Кто не делится найденным, подобен свету в дупле секвойи (древняя индейская пословица)
Версия для печати
Библиографическая запись:
Основные принципы объектно-ориентированного программирования: абстрагирование, инкапсуляция, модульность, параллелизм, иерархия, полиморфизм, типизация, устойчивость. — Текст : электронный // Myfilology.ru – информационный филологический ресурс : [сайт]. – URL: https://myfilology.ru//165/yazyki-programmirovaniya-i-ix-ispolzovanie-v-informaczionnyx-sistemax/osnovnye-princzipy-obektno-orientirovannogo-programmirovaniya-abstragirovanie-inkapsulyacziya-modulnost-parallelizm-ierarxiya-polimorfizm-tipizacziya-ustojchivost/ (дата обращения: 26.04.2024)
Основные принципы объектно-ориентированного программирования: абстрагирование, инкапсуляция, модульность, параллелизм, иерархия, полиморфизм, типизация, устойчивость
Содержание
Абстрагирование
Абстракция в ООП — это использование только тех характеристик объекта, которые с достаточной точностью представляют его в данной системе. Основная идея состоит в том, чтобы представить объект минимальным набором полей и методов и при этом с достаточной точностью для решаемой задачи.
Аппарат абстракции — удобный инструмент для борьбы со сложностью реальных систем. Создавая понятие в интересах какой-либо задачи, мы отвлекаемся (абстрагируемся) от несущественных характеристик конкретных объектов, определяя только существенные характеристики. Например, в абстракции «часы» мы выделяем характеристику «показывать время», отвлекаясь от таких характеристик конкретных часов, как форма, цвет, материал, цена, изготовитель.
Абстрагирование сводится к формированию абстракций. Каждая абстракция фиксирует основные характеристики объекта, которые отличают его от других видов объектов и обеспечивают ясные понятийные границы.
Абстракция концентрирует внимание на внешнем представлении объекта, позволяет отделить основное в поведении объекта от его реализации. Абстракцию удобно строить путем выделения обязанностей объекта.
Инкапсуляция
Инкапсуляция — процесс разделения элементов абстракций, определяющих ее структуру (данные) и поведение (методы); инкапсуляция предназначена для изоляции контрактных обязательств абстракции (протокол/интерфейс) от их реализации. На практике это означает, что класс должен состоять из двух частей: интерфейса и реализации. В реализации большинства языков программирования (C++, C#, Java и другие), обеспечивает механизм сокрытия, позволяющий разграничивать доступ к различным частям компонента.
Инкапсуляция и абстракция — взаимодополняющие понятия: абстракция выделяет внешнее поведение объекта, а инкапсуляция содержит и скрывает реализацию, которая обеспечивает это поведение. Инкапсуляция достигается с помощью информационной закрытости. Обычно скрываются структура объектов и реализация их методов.
Инкапсуляция является процессом разделения элементов абстракции на секции с различной видимостью. Инкапсуляция служит для отделения интерфейса абстракции от ее реализации.
В общем случае в разных языках программирования термин «инкапсуляция» относится к одной или обеим одновременно следующим нотациям:
- механизм языка, позволяющий ограничить доступ одних компонентов программы к другим;
- языковая конструкция, позволяющая связать данные с методами, предназначенными для обработки этих данных.
Слово «инкапсуляция» происходит от латинского in capsula — «размещение в оболочке». Таким образом, инкапсуляцию можно интуитивно понимать как изоляцию, закрытие чего-либо инородного с целью исключения влияния на окружающее, обеспечение доступности главного, выделение основного содержания путём помещения всего мешающего, второстепенного в некую условную капсулу (чёрный ящик).
Наследование
Наследование — концепция объектно-ориентированного программирования, согласно которой абстрактный тип данных может наследовать данные и функциональность некоторого существующего типа, способствуя повторному использованию компонентов программного обеспечения.
Модульность
Модульное программирование — это организация программы как совокупности небольших независимых блоков, называемых модулями, структура и поведение которых подчиняются определённым правилам Использование модульного программирования позволяет упростить тестирование программы и обнаружение ошибок. Аппаратно-зависимые подзадачи могут быть строго отделены от других подзадач, что улучшает мобильность создаваемых программ. Модуль — функционально законченный фрагмент программы. Во многих языках (но далеко не обязательно) оформляется в виде отдельного файла с исходным кодом или поименованной непрерывной её части. Некоторые языки предусматривают объединение модулей в пакеты (Ada 95).
