Объектно-ориентированное программирование
Объектно-ориентированное программирование (ООП) позволяет разложить проблему на составные части, каждая из которых становится самостоятельным объектом. Каждый из объектов содержит свой собственный код и данные, которые относятся к этому объекту.
Любая программа, написанная на языке ООП, отражает в своих данных состояние физических предметов либо абстрактных понятий – объектов программирования, для работы, с которыми она предназначена.
Все данные об объекте программирования и его связях с другими объектами можно объединить в одну структурированную переменную. В первом приближении ее можно назвать объектом.
С объектом связывается набор действий, иначе называемых методами . С точки зрения языка программирования набор действий или методов – это функции, получающие в качестве обязательного параметра указатель на объект и выполняющие определенные действия с данными объекта программирования. Технология ООП запрещает работать с объектом иначе, чем через методы, таким образом, внутренняя структура объекта скрыта от внешнего пользователя.
Описание множества однотипных объектов называется классом .
Объект – это структурированная переменная, содержащая всю информацию о некотором физическом предмете или реализуемом в программе понятии.
Класс – это описание множества объектов программирования (объектов) и выполняемых над ними действий.
Класс можно сравнить с чертежом, согласно которому создаются объекты. Обычно классы разрабатывают таким образом, чтобы их объекты соответствовали объектам предметной области решаемой задачи.
Основные понятия объектно-ориентированного программирования
Любая функция в программе представляет собой метод для объекта некоторого класса.
Класс должен формироваться в программе естественным образом, как только в ней возникает необходимость описания новых объектов программирования. Каждый новый шаг в разработке алгоритма должен представлять собой разработку нового класса на основе уже существующих.
Вся программа в таком виде представляет собой объект некоторого класса с единственным методом run (выполнить).
Программирование «от класса к классу» включает в себя ряд новых понятий. Основными понятиями ООП являются
Инкапсуляция данных (от «капсула») – это механизм, который объединяет данные и код, манипулирующий с этими данными, а также защищает и то, и другое от внешнего вмешательства или неправильного использования. В ООП код и данные могут быть объединены вместе (в так называемый «черный ящик») при создании объекта.
Внутри объекта код и данные могут быть закрытыми или открытыми.
Закрытые код или данные доступны только для других частей того же самого объекта и, соответственно, недоступны для тех частей программы, которые существуют вне объекта.
Открытые код и данные, напротив, доступны для всех частей программы, в том числе и для других частей того же самого объекта. Они представляют своего рода интерфейс для работы с объектом из других частей программы.
Наследование . Новый, или производный класс может быть определен на основе уже имеющегося, или базового класса.
При этом новый класс сохраняет все свойства старого: данные объекта базового класса включаются в данные объекта производного, а методы базового класса могут быть вызваны для объекта производного класса, причем они будут выполняться над данными включенного в него объекта базового класса.
Иначе говоря, новый класс наследует как данные старого класса, так и методы их обработки.
Если объект наследует свои свойства от одного родителя, то говорят об одиночном наследовании . Если объект наследует данные и методы от нескольких базовых классов, то говорят о множественном наследовании .
Пример наследования – определение структуры, отдельный член которой является ранее определенной структурой.
Полиморфизм – это свойство, которое позволяет один и тот же идентификатор (одно и то же имя) использовать для решения двух и более схожих, но технически разных задач.
Целью полиморфизма, применительно к ООП, является использование одного имени для задания действий, общих для ряда классов объектов. Такой полиморфизм основывается на возможности включения в данные объекта также и информации о методах их обработки (в виде указателей на функции).
Будучи доступным в некоторой точке программы, объект , даже при отсутствии полной информации о его типе, всегда может корректно вызвать свойственные ему методы.
Полиморфная функция – это семейство функций с одним и тем же именем, но выполняющие различные действия в зависимости от условий вызова.
Например, нахождение абсолютной величины в языке Си требует трех разных функций с разными именами:
В C++ можно описать полиморфную функцию, которая будет иметь одинаковое имя и разные типы и наборы аргументов.
[Заметка] Основные понятия ООП
Объектно-ориентированное программирование (ООП) — это методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования.
Основные концепции
В центре ООП находится понятие объекта. Объект — это сущность, которой можно посылать сообщения и которая может на них реагировать, используя свои данные. Объект — это экземпляр класса. Данные объекта скрыты от остальной программы. Сокрытие данных называется инкапсуляцией. Наличие инкапсуляции достаточно для объектности языка программирования, но ещё не означает его объектной ориентированности — для этого требуется наличие наследования.Но даже наличие инкапсуляции и наследования не делает язык программирования в полной мере объектным с точки зрения ООП. Основные преимущества ООП проявляются только в том случае, когда в языке программирования реализован полиморфизм — возможность единообразно обрабатывать объекты с различной реализацией при условии наличия общего интерфейса.
