Что такое классы в объектно-ориентированном программировании
Глубокое погружение в самую сложную и неинтуитивную область программирования.
В этом цикле статей мы говорим об объектно-ориентированном программировании — передовом и очень распространённом подходе к разработке. Это стоит знать всем, кто серьёзно относится к программированию и хочет зарабатывать в этой области.
Если не читали предыдущую статью, вот краткое содержание:
- ООП — это подход к программированию. Такой набор практик и принципов, которыми пользуются хорошие разработчики. Противопоставление этому подходу — традиционное процедурное программирование.
- В процедурном программировании мы пишем функции, которые выполняют какие-то задачи. И при необходимости вызываем одни функции из других. В программе функции живут отдельно, данные — отдельно.
- Главная проблема процедурного программирования — сложно писать и поддерживать большие проекты. Любой мало-мальски сложный продукт будет требовать сотен функций, которые будут связаны между собой. Получится «спагетти-код».
- В ООП функции и данные группируются в объекты. Объекты более-менее независимые и общаются друг с другом по строго определённым правилам.
- Данные в ООП хранятся внутри объектов и называются свойствами объектов. Например, у объекта user может быть свойство name со значением ‘Иван’.
- Функции в ООП тоже хранятся внутри объектов и называются методами объектов. Например, у объекта user может быть метод sendEmail(), который отправляет этому юзеру письмо.
- Можно представить, что в ООП взяли «спагетти-код» с тефтелями и разложили из огромного чана порционно по контейнерам. Теперь в каждом контейнере есть спагетти и тефтели, и каждый программист может работать над своим контейнером-объектом, а не ковыряться в общем чане со спагетти.
Одно из преимуществ ООП — не нужно много раз писать один и тот же код. Можно однажды придумать какую-то красивую штуку и потом заново её использовать буквально одной строкой. Для этого и нужны классы.
Что за классы
Вот одно из формальных определений класса: «Класс — это элемент ПО, описывающий абстрактный тип данных и его частичную или полную реализацию»
Если более по-русски, то класс — это шаблон кода, по которому создаётся какой-то объект. Это как рецепт приготовления блюда или инструкция по сборке мебели: сам по себе класс ничего не делает, но с его помощью можно создать новый объект и уже его использовать в работе.
Если пока непонятно, погружайтесь в пример:
Призовём на помощь силу примеров и поговорим про сотовые телефоны.
Допустим, вы делаете мобильники и хотите выпустить на рынок новую модель. Чтобы люди могли сразу пользоваться вашим устройством и быстро к нему привыкли, у телефона должен быть экран, кнопки включения и громкости, камеры спереди и сзади, разъём для зарядки и слот для сим-карты.
Но одного железа недостаточно — нужно соединить его между собой так, чтобы всё работало без сбоёв. Кроме этого, нужно предусмотреть, что происходит при нажатии на кнопки, что выводится на экран и как пользователь будет управлять этим телефоном.
Следующий этап — описать каждую деталь, из которой состоит телефон, каждую микросхему и плату, и объяснить, как детали работают друг с другом. Последний шаг — написать руководство пользователя, где будет полностью рассказано, что можно делать с телефоном, как запустить звонилку или отправить смс.
Мы только что сделали новый класс для телефона — полный набор нужных знаний, описаний, свойств и инструкций, который описывает нашу модель. Все эти инструкции и описания — это ещё не телефон, но из них этот телефон можно сделать.
В программировании у класса есть наборы данных — в нашем случае это комплектующие для телефона. Ещё есть функции для работы с классами, которые называются методами — это то, как пользователь будет работать с нашим телефоном, что он будет на нём делать и каким образом.
Классы на практике
Все примеры дальше мы будем делать на Python, потому что это стильно, модно и молодёжно. А сам Python — очень объектно-ориентированный язык, почти всё в нём — это объекты. Вот и опробуем.
Допустим, мы пишем интернет-магазин с системой скидок. Нам нужно работать с пользователями — постоянными покупателями. Пользователь у нас будет объектом: у него будет имя, возраст и адрес доставки по умолчанию. Мы заведём класс, который поможет нам инициировать нового покупателя.
class User: """Класс для всех покупателей""" user_count = 0 def __init__(name, age, adress): self.name = name self.age = age self.adress = adress user.user_count += 1 Здесь сказано: «Вот класс для покупателя. У него есть три свойства: имя, возраст и адрес». Теперь мы можем заводить новых покупателей одной строкой:
# Создаём первого покупателя
# Создаём второго покупателя
Что дальше
В следующем материале мы смоделируем реальную ситуацию: добавим программу лояльности, бонусные баллы и расскажем, как Python с этим справится. Чтобы было интереснее, будем писать код на двух языках сразу — Python и JavaScript.
В «Яндекс Практикуме» можно стать разработчиком, тестировщиком, аналитиком и менеджером цифровых продуктов. Первая часть обучения всегда бесплатная, чтобы попробовать и найти то, что вам по душе. Дальше — программы трудоустройства.
ООП с примерами (часть 1)
Волею судьбы мне приходится читать спецкурс по паттернам проектирования в вузе. Спецкурс обязательный, поэтому, студенты попадают ко мне самые разные. Конечно, есть среди них и практикующие программисты. Но, к сожалению, большинство испытывают затруднения даже с пониманием основных терминов ООП.
