Объектно-ориентированное программирование

Основы объектно-ориентированного программирования

Введение

2008 г

Лекция 1

1

Содержание

Этапы развития программирования Программная инженерия Фундаментальные понятия ООП Этапы разработки программ с использованием ООП Основополагающие концепции ООП Инкапсуляция Наследование Полиморфизм Объекты Анатомия класса Управление доступом к элементам класса Объявление класса в программе. Пример1. «Класс TPerson» Контрольные вопросы Мини-тест Список литературы

2

Этапы развития программирования

Технология программирования – это система методов, способов и приемов обработки и выдачи информации. Написание программ в машинных кодах Появление языков низкого уровня Языки высокого уровня. Технология нисходящего структурного программирования Появление ООП

3

Предпосылки и история

Первый кризис программирования Повторное использование кода Модульное программирование Рост сложности программ Структурное программирование Модификация программ Объектно-ориентированное программирование Продолжение кризиса программирования

4

Повторное использование кода

Проблема Дублирование фрагментов кода Модульное программирование Выделение фрагментов в модули Повторное использование модулей Создание библиотек модулей

5

Рост сложности программ

Проблема Сложные программные комплексы Объем кода, к-во связей, к-во разработчиков, к-во пользователей Жизненный цикл: стадии внедрения и сопровождения Структурное программирование «Правильное» проектирование и кодирование Основные принципы: Нисходящее проектирование Применение специальных языков проектирования Дисциплина проектирования и разработки: планирование и документирование проекта поддержка соответствие кода проектной документации Структурное кодирование (линейный блок, If-then-else, цикл)

6

Модификация программ

Проблема изменения в проекте и программе без изменения ранее написанного кода Объектно-ориентированное программирование Класс – модуль со свойствами, поведением, обязанностями Парадигмы ООП: Инкапсуляция и сокрытие деталей Наследование Полиморфизм

Зарплата

Отдел 1

Отдел 2

Отдел 3

Зарплата

Зарплата 1

Отдел 1

Отдел 2

Отдел 3

7

Некоторые итоги

Главная цель программной инженерии - сокращение стоимости ПО Сформировались основные принципы и методы проектирования ПО: Жизненный цикл ПО Модульное программирование Структурное проектирование и программирование Объектно-ориентированное проектирование и программирование

8

Продолжение кризиса

Кризис программирования принимает хронические формы: США тратит более $200 млрд. на более чем 170 тыс. проектов потери от недополученного эффекта измеряются триллионами. Успешные проекты не часты (30000 проектов)

Источник: The Standish Group International, Inc., Extreme Chaos, 2000 http://www1.standishgroup.com//sample_research/PDFpages/extreme_chaos.pdf

9

Определения

Программная инженерия – это установление и использование обоснованных инженерных принципов (методов) для экономного получения ПО, которое надежно и работает на реальных машинах. [Bauer 1972]. та форма инженерии, которая применяет принципы информатики (computer science) и математики для рентабельного решения проблем ПО. [CMU/SEI-90-TR-003] применение систематического, дисциплинированного, измеряемого подхода к разработке, использованию и сопровождению ПО [IEEE 1990]. дисциплина, целью которой является создание качественного ПО, которое завершается вовремя, не превышает выделенных бюджетных средств и удовлетворяет выдвигаемым требованиям [Schach, 99]

10

Абстрактные и реальные объекты

Абстрактный объект это описание реального объекта минус подробности Пример 1: Абстрактные человек-это описание человека, которое содержит атрибуты и варианты поведения: Имя Фамилия Рост Вес Реальный человек определяет значения атрибутов: Майкл Джексон 180 см 80 кг

Пример 2: формочки для печенья

11

Почему объекты

Фокусирование на объектах упрощает для нас понимание сложных вещей. Уделяем внимание лишь важным аспектам Пример : преподаватель - студент

12

Объекты в деловом мире

Бизнес процесс: Заказ товара. Объекты: Форма заказа Список товаров Товарная накладная Ордер на отгрузку Метка отгрузки

Поведение: Ввод информации Изменение информации Удаление информации Отображение формы Обработка заказа Отмена заказа

13

Класс и Объект Класс - принципиально новый тип данных

Класс представляет собой множество объектов имеющих общую структуру обладающих одинаковым поведением. Класс является дальнейшим развитием типа структура (запись).

