Парадигмы программирования – наборы правил и критериев, которые соблюдаются разработчиками при выдержке конкретной стилистики и модели написания исходного кода.
Единая парадигма дает возможность избежать ошибок, упрощает работу в команде, а также положительно сказывается на скорости разработки. Опираясь на одну из них, можно корректно структурировать исходный код программного обеспечения за счет четких правил, выбранных программистами.
Сегодня существуют различные парадигмы разработки. Пример – процедурная. Она базируется на работе с функциями. Также есть логическая парадигма программирования. При ее использовании решаются базовые логические задачи, использующие значения «true» и «false». Но есть и еще одна концепция программирования. Она называется объектно-ориентированной.
Далее речь пойдет именно о ней. Предстоит выяснить, что это за концепция, когда и для каких целей она используется. Также необходимо выяснить структуру характерного приложения, написанного при помощи ООП, присущие преимущества и недостатки. Предложенная информация ориентирована на широкую публику. Она поможет как уже опытным специалистам, так и обычным пользователям погрузиться в основы объектно-ориентированного программирования.
Определение
ООП – одна из самых популярных парадигм разработки, которая подразумевает организацию программного кода за счет данных и объектов, а не функций и логических структур. Методология, основанная на представлении программы в качестве совокупности взаимодействующих объектов, каждый из которых выступает экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования.
Идеологически объектно-ориентированная разработка – подход к написанию кода как к моделированию информационных объектов, решающий на уровне основную задачу структурного программирования: структурирования информации с точки зрения ее управляемости. Это существенно улучшает управляемость самим процессом моделирования, что представляет важность при формировании крупных проектов.
Обычно объект в программном коде – это полноценные блоки данных. Они имеют определенные наборы характеристик и возможностей. Объекты могут олицетворять различные элементы. Пример – человек, у которого есть:
- фамилия;
- имя;
- отчество;
- номер телефона;
- место жительства и так далее.
Объектами также могут выступать небольшие программы и утилиты с минимумом характеристик из реального мира, но с увеличенным набором функций. Объекты имеют возможность взаимодействия друг с другом, пользователями и иными компонентами программы.
Концепции ООП вынуждают разработчиков фокусироваться на объектах, которыми необходимо управлять. Логика, позволяющая изменять информацию или взаимодействовать с элементами проекта, отходит на второй план. Соответствующий подход хорошо подходит тогда, когда пишутся комплексные программные решения, требующие постоянной поддержки со стороны большого количества разработчиков.
Структура
На уровне ООП выделяются несколько ключевых элементов:
- объекты;
- методы;
- атрибуты;
- классы.
На них базируется вся концепция объектно-ориентированной разработки. Иногда можно выделить больше ключевых элементов, а также иные структуры, связанные с рассматриваемой концепцией, но указанные компоненты поддерживаются всегда. Далее они будут изучены с точки зрения ООП более подробно.
Объекты
В рассматриваемой структуре объекты находятся не на первом месте, но изучение парадигмы обычно начинается с них. Это связано с тем, что понимание упомянутого элемента упростит дальнейшее знакомство с концепцией разработки.
Объект – фрагмент кода, который описывает элемент с конкретным набором характеристик и функций. Пример – создание видеоигры. Здесь есть персонаж – главный герой. Этот «человек» может в программном коде быть представлен в качестве отдельного объекта с разнообразными характеристиками:
- здоровье;
- сила;
- интеллект;
- урон;
- ловкость.
У персонажа также имеются функции (методы) – магические способности, особые боевые приемы, используемые героем.
Объекты используются для описания других персонажей, а также различных средств передвижения.
Объект – это набор переменных и функций. Еще одним примером объекта может послужить карточка товара в каталоге того или иного интернет-магазина.
Метод
Метод – функция, описанная внутри объекта или класса. Методы относятся к конкретному элементу и дают возможность взаимодействовать с ними или другими кодовыми фрагментами. На примере, представленном ранее, можно понять, что собой представляет метод. В случае с игровым персонажем – это его «способности». Когда герой будет выполнять действия в игре, он будет использовать методы, описанные в его объекте.
Атрибуты
Атрибуты – это конкретные характеристики элемента. Они могут быть представлены переменными с данными. В случае с игровым персонажем можно провести аналогию – характеристики в виде:
- скорости;
- интеллекта;
- выносливости;
- иных статистических показателей.
Атрибуты – параметры элементов в коде. Они помогают описывать программные компоненты.
Классы
Класс – самое абстрактное понятие в ООП. Оно является обобщенным. Класс напоминает шаблон, на основании которого будут строить другие компоненты структуры кода. Несколько похожих между собой элементов кода (пример – пользовательские профили) будут обладать одинаковой структурой. Это значит, что их можно отнести к одному и тому же классу. Каждый объект в исходном приложении выступает экземпляром того или иного класса.
Чтобы лучше понимать классы, можно провести аналогию с играми. В какой-нибудь онлайн RPG могут быть самые разные герои:
- лучники;
- мистики;
- орки;
- тени;
- воины;
- люди;
- зооморфы и так далее.
Каждого героя описывать сложно и долго, а еще – нелогично, ведь у них множество общих методов и характеристик.
Это приводит к тому, что разработчик может создать класс – объект, который становится базой для других элементов. Пример класса – персонаж. Он умеет ходить, драться, обладает характеристиками вроде здоровья, маны. У героя есть атрибуты, как и у любых рас и классов в игре. Человек-воин (объект) с конкретным ником будет иметь более специфичные характеристики и методы, которые будут меняться в зависимости от решений пользователя и других внешних факторов. Класс – пример наследования и абстракции, который упрощает генерацию новых программных компонентов.
