Этой статьей я начинаю серию публикаций о теории объектно-ориентированной методологии разработки программного обеспечения. Сегодня речь пойдет об одной из основных концепций ООП — объекте .

Объекты в ООП — это объекты реального мира

Любые программные системы предназначены для моделирования реальных систем, поэтому очень важно в каких терминах мы пытаемся описать эти реальные системы. Описание в виде последовательности действий (процедурный подход к программированию) оказался довольно сложным. Объектно-ориентированный подход предлагает описывать системы в виде взаимодействия объектов.

Предположим что нам нужно разработать систему автоматизации банка. Эта система могла быть осуществлена следующим образом:

В операции снятия денег через банкомат участвуют 3 объекта : «клиент Иванов», «банкомат на Тверской» и «счет № 66579801», который открыт в данном банке для Иванова. Подойдя к банкомату и засунув свою карточку, объект «клиент Иванов» посылает банкомату сообщение «Начать работу». Получив такое сообщение, банкомат выводит на экран какую-нибудь информацию и запрашивает код доступа, т.е объект «банкомат на Тверской» посылает сообщение объекту «клиент Иванов» — «Сообщить идентификационный код». Если идентификация прошла успешно, «клиент Иванов» просит выдать ему 1000 рублей. Он посылает сообщение об этом банкомату, а тот в свою очередь объекту «счет № 66579801». Приняв это сообщение объект «счет № 66579801» проверяет есть ли у него 1000 рублей, и, если есть, пересылает разрешение на снятие денег, одновременно уменьшая свой баланс на соответствующую сумму. Банкомат передает деньги и на этом процедура заканчивается.

Объекты выполняют необходимые действия передавая друг другу сообщения.

Описание в виде объектов позволяет определить различные компоненты системы. Те же самые объекты — «счет № 66579801» и «клиент Иванов» — будут учавствовать в другой операции при которой клиент приходит в отделение банка для снятие или зачисления денег на свой счет.

Приведенная ситуация является ярким примером сущности понятия «объект в ООП «. Сложно дать четкое определение этому понятию, приведу цитату этого определения Ивара Якобсона:

Объект в ООП — это сущность, способная сохранять свое состояние (информацию) и обеспечивающая набор операций (поведение) для проверки и изменения этого состояния.

Объект в объектно-ориентированном программировании — это модель или абстракция реальной сущности в программной системе. Предмет моделирования при построении объекта в ООП может быть различным. Например, могут существовать следующие типы абстракции, используемые при построении объекта:

• абстракция понятия: объект — это модель какого-то понятия предметной области;
• абстракция действия: объект объединяет набор операций для выполнения какой-либо функции;
• абстракция виртуальной машины: объект объединяет операции, которые используются другими, более высокими уровнями абстракции;
• случайная абстракция: объект объединяет не связанные между собой операции.

Состояние объекта в ООП

Каждый объект в ООП характеризуется своим состоянием. Состояние банковского счета — это сумма лежащих на нем денег. Состояние банкомата включает в себя состояние «включен» или «выключен», готов или не готов к принятию запроса, наличию денег в банкомате.

Состояние объекта характеризуется текущим значением его атрибутов . В нашем примере у счета есть атрибут -баланс. В простейшем случае он отражается числом — количеством рублей и копеек на счету. Операция снятия или зачисления на счет изменяет баланс и атрибут объекта «счет № 66579801». У объекта «банкомат на Тверской» есть несколько атрибутов. Количество денег в банкомате может характеризоваться числом. Состояние «включен» или «выключен» и состояние «готов или не готов к принятию запроса» — логическим значением.

Стоит заметить, что атрибутами объекта в ООП могут быть не только простейшие значения (число, логическое значение и т.д.), но и сложные величины или другие объекты. Например, наш банк для целей контроля будет хранить историю всех транзакций. Транзакция — это объект, который имеет атрибуты (характеристики) тип транзакции, сумма переведенных денег, место совершения и имена контрагентов этой операции. У объекта «счет № 66579801» появится новый атрибут — «история транзакций», который будет состоять из набора объектов-транзакций.

Идентификация объектов в ООП

Иногда нужно идентифицировать объекты в ООП, т.е., если имеются два объекта, как можно определить что эти объекты разные. Например, такая процедура очень важна для идентификации банковского счета (объект «счет № 66579801») клиента банка Иванова.

На самом деле существует два вопроса: равны ли два объекта или тождественны.

Обычно для идентификации применяются специальные атрибуты объектов — идентификаторы. Например, для объекта «счет № 66579801» идентификатором является его атрибут «номер счета», который является уникальным (соблюдается требование предметной области).

В свою очередь, зная идентификаторы объектов можно точно определить являются ли они тождественными или нет.

Интерфейс объекта в ООП

Важнейшей характеристикой объекта в ООП является описание того, как он может взаимодействовать с окружающим миром. Это описание называется интерфейсом объекта .

Объекты в ООП взаимодействуют между собой с помощью сообщений. Принимая сообщение, объект выполняет соответствующее действие. Эти действия обычно называются методами .

В нашем примере у объекта «счет № 66579801» есть следующие методы — «снять деньги со счета» и «положить деньги на счет». Эти два метода и составляют интерфейс объекта. У объекта «клиент Иванов» имеется метод «Сообщить свой код». А у объекта «банкомат на Тверской » есть методы «начать работу», «принять деньги», «выдать деньги».

