Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Основные понятия объектно-ориентированного программирования (ООП)

Содержание:

Введение

Концепция объектно-ориентированного программирования подразумевает, что основой управления процессом реализации программы является передача сообщений объектам. Поэтому объекты должны определяться совместно с сообщениями, на которые они должны реагировать при выполнении программы. В этом состоит главное отличие ООП от процедурного программирования, где отдельно определённые структуры данных передаются в процедуры (функции) в качестве параметров. Таким образом, объектно-ориентированная программа состоит из объектов - отдельных фрагментов кода, обрабатывающего данные, которые взаимодействуют друг с другом через определённые интерфейсы.

Объектно-ориентированный язык программирования должен обладать следующими свойствами:

1. абстракции - формальное о качествах или свойствах предмета путем мысленного удаления некоторых частностей или материальных объектов;

2. инкапсуляции - механизма, связывающего вмести код и данные, которыми он манипулирует, и защищающего их от внешних помех и некорректного использования;

3. наследования - процесса, с помощью которого один объект приобретает свойства другого, т.е. поддерживается иерархической классификации;

4. полиморфизма - свойства, позволяющего использовать один и тот же интерфейс для общего класса действий.

Разработка объектно-ориентированных программ состоит из следующих последовательных работ:

- определение основных объектов, необходимых для решения данной задачи;

- определение закрытых данных (данных состояния) для выбранных объектов;

- определение второстепенных объектов и их закрытых данных;

- определение иерархической системы классов, представляющих выбранные объекты;

- определение ключевых сообщений, которые должны обрабатывать объекты каждого класса;

- разработка последовательности выражений, которые позволяют решить поставленную задачу;

- разработка методов, обрабатывающих каждое сообщение;

- очистка проекта, то есть устранение всех вспомогательных промежуточных материалов, использовавшихся при проектировании;

- кодирование, отладка, компоновка и тестирование.

Объектно-ориентированное программирование позволяет программисту моделировать объекты определённой предметной области путем программирования их содержания и поведения в пределах класса. Конструкция «класс» обеспечивает механизм инкапсуляции для реализации абстрактных типов данных. Инкапсуляция как бы скрывает и подробности внутренней реализации типов, и внешние операции и функции, допустимые для выполнения над объектами этого типа.

Глава 1

Понятие объектно-ориентированное программирование

Элементы объектно-ориентированного программирования (ООП) появились в начале 70-х годов в языке моделирования Симула, затем получили свое развитие, и в настоящее время ООП принадлежит к числу ведущих технологий программирования.

Основная цель ООП, как и большинства других подходов к программированию - повышение эффективности разработки программ. Идеи ООП оказались плодотворными и нашли применение не только в языках программирования, но и в других областях Computer Science, например, в области разработки операционных систем.

Появление ООП было связано с тем наблюдением, что компьютерные программы представляют собой описание действий, выполняемых над различными объектами. В роли последних могут выступать, например, графические объекты, записи в базах данных или совокупности числовых значений. В традиционных методах программирования изменение данных или правил и методов обработки часто приводило к необходимости значительного изменения программы. Всякое существенное изменения программы - это большая неприятность для программиста, так как при этом увеличивается вероятность ошибок, вследствие чего возрастает время, необходимое для «доводки» программы. Использование ООП позволяет выйти из такой ситуации с минимальными потерями, сводя необходимую модификацию программы к её расширению и дополнению. Необходимо заметить, что ООП не является панацеей от всех программистских бед, но его ценность как передовой технологии программирования несомненна. Изучение идей и методов ООП может существенно упростить разработку и отладку сложных программ.

Мы уже привыкли использовать в своих программах процедуры и функции для программирования тех сложных действий по обработке данных, которые приходится выполнять многократно. Использование подпрограмм в своё время было важным шагом на пути к увеличению эффективности программирования.