Таким образом можно выделить три основные концепции ООП: наследие, инкапсуляция и полиморфизм.
- Инкапсуляция — свойство системы, позволяющее обьединить данные и методы, работающие с ними, в классе. В частности, некоторые языки подразумевают сокрытие эти компонентов от доступа из вне.
- Наследование — свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью. Класс, от которого производится наследование, называется базовым, родительским или суперклассом. Новый класс — потомком, наследником, дочерним или производным классом.
- Полиморфизм — свойство системы использовать объекты с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта.
- Абстракция — выделение значимой информации и исключение из рассмотрения незначимой. В ООП под абстракцией подразумевается набор значимых характеристик объекта, доступный остальной программе.
- Класс — модель ещё не существующей сущности (объекта). Фактически он описывает устройство объекта, являясь своего рода чертежом.
- Объект — экземпляр класса.
SOLID
SOLID — аббревиатура пяти основных принципов проектирования классов в объектно-ориентированном программировании: Single responsibility, Open-closed, Liskov substitution, Interface segregation и Dependency inversion.
- Single responsibility principle, принцип единственной обязанности, обозначает, что каждый объект должен иметь одну обязанность и эта обязанность должна быть полностью инкапсулирована в класс. Все его сервисы должны быть направлены исключительно на обеспечение этой обязанности.
- Open-closed principle, принцип открытости-закрытости устанавливает следующее положение: программные сущности должны быть открыты для расширения, но закрыты для изменения. Существующий класс может быть изменён только для исправления ошибок, при изменении логики необходимо писать новый класс, который может наследоваться от первого.
- Liskov substitution principle, принцип подстановки Барбары Лисков: «Функции, которые используют базовый тип, должны иметь возможность использовать подтипы базового типа, не зная об этом.» Если есть класс A и отнаследованный от него класс B, если заменить все использования класса A на B, ничего не должно измениться в работе программы. Класс B должен лишь расширять функционал класса A.
- Interface segregation principle, принцип разделения интерфейса говорит о том, что слишком «толстые» интерфейсы необходимо разделять на более маленькие и специфические, чтобы клиенты маленьких интерфейсов знали только о методах, которые необходимы им в работе.
- Dependency inversion principle, принцип инверсии зависимостей устанавливает правило, абстракции не должны зависеть от деталей, а детали должны зависеть от абстракций. Проще говоря, следует избавляться от композиции, заменяя её на агрегацию.
Агрегирование
В ООП под агрегировием подразумевают методику создания нового класса из уже существующих классов путём включения, называемого также делегированием. Об агрегировании также часто говорят как об «отношении принадлежности» по принципу «у машины есть корпус, колёса и двигатель». На базе агрегирования реализуется методика делегирования, когда поставленная перед внешним объектом задача перепоручается внутреннему объекту, специализирующемуся на решении задач такого рода. Существует два типа агрегирования:
- Агрегация (агрегирование по ссылке) — отношение «часть-целое» между двумя равноправными объектами, когда один объект (контейнер) имеет ссылку на другой объект. Оба объекта могут существовать независимо: если контейнер будет уничтожен, то его содержимое — нет.
- Композиция (агрегирование по значению) — более строгий вариант агрегирования, когда включаемый объект может существовать только как часть контейнера. Если контейнер будет уничтожен, то и включённый объект тоже будет уничтожен.
Закон Деметры
Общее описание правила: Объект A не должен иметь возможность получить непосредственный доступ к объекту C, если у объекта A есть доступ к объекту B и у объекта B есть доступ к объекту C.
Закон Деметры для функций требует, что метод М объекта О должен вызывать методы только следующих типов объектов:
- Собственно самого О.
- Параметров М.
- Других объектов, созданных в рамках М.
- Прямых компонентных объектов О.
- Глобальных переменных, доступных О, в пределах М.
Что такое шаблон проектирования?
Шаблон проектирования, он же паттерн (design pattern), в разработке программного обеспечения — повторимая архитектурная конструкция, представляющая собой решение проблемы проектирования в рамках некоторого часто возникающего контекста.
Виды полиморфизма
Ad hoc (лат. «специально для этого») — вид полиморфизма, в котором полиморфная функция может работать с аргументами различного типа за счет переопределения. То есть одноименные функции с различными типами аргументов распознаются как разные функции.
func Foo(int $varName) < // Do some >func Foo(string $varName) < // Do some >Параметрический полиморфизм — вид полиморфизма, в котором полиморфная функция может работать с аргументами различного типа на основе поведения, а не значения, апеллируя лишь к необходимым ей свойствам аргументов, то есть исполнять физически один и тот же код для данных разных типов.
Полиморфизм подтипов — Полиморфизм включения (inclusion polymorphism) является обобщённой формализацией подтипизации и наследования. То есть функция умеет работать с конкретным типом и всеми его наследниками.