У объекта «счет № 66579801» есть еще один атрибут «баланс». Является ли он частью интерфейса объекта? Интерфейс — это внешнее описание объекта. При разработке банковской системы и, в частности, объекта «счет», мы решаем вопрос: является ли баланс необходимой информацией для других объектов? Очевидно, что является. Тогда нам нужно ответить на еще один вопрос: что именно нужно другим объектам? Остаток денег на счете. В таком случае необходимо добавить еще один метод «сообщить остаток денег на счете» к объекту «счет» , и его интерфейс будет теперь состоять из трех методов.

Таким образом, атрибут баланс не является непосредственно частью интерфейса. Другие объекты могут обратиться к этому атрибуту только опосредственно, с помощью метода «сообщить остаток на счете» (тем самым они не могут непосредственно менять значение этого атрибута).

Наряду с методами и атрибутами, входящими в интерфейс и доступными другим объектам, у объекта могут быть атрибуты предназначенные для внутреннего использования (к ним может обращаться только сам объект). Например, у банкомата очень сложная внутренняя структура, т.е. он имеет огромное количество атрибутов. Но для банковской системы они не важны, и ни клиент, ни объект «счет» не могут к ним обратиться. Они не входят в интерфейс объекта «банкомат».

Время жизни объекта в ООП

В любой системе объекты создаются, функционируют и уничтожаются. В программировании существуют два способа уничтожения объектов:

1. Объекты должны уничтожаться явно, с помощью специальных вызовов
2. Объекты уничтожаются тогда, когда они никому не нужны (в системе отсутствуют все ссылки на данный объект). Такое уничтожение иногда называется уничтожением по достижимости

Но в тоже время могут существовать объекты, для которых необходимо восстанавливать их предыдущее состояние при новом запуске программы. Для работы с такими объектами применяется метод сериализации , когда значения всех атрибутов записываются, и, при необходимости восстановления объекта, считываются. Схема данного метода представлена ниже.

Существуют, также, и постоянные объекты, которые не уничтожаются при завершении программы и не создаются заново при ее запуске (объекты объектно-ориентированной базы данных). Программа и при первом и при втором запуске обращается к одному и тому же объекту, хранящемуся в постоянной памяти.

Со временем жизни и идентификации объектов тесно связано еще одно понятие — понятие объектов первого и второго сорта или равноправия объектов в системе.
Объект считается самостоятельным или первого сорта, в том случае, если он обладает всеми признаками идентификации объектов, принятыми в данной объектной среде, и время его жизни не связано со временем жизни породившего его объекта.

Композиция объектов в ООП

Объект может состоять из других объектов. Например, банкомат содержит большое количество узлов (атрибутов), т.е он включает в свой состав другие объекты. При этом, банкомат может непосредственно включать в себя другие объекты или же только ссылаться на них.

В следующей статье будут рассмотрены классы в ООП, как способ описания структуры и поведения объектов.

Привет! Ты когда-нибудь задумывался, почему Java устроена именно так, как она устроена? В том смысле, что ты создаешь классы, на их основе - объекты, у классов есть методы и т.д. Но почему структура языка такова, что программы состоят именно из классов и объектов, а не из чего-то другого? Зачем было придумано понятие «объект » и поставлено во главу угла? Все ли языки устроены так и, если нет, какие преимущества это дает Java? Вопросов, как видишь, много:) Попробуем ответить на каждый из них в сегодняшней лекции.

Что такое объектно-ориентированное программирование (ООП)

Конечно, Java не просто так состоит из объектов и классов. Это не прихоть ее создателей, и даже не их изобретение. Есть множество других языков, в основе которых лежат объекты. Первый такой язык назывался Simula , и его изобрели еще в 1960-х годах в Норвегии. Помимо всего прочего, в Simula появились понятия «класс » и «метод ». Кристен Нюгор и Оле Йохан Даль - создатели Simula

Казалось бы, Simula - древний язык по меркам программирования, но их «родственную» связь с Java видно невооруженным глазом. Скорее всего, ты легко прочтешь написанный на нем код и в общих чертах объяснишь, что он делает:) Begin Class Rectangle (Width, Height) ; Real Width, Height; Begin Real Area, Perimeter; Procedure Update; Begin Area : = Width * Height; OutText ("Rectangle is updating, Area = " ) ; OutFix (Area, 2 , 8 ) ; OutImage; Perimeter : = 2 * (Width + Height) ; OutText ("Rectangle is updating, Perimeter = " ) ; OutFix (Perimeter, 2 , 8 ) ; OutImage; End of Update; Update; OutText ("Rectangle created: " ) ; OutFix (Width, 2 , 6 ) ; OutFix (Height, 2 , 6 ) ; OutImage; End of Rectangle; Rectangle Class ColouredRectangle (Color) ; Text Color; Begin OutText ("ColouredRectangle created, color = " ) ; OutText (Color) ; OutImage; End of ColouredRectangle; Ref (Rectangle) Cr; Cr : - New ColouredRectangle (10 , 20 , "Green" ) ; End; Пример кода взят из статьи Simula - 50 лет ООП . Как видишь, Java и его предок не так уж сильно отличаются друг от друга:) Это связано с тем, что появление Simula ознаменовало собой рождение новой концепции - объектно-ориентированного программирования . Википедия дает такое определение ООП: Объе́ктно-ориенти́рованное программи́рование (ООП) - методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования. Оно, на мой взгляд, очень удачное. Ты недавно начал изучать Java, но в нем вряд ли найдутся незнакомые тебе слова:) Сегодня ООП - самая распространенная методология программирования. Помимо Java используются во многих популярных языках, о которых ты, возможно, слышал. Это C++ (его активно применяют разработчики компьютерных игр), Objective-C и Swift (на них пишут программы для устройств Apple), Python (наиболее востребован в машинном обучении), PHP (один из самых популярных языков веб-разработки), JavaScript (проще сказать, чего на нем не делают) и многие другие. Собственно говоря, что это за «принципы» ООП? Расскажем подробнее.