Подпрограмма может иметь формальные предметы, которые при обращении к ней заменяются фактическими предметами. В этом случае есть опасность вызова подпрограммы с неправильными данными, что может привести к сбою программы и её аварийному завершению при выполнении. Поэтому естественным обобщением традиционного подхода к программированию является объединение данных и подпрограмм (процедур и функций), предназначенных для их обработки.

Обьекты

Базовым в объектно-ориентированном программировании является понятие объекта. Объект имеет определённые свойства. Состояние объекта задаётся значениями его признаков. Объект «знает», как решать определённые задачи, то есть располагает методами решения. Программа, написанная с использованием ООП, состоит из объектов, которые могут взаимодействовать между собой.

Ранее отмечалось, что программная реализация объекта представляет собой объединение данных и процедур их обработки. Переменные объектного типа называют экземплярами объекта. Здесь требуется уточнение - экземпляр можно лишь формально назвать переменной. Его описание даётся в предложение описания переменных, но в действительности экземпляр - нечто большее, чем обычная переменная.

В отличие от типа «запись», объектный тип содержит не только поля, описывающие данные, но также процедуры и функции, описания которых содержится в описании объекта. Эти процедуры и функции называют методами. Методам объекта доступны его поля. Следует отметить, что методы и их параметры определяются в описании объекта, а их реализация даётся вне этого описания, в том мест программы, которое предшествует вызову данного метода. В описании объекта фактически содержаться лишь шаблоны обращения к методам, которые необходимы компилятору для проверки соответствия количества параметров и их типов при обращении к методам. Вот пример описания объекта[1]:

Type

Location =bject

X,Y: Integer;

Procedure Init(InitX, InitY: Integer);

Function GetX: Integer;

Function GetY: Integer;

End;

Здесь описывается объект, который может использоваться в дальнейшем, скажем, в графическом режиме и который предназначен для определения положения на экране произвольного графического элемента. Объект описывается с помощью зарезервированных слов object…end, между которыми находиться описание полей и методов. В нашем примере объект содержит два поля для хранения значений графических координат, а так же для описания процедуры и двух функций - это методы данного объекта. Процедура предназначена для задания первоначального положения объекта, а функция - для считывания его координат.

Свойство инкапсуляция

Инкапсуляция это одно из самых важных свойств объекта, на котором строится объектно-ориентированное программирование. Инкапсуляция заключается в том, что объект скрывает в себе детали, которые несущественны для использования объекта. В классическом подходе к программированию с использованием глобальных переменных программист не был застрахован от ошибок, связанных с использованием процедур, не предназначенных для обработки данных, связанных с этими переменными. Предположим, например, что имеется «не-ООП» программа, предназначенная для начисления заработной платы сотрудникам некой организации, а в программе имеются два массива. Один массив хранит величину заработной платы, а другой - телефонные номера сотрудников (для составления отчёта для налоговой инспекции). Что будет, если программист случайно перепутает эти массивы? Вероятно, для бухгалтерии настанут тяжёлые времена. «Жёсткое» связание данных и процедур их обработки в одном объекте помогают избежать неприятностей такого рода. Инкапсуляция и это и есть средство организации доступа к данным только через соответствующие методы.

В нашем примере описание объекта процедура инициализации Init и функции GetX и GetY уже не существуют как отдельные самостоятельные объекты. Это неотъемлемые части объектного типа Location. Если в программе имеется описание нескольких переменных указанного типа, то для каждой переменной резервируется своя собственная область памяти для хранения данных, а указатели на точки входа в процедуру и функции - общие. Вызов каждого метода возможен только с помощью составного имени, явно указывающего, для обработки каких данных предназначен данный метод.

Наследование

Наследование - это ещё одно базовое понятие объектно-ориентированного программирования. Наследование позволяет определять новые объекты, используя свойства прежних, дополняя или изменяя их. Объект-наследник получает все поля и методы «родителя», к которым он может добавить свои собственные поля и методы или заменить («перекрыть») их своими методами.

