Объектно-ориентированное программирование

Парадигм разработки очень много. Каждая из них используется для решения определенных задач по созданию программного обеспечения. Парадигма – это некоторый набор критериев и правил, которые должны соблюдаться программистами в процессе написания исходного кода.

С их помощью удается стандартизировать разработку, снижать риск возникновения ошибок, ускорять программирование. Исходный код за счет применения парадигм становится более читабельным.

Одной из самых популярных концепций в 21 веке стала объектно-ориентированная разработка. Далее предстоит изучить ее основы, области применения, а также преимущества и недостатки. Особое внимание необходимо уделить объектам и классам.

Предложенная информация ориентирована на широкую публику. Она поможет как обычным пользователям, так и будущим IT-специалистам понять, что собой представляет ООП.

Определение

Объектно-ориентированное программирование – популярная парадигма разработки. Она предусматривает организацию программного кода, опираясь на данные и объекты. Функции и разнообразные логические структуры здесь отходят на второй план.

ООП – методология программирования, опирающаяся на представление программного обеспечения в виде совокупности взаимодействующих друг с другом объектов. Каждый из них – это экземпляр того или иного класса. Классы в ООП образовывают иерархию наследования.

В объектно-ориентированной разработке каждый объект представляет собой некую сущность с определенными данными и набором (спектром) определенных действия.

Принципы

В разработке программного обеспечения с применением ООП соблюдаются некоторые принципы. Данная парадигма предусматривает:

• инкапсуляцию;
• наследование;
• абстракцию;
• полиморфизм.

Каждый принцип будет рассмотрен более подробно. С их помощью удастся быстрее разобраться с классами и объектами.

Инкапсуляция

Все данные, необходимые для работы одного конкретного объекта, должны храниться внутри этого самого объекта. Если требуется вносить изменения, методы для реализации задачи тоже помещаются в задействованный объект. Посторонние классы и объекты ничего подобного сделать не смогут. Для внешних объектов становятся доступны только публичные атрибуты и методы.

Инкапсуляция позволяет обеспечить безопасность и не дает повредить данные внутри класса извне. Этот принцип позволяет избегать образования случайных зависимостей – когда из-за внесения корректировок в один объект что-нибудь ломается в другом.

Наследование

Принцип наследования – это основная суть объектно-ориентированной разработки. Программист сможет создать:

• класс с теми или иными параметрами (свойствами);
• подкласс на его основе, который берет свойства определенного класса и добавляет свои;
• объект подкласса, копирующий его свойства и добавляющий дополнительные (новые).

При наследовании дочерним элементом методов и атрибутов, прописанных в родительском, он сможет использовать их в полном объеме или частично. Предусматривается также возможность добавления совершенно новых параметров. Заново прописывать атрибуты и методы в программном коде не придется.

Чтобы лучше понять принцип наследования, рекомендуется рассмотреть один простой пример из жизни. Пусть будет создан абстрактный класс с названием «Средство передвижения». У него есть возможность набора скорости и транспортировки людей.

Из этого класса формируется подкласс «Автобус». Он наследует базовые характеристики и уточняет их определенным количеством мест для пассажиров, а также пределом доступной скорости передвижения.

Теперь можно сформировать объект «Икарус». Он получит более конкретную скорость, планировку, количество дверей, тип сигнала и другие специфичные параметры транспортного средства.

В программировании для формирования перечисленных элементов не придется каждый раз писать класс/объект с нуля. Достаточно воспользоваться специальной конструкцией. Вот один из ее примеров:

Чтобы завершить наследование, необходимо дополнить соответствующую конструкцию конкретикой.

Абстракция

Каждый верхний слой над объектом (классы) более абстрактный, чем его «младшая» версия. Такая концепция позволяет не переписывать по 10 раз один и тот же объект, ссылаясь на одни и те же атрибуты и методы.

Абстрактные классы дают возможность создания более конкретных классов и вытекающих из них объектов. Описывать реализацию функций заранее не придется (в этом заключается вся суть абстракций). Оставлять в коде при описании более конкретных классов можно, оставляя лишь базовый шаблон. В нем «выставляются» дальнейшие настройки.

Абстрактный класс всегда выступает в качестве публичного. Он не должен содержать никаких реализаций методов. Это ключевое отличие соответствующего компонента от дочерних классов.

Полиморфизм

Полиморфизм – еще один важный принцип ООП. С его помощью можно использовать одни и те же методы для обработки совершенно разных типов данных. Полиморфизм в разных языках программирования будет отличаться в плане реализации. Есть строго типизированные ЯП, где используется «перегрузка», а есть языки вроде JavaScript, в которых по умолчанию функции могут обрабатывать разные типы данных без их предварительного указания в исходном коде.

С помощью полиморфизма удается за счет идентичных методов обрабатывать разные типы данных. Примерами могут послужить двузначные числа и числа с плавающей запятой. Полиморфизмом также называется возможность переопределять методы в дочерних классах для обработки других видов информации или выполнения дополнительных операций в процессе вызова аналогичного метода.