Принципы ООП

Это основа основ. 4 главные особенности, которые вместе образуют парадигму объектно-ориентированного программирования. Их понимание - ключ к становлению успешного программиста.

Принцип 1. Наследование.

Хорошая новость: с некоторыми из принципов ООП ты уже знаком! :) Наследование нам уже пару раз встречалось в лекциях, и мы успели с ним поработать. Наследование - механизм, который позволяет описать новый класс на основе существующего (родительского). При этом свойства и функциональность родительского класса заимствуются новым классом. Для чего нужно наследование и какие преимущества оно дает? Прежде всего - повторное использование кода. Поля и методы, описанные в родительских классах, можно использовать в классах-потомках. Если у всех типов автомобилей есть 10 общих полей и 5 одинаковых методов, тебе достаточно вынести их в родительский класс Auto . Ты сможешь использовать их в классах-потомках безо всяких проблем. Сплошные плюсы: и количественно (меньше кода), и, как следствие, качественно (классы становятся гораздо проще). При этом механизм наследования очень гибкий, и недостающую в потомках функциональность ты можешь дописать отдельно (какие-то специфические для конкретного класса поля или поведение). В общем, как и в обычной жизни: все мы чем-то похожи на наших родителей, а чем-то отличаемся от них:)

Принцип 2. Абстракция

Это очень простой принцип. Абстракция означает выделение главных, наиболее значимых характеристик предмета и наоборот - отбрасывание второстепенных, незначительных. Не будем изобретать велосипед и вспомним пример из старой лекции про классы. Скажем, мы создаем картотеку работников компании. Для создания объектов «работник» мы написали класс Employee . Какие характеристики важны для их описания в картотеке компании? ФИО , дата рождения , номер социального страхования , ИНН . Но вряд ли в карточке такого типа нам нужны его рост, цвет глаз и волос. Компании эта информация о сотруднике ни к чему. Поэтому для класса Employee мы зададим переменные String name , int age , int socialInsuranceNumber и int taxNumber , а от лишней для нас информации вроде цвета глаз откажемся, абстрагируемся. А вот если мы создаем картотеку фотомоделей для агентства, ситуация резко меняется. Для описания фотомодели нам как раз очень важны рост , цвет глаз и цвет волос , а номер ИНН не нужен. Поэтому в классе Model мы создаем переменные String height , String hair , String eyes .

Принцип 3. Инкапсуляция

С ним мы уже сталкивались. Инкапсуляция в Java означает ограничение доступа к данным и возможностям их изменения. Как видишь, в его основе лежит слово «капсула». В эту «капсулу» мы прячем какие-то важные для нас данные, которые не хотим, чтобы кто-то менял. Простой пример из жизни. У тебя есть имя и фамилия. Их знают все твои знакомые. Но у них нет доступа к изменению твоего имени и фамилии. Этот процесс, можно сказать, «инкапсулирован» в паспортном столе: поменять имя фамилию можно только там, и сделать это можешь только ты. Остальные «пользователи» имеют доступ к твоему имени и фамилии «только на чтение»:) Еще один пример - деньги в твоей квартире. Оставлять их на виду посреди комнаты - не лучшая идея. Любой «пользователь» (человек, пришедший к тебе домой) сможет изменить число твоих денег, т.е. забрать их. Лучше инкапсулировать их в сейфе. Доступ будет только у тебя и только по специальному коду. Очевидные примеры инкапсуляции, с которыми ты уже работал, - это модификаторы доступа (private , public и т.д.), а также геттеры-сеттеры. Если поле age у класса Cat не инкапсулировать, кто угодно сможет написать: Cat. age = - 1000 ; А механизм инкапсуляции позволяет нам защитить поле age при помощи метода-сеттера, в который мы можем поместить проверку того, что возраст не может быть отрицательным числом.