Пример описания объекта-наследника даётся ниже:

Tipe

Point =bject(Location)

Visible: Boolean;

Procedure Int(IntX, IntY: Integer);

Procedure Show;

Procedure Hide;

Function IsVisible: Boolean;

Procedure MoveTo(NewX, NewY: Integer);

End;

Наследником здесь является объект Point, описывающий графическую точку, а родителем - объект Location. Наследник не содержит описание полей и методов родителя. Имя последнего указывается в круглых скобках после слова object. Из методов наследника можно вызывать методы родителя. Для создания наследника не требуется иметь исходный текст объекта родителя. Объект-родитель может быть уже в составе оттранслированного модуля.

В чём преимущества наследования? Если некий объект был уже определён и отлажен, он может быть использован и в других программах. При этом может оказаться, что новая задача отличается от предыдущей, и возникает необходимость некоторой модификации как данных, так и методов их обработки. Программисту приходится решать дилемму - создания объектов заново или использовать результаты предыдущей работы, применяя механизм наследования. Первый путь менее эффективен, так как требует дополнительных затрат времени на отладку и тестирование. Во втором случае часть этой работы оказывается выполненной, что сокращает время на разработку новой программы. Программист при этом может и не знать деталей реализации объекта- родителя.

В нашем примере к объекту, связанному с определением положения графического элемента, просто добавилось новое поле, описывающее признак видимости графической точки, и несколько новых методов, связанных с режимом отображения точки и её преобразованиями.

Абстракция данных

Абстра́кция — в объектно-ориентированном программировании это придание объекту характеристик, которые отличают его от всех других объектов, четко определяя его концептуальные границы. Основная идея состоит в том, чтобы отделить способ использования составных объектов данных от деталей их реализации в виде более простых объектов, подобно тому, как функциональная абстракция разделяет способ использования функции и деталей её реализации в терминах более примитивных функций, таким образом, данные обрабатываются функцией высокого уровня с помощью вызова функций низкого уровня.

Такой подход является основой объектно-ориентированного программирования. Это позволяет работать с объектами, не вдаваясь в особенности их реализации. В каждом конкретном случае применяется тот или иной подход: инкапсуляция, полиморфизм или наследование. Например, при необходимости обратиться к скрытым данным объекта, следует воспользоваться инкапсуляцией, создав, так называемую, функцию доступа или свойство.

Абстракция данных — популярная и в общем неверно определяемая техника программирования. Фундаментальная идея состоит в разделении несущественных деталей реализации подпрограммы и характеристик существенных для корректного ее использования. Такое разделение может быть выражено через специальный «интерфейс», сосредотачивающий описание всех возможных применений программы[1].

С точки зрения теории множеств, процесс представляет собой организацию для группы подмножеств своего множества. См. также Закон обратного отношения между содержанием и объемом понятия

Полиморфизм

Полиморфизм заключается в том, что одно и то же имя может соответствовать различным действиям в зависимости от типа объекта. В тех примерах, которые рассматривались ранее, полиморфизм проявлялся в том, что метод Init действовал по-разному в зависимости от того, является объект точкой или окружностью. Полиморфизм напрямую связан с механизмом позднего связывания. Решение о том, какая операция должна быть выполнена в конкретной ситуации, принимается во время выполнения программы.

Следующий вопрос, связанный с использованием объектов, заключается в совместимости объектных типов. Полезно знать следующее. Наследник сохраняет свойства совместимости с другими объектами своего родителя. В правой части оператора присваивания вместо типов родителя можно использовать типы наследника, но не наоборот. Таким образом, в нашем примере допустимы присваивания:

Var

Alocation : Location;

Apoin : Point;

Acircle : Circle;

Alocation :=oint

Apoint :=crcle;

Alocation :=circle;

Дело в том, что наследник может быть более сложным объектом, содержащим поля и методы, поэтому присваиваемые значения экземпляра объекта-родителя экземпляру объекта-наследника может оставить некоторые поля неопределёнными и, следовательно, представляет потенциальную опасность. При выполнении оператора присвоения копируются только те поля данных, которые являются общими для обоих типов.