Концепция

14

Концепция

Объект является представителем (экземпляром) какого-либо класса. Объект обладает состоянием поведением идентичностью. Состояние объекта характеризуется набором его свойств (атрибутов) текущими значениями каждого из этих свойств. Поведение объекта - выполнения определенной последовательности характерных для него действий. Идентичность объекта – это свойство (или набор свойств) объекта, которое позволяет отличить его от всех прочих объектов того же типа (класса).

15

Класс простое объяснение

Класс – это шаблон который определяет атрибуты и методы реального мира. Пример: форма для печенья в виде буквы «А» - это не буква А, она лишь определяет , как буква А выглядит. Если вам необходим объект, представляемый классом, создаете экземпляр. Каждый экземпляр содержит те же самые атрибуты и методы, которые определены в классе. У каждого экземпляра своя копия. Метод – поведение объекта. (опять про печенье, но в форме собаки)

16

Этапы разработки программ с использованием ООП

ООП представляет собой систематизированный подход к алгоритмической формализации сложных предметных областей. ООП предполагает этапы разработки программ: Первый этап: абстрагирование Второй этап: инкапсуляция Третий этап: модульность Четвертый этап: иерархия

17

Этапы разработки программ с использованием ООП

Абстрагирование Выделение абстракций. Это - анализ предметной области, для которой составляется программа, с целью определения основных объектов этой предметной области, их свойств, отношений между объектами, возможных операций над объектами или их составляющими. Различие: Процедурное программирование нацелено на моделирование действий, выполняемых компьютером. ООП нацелено на моделирование предметной области решаемой задачи.

18

Этапы разработки программ с использованием ООП

Инкапсуляция Типизация объектов и синтез абстрактных типов данных. Определение новых типов данных и наборов специфических функций и операций, применяемых к этим типам данных. Модульность Объектная декомпозиция. Выделение подтипов (подобъектов) для каждого из типов и их составляющих. Иерархия Композиционная иерархизация объектов. Т.е. выделение родовитых и композиционных отношений над объектами.

19

Инкапсуляция наследование полиморфизм

Парадигмы ООП:

20

Инкапсуляция (encapsulation)

- это объединение производного типа данных с набором функций, используемых при работе с этим типом данных, в единый класс. Функции, включенные в класс, называют методами класса Данные – элементами или полями класса, Конкретные представители класса – объекты, экземпляры. Класс (объект) - это то, что поддерживает инкапсуляцию Инкапсуляция позволяет сделать класс «самодостаточным» для решения конкретной задачи. Класс всегда несет в себе некоторую функциональность. Это мощное средство обмена готовыми к работе программными заготовками

21

Инкапсуляция и ограничение доступа к данным

Инкапсуляция предполагает возможность ограничения доступа к данным (полям) класса. Это позволяет упростить интерфейс класса, показав наиболее существенные для внешнего пользователя данные и методы. обеспечить возможность внесения изменений в реализацию класса без изменения других классов (важно для дальнейшего сопровождения и модернизации программного кода). При сокрытии полей объекта доступ к ним осуществляется только посредством методов класса. Это защищает данные от внешнего вмешательства или неправильного использования

22

Инкапсуляция

23

Управление доступом

Ключи доступа private - элементы данных могут использоваться только функциями-методами класса, к которому принадлежат эти элементы данных public - элементы данных могут использоваться любыми функциями программы protected - элементы данных могут использоваться функциями-методами того же класса, к которому принадлежат эти элементы данных, а также функциями- методами производных классов (классов-потомков) По умолчанию ключ доступа private. Т.е. если ключи доступа не указаны, то все элементы класса являются скрытыми (недоступными). Попытка обратиться в программе к скрытым данным или методам вызывает сообщение: <имя элемента класса> is not accessible

24

Наследование (inheritance)