Принцип 4. Полиморфизм

Полиморфизм - это возможность работать с несколькими типами так, будто это один и тот же тип. При этом поведение объектов будет разным в зависимости от типа, к которому они принадлежат. Звучит сложновато? Сейчас разберемся. Возьмем самый простой пример - животных. Создадим класс Animal с единственным методом - voice() , и двух его наследников - Cat и Dog . public class Animal { public void voice () { System. out. println ("Голос!" ) ; } } public class Dog extends Animal { @Override public void voice () { System. out. println ("Гав-гав!" ) ; } } public class Cat extends Animal { @Override public void voice () { System. out. println ("Мяу!" ) ; } } Теперь попробуем создать ссылку Animal и присвоить ей объект Dog . public class Main { public static void main (String args) { Animal dog = new Dog () ; dog. voice () ; } } Как ты думаешь, какой метод будет вызван? Animal.voice() или Dog.voice() ? Будет вызван метод класса Dog : Гав-гав! Мы создали ссылку Animal , но объект ведет себя как Dog . При необходимости он может вести себя как кошка, лошадь или другое животное. Главное - присвоить ссылке общего типа Animal объект конкретного класса-наследника. Это логично, ведь все собаки являются животными. Именно это мы имели в виду, когда говорили «поведение объектов будет разным, в зависимости от того, к какому типу они принадлежат». Если бы мы создали объект Cat - public static void main (String args) { Animal cat = new Cat () ; cat. voice () ; } метод voice() вывел бы «Мяу! ». А что значит «возможность работать с несколькими типами так, как будто это один и тот же тип»? Это тоже довольно легко. Давайте представим, что мы создаем парикмахерскую для животных. В нашей парикмахерской должны уметь стричь всех животных, поэтому мы создадим метод shear() («постричь») с параметром Animal - животным, которое мы будем стричь. public class AnimalBarbershop { public void shear (Animal animal) { System. out. println ("Стрижка готова!" ) ; } } И теперь мы можем передавать в метод shear и объекты Cat , и объекты Dog ! public static void main (String args) { Cat cat = new Cat () ; Dog dog = new Dog () ; AnimalBarbershop barbershop = new AnimalBarbershop () ; barbershop. shear (cat) ; barbershop. shear (dog) ; } Вот и наглядный пример: класс AnimalBarbershop работает с типами Cat и Dog так, как будто это один и тот же тип. При этом у Cat и Dog разное поведение: они по-разному подают голос.

Причины появления ООП

Почему вообще возникла эта новая концепция программирования - ООП ? У программистов были работающие инструменты: например, процедурные языки. Что же побудило их изобретать что-то принципиально новое? Прежде всего, усложнение задач, которые перед ними стояли. Если 60 лет назад задача программиста выглядела как «вычислить математическое уравнение такое-то», сейчас она может звучать как «реализовать 7 различных концовок для игры S.T.A.L.K.E.R. в зависимости от того, какие решения принимал пользователь в игровых моментах A, B, C , D, E, F и комбинаций этих решений». Задачи, как видишь, за прошедшие десятилетия явно усложнились. А значит, усложнились и типы данных. Это еще одна причина возникновения ООП. Пример с уравнением легко можно решить с помощью обычных примитивов, никаких объектов тут не надо. А вот задачу с концовками игры сложно будет даже описать, не используя каких-то придуманных тобой же классов. Но при этом описать ее в классах и объектах достаточно легко: нам явно будет нужен класс Игра , класс Сталкер , класс Концовка , класс РешениеИгрока , класс ИгровойМомент и так далее. То есть даже не приступив к решению задачи, мы в голове можем легко представить «наброски» ее решения. Усложнение задач поставило программистов перед необходимостью делить задачу на части. Но в процедурном программировании сделать это было не так просто. И очень часто программа представляла собой «дерево» из кучи веток со всеми возможными вариантами ее работы. В зависимости от каких-то условий, программа выполнялась по той или иной ветке. Для небольших программ такой вариант был удобен, но поделить на части объемную задачу было очень сложно. Эта необходимость стала еще одной причиной возникновения ООП. Эта концепция предоставила программистам возможность делить программу на кучу «модулей»-классов, каждый из которых делает свою часть работы. Все объекты, взаимодействуя между собой, образуют работу нашей программы. Кроме того, написанный нами код можно повторно использовать в другом месте программы, что также экономит большое количество времени. English version of this post:

Почему объектно-ориентированному программированию отдается предпочтение в большинстве проектов? ООП предлагает эффективный способ борьбы с их сложностью. Вместо того чтобы рассматривать программу как последовательность исполняемых инструкций, оно представляет ее как группу объектов с определенными свойствами и производит с ними определенные действия. Это приводит к созданию более ясных, более надежных и легкосопровождаемых приложений.

Основные принципы сформировались потому, что в существовавших ранее подходах были обнаружены ограничения. Среди них - неограниченный доступ к данным и большое количество связей, которые накладывают ограничения на внесение изменений. Их осознание и причины важны для того, чтобы понять, что такое ООП в программировании и каковы его преимущества.

Процедурные языки

C, Pascal, FORTRAN и подобные языки являются процедурными. То есть каждый их оператор приказывает компьютеру что-то сделать: получить данные, сложить числа, разделить на шесть, отобразить результат. Приложение на процедурном языке представляет собой список инструкций. Если он небольшой, никакого другого организационного принципа (часто называемого парадигмой) не требуется. Программист создает список инструкций, и компьютер выполняет их.

Разделение на функции

Когда приложения становятся больше, список получается громоздким. Немногие могут понять более нескольких сотен инструкций, пока они не будут сгруппированы. По этой причине функция стала способом сделать приложения более понятными для своих создателей. В некоторых языках та же концепция может носить название подпрограммы или процедуры.

Приложение разделено на функции, каждая из которых имеет четко определенную цель и интерфейс.

Идея разделения на процедуры может быть расширена их группированием в больший объект, называемый модулем, но принцип аналогичен: группирование компонентов, которые выполняют списки инструкций.