В языках C++, Object Pascal, Ada 95 абстракции классов и объектов формируют логическую структуру системы. При производстве физической структуры эти абстракции помещаются в модули. В больших системах, где классов сотни, модули помогают управлять сложностью. Модули служат физическими контейнерами, в которых объявляются классы и объекты логической разработки. Модульность определяет способность системы подвергаться декомпозиции на ряд сильно связанных и слабо сцепленных модулей.
Общая цель декомпозиции на модули: уменьшение сроков разработки и стоимости ПС за счет выделения модулей, которые проектируются и изменяются независимо. Каждая модульная структура должна быть достаточно простой, чтобы быть полностью понятой. Изменение реализации модулей должно проводиться без знания реализации других модулей и без влияния на их поведение. Определение классов и объектов выполняется в ходе логической разработки, а определение модулей — в ходе физической разработки системы. Эти действия сильно взаимосвязаны, осуществляются итеративно.
Принцип модульности является средством упрощения задачи проектирования программного обеспечения (ПО) и распределения процесса разработки между группами разработчиков. При разбиении ПО на модули для каждого модуля указывается реализуемая им функциональность, а также связи с другими модулями. Удобство использования модульной архитектуры заключается в возможности обновления (замены) модуля, без необходимости изменения остальной системы. Роль модулей могут играть структуры данных, библиотеки функций, классы, сервисы и др. программные единицы, реализующие некоторую функциональность и предоставляющие интерфейс к ней. Программный код часто разбивается на несколько файлов, каждый из которых компилируется отдельно от остальных. Такая модульность программного кода позволяет значительно уменьшить время перекомпиляции при изменениях, вносимых лишь в небольшое количество исходных файлов, и упрощает групповую разработку. Также это возможность замены отдельных компонентов (таких как jar-файлы, so или dll библиотеки) конечного программного продукта, без необходимости пересборки всего проекта (например, разработка плагинов к уже готовой программе).
Параллелизм
Параллелизм — это свойство систем, при котором несколько вычислений выполняются одновременно, и при этом, возможно, взаимодействуют друг с другом. Вычисления могут выполняться на нескольких ядрах одного чипа с вытесняющим разделением времени потоков на одном процессоре, либо выполняться на физически отдельных процессорах. Параллелизм может быть осуществлен путем квантования процессорного времени или одновременного выполнения двух или более потоков.
Иерархия
Иерархическая организация — формирование из абстракций иерархической структуры. Определением иерархии в проекте упрощаются понимание проблем заказчика и их реализация — сложная система становится обозримой человеком. Иерархическая организация задает размещение абстракций на различных уровнях описания системы. Двумя важными инструментами иерархической организации в объектно-ориентированных системах являются:
- структура из классов («is a»-иерархия);
- структура из объектов («part of»-иерархия).
Чаще всего «is а»-иерархическая структура строится с помощью наследования. Наследование определяет отношение между классами, где класс разделяет структуру или поведение, определенные в одном другом (единичное наследование) или в нескольких других (множественное наследование) классах.
Полиморфизм
Полиморфизм — возможность с помощью одного имени обозначать операции из различных классов (но относящихся к общему суперклассу). Вызов обслуживания по полиморфному имени приводит к исполнению одной из некоторого набора операций.
Принципиальная возможность для одного и того же кода обрабатывать данные разных типов определяется свойствами системы типов языка. С этой точки зрения различают статическую неполиморфную типизацию (потомки Алгола и BCPL), динамическую типизацию (потомки Lisp, Smalltalk, APL) и статическую полиморфную типизацию (потомки ML). Использование ad-hoc-полиморфизма наиболее характерно для неполиморфной типизации. Параметрический полиморфизм и динамическая типизация намного существеннее, чем ad-hoc-полиморфизм, повышают коэффициент повторного использования кода, поскольку определённая единственный раз функция реализует без дублирования заданное поведение для бесконечного множества вновь определяемых типов, удовлетворяющих требуемым в функции условиям. С другой стороны, временами возникает необходимость обеспечить различное поведение функции в зависимости от типа параметра, и тогда необходимым оказывается специальный полиморфизм. Параметрический полиморфизм является синонимом абстракции типа. Он повсеместно используется в функциональном программировании, где он обычно обозначается просто как «полиморфизм». В сообществе объектно-ориентированного программирования под термином «полиморфизм» обычно подразумевают наследование, а использование параметрического полиморфизма называют обобщённым программированием, или иногда «статическим полиморфизмом».
