Объектно-ориентированное программирование – это современный подход к моделированию информационных объектов. Это стиль разработки, который базируется на основе написания типов/моделей предметной области и их взаимодействия, представленных прототипами или экземплярами классов, образующих иерархию наследования.
Данный подход к программированию распространен и используется большинством современных языков. Он рассматривается как подход к разработке программного обеспечения как к моделированию информационных объектов. С помощью соответствующей концепции можно решить главную проблему структурного программирования – структурирование информации с точки зрения управляемости. С помощью ООП получится управлять процессом моделирования, а также реализовывать достаточно крупные программные проекты.
Понятие ООП
Объектно-ориентированное программирование – известная парадигма (набор правил, принципов, критериев) разработки программного обеспечения, которая соблюдается программистами при написании программного кода. Если представить пример из реальной жизни, то код – это рецепт, а парадигма – то, как этот самый рецепт оформлен в книге по кулинарии. С помощью парадигмы можно стандартизировать написание исходного программного кода. Этот прием позволяет снизить риск возникновения ошибок, а также ускорить непосредственную разработку программного обеспечения. За счет соблюдения парадигм программирования получится сделать исходный код более читаемым для других разработчиков.
Суть объектно-ориентированного программирования заключается в том, что все программы, написанные с его помощью, представляют собой объекты. Каждый объект – это некоторая сущность с определенным набором данных и доступных манипуляций.
Структура ООП
Исходный код, написанный при помощи рассматриваемой методологии, включает в себя определенные принципы ООП. Всего их 4 штуки. Это – ключевые элементы, которые позволяют формировать программные приложения:
- объекты;
- методы;
- атрибуты;
- классы.
Далее каждый вариант будет рассмотрен более подробно, чтобы лучше понимать принципы ООП.
Объект
Объектом называется кусок программного кода, который описывает элемент с определенным набором характеристик и функций. Примером может послужить видеоигра, в которой есть главный герой (персонаж).
Это создание может в программном коде выражаться отдельным объектом с различными характеристиками:
- здоровье;
- сила;
- выносливость;
- ловкость;
- урон.
У персонажа также могут быть различные функции (методы) – особые приемы , используемые во время атаки персонажа, магические навыки и так далее. С помощью объектов можно описать других персонажей в игре, а также различные средства (способы) передвижения.
Методы
Методы – функции, описанные внутри того или иного класса или объекта. Они имеют прямое отношение к конкретному элементу и позволяют с ним взаимодействовать. Методы также помогают контактировать с различными частями программного кода.
На примере с игровым персонажем можно в качестве описания методов охарактеризовать навыки и умения будущего игрового героя. Когда персонаж выполняет то или иное действие, он использует метод, который был заранее описан в его объекте.
Атрибуты
Атрибут – конкретная характеристика класса. Он может быть представлен в программировании в качестве переменной с данными. Рассматривая пример с игровым персонажем, стоит обратить внимание на характеристики героя. Пример – выносливость или скорость. Подобные показатели – это и есть атрибуты.
Класс
Рассматривая основные принципы в ООП, нельзя обделить вниманием классы. О них необходимо знать, интересуясь изучаемой методологией разработки программного обеспечения.
Класс выступает наиболее обобщенной и абстрактной формой в объектно-ориентированной разработке. На его основе будут строиться остальные элементы структуры исходного кода.
В случае с игрой необходимо помнить – в РПГ множество различных героев:
- воины;
- маги;
- лучники;
- орки;
- друиды.
При создании полноценной игры, которая будет качественно и стабильно работать, сложно и нецелесообразно описывать каждый класс персонажа с нуля, ведь у героев есть одинаковые признаки и методы.
Именно поэтому можно создать класс – объект, который будет выступать в качестве базы для других объектов в игре. Примером послужит класс – персонаж. Он умеет:
- ходить;
- бегать;
- прыгать;
- драться;
- имеет характеристики вроде здоровья и маны.
Атрибуты будут разные у разных рас, но они все равно будут присутствовать. Конкретный же игрок будет содержать специфичные характеристики и методы, которые зависят от решений игрока и других факторов. Пример – от собранной амуниции. Класс – это абстракция и наследование. С их помощью значительно упрощается генерация новых объектов в будущем проекте.
Принципы
Изучая ООП (наследование, инкапсуляцию, полиморфизм), необходимо помнить о том, что в основе правил создания и использования всех структурных элементов лежит определенный ряд принципов и правил. С их помощью можно задействовать все структурные элементы, включая классы, объекты, методы и иные элементы.
В качестве основных принципов объектно-ориентированной разработки выделяют следующие компоненты:
- инкапсуляция;
- абстракция;
- полиморфизм;
- наследование.
Далее каждый компонент будет изучен более подробно для лучшего понимания основ объектно-ориентированной разработки.
Инкапсуляция
Инкапсуляция нужна для быстрой и безопасной организации иерархической управляемости: чтобы было достаточно простой команды «что нужно сделать», без одновременного уточнения того, как именно проводить ту или иную операцию. Связано это с тем, что указание на непосредственный метод реализации – это уже совершенно другой уровень управления приложением.
Принцип инкапсуляции гласит, что все важные данные, необходимые для работы класса или объекта, должны в нем же и храниться. Только определенная информация будет доступна для внешних функций и объектов.
