SIMPLE_STOP объекта. Все это также объясняет слово "этот", используемое в заголовочных комментариях, вроде "Станция, которую эта остановка представляет".

Это соглашение является центральным для ОО-стиля программирования. Класс описывает свойства и поведение некоторой категории объектов. Он описывает эту цель путем описания свойств и поведения типичного представителя категории: текущего объекта.

Эти наблюдения приводят нас к обобщению понятия вызова. Рассмотрим оператор или выражение с точкой:

Console.show (station.name)  — Оператор
station.name   — Выражение

В обоих случаях вызывается компонент, примененный подобно всем вызовам, к целевому объекту: объекту, обозначающему Console в первом примере, и station — во-втором. Но каков статус у самих объектов Console и station? Они также являются вызовами, целевой объект которых — текущий объект. Фактически, можно было бы писать:

Current.Console
Current. station

где, как выше было замечено, Current обозначает текущий объект. Нет необходимости, однако, использовать квалифицированную форму вызова в таких случаях; неквалифицированная форма Console и station имеет тот же самый смысл. Определения следующие:

Определения: квалифицированный и неквалифицированный вызов

Важно осознавать, что многие выражения, чей статус до сих пор был для вас непонятен, фактически являются вызовами — неквалифицированными. Разнообразные примеры появлялись многократно:

Paris, Louvre, Line8    — В классе PREVIEW (лекция 2)
south_end, north_end, i_th     — В инвариантах LINE (лекция 4)
fancy_line     — В данной лекции

Все примеры относятся к этой категории. Инвариант класса LINE устанавливает:

south_end = i_th (1)

Это означает, что южный конец текущей линии метро является первой станцией на той же линии.

В вышеприведенном определении "текущего объекта" случай 4 говорит, что операции, отличные от квалифицированных вызовов, не изменяют текущий объект. Вот что истинно для неквалифицированных вызовов: в то время как x.f (args) делает объект, присоединенный к x, новым текущим объектом на время вызова, неквалифицированный вызов в форме f(args) не является причиной смены текущего объекта. Но это вполне согласуется с тем, что неквалифицированный вызов можно записать в квалифицированной форме Current/(args), где роль цели уже играет текущий объект.

Вездесущность вызовов: псевдонимы операций

Вызовы в наших программах фундаментальны и вездесущи. Наряду с квалифицированными вызовами в нотации с точкой, ясно говорящие о том, что имеет место вызов, простая нотация, подобная Console или Paris, также является примером вызовов — неквалифицированных.

Вызовы практически присутствуют даже в более обманчивых нарядах и масках. Возьмем, например, безобидно выглядящие арифметические выражения, подобные a + b. Вы можете предположить, что уж это выражение точно не является вызовом! Эти люди, помешанные на ОО-идеях, ничего не уважают, но всему есть предел, должно же быть что-то святое в программировании. К сожалению, предела нет. Нотация a+b формально является специальной синтаксической формой, на программистском жаргоне — "синтаксическим сахаром" — записи квалифицированного вызова a.plus (b).

Соглашение просто. В классах, представляющих базисные числовые типы — возьмем для примера класс INTEGER32 из EiffelStudio, — вы сможете увидеть методы, такие как сложение, объявленные в следующем стиле:

plus alias " + "(other: INTEGER_32) INTEGER_32 
    ...Остальная часть объявления...

Спецификация alias обеспечивает необходимый синтаксический сахар, допуская форму a + b, известную как инфиксная нотация, как синоним a.plus (b) обычной ОО-нотации с точкой.

Нет смысла ограничиваться только целыми или другими базисными типами. Предложение alias можно добавлять в объявления:

• любого запроса с одним аргументом, такого как plus, допуская тем самым вызовы в инфиксной нотации, названной так потому, что знак операции разделяет операнды;
• любого запроса без аргументов, например, unary_minus alias "—", допуская вызов в префиксной нотации, скажем, — a, как синоним a.unary_minus.

Допустимо, чтобы один и тот же знак появлялся как для бинарных, так и для унарных операций. Так, знак "—" появляется в унарном и в бинарном запросе, так что можно писать a — b вместо a.minus (b).

Допустимыми в alias-определениях могут быть знаки арифметических, булевских операций, операций отношения, но не только они; разрешается использовать последовательности символов, не включающие букв, цифр, знаков подчеркивания и не конфликтующие с предопределенными элементами языка. Этот механизм особенно полезен, когда создаются классы из проблемной области со своей символикой операций, что облегчает работу экспертов по данной проблематике с программным приложением.

В последующих лекциях мы увидим другие примеры того, как ОО-механизмы отступают от традиционной нотации, добавляя синтаксический сахар — нотацию с квадратными скобками, для записи доступа к элементам массива или словаря (хеш-таблицы): your_matrix [i, j] или phone_book_entry ["Jane"], представляющим аббревиатуры для вызова запросов — your_matrix.item (i, j), и phone_book_entry.item ("Jane"). Для достижения подобного эффекта достаточно объявить в обоих примерах метод, названный item, как псевдоним: item alias "[]".

Объектно-ориентированное программирование является относительным программированием

"Общая относительность" природы ОО-программирования могла на первых порах сбивать с толку, так как не позволяла полностью понимать сами по себе программные элементы — их необходимо было интерпретировать в терминах охватывающего класса.

Я надеюсь, что теперь вы лучше понимаете картину в целом и ее влияние на написание отдельных классов. Мы отказываемся от монолитности — архитектуры "все в одной программе", в пользу децентрализованных систем, сделанных из компонентов, разрабатываемых автономно и комбинируемых многими различными способами.