Преимущества и недостатки

Объектно-ориентированное программирование – популярный подход к разработке программного обеспечения. Эта парадигма имеет свои преимущества и недостатки. К сильным сторонам ООП принято относить следующие особенности:

1. Относительно простое написание программного кода. Можно создать класс или метод всего один раз, а затем применять его на практике. Повторно переписывать целые блоки кода нет никакой необходимости.
2. Высокий уровень читаемости кода. Разобраться в программе, написанной посторонним человеком, будет проще. В коде сразу просматриваются конкретные методы и объекты, их очень удобно искать для просмотра дальнейшего влияния на приложение.
3. Более простое обновление кода. Для изменения класса или метода по всему коду достаточно внести изменения в одном месте. Переписывать часть приложения не придется, как и отдельно корректировать объекты.
4. Простая работа в команде разработчиков. Концепция ООП подойдет тем, кто планирует трудиться над проектом целой командой. Разные программисты смогут отвечать за разные объекты программы и пользоваться трудами своих коллег.
5. Возможность повторного использования кода. Прописанный один раз класс или объект можно переносить в различные сторонние проекты. Это благоприятно сказывается на скорости разработки программного обеспечения.
6. Наличие шаблонов проектирования. На базе объектно-ориентированного программирования построены готовые решения для взаимодействия классов друг с другом. Данная концепция позволяет не писать весь код с нуля, а воспользоваться готовым шаблоном.

К недостаткам относят:

1. Сложность освоения. Объектно-ориентированное программирование – самая сложная методология написания программ. Для разработки приложений с применением ООП придется выучить больше информации, чем с функциональным программированием. Из-за этого данная концепция тяжела для освоения новичками. Разработчику предстоит разобраться в классах и объектах, наследовании, принципах написания публичных и внутренних функций, а также рассмотреть различные способы взаимодействия объектов друг с другом. Новичкам, которые раньше вообще не имели дел с программированием, придется сильно постараться для достижения успехов в ООП.
2. Громоздкость. Там, где функциональное программирование позволяет уместить код в одну строчку (команду), ООП требует создания классов, объектов, методов и атрибутов. В случае с крупными проектами такая концепция – это преимущество, но в маленьких программах исходный код начинает смотреться громоздко. Новичков такая реализация отталкивает.
3. Низкий уровень производительности. Объекты будут отнимать у устройства значительно больше памяти, чем простые функции и переменные. Все это сказывается на скорости компиляции исходного кода. В небольших программах данный недочет почти незаметен, чего нельзя сказать о крупных и сложных проектах.

Ключевая функция объектно-ориентированной разработки – облегчение написания сложных программ, над которыми трудятся целые команды программистов.

Языки ООП

Объектно-ориентированное программирование поддерживается большинством современных языков. Некоторые из них больше подходят для применения парадигмы за счет наличия удобных инструментов для работы с объектами и классами.

Вот наиболее распространенные и успешные языки программирования, использующие концепции ООП:

1. C++. Язык со статической типизацией. Относится к инструментам разработки общего назначения. В нем активно применяются концепции объектно-ориентированного программирования. Это универсальный кроссплатформенный ЯП, который используется при написании операционных систем, драйверов, служб, игр и обычных программ. Имеет достаточно сложный синтаксис, зато поддерживает высокий уровень производительности. Рекомендован для изучения всеми программистами, заинтересованными в кроссплатформенной разработке программного обеспечения.
2. Ruby – высокоуровневый язык программирования. Поддерживает динамическую типизацию. Ruby был создан в середине 90-х годов японским разработчиком.
3. JavaScript – один из самых популярных языков с динамической типизацией. Хорошо подойдет для использования различных парадигм разработки, включая объектно-ориентированное программирование. Легко учится и имеет хорошо читаемый исходный код. В основном применяется в веб-разработке.

К языкам программирования с наличием акцента на объектно-ориентированную разработку также относят C#, PHP, Scala, Python, Java.

Классы и объекты на примере Java

Основы объектно-ориентированного программирования понятны. Чтобы лучше разбираться в классах и объектах, рекомендуется рассматривать их на наглядном примере. В качестве базового языка будет взят один из наиболее популярных среди программистов – Java. Его достаточно легко изучать, а исходный код окажется хорошо читаемым. Java имеет множество библиотек и фреймворков. Все это делает его удобным для изучения классов и объектов.

Понятие объектов

Объект – некая структура, объединяющая данные и методы, используемые для обработки этого самого объекта. Данная концепция дает возможность разграничить область применения методов.

Объектом может называться своеобразный «строительный блок» объектно-ориентированных приложений. Такая программа представляет собой набор готовый объектов и связей между ними. Каждый объект состоит из:

• имени;
• состояния – перечня всех свойств соответствующего объекта и текущих значений каждого из этих свойств;
• методов.

Данные, которые содержатся в объекте, представляют собой его состояние. В ООП такая информация называется атрибутами. В качестве примера можно привести имя, фамилия, дату рождения, пол и другие характеристики сотрудника компании. В разных объектах атрибуты обладают совершенно разными значениями.

Поведением объектов в программировании называют то, что соответствующий элемент может сделать. В структурной разработке оно реализовывалось через подпрограммы, процедуры и функции.