Классы в ООП

Класс – это ключевое понятие в объектно-ориентированном программировании. Не до конца понимая, что такое класс, невозможно успешно программировать в рамках парадигмы ООП. Данная статья посвящена понятию класса и его базовым элементам, таким как поля, методы и конструкторы.

Когда Вы переходите от процедурных языков (Си, Pascal, Basic) к объектно-ориентированным (C#, Java, C++), первое, что вам нужно сделать – это сломать своё мышление относительно того, что программирование – это написание функций и их последовательный вызов в некоторой главной (main). В рамках ООП вам придётся мыслить более абстрактно и работать с классами, которые являются воплощением объектов реального мира. Казалось бы, почему мыслить в рамках реальных объектов – это значит мыслить более абстрактно?

В программировании, которое изначально было процедурным, переход в объектам – это переход на один уровень абстракции выше. Парадоксально, но новичкам на первых порах довольно сложно перейти к мышлению в рамках реальных объектов при написании кода. Но освоив объектно-ориентированное программирование, вы, несомненно, останетесь довольны, потому что его мощь позволит вам создавать сложные программы значительно быстрее.

Обьект в ООП

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.

Ниже приведена Таблица со всеми выше перечисленными свойствами.

Объектно ориентированное программирование и его свойства	Описание свойств
1. Наследование	это свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью
2.Инкапсуляция данных	это и есть объединение в единое целое данных и алгоритмов обработки этих данных. В рамках ООП данные называются полями объекта, а алгоритмы - объектными методами.
3. Полиморфизм	это способность обьекта использовать методы производного класса, который не существует на момент создания базового
4.Абстракция данных	это способ выделить набор значимых характеристик объекта , исключая из рассмотрения не значимых.
5.Классы	это способ описания сущности, определяющий состояние и поведение, зависящее от этого состояния, а также правила для взаимодействия с данной сущностью (контракт).
6.Обьект	это отдельный представитель класса, имеющий конкретное состояние и поведение, полностью определяемое классом.

Глава 2

Виртуальные методы ООП

Наследование позволяет создавать иерархические, связанные отношениями подчинения, структуры данных. Следует, однако, заметить, что при использовании этой возможности могут возникнуть проблемы. Предположим, что в нашей графической программе необходимо определить объект Circle, который является потомком другого объекта Point:

Type

Circle =bject (point)

Radius: Integer;

Procedure Show;

Procedure Hide;

Procedure Expand(ExpandBy: Integer);

Procedure Contact(ContactBy: Integer);

End;

Новый объект Circle соответствует окружности. Поскольку свойства окружности отличаются от свойств точки, в объекте-наследнике придется изменять процедуры Show и Hide, которые отображают окружность и удаляют её изображение с экрана. Может оказаться, что метод Init (см. предыдущий пример) объекта Circle, унаследованный от объекта Point, также использует методы Show и Hide, впредь во время трансляции объекта Point использует ссылки на старые методы. Очевидно в объекте Circle они работать не будут.

Можно, конечно, попытаться «перекрыть» метод Init. Чтобы это сделать, нам придётся полностью воспроизвести текст метода. Это усложни работу, да и не всегда возможно, поскольку исходного текста программы может не оказаться под рукой (если объект-родитель уже находиться в оттранслированном модуле).

Для решения этой проблемы используется виртуальный метод. Связь между виртуальным методом и вызывающими их процедурами устанавливается не во время трансляции (это называется ранним связанием), а во время выполнения программы.

Чтобы использовать виртуальный метод, необходимо в описании объекта после заголовка метода добавить ключевое слово virtual. Заголовки виртуальных методов родителя и наследника должны в точности совпадать. Инициализация экземпляра объекта, имеющего виртуальные методы, должна выполняться с помощью специального метода - конструктора. Конструктор обычно присваивает полям объекта начальные значения и выполняет другие действия по инициализации объекта. В заголовке метода-конструктора слово procedure заменяется словом constructor. Действия обратные действиям конструктора, выполняет ещё один специальный метод - деструктор. Он описывается словом destructor.