Разделение на функции и модули - один из краеугольных камней структурного программирования, которое в течение нескольких десятилетий до появления ООП являлось довлеющей парадигмой.

Проблемы структурного программирования

Поскольку приложения становились все более крупными, структурное программирование начало испытывать трудности. Проекты становились слишком сложными. Графики сдвигались. Задействовалось большее число программистов. Сложность росла. Затраты взлетали, график сдвигался дальше, и наступал крах.

Анализ причин этих неудач показал недостатки процедурной парадигмы. Независимо от того, насколько хорошо реализован структурированный подход к программированию, крупные приложения становятся чрезмерно сложными.

Каковы причины этих проблем, связанных с процедурными языками? Во-первых, функции имеют неограниченный доступ к глобальным данным. Во-вторых, не связанные между собой процедуры и значения плохо моделируют реальный мир.

Если рассматривать эти проблемы в контексте программы учета запасов, то одним из важнейших глобальных элементов данных является совокупность учетных единиц. Разные функции могут обращаться к ним для ввода нового значения, его отображения, изменения и т. д.

Неограниченный доступ

В программе, написанной, например, на C, есть два вида данных. Локальные скрыты внутри функции и другими процедурами не используются.

Когда две и более функций должны получить доступ к одним и тем же данным, то последние должны быть глобальными. Такими, например, являются сведения об учитываемых предметах. Глобальные данные могут быть доступны любой процедуре.

В большой программе есть множество функций и много глобальных элементов. Проблема процедурной парадигмы состоит в том, что это приводит к еще большему числу потенциальных связей между ними.

Такое большое количество соединений вызывает несколько затруднений. Во-первых, это осложняет понимание структуры программы. Во-вторых, затрудняет внесение изменений. Изменение в глобальном элементе данных может потребовать корректирования всех функций, имеющих к нему доступ.

Например, в программе учета кто-то решит, что код учитываемого предмета должен состоять не из 5 цифр, а из 12. Это потребует изменить с short на long. Теперь связанные с кодом функции должны быть изменены для работы с новым форматом.

Когда элементы изменяются в большом приложении, трудно сказать, какие процедуры имеют к ним доступ. Но даже если это выяснить, их изменение может привести к неправильной работе с другими глобальными данными. Все связано со всем остальным, поэтому изменение в одном месте аукнется в другом.

Моделирование реального мира

Второй и более важной проблемой процедурной парадигмы является то, что ее расположение отдельных данных и функций плохо моделирует вещи в реальном мире. Здесь мы имеем дело с такими объектами, как люди и автомобили. Они не похожи ни на данные, ни на функции. Сложные реальные объекты обладают атрибутами и поведением.

Атрибуты

Примерами атрибутов (иногда называемых характеристиками) для людей являются цвет глаз и название должности, для автомобилей - мощность и количество дверей. Как оказалось, атрибуты в реальном мире эквивалентны данным в программе. Они имеют конкретные значения, такие как синий (цвет глаз) или четыре (количество дверей).

Поведение

Поведение - это то, что объекты реального мира производят в ответ на какое-то воздействие. Если попросить начальство о повышении зарплаты, ответ будет "да" или "нет". Если нажать на тормоз, то автомобиль остановится. Произнесение и остановка являются примерами поведения. Поведение подобно процедуре: его вызывают, чтобы сделать что-то, и оно делает это. Таким образом, данные и функции сами по себе не моделируют объекты реального мира эффективно.

Решение проблемы

Объект в ООП представляется как совокупность данных и функций. Только процедуры, которые называются функциями-членами в C ++, позволяют получить его значения. Данные скрыты и защищены от изменения. Значения и функции инкапсулированы в одно целое. Инкапсуляция и упрятывание - основные термины в описании ОО-языков.

Если требуется изменить данные, точно известно, какие функции взаимодействуют с ними. Никакие другие процедуры не могут получить к ним доступ. Это упрощает написание, отладку и поддержание программы.

Приложение, как правило, состоит из нескольких объектов, которые взаимодействуют друг с другом, вызывая функции-члены.

Сегодня наиболее широко используемый программирование) - C++ (плюс-плюс). В Java отсутствуют некоторые функции, такие как указатели, шаблоны и множественное наследование, что делает его менее мощным и универсальным, чем C++. C# еще не достиг популярности C++.

Следует отметить, что так называемые функции-члены в C++ называются методами в некоторых других ОО-языках, таких как Smalltalk. Элементы данных называются атрибутами. Вызов метода объекта является посылкой ему сообщения.

Аналогия

Можно представить объекты отделами компании. В большинстве организаций сотрудники не работают один день с кадрами, на следующий начисляя зарплату, а затем неделю занимаясь розничной торговлей. У каждого отдела есть свой персонал с четко возложенными на него обязанностями. Есть и собственные данные: показатели заработной платы, продаж, учет сотрудников и т. д. Люди в отделах работают со своей информацией. Разделение компании, таким образом, облегчает контроль за ее деятельностью и поддерживает целостность данных. Бухгалтерия отвечает за Если необходимо знать общую сумму заработной платы, выплачиваемой в южном филиале в июле, не нужно рыться в архиве. Достаточно направить записку ответственному лицу, подождать, пока этот человек получит доступ к данным и отправит ответ с требуемой информацией. Это гарантирует соответствие регламенту и отсутствие постороннего вмешательства. Таким же образом объект в ООП обеспечивает организацию приложения.