Выше – наглядный пример, который поможет описать структуру в рассматриваемой концепции.
Основные принципы
Основные принципы структурирования в случае с изучаемой концепцией связываются с разными аспектами базового понимания предметной задачи, которое требуется для оптимального манипулирования моделью. Рассматриваемый тип программирования закладывает некоторые правила создания и использования всех структурных компонентов, включая классы и методы.
К основным принципам разработки при помощи изучаемой концепции можно отнести:
- инкапсуляцию;
- наследование;
- абстракцию;
- полиморфизм.
При помощи обычного человеческого языка можно выразить идеологию ООП. Иногда можно сократить принципы программирования до трех, опустив абстракцию. Далее каждый принцип будет рассмотрен более детально.
Инкапсуляция
Понятие инкапсуляции указывает на то, что все важные данные, необходимые для нормальной работы объектов, будут храниться в этом же самом компоненте. Только определенные сведения будут доступны для внешних элементов и функций.
Информация конкретного объекта или класса хранится в пределах каждого этого объекта или класса. Изменять ее через другие классы запрещено. У окружения имеется право только на запрос «публичных» методов и атрибутов.
За счет инкапсуляции удается быстро и безопасно организовывать иерархические структуры. Она сводит к минимуму повреждение информации в пределах того или иного класса со стороны.
Наследование
Изучая объектно-ориентированное программирование, каждому специалисту предстоит столкнуться с наследованием. Это основная суть взаимоотношений между объектами и классами.
Для того, чтобы не приходилось создавать каждый раз одинаковые элементы в программной коде, можно написать класс над классами с более общими характеристиками и функциями. Далее – постепенно наследовать от него те или иные параметры.
За счет специальных конструкций разработчики смогут забрать из классов ряд атрибутов или методов, оставить их в прежней форме или дополнить новыми компонентами, переосмыслить на свое усмотрение и создать из них уникальный объект/подкласс для дальнейшего наследования опций.
Чтобы лучше понимать наследование, рекомендуется рассмотреть наглядный пример. Речь зайдет о формировании абстрактного элемента «Средство передвижения». Здесь:
- Этот класс может набирать скорость и перевозить людей.
- Из него будет формироваться подкласс «Автобус». Он унаследует базовые параметры и уточнит их определенным количеством мест для людей, а также предельной скоростью.
- Далее будет создан элемент «Икарус». Он задаст более точную скорость, планировку, количество дверей и иные специфичные параметры.
Полный набор опций прописывать «с нуля» не придется. Достаточно воспользоваться классовым экспортом и дополнить код конкретными (новыми) компонентами.
Абстракция
Каждый верхний слой над элементом более абстрактный, чем его «младшая версия». Этот прием дает возможность не переписывать много раз один и тот же компонент с одинаковыми атрибутами и методами. Абстрактные классы используются для формирования более конкретных «шаблонов» и характерных им компонентов без описания реализации функций заранее (в этом заключается суть абстракций), а оставляя исключительно базовые шаблоны для дальнейших надстроек.
Абстракции должны быть публичными. У них не должно быть реализаций методов. Это их отличия от дочерних классов.
Полиморфизм
Объектно-ориентированное программирование поддерживает полиморфизм. С его помощью одни и те же методы могут использоваться для обработки различных типов данных. Полиморфизм в языках программирования отличается:
- в C++ и похожих на него языках для реализации используется «перегрузка»;
- у JavaScript по умолчанию функции умеют обрабатывать разные типы информации.
При помощи полиморфизма можно идентичными методами обрабатывать разные типы данных. Пример – числа двузначные и «с плавающей точкой». Полиморфизмом может считаться возможностью определять методы в дочерних classes для обработки других видов данных или выполнения дополнительных операций при вызове аналогичного метода.
Языки
Объектно-ориентированное программирование используют многие языки. Среди них можно выделить:
- Ruby. Является высокоуровневым, динамически типизированным.
- C++ – статически типизированный язык. Относится к общему назначению. Ориентирован на ООП.
- JavaScript – известный ЯП с поддержкой динамической типизации. Подходит для использования различных парадигм программирования.
Это не исчерпывающий список. Языков с ООП очень много: Python, C#, PHP, Java и другие.
Области применения
Объектно-ориентированные системы используются для:
- структурирования данных;
- повышения управляемости приложениями;
- точного определения взаимодействия одних компонентов с другими;
- улучшения масштабируемости;
- внедрения изменений без переписывания всего кода.
ООП поддерживается основной массой известных и популярных в 21 веке языков разработки.
Преимущества и недостатки
У программно-ориентированного программирования имеется множество преимуществ. К сильным сторонам ООП относят:
- модульность за счет инкапсуляции;
- возможность использовать один и тот же код много раз;
- высокую скорость разработки;
- расширяемость;
- простоту восприятия;
- высокий уровень безопасности;
- гибкость.
Недостатки заключаются в том, что парадигма не уделяет достаточно много внимания алгоритмам и вычислениям. Из-за этого некоторые программы получают больше исходного кода, чем в случае с функциональной разработкой. ООП может негативно сказываться на скорости компиляции приложения, особенно в масштабных проектах.
Хотите освоить современную IT-специальность? Огромный выбор курсов по востребованным IT-направлениям есть в Otus!