Конструктор выполняет действия по подготовке позднего связывания. Эти действия заключаются в создании указателя на таблицу виртуальных методов, которая в дальнейшем используется для поиска методов. Таблица содержит адреса всех виртуальных методов. При вызове виртуального метода по его имени определяется адрес, а затем по этому адресу передается управление.

У каждого объектного типа имеется своя собственная таблица виртуальных методов, что позволяет одному и тому же оператору вызывать разные процедуры. Если имеется несколько экземпляров объектов одного типа, то недостаточно вызвать конструктор для одного из них, а затем просто скопировать этот экземпляр во все остальные. Каждый объект должен иметь свой собственный конструктор, который вызывается для каждого экземпляра. В противном случае возможен сбой в работе программы.

Заметим, что конструктор или деструктор, могут быть «пустыми», то есть не содержать операторов. Весь необходимый код в этом случае создается при трансляции ключевых слов construct и destruct

Динамическое создание объектов

Переменные объектного типа могут быть динамическими, то есть размещаться в памяти только во время их использования. Для работы с динамическими объектами используются расширенный синтаксис процедур New и Dispose. Обе процедуры в этом случае содержат в качестве второго параметра вызов конструктора или деструктора для выделения или освобождения памяти переменной объектного типа:

New(P, Construct)

или

Dispose(P, Destruct)

Где P - указатель на переменную объектного типа, а Construct или

Destruct - конструктор и деструктор этого типа.

Действие процедуры New в случае расширенного синтаксиса равносильно действию следующей пары операторов:

New(P);

P^.Construct;

Эквивалентом Dispose является следующее:P^Dispose;

Dispose(P)

Применение расширенного синтаксиса не только улучшает читаемость исходного кода, но и генерирует более короткий и эффективный исполняемый код.

Вывод

Исходя из информации что была приведена в моей курсовой работе то

определение программистом собственных классов объектов для конкретного набора задач должно позволить описывать отдельные задачи в терминах самого класса задач (при соответствующем выборе имен типов и имен объектов, их параметров и выполняемых действий).

Таким образом, объектно-ориентированный подход предполагает, что при разработке программы должны быть определены классы используемых в программе объектов и построены их описания, затем созданы экземпляры необходимых объектов и определено взаимодействие между ними.

Классы объектов часто удобно строить так, чтобы они образовывали иерархическую структуру. Например, класс “Студент”, описывающий абстрактного студента, может служить основой для построения классов “Студент 1 курса”, “Студент 2 курса” и т.д., которые обладают всеми свойствами студента вообще и некоторыми дополнительными свойствами, характеризующими студента конкретного курса. При разработке интерфейса с

пользователем программы могут использовать объекты общего класса “Окно” и объекты классов специальных окон, например, окон информационных сообщений, окон ввода данных и т.п. В таких иерархических структурах один класс может рассматриваться как базовый для других, производных от него классов. Объект производного класса обладает всеми свойствами базового класса и некоторыми собственными свойствами, он может реагировать на те же типы сообщений от других объектов, что и объект базового класса и на сообщения, имеющие смысл

только для производного класса. Обычно говорят, что объект производного класса наследует все свойства своего базового класса.

Некоторые параметры объекта могут быть локализованы внутри объекта и недоступны для прямого воздействия извне объекта. Например, во время движения объекта-автомобиля объект-водитель может воздействовать только на ограниченный набор органов управления (рулевое колесо, педали газа, сцепления и тормоза, рычаг переключения передач) и ему недоступен целый ряд параметров, характеризующих состояние двигателя и автомобиля в целом.

Вывод, для того, чтобы продуктивно применять объектный подход для разработки программ, необходимы языки программирования, поддерживающие этот подход, т.е. позволяющие строить описание классов объектов, образовывать данные объектных типов, выполнять операции над объектами. Наиболее используемыми в настоящее время объектно-ориентированными языками являются Паскаль с объектами и С++, причем наиболее развитые средства для работы с объектами содержатся в С++.