Следует помнить, что ориентация на объекты не касается подробностей работы программы. Большинство инструкций C++ соответствует операторам процедурных языков, таких как С. Действительно, функции-члены в C++ очень похожи на функции в С. Только более широкий контекст позволит установить, является ли инструкция процедурной или объектно-ориентированной.

Объект в ООП: определение

При рассмотрении задачи программирования на ОО-языке вместо вопросов о ее разделении на отдельные функции возникает проблема разделения на объекты. ООП-мышление намного облегчает разработку приложений. Это происходит в результате сходства программных и реальных объектов.

Какие вещи становятся объектами в ООП? Ниже представлены типичные категории.

Физический объект в ООП - это:

• транспорт в моделях движения потока;
• электрические элементы в программах схемотехники;
• страны в модели экономики;
• самолет в системе управления воздушным движением.

Элементы среды компьютера пользователя:

• меню;
• окна;
• графика (линия, прямоугольник, круг);
• клавиатура, мышь, принтер, дисковые накопители.

• работники;
• студенты;
• клиенты;
• продавцы.

• книга учета;
• личное дело;
• словарь;
• таблица широт и долгот населенных пунктов.

Связь объектов реального мира и ООП стало результатом сочетания функций и данных: они произвели переворот в программировании. Такого близкого соответствия в процедурных языках нет.

Класс

Объекты в ООП - это члены классов. Что это значит? Языки программирования имеют встроенные типы данных. Тип int, т. е. целое число, предопределен в C++. Можно объявлять сколько угодно переменных int.

Аналогично определяется множество объектов одного класса. Он определяет функции и данные, включаемые в его объекты, не создавая их, так же как int не создает переменные.

Класс в ООП - это описание ряда похожих объектов. Принц, Стинг и Мадонна являются певцами. Нет ни одного человека с таким именем, но люди могут так называться, если они обладают соответствующими характеристиками. Объект ООП - это экземпляр класса.

Наследование

В жизни классы разделены на подклассы. Например, животные делятся на земноводных, млекопитающих, птиц, насекомых и т. д.

Принцип такого рода деления состоит в том, что каждый подкласс имеет общие характеристики с классом, от которого происходит. Все автомобили имеют колеса и двигатель. Это определяющие характеристики транспортных средств. В дополнение к общим характеристикам каждый подкласс обладает своими особенностями. У автобусов много посадочных мест, а грузовики имеют пространство для перевозки тяжелых грузов.

Аналогично базовый класс может стать родителем нескольких производных подклассов, которые могут быть определены так, что они будут разделять его характеристики с добавлением собственных. Наследование подобно функции, упрощающей процедурную программу. Если несколько частей кода делают почти то же, можно извлечь общие элементы и поместить их в одну процедуру. Три участка приложения могут вызвать функцию, чтобы выполнить общие действия, но они могут производить и свои собственные операции. Подобно этому базовый класс содержит данные, общие для группы производных. Подобно функциям наследование сокращает ОО-программу и проясняет взаимосвязь ее элементов.

Повторное использование

После того как класс создан и отлажен, он может быть передан другим программистам для повторного использования в собственных приложениях. Это похоже на библиотеку функций, которая может входить в разные приложения.

В ООП наследование является расширением идеи многократного использования. Из существующего класса, не изменяя его, можно образовать новый с добавлением других функций. Легкость повторного использования существующего ПО - важное преимущество ООП. Считается, что это обеспечивает рост доходности от первоначальных инвестиций.

Создание новых типов данных

Объекты удобны для создания новых типов данных. Предположим, в программе используются двумерные значения (например, координаты или широта и долгота), и есть желание выразить действия с ними арифметическими операциями:

position1 = position + origin,

где и origin - пары независимых численных величин. Создание класса, включающего в себя эти два значения, и объявление переменных его объектами создает новый тип данных.

Полиморфизм, перегрузка

Операторы = (равно) и + (плюс), используемые в позиционной арифметике выше, не действуют так же, как с встроенными типами, такими как int. Объекты position и др. не предопределены, а заданы программным путем. Каким образом эти операторы знают, как с ними обращаться? Ответ заключается в том, что для них можно задать новые модели поведения. Эти операции будут функциями-членами класса Position.

Использование операторов или процедур в зависимости от того, с чем они работают, называется полиморфизмом. Когда существующий оператор, такой как + или =, получает возможность работать с новым типом данных, говорят, что он перегружен. Перегрузка в ООП - это вид полиморфизма. Она является его важной чертой.

Книга об ООП «Объектно-ориентированное программирование для чайников» позволит всем желающим ознакомиться с данной темой подробнее.

Для многих PHP программистов объектно-ориентированное программирование является пугающей концепцией, забитой сложным синтаксисом и другими препятствиями на пути к освоению. В данной статье концепция объектно-ориентированного программирования (ООП) представляется в виде стиля кодирования, который позволяет группировать взаимосвязанные действия в классы, чтобы создать более компактный и эффективный код.

Что такое объектно ориентированное программирование

Объектно-ориентированное программирование — это стиль кодирования, который позволяет разработчику группировать схожие задачи в классы . Таким образом код соответствует принципу DRY (don"t repeat yourself - не повторяй самого себя) и становится лёгким для сопровождения.