Для этого я постарался на более-менее живых примерах объяснить базовые понятия ООП (класс, объект, интерфейс, абстракция, инкапсуляция, наследование и полиморфизм).
Первая часть, представленная ниже, посвящена классам, объектам и интерфейсам.
Вторая часть иллюстрирует инкапсуляцию, полиморфизм и наследование
Основные понятия ООП
Класс
Представьте себе, что вы проектируете автомобиль. Вы знаете, что автомобиль должен содержать двигатель, подвеску, две передних фары, 4 колеса, и т.д. Ещё вы знаете, что ваш автомобиль должен иметь возможность набирать и сбавлять скорость, совершать поворот и двигаться задним ходом. И, что самое главное, вы точно знаете, как взаимодействует двигатель и колёса, согласно каким законам движется распредвал и коленвал, а также как устроены дифференциалы. Вы уверены в своих знаниях и начинаете проектирование.
Вы описываете все запчасти, из которых состоит ваш автомобиль, а также то, каким образом эти запчасти взаимодействуют между собой. Кроме того, вы описываете, что должен сделать пользователь, чтобы машина затормозила, или включился дальний свет фар. Результатом вашей работы будет некоторый эскиз. Вы только что разработали то, что в ООП называется класс.
Класс – это способ описания сущности, определяющий состояние и поведение, зависящее от этого состояния, а также правила для взаимодействия с данной сущностью (контракт).
С точки зрения программирования класс можно рассматривать как набор данных (полей, атрибутов, членов класса) и функций для работы с ними (методов).
С точки зрения структуры программы, класс является сложным типом данных.
В нашем случае, класс будет отображать сущность – автомобиль. Атрибутами класса будут являться двигатель, подвеска, кузов, четыре колеса и т.д. Методами класса будет «открыть дверь», «нажать на педаль газа», а также «закачать порцию бензина из бензобака в двигатель». Первые два метода доступны для выполнения другим классам (в частности, классу «Водитель»). Последний описывает взаимодействия внутри класса и не доступен пользователю.
В дальнейшем, несмотря на то, что слово «пользователь» ассоциируется с пасьянсом «Косынка» и «Microsoft Word», мы будем называть пользователями тех программистов, которые используют ваш класс, включая вас самих. Человека, который является автором класса, мы будем называть разработчиком.
Объект
Вы отлично потрудились и машины, разработанные по вашим чертежам, сходят с конвейера. Вот они, стоят ровными рядами на заводском дворе. Каждая из них точно повторяет ваши чертежи. Все системы взаимодействуют именно так, как вы спроектировали. Но каждая машина уникальна. Они все имеют номер кузова и двигателя, но все эти номера разные, автомобили различаются цветом, а некоторые даже имеют литьё вместо штампованных дисков. Эти автомобили, по сути, являются объектами вашего класса.
Объект (экземпляр) – это отдельный представитель класса, имеющий конкретное состояние и поведение, полностью определяемое классом.
Говоря простым языком, объект имеет конкретные значения атрибутов и методы, работающие с этими значениями на основе правил, заданных в классе. В данном примере, если класс – это некоторый абстрактный автомобиль из «мира идей», то объект – это конкретный автомобиль, стоящий у вас под окнами.
Интерфейс
Когда мы подходим к автомату с кофе или садимся за руль, мы начинаем взаимодействие с ними. Обычно, взаимодействие происходит с помощью некоторого набора элементов: щель для приёмки монеток, кнопка выбора напитка и отсек выдачи стакана в кофейном автомате; руль, педали, рычаг коробки переключения передач в автомобиле. Всегда существует некоторый ограниченный набор элементов управления, с которыми мы можем взаимодействовать.
Интерфейс – это набор методов класса, доступных для использования другими классами.
Очевидно, что интерфейсом класса будет являться набор всех его публичных методов в совокупности с набором публичных атрибутов. По сути, интерфейс специфицирует класс, чётко определяя все возможные действия над ним.
Хорошим примером интерфейса может служить приборная панель автомобиля, которая позволяет вызвать такие методы, как увеличение скорости, торможение, поворот, переключение передач, включение фар, и т.п. То есть все действия, которые может осуществить другой класс (в нашем случае – водитель) при взаимодействии с автомобилем.
При описании интерфейса класса очень важно соблюсти баланс между гибкостью и простотой. Класс с простым интерфейсом будет легко использовать, но будут существовать задачи, которые с помощью него решить будет не под силу. В то же время, если интерфейс будет гибким, то, скорее всего, он будет состоять из достаточно сложных методов с большим количеством параметров, которые будут позволять делать очень многое, но использование его будет сопряжено с большими сложностями и риском совершить ошибку, что-то перепутав.
Примером простого интерфейса может служить машина с коробкой-автоматом. Освоить её управление очень быстро сможет любая блондинка, окончившая двухнедельные курсы вождения. С другой стороны, чтобы освоить управление современным пассажирским самолётом, необходимо несколько месяцев, а то и лет упорных тренировок. Не хотел бы я находиться на борту Боинга, которым управляет человек, имеющий двухнедельный лётный стаж. С другой стороны, вы никогда не заставите автомобиль подняться в воздух и перелететь из Москвы в Вашингтон.