Объектно-ориентированное программирование создавалось для решения некоторых проблем, присущих процессу развития больших программ. Разумеется, процесс планирования при использовании ООП упрощается, так как объекты программы соответствуют объектам реального мира.

Поставленные в данной работе цель и задачи были выполнены, представлены общие сведения об объектно-ориентированном программировании.

Список используемой литературы

1. Богатырев Р. Природа и эволюция сценарных языков // МИР ПК - ДИСК. - 2011. - № 1.

2. Альтшуллер, Г.С. Поиск новых идей: от озарения к технологии (теория и практика решения изобретательских задач) / Г.С. Альтшуллер, Б.Л. Злотин, А.В. Зусман. - Кишинев: Картя Молдове-няскэ, 2010. - 111 с.

3. Бадд, Т. Объектно-ориентированное программирование в действии / Т. Бадд. - СПб.:

4. Буч, Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на C++ / Г. Буч; пер. с англ. И. Романовский, Ф. Андреев. - М.: Бином, 2012. - 560 с.

5. Головач В. Дизайн пользовательского интерфейса. - 2012.

6. Дал, У.И. Симула-67: Универсальный язык программирования / У.И. Дал, Б. Мюрхауг, К. Нюгорд; пер. с англ. К.С. Кузьмина, Е.И. Яковлева. - М.: Мир, 2011. - 100 с.

7. Казакова А.Е. Методологические основания развития языков программирования: диссертация по ВАК 09.00.08. - М., 2008. - Режим доступа: dissertCat.com.

8. Лутц, М. Изучаем Python / М. Лутц; пер. с англ. А. Киселев. - 4-е изд. - СПб.: Символ-Плюс, 2011. - 1280 с.

9. Акашева С.А., Балса А.Р. Парадигмы программирования как инструменты разработчика программных систем // Информационные технологии и системы: межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 1 (12). - СПб., 2014.

10. Себеста, Р.У. Основные концепции языков программирования / Р.У. Себеста. - 5-е изд. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2011. - 672 с.

11. Страуструп, Б. Дизайн и эволюция С++ / Б. Страуструп. - СПб.: ДМК Пресс, 2010. - 445 с.

12. Теслер Г.С. Новая кибернетика. - Киев: Логос, 2004. - Режим доступа: immsp.kiev.ua

13. Фридман, А.Л. Основы объектно-ориентированной разработки программных систем / А.Л. Фридман. - М.: Финансы и статистика, 2010. - 97с.

14. Эккель Б. Философия С++. Введение в стандартный С++. - 2-е изд. - СПб. : Питер, 2014. - 572 с.

15. Berdonosov, V. Fractality of knowledge and TRIZ // ScienceDirect, an inter-national Journal. - 2011. - Vol.09. - P. 659-664.

16. Berdonosov V., Redkolis E. TRIZ-fractality of computer-aided software engineering systems // ELSEVIER: ScienceDirect international Journal. - 2011. - Vol. 09. - P. 199-213.

17. Создание и обеспечение функционирования базовой кафедры вуза на предприятии как один из факторов интенсификации технологических процессов / А.Р. Куделько, Б.Н. Марьин, В.В. Лиманкин, С.Б. Марьин, А.М. Шпилев, В.И. Шпорт, В.Н. Быченко // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре гос. техн. ун-та. Науки о природе и технике. - 2012. - № IV-1(12). - C. 82-89.

Информация взятая с сайтов для курсовой работы

https://ru.wikipedia.org/wiki

https://geekbrains.ru/courses/70

https://habr.com/post/87119

https://tproger.ru/translations/oop-js-fundamental/

http://citforum.ru/programming/bp70_ug/bp70ug_09.shtml

https://bigenc.ru/technology_and_technique/text/3958439

INTUIT.ru: учебный курс - Основы объектно-ориентированного программирования [электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.intuit.ru/department/se/oip/10/. Дата обращения 30.11.2018