Одним из преимуществ DRY программирования является то, что если некоторая информация требует изменения вашей программы, то нужно изменять код лишь в одном месте, чтобы обновить алгоритм . Одним из самых страшных ночных кошмаров разработчика является сопровождение кода, в котором данные объявляются снова и снова, что превращает любые изменения в программе в бесконечную игру «прятки», в ходе которой приходится охотиться на повторяющиеся данные и куски алгоритма.

ООП пугает многих разработчиков, потому что оно вводит новый синтаксис и, на первый взгляд, кажется более сложным, чем простое процедурное кодирование. Однако, при более тщательном ознакомлении, ООП оказывается в действительности очень чётким и чрезвычайно простым подходом к программированию.

Что такое объекты и классы

Прежде, чем погрузиться в чёткие определения ООП, необходимо составить общее представление о разнице между классами и объектами . Данный раздел статьи поможет составить представление о классах, их различных возможностях и некоторых применениях.

В чем заключается разница между классами и объектами

Разработчики, начиная разговаривать о классах и объектах, начинают подменять понятия. К сожалению, такое очень часто происходит.

Класс, например, это проект дома . Он определяет на бумаге как будет выглядеть дом, чётко описывает все взаимосвязи между его различными частями, даже если дом не существует в реальности.

А объект — это реальный дом , который построен в соответствии с проектом. Данные, которые хранятся в объекте похожи на дерево, провода и бетон, из которых построен дом: без сборки в соответствии с проектом, они будут всего лишь кучей материалов. Однако, собранные вместе они становятся отличным и удобным домом.

Классы формируют структуру данных и действий и используют эту информацию для строительства объектов. Из одного класса может быть построено более одного объекта в одно и тоже время, каждый из них будет независим от других. Продолжая аналогию со строительством, целый район может быть построен по одному проекту: 150 различных домов, которые выглядят одинаково, но в каждом из них живут разные семьи и внутренняя отделка строений разная.

Структура класса

Синтаксис для создания класса очень прост: для объявления класса используется ключевое слово class , за которым следует имя класса и набор фигурных скобок ({}):

После создания класса, новый объект может быть реализован и сохранен в переменной с использованием ключевого слова new:

$obj = new MyClass;

Чтобы увидеть содержимое объекта, используйте var_dump() :

Var_dump($obj);

Можно протестировать весь процесс, скопировав весь код в файл test.php:

Загрузите страницу в ваш браузер и на экране должна появиться следующая строка:

Object(MyClass)#1 (0) { }

Вы только что создали свой первый скрипт ООП.

Определение свойств класса

Свойства, или переменные класса, используются для того, чтобы добавить данные в класс. Свойства работают как обычные переменные, но они связаны с объектом, и к ним можно получить доступ только используя объект.

Чтобы добавить свойства классу MyClass, используйте такой код в вашем скрипте:

Ключевое слово public определяет видимость свойства, мы расскажем о нем чуть позже в данной главе. Затем свойство именуется с использованием обычного синтаксиса для переменных, и ему присваивается значение (хотя свойство класса не нуждается в инициализации).

Echo $obj->prop1;

Так как может существовать несколько реализаций класса, то без ссылки на конкретный объект, свойство не может быть прочитано, потому что скрипт не может определить, из какого объекта следует читать. Стрелка (->) - это конструкция ООП, которая используется для получения доступа к свойствам и методам заданного объекта.

Модифицируйте скрипт в test.php, чтобы прочитать значение свойства, а не выводить информацию обо всем классе:

prop1; // Выводим свойство?>

Обновите страницу в вашем браузере, чтобы увидеть результат работы скрипта:

Свойство класса

Определение методов класса

Метод — это функция класса. Индивидуальное действие, которое может выполнить объект, определяется в классе как метод.

Например, создадим методы, которые устанавливают и читают значение свойства $prop1:

prop1 = $newval; } public function getProperty() { return $this->prop1 . "
"; } } $obj = new MyClass; echo $obj->prop1; ?>

Примечание — ООП позволяет объекту ссылаться на самого себя, используя $this . При работе внутри метода, использование $this позволяет использовать имя объекта вне класса.

Чтобы использовать метод, вызовите его как обычную функцию, но сначала укажите объект, которому она принадлежит. Читаем свойство из MyClass , изменяем значение, читаем его снова:

prop1 = $newval; } public function getProperty() { return $this->prop1 . "
"; } } $obj = new MyClass; echo $obj->getProperty(); // получаем значение свойства $obj->setProperty("Новое свойство."); // Устанавливаем новое значение echo $obj->getProperty(); // Снова читаем значение, чтобы увидеть изменения?>

Обновляем страницу в браузере и видим следующее:

Свойство класса Новое свойство

Преимущества ООП проявляются при использовании множества объектов одного класса.

prop1 = $newval; } public function getProperty() { return $this->prop1 . "
"; } } // Создаем два объекта $obj = new MyClass; $obj2 = new MyClass; // Получаем значения $prop1 из обоих объектов echo $obj->getProperty(); echo $obj2->getProperty(); // Устанавливаем новые значения свойств для обоих объектов $obj->setProperty("Новое значение свойства"); $obj2->setProperty("Свойство принадлежит второму объекту"); // Выводим значения $prop1 для обоих echo $obj->getProperty(); echo $obj2->getProperty(); ?>

Когда вы загрузите страницу в браузер, то увидите следующее:

Свойство класса Свойство класса Новое значение свойства Свойство принадлежит второму объекту

Обратите внимание, ООП сохраняет объекты как различные сущности , что позволяет легко разделять код на различные маленькие и взаимосвязанные части.