- это возможность определять новые классы посредством добавления полей, свойств и методов к уже существующим классам. Такой механизм получения новых классов называется порождением. При этом новый, порожденный, класс (потомок) наследует все поля, методы и свойства своего базового, родительского класса. Наследование поддерживает концепцию иерархии классов (hierarchical classification). Применение иерархии классов делает управляемыми большие потоки информации. Наследование обеспечивает поэтапное создание сложных классов и разработку собственных библиотек классов

25

Полиморфизм (polymorphism)

26

Полиморфизм (polymorphism)

Это возможность заменить в классе потомке метод класса родителя, сохранив при этом имя метода. Это свойство классов решать схожие по смыслу проблемы разными способами. Цель полиморфизма - использование одного имени для задания общих для класса действий. Для изменения метода необходимо перекрыть его в потомке, т.е. объявить в потомке одноименный метод и реализовать в нем нужные действия. В результате объекте-родителе и объекте-потомке будут действовать два одноименных метода, имеющие разную алгоритмическую основу. Концепция полиморфизма - идея «один интерфейс - множество методов». Полиморфизм позволяет манипулировать объектами различной степени сложности путем создания общего для них стандартного интерфейса для реализации похожих действий.

27

Описание класса в Delphi

type < имя класса > = class(< имя класса-родителя >) public < описание общедоступных элементов > published < описание элементов, доступных в Инспекторе Объектов > protected < описание элементов, доступных в классах-потомках > private < описание элементов, доступных только в модуле > end;

28

Пример описания класса

TControl = class(TComponent) private FOnDblClick: TNotifyEvent; FOnHouseDown: TMouseEvent; FOnHouseHove: TMouseMoveEvent; protected property OnDblClick: TNotifyEvent read FOnDblClick write FOnDblClick; property OnMouseDown: TMouseEvent read FOnMouseDown write FOnMouseDown; property OnMouseMove: TMouseMoveEvent read FOnMouseMove write FOnMouseMove; end;

29

Пример описания класса

type TStudent = class FAge : integer; function GetAge : integer; procedure SetAge(Value : integer); property Age : integer read GetAge write SetAge; end;

30

Пример 1. Объявление класса в программе

Постановка задачи.

Пусть необходимо создать класс, описывающий некоторые характеристики человека. Будем хранить о человеке следующие данные: фио, рост в cм, вес в кг. Для работы с этими данными предусмотрим следующие методы: методы инициализации полей (названия таких методов имеют префикс Set); назначение этих методов - присваивать новые значения полям класса; новые значения полей будут предаваться через параметры функций-методов; метод, позволяющий получить информацию о текущем состоянии объекта (значении всех его полей).

31

Пример 1. Объявление класса в программе

Программная реализация.

#Include <stdio.H> #include <string.H> //описание структуры класса class tperson { private: char fname[15]; int frost; float fwes; public: char * show() ; void setname (char* value); void setrost (int value); void setwes (float value); } ;

32

Пример 1. Объявление класса в программе

Реализация методов класса.

//реализация методов класса char* TPerson::Show() {static char S[100]; sprintf (S,"Это %s; его рост - %d см, вес - %3.2f кг", fname, frost, fwes); return S; } void TPerson::SetName(char* value) { strcpy(fname,value); return; } void TPerson::SetRost(int value) { frost=value; return; } void TPerson::SetWes(float value) { fwes=value; return; }

33

Итоги Контрольные вопросы

Перечислите основные этапы развития технологии программирования. Определите понятие и назначение класса Определите понятие и характеристики объекта Перечислите и охарактеризуйте этапы разработки программ с использованием ООП Назовите и охарактеризуйте основные концепции ООП Из каких элементов состоит класс? Как ограничить доступ к составляющим класса?

34

Вопрос 1

1. Что такое класс? Это модуль, сохраненный в файле Это функция Это библиотека Это тип данных Это специальная программа

35

Вопрос 2

2. Что такое методы класса? Это инкапсулированные в классе данные Это функции для работы с полями класса Это специальные функции в составе ОС Windows

36

Вопрос 3

2. Что такое полиморфизм? Это переключатель Это спец.функция для работы с полями класса Это одно имя – разный функционал

37

38