5. Объектно-ориентированные языки
Инкапсуляция, наследование и полиморфизм — фундаментальные свойства, требуемые от языка, претендующего называться объектно-ориентированным. (Языки, не имеющие наследования и полиморфизма, но имеющие только классы, обычно называются основанными на классах.) Различные объектно-ориентированные языки используют совершенно разные подходы. Мы можем различать объектно-ориентированные языки, сравнивая механизм контроля типов, способность поддерживать различные программные модели и то, какие объектные модели они поддерживают. Языки объектного программирования принято делить на объектные, в которых существуют классы и объекты, и объектно-ориентированные, в которых программист может не только пользоваться предопределёнными классами, но и задавать собственные пользовательские классы (либо создавать объекты, устройство которых отличается от устройства прототипов — в языках прототипного программирования).
Объектное и объектно-ориентированное программирование возникло в результате развития идеологии процедурного программирования, где данные и подпрограммы (процедуры, функции) их обработки формально не связаны. Кроме того, в современном объектно-ориентированном программировании часто большое значение имеют понятия события (так называемое событийно-ориентированное программирование) и компонента (компонентное программирование).
Объектно-ориентированное программирование в настоящее время является абсолютным лидером в области прикладного программирования (языки Java, C#, C++, JavaScript, ActionScript и др.). В то же время в области системного программирования до сих пор лидирует парадигма процедурного программирования, и основным языком программирования является язык C. Хотя при взаимодействии системного и прикладного уровней операционных систем заметное влияние стали оказывать языки объектно-ориентированного программирования. Например, мультиплатформенным стандартом стала система Qt, написанная на языке C++.
Си++ — это универсальный язык программирования, задуманный так, чтобы сделать программирование более приятным для серьезного программиста. За исключением второстепенных деталей Си++ является надмножеством языка программирования Cи. Помимо возможностей, которые дает Cи, Си++ предоставляет гибкие и эффективные средства определения новых типов. Используя определения новых типов, точно отвечающих концепциям приложения, программист может разделять разрабатываемую программу на легко поддающиеся контролю части. Такой метод построения программ часто называют абстракцией данных. Информация о типах содержится в некоторых объектах типов, определенных пользователем. Такие объекты просты и надежны в использовании в тех ситуациях, когда их тип нельзя установить на стадии компиляции. При правильном использовании этот метод дает более короткие, проще понимаемые и легче контролируемые программы.
Первым языком программирования, в котором были предложены принципы объектной ориентированности, была Симула. В момент своего появления (в 1967 году), этот язык программирования предложил поистине революционные идеи: объекты, классы, виртуальные методы и др., однако это всё не было воспринято современниками как нечто грандиозное. Тем не менее, большинство концепций были развиты Аланом Кэйем и Дэном Ингаллсом в языке Smalltalk. Именно он стал первым широко распространённым объектно-ориентированным языком программирования.
Различаются чистые и гибридные объектно-ориентированные языки. Чистые — это те, которые позволяют использовать только одну модель программирования — объектно-ориентированную. Вы можете объявлять классы и методы, но не можете завести глобальные переменные и обычные функции и процедуры старого типа.
Среди трех наших языков, только Java(и его клон C#) является чистым объектно-ориентированным языком (как Eiffel и Smalltalk). На первый взгляд это кажется положительной идеей. Однако она ведет к тому, что вы используете кучу статических методов и статических данных, что не так уж отличается от использования глобальных функций и данных, за исключением более сложного синтаксиса. Чистые объектно-ориентированные языки дают преимущество новичкам в объектно-ориентированном программировании, потому что программист вынужден использовать (и учить) модель объектно-ориентированного программирования. C++ и Object Pascal, наоборот, — типичные примеры гибридных языков, которые позволяют программистам использовать при необходимости традиционный подход C или Pascal.
Smalltalk расширяет эту идею до уровня «обобъекчивания» таких предопределенных типов данных, как целые и символы, а также языковых конструкций (таких как циклы). Это теоретически интересно, но сильно уменьшает эффективность. Java останавливается много раньше, допуская присутствие простых не объектно-ориентированных типов данных (хотя имеются необязательные классы-обертки и для простых типов).
ООП языки программирования
Понятие об объектно-ориентированном программировании
Объектно-ориентированным называется стиль (набор принципов, парадигма) программирования, предполагающий, что предметную область удобнее всего описывать как совокупность взаимодействующих объектов. Под объектом подразумевается программная сущность, обладающая внутренними свойствами (полями) и способная выполнять связанные с ее особенностями алгоритмы (методы).
Основными свойствами ООП являются:
- инкапсуляция — описание объектов как типов данных (классов) имеющих общие поля и методы;
- наследование — создание новых классов на основе уже имеющихся; класс-потомок обладает свойствами класса-родителя и дополняет их собственными возможностями;
- полиморфизм — возможность, зная общие черты иерархии классов, ссылаться на любой из нее как на наиболее общий класс-родитель.