Сообщения – это механизм коммуникации между несколькими объектами исходного приложения. Пример – когда объект А вызывает метод объекта Б, объект А отправляет сообщение объекту Б. В качестве ответа от Б выступает его возвращаемое значение. Вызываться другими объектами способны исключительно «открытые» методы.

Понятие классов

Каждый объект определяется при помощи общих шаблонов. Эти самые шаблоны носят название классов. В их рамках создается общий шаблон, структура, на основе которой будут формироваться объекты.

Данные, которые относятся к тому или иному классу, – это поля. Программный код, используемый для их обработки, – метод класса. Поля и методы имеют общее название в разработке – члены класса.

Класс описывает тип данных, которые относятся к классу, а также спектр применяемых методов к соответствующей информации. В приложении на основе того или иного класса создается экземпляр класса (это объект), в котором прописываются конкретные значения полей и выполняется необходимый спектр манипуляций (действий) над ними.

Конвекция кода и правила Java-языка предусматривают следующие принципы работы с классами:

• каждый из них содержится в отдельном файле, имеющем расширение .java;
• название файла должно быть точно таким же, как и название класса;
• класс описывается существительным и так, чтобы было понятно, с чем программист будет иметь дело;
• название рассматриваемого элемента кода начинается с большой буквы;
• если имя включает в себя несколько слов, каждое из них начинается с заглавной буквы.

Чтобы лучше понимать разницу между изученными компонентами, рекомендуется изучить наглядный пример. Он будет включает в себя определение двух классов – Cat и Dog. Их описание осуществляется при помощи указания полей (данных) и методов класса. Для класса Cat в качестве полей указывается name – кличка кота и color – окрас. Для собаки указываются точно такие же поля и дополнительно breed – порода.

Код будет выглядеть для Dog:

Для Cat:

Кроме полей определяются методы классов. Метод в объектно-ориентированном программировании – это то, что может делать объект класса (или то, что можно сделать с соответствующим элементом). Коты будут мяукать и заниматься ловлей мышей, а собаки – вилять хвостами и лаять.

Это определенные шаблоны, на основании которых позже можно будет создавать экземпляры классов. Разница между классами и объектами точно такая же, как между абстрактным и реальным понятием объекта. При создании объекта класса необходимо задавать определенные значения для полей. Когда речь идет о кошке или собаке в общих чертах, подразумеваются животные, у которых есть клички, окрас и иные характеристики. Все это абстракции, соответствующие классам. Если же говорить о конкретном животном – это уже будут объекты, экземпляры класса.

Классовый синтаксис

Теперь можно рассмотреть наглядный пример синтаксиса описания классов в Java. Описание начинается с ключевого слова – class. Далее пишется имя, а в фигурных скобках – тело, которое включает в себя характеристику конкретных членов класса – методов и полей.

Чтобы объявить «шаблон» используется ключевого слово class. Вот упрощенная форма классового определения:

Данные или переменные, определенные в «шаблоне», называются переменными экземпляра. Это связано с тем, что каждый экземпляр включает в себя копии этих самых переменных. Данные одного элемента будут отделяться и отличаться от данных другого компонента.

Непосредственный код содержится в теле методов. Обычно действия над переменными и доступ к ним производят методы этого самого класса. Методы служат для определения порядка использования классовых данных.

Методы

Классы состоят из двух элементов – переменных экземпляра и методов. Общая форма представления метода имеет следующую реализацию:

Здесь необходимо запомнить следующее:

1. Возвращаемый тип указывает на конкретный тип данных, возвращаемый методом.
2. Возвращаемый тип может быть любым допустимым информационным типом, включая тип созданного класса.
3. Если метод не будет возвращать никаких значений, ему присваивается тип void.
4. В виде имени методов выступает любой идентификатор, за исключением того, что уже используются в программном коде в текущей области действия.
5. Список параметров – это последовательность пар «тип-идентификатор», которые разделяются запятыми.
6. Параметры – это переменные, принимающие значения аргументов, которые передаются методу в процессе обращения к нему.
7. При отсутствии у метода тех или иных параметров, список будет пустым.
8. Методы, возвращаемый тип которых отличен от void, возвращают значение вызывающей части программы через оператор return.

Когда доступ к переменным экземпляра выполняется из кода, выходящего за пределы класса, где определена переменная экземпляра, следует обязательно указывать конкретный объект. Это делается через операцию точки. Если доступ производится из кода, включенного в «шаблон», где определена переменная экземпляра, ссылка на переменную может передаваться непосредственно. Аналогичные правила распространяются на методы.

Теперь понятно, что такое объект в ООП. Также стало ясно, что собой представляют классы. Лучше пользоваться этими элементами, а также языками разработки, поддерживающими концепции объектно-ориентированного программирования, помогут специализированные дистанционные онлайн-курсы. На них с нуля в срок от нескольких месяцев до года научат пользоваться любым выбранным языком. Приобретенные навыки подтверждаются электронным сертификатом.

Хотите освоить современную IT-специальность? Огромный выбор курсов по востребованным IT-направлениям есть в Otus!