Данные конкретного объекта или класса хранятся исключительно в пределах этого самого класса или объекта. Вносить в них корректировки, пользуясь другими классами, нельзя. Окружение имеет право запрашивать только публичные (общие) методы и атрибуты.
За счет инкапсуляции удается обеспечить более высокий уровень безопасности исходному коду программы, а также свести к минимуму шансы на случайное повреждение данных внутри какого-нибудь класса или объекта со стороны.
Наследование
Среди принципов ООП также принято выделять наследование. Это основная суть взаимоотношений между классами и объектами. Для того, чтобы не приходилось создавать множество одинаковых объектов или классов, можно создать один класс над классами с более общими характеристиками или функциями, а затем постепенно наследовать от него те или иные параметры/возможности.
При помощи специальных конструкций получится забрать из класса ряд атрибутов или методов, оставить их в неизменном виде или дополнить новыми элементами, внести корректировки в некоторые характеристики или создать из них уникальные объекты или подклассы для дальнейшего наследования опций.
Чтобы лучше понять этот принцип, рекомендуется рассмотреть наглядный пример – средства передвижения:
- Пусть будет абстрактный класс «Средства передвижения». У него поддерживается возможность набора скорости, а также транспортировки грузов и людей.
- Из него будет сформирован подкласс «Автобус». Он унаследует базовые характеристики и уточнит их определенным количеством мест для пассажиров, а также пределом скорости разгона.
- Теперь можно создать объект «Икарус». Он получит еще более точную скорость, планировку, количество дверей, тип сигнала, а также иные специфические параметры.
Описывать каждый раз новый класс или объект с нуля не придется. Достаточно обратиться к ранее созданному классу или объекту и дополнить его конкретикой.
Абстракция
Среди принципов ООП есть абстракции. Каждый верхний слой над объектом (классом) более абстрактен, чем его «младшая версия». Такая концепция позволит избежать переписывания по многу раз одного и того же объекта, ссылаясь на одни и те же методы и атрибуты.
Абстрактные классы дают возможность создавать более конкретные классы, а также соответствующие от них объекты, избегая описание реализации функции заблаговременно (в этом и заключается суть абстракции), а также оставляя исключительно базовый шаблон для дальнейших настроек.
Абстрактный класс должен быть публичным и не иметь реализаций методов. Именно этим он отличается от дочерних классов объектов программного кода.
Полиморфизм
Полиморфизм – ключевой принцип объектно-ориентированного программирования. Он позволяет осуществлять обработку разнообразных типов данных с помощью одних и тех же методов.
Полиморфизм в разных языках программирования будет отличаться друг от друга: есть языки вроде C++, где используется перегрузка, а есть JavaScript, где функции по умолчанию умеют обрабатывать различные типы данных без необходимости указывать их тип заранее.
Полиморфизм дает возможность через идентичные методы обрабатывать разнообразные типы данных. Пример – числа с плавающими запятыми и двузначные числа. Полиморфизмом позволяет определять методы в дочерних классах для обработки данных или выполнения дополнительных действий при вызове аналогичных методов.
Плюсы и минусы ООП
Преимущества и недостатки ООП помогут понять, стоит ли пользоваться соответствующей парадигмой при разработке того или иного программного обеспечения. К плюсам объектно-ориентированного программирования относят следующие моменты:
- Модульность разработки. Достигается за счет инкапсуляции. Количество ошибок значительно уменьшается, а сама разработка программы ускоряется при условии участия большого количества программистов. Связано это с тем, что все время писать код «с нуля» нет никакой необходимости.
- Высокая скорость разработки. Классы и интерфейсы в объектно-ориентированном программировании легко трансформируются в полноценные библиотеки. Их можно использовать в различных проектах.
- Расширяемость. ООП легко развивается, дополняется и меняется. Этому способствует модульный подход к программированию.
- Простое восприятие. При помощи объектно-ориентированного программирования можно упростить понимание кода. Результат достигается за счет взаимодействия с объектами, а не логикой программы.
- Высокий уровень безопасности. Инкапсулированный код будет недоступен извне, поэтому взломать программу окажется на порядок сложнее.
- Высокий уровень гибкости. С помощью полиморфизма удается быстро адаптировать приложение под свои нужды, избегая описания новых функций и объектов.
Преимущества ООП теперь понятны. К недостаткам данной парадигмы относят то, что она ставит во главе угла объекты. Достаточного внимания вычислениям, расчетам и алгоритмам здесь не уделяется. Такой подход иногда требует написания более объемного программного кода, чем при функциональном программировании. Также ООП иногда негативно сказывается на непосредственной скорости компиляции кода. Других существенных недостатков у парадигмы нет.
Языки с ООП
Языков программирования, которые пользуются объектно-ориентированной разработкой, очень много. Вот несколько известных из них:
- Ruby – высокоуровневый язык с динамической типизацией. Появился в середине 90-х годов. Его создал японский разработчик Юкихиро Мацумото.
- C++ – статически типизированный язык программирования. Он заточен под работу с ООП. Является универсальным средством разработки программного обеспечения.
- JavaScript – язык программирования с динамической типизацией. Является универсальным средством программирования. Применяется в разных парадигмах разработки.
Языки с ООП также включают в себя C#, Python, Scala, PHP, Java и другие.
Хотите освоить современную IT-специальность? Огромный выбор курсов по востребованным IT-направлениям есть в Otus!