Рисунок 1. Свойства ООП. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Класс в ООП это «чертеж» объекта, определяющий какими полями и методами будет обладать каждый созданный в соответствии с этим описанием объект.
Объекты в концепции ООП — контейнеры для хранения и преобразования информации. Программа при этом представляет собой совокупность объектов, взаимодействующих друг с другом посредством обмена «сообщениями», т.е. вызывая методы друг друга с передачей необходимых параметров и получая возвращаемые значения, которые, в свою очередь тоже могут быть объектами.
Поля (внутренние свойства) объектов могут представлять собой как примитивы (числа, строки и т.п.), так и быть сложными объектами. Например, объект «Автомобиль» можно описать как совокупность объектов «Двигатель», «Трансмиссия», «Кузов», «Салон», «Колеса». Каждый из этих объектов сам по себе сложен. Например, в состав объекта «Двигатель» могут входить объекты «Блок цилиндров», «Поршни», «Коленвал» и т.п.
Рисунок 2. Иерархия классов пользовательского интерфейса в Java. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Разлагая предметную область на всё более элементарные объекты, программист имеет возможность преобразовать ее в совокупность простых, легко контролируемых, объединенных по естественным признакам сущностей. Составляя из них все более сложные объекты, можно добиться уровня абстракции, позволяющего контролировать всю предметную область с достаточной для практики достоверностью.
Достоинством ООП является то, что оно позволяет распределить работу по описанию сложных объектов между большим количеством программистов. С другой стороны, ООП применяется, как правило, для решения масштабных задач в организациях, которые могут позволить себе выделять большие бюджеты на разработку ПО: в банках, крупных научно-исследовательских центрах, государственных организациях.
Наиболее популярные объектно-ориентированные языки программирования
Первыми успешными объектно-ориентированными языками считаются Симула-67 и Smalltalk-80. Расцвет популярности ООП пришелся на вторую половину 1980-х гг., когда появились такие языки, как С++, Objective C (эти два языка были разработаны на основе не являющегося объектно-ориентированным, но очень популярного Си), Eiffel. Некоторые существовавшие на тот момент языки были доработаны с целью предоставить своим приверженцам возможность работать в стиле ООП (Ada, Lisp, Pascal).
Большим шагом вперед в развитии ООП стал язык Java. Он сосредоточил в себе, помимо объектно-ориентированного подхода, наиболее эффективные технологии, появившиеся в начале 1990-х, такие, как:
- ссылочный синтаксис: объекты создаются таким образом, чтобы невозможно было напрямую (через адреса ячеек памяти, т.н. указатели) повлиять на состояние этих объектов;
- автоматическая сборка мусора: программист избавлен от необходимости вручную очищать память от переменных, которые больше не понадобятся;
- кроссплатформенность — способность программ запускаться на различных платформах (слоган Java — «написано однажды — работает везде»);
- защита полей и методов от нежелательного влияния со стороны других классов: например, поле, помеченное как private , доступно для чтения и записи только изнутри класса, protected — только из иерархии, в состав которой входит класс, public — для любых объектов.
Дополнительным обстоятельством, сделавшим Java влиятельным и пригодным для коммерческого использования языком стало то, что его создание велось компанией Sun, обладавшей большими финансовыми и технологическими возможностями.
Всплеск популярности Java побудил другого крупного игрока на софтверном рынке — компанию Microsoft — создать аналогичные продукты. Сначала компания Билла Гейтса хотела выпустить «собственную версию» Java, однако, поскольку написанные на этом языке программы были рассчитаны на запуск лишь в среде Windows (терялась кроссплатформенность), со временем Microsoft решила разработать собственные фреймворк с похожими на Java свойствами. Так появилась платформа .NET и связанный с ней язык C# (Си-шарп). В настоящее время C# считается предпочтительным языком для разработки под Windows. При написании программ на нем применяется преимущественно объектно-ориентированный стиль разработки.
В настоящее время ООП нельзя назвать доминирующей парадигмой программирования. Из языков, бурно развивавшихся в годы наивысшего интереса к этой технологии, активно продолжают использоваться C++, Java, C#. Нынешние языки не делают основную ставку на ООП, но поддерживают эту возможность, поскольку среди программистов остается немало приверженцев этого подхода. Так, объектно-ориентированные программы можно писать на таких популярных в настоящее время языках, как Python, JavaScript, PHP и другие.
языки программирования. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ»/>
Рисунок 3. Популярные объектно-ориентированные языки программирования. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Пример программы в стиле ООП (JavaScript)
class Hello < constructor()< this.message = this.getMessage() >sayHello() < console.log(this.message) >getMessage() > class HelloRus extends Hello < // Класс, расширяющий предыдущий. getMessage()// Переопределяем метод в классе-наследнике. > let hello = new Hello hello.sayHello() hello = new HelloRus hello.sayHello()