Типизация
Система типов — совокупность правил в языках программирования, назначающих свойства, именуемые типами, различным конструкциям, составляющим программу — таким как переменные, выражения, функции или модули. Основная роль системы типов заключается в уменьшении числа багов в программах посредством определения интерфейсов между различными частями программы и последующей проверки согласованности взаимодействия этих частей. Эта проверка может происходить статически (на стадии компиляции) или динамически (во время выполнения), а также быть комбинацией обоих видов.
Контроль типов означает проверку того, что каждая операция, выполняемая в программе, получает правильное количество аргументов правильного типа.
Типизация — способ защититься от использования объектов одного класса вместо другого, или, по крайней мере, управлять таким использованием.
Пример простой системы типов можно видеть в языке Си. Части программы на Си оформляются в виде определений функций. Функции вызывают друг друга. Интерфейс функции задаёт имя функции и список значений, которые передаются её телу. Вызывающая функция постулирует имя функции, которую хочет вызвать, и имена переменных, хранящих значения, которые требуется передать. Во время исполнения программы значения помещаются во временное хранилище, и затем исполнение передаётся в тело вызываемой функции. Код вызываемой функции осуществляет доступ к значениям и использует их. Если инструкции в теле функции написаны в предположении, что им на обработку должно быть передано целое значение, но вызывающий код передал число с плавающей точкой, то вызванная функция вычислит неверный результат. Компилятор Си проверяет типы, заданные для каждой переданной переменной, в отношении к типам, заданным для каждой переменной в интерфейсе вызываемой функции. Если типы не совпадают, компилятор порождает ошибку времени компиляции. Технически, система типов назначает тип каждому вычисленному значению и затем, отслеживая последовательность этих вычислений, предпринимает попытку проверить или доказать отсутствие ошибок согласования типов. Конкретная система типов может определять, что именно приводит к ошибке, но обычно целью является предотвращение того, чтобы операции, предполагающие определённые свойства своих параметров, получали параметры, для которых эти операции не имеют смысла — предотвращение логических ошибок. Дополнительно это также предотвращает ошибки адресации памяти. Системы типов обычно определяются как часть языков программирования и встраиваются в их интерпретаторы и компиляторы. Однако система типов языка может быть расширена посредством специальных инструментов, осуществляющих дополнительные проверки на основе исходного синтаксиса типизации в языке.
Если мы можем при помощи статического контроля обнаружить все без исключения ошибки определения типов в программе на данном языке, то такой язык называется сильно типизированным. Вообще говоря, строгий контроль типов является некоторой гарантией отсутствия соответствующих ошибок в программе. Мы называем функцию f с сигнатурой f : S —> R безопасной в отношении типа, если при вычислении этой функции результат не может выйти за пределы множества R. В случае всех операций, безопасных в отношении типа, мы знаем еще до выполнения программы, что тип результата будет правильным и что динамический контроль типов не требуется. Очевидно, если каждая операция безопасна в отношении типа, то язык в целом является сильно типизированным. Однако немногие языки соответствуют этому требованию. Например, в языке С, если X и Y принадлежат типу short (то есть короткие целые числа), то результат операций X + У или Х * Y может оказаться за пределами этого типа, вследствие чего возникнет ошибка типа. Хотя реализация в языке настоящего строгого контроля типов трудна, можно значительно приблизиться к ней, если ограничить преобразование одного типа в другой
Устойчивость
Устойчивость (сохраняемость) — 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.
Сохраняемость — это не только проблема сохранения данных. В OODB имеет смысл сохранять и классы, так, чтобы программы могли правильно интерпретировать данные. Это создает большие трудности по мере увеличения объема данных, особенно, если класс объекта вдруг потребовалось изменить.
В большинстве систем объектам при их создании отводится место в памяти, которое не изменяется и в котором объект находится всю свою жизнь. Однако для распределенных систем желательно обеспечивать возможность перенесения объектов в пространстве, так, чтобы их можно было переносить с машины на машину и даже при необходимости изменять форму представления объекта в памяти.
- Технологии разработки программного обеспечения: Учебник/ С. Орлов. — СПб.: Питер, 2002. — 464 с.
- Пратт Т., Зелковиц М. Языки программирования: разработка и реализация / Под общей ред. А. Матросова. — СПб.: Питер, 2002. — 688 с.
- Свердлов С. 3. Языки программирования и методы трансляции: Учебное пособие. — СПб.: Питер, 2007. — 638 с.
- Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на C++ / Гради Буч; Пер. с англ. под ред. И. Романовского и Ф. Андреева. - 2-е изд. - Москва : Binom ; СПб. : Нев. диалект, 1998. - 558 с.
28.05.2022, 1080 просмотров.