Магические методы в ООП

Чтобы сделать использование объектов проще, PHP имеет несколько магических методов. Это специальные методы, которые вызываются, когда над объектом производятся определённые действия. Таким образом разработчик может выполнить несколько общих задач относительно просто.

Использование конструкторов и деструкторов

Когда создаётся объект, очень часто нужно, чтобы при этом сразу производились установки некоторых свойств. Для выполнения таких задач PHP имеет магический метод __construct() , который вызывается автоматически при создании нового объекта.

Для иллюстрации концепции, добавим конструктор к классу MyClass. Он будет выводить сообщение при создании нового объекта класса:

"; } public function setProperty($newval) { $this->prop1 = $newval; } public function getProperty() { return $this->prop1 . "
"; } } // Создаем новый объект $obj = new MyClass; // Получаем значение свойства $prop1 echo $obj->
"; ?>

Примечание — константа __CLASS__ возвращает имя класса, в котором она вызывается; это одна из магических констант PHP.

Создан объект класса "MyClass"! Свойство класса Конец файла.

Для вызова функции в процессе удаления объекта используется магический метод __destruct() . Это очень полезный метод для корректной очистки свойств класса (например, для правильного закрытия соединения с базой данных).

Выведем сообщение, когда будет удаляться объект класса, с помощью магического метода:
__destruct() in MyClass:

"; } public function __destruct() { echo "Объект класса "", __CLASS__, "" удален.
"; } public function setProperty($newval) { $this->prop1 = $newval; } public function getProperty() { return $this->prop1 . "
"; } } // Создаём новый объект $obj = new MyClass; // Получаем значение свойства $prop1 echo $obj->getProperty(); // Выводим сообщение о достижении конца файла echo "Конец файла.
"; ?>

Обновляем страницу в браузере и получаем результат:

Создан объект класса "MyClass"! Свойство класса Конец файла. Объект класса "MyClass" удален.

При достижении конца файла PHP автоматически освобождает все ресурсы.

Для явного вызова деструктора и удаления объекта Вы можете использовать функцию unset() :

"; } public function setProperty($newval) { $this->prop1 = $newval; } public function getProperty() { return $this->prop1 . "
"; } } // Создаем новый объект $obj = new MyClass; // Получаем значение свойства $prop1 echo $obj->getProperty(); // Удаляем объект unset($obj); // Выводим сообщение о достижении конца файла echo "Конец файла.
"; ?>

Теперь результат работы кода будет выглядеть после загрузки в браузер следующим образом:

Создан объект класса "MyClass"! Свойство класса Объект класса "MyClass" удален. Конец файла.

Преобразование в строку

Чтобы избежать ошибки, если скрипт попытается вывести MyClass как строку, используется другой магический метод __toString() .

Без использования __toString() попытка вывести объект как строку приведёт к фатальной ошибке . Попробуйте использовать функцию echo, чтобы вывести объект без применения магического метода:

"; } public function __destruct() { echo "Объект классса "", __CLASS__, "" удален.
"; } public function setProperty($newval) { $this->prop1 = $newval; } public function getProperty() { return $this->prop1 . "

"; ?>

Результат работы будет выглядеть следующим образом:

Создан объект класса "MyClass"! Catchable fatal error: Object of class MyClass could not be converted to string in /Applications/XAMPP/xamppfiles/htdocs/testing/test.php on line 40

Чтобы избежать ошибки, используйте метод __toString() :

"; } public function __destruct() { echo "Объект классса "", __CLASS__, "" удален.
"; } public function __toString() { echo "Используем метод toString: "; return $this->getProperty(); } public function setProperty($newval) { $this->prop1 = $newval; } public function getProperty() { return $this->prop1 . "
"; } } // Создаем новый объект $obj = new MyClass; // Выводим объект как строку echo $obj; // Удаляем объект unset($obj); // Выводим сообщение о достижении конца файла echo "Конец файла.
"; ?>

В этом случае попытка конвертировать объект в строку приведёт к вызову метода getProperty() . Загружаем скрипт в браузер и смотрим на результат работы:

Создан объект класса "MyClass"! Используем метод toString: Свойство класса Объект класса "MyClass" удален. Конец файла.

Использование наследования классов

Классы могут наследовать методы и свойства от других классов с помощью ключевого слова extends . Например, создадим второй класс, который расширяет возможности MyClass и добавляет метод:

"; } public function __destruct() { echo "Объект классса "", __CLASS__, "" удален.
"; } public function __toString() { echo "Используем метод toString: "; return $this->getProperty(); } public function setProperty($newval) { $this->prop1 = $newval; } public function getProperty() { return $this->prop1 . "
"; } } class MyOtherClass extends MyClass { public function newMethod() { echo "Из нового метода класса " . __CLASS__ . ".
"; } } // Создаем новый объект $newobj = new MyOtherClass; // Используем новый метод echo $newobj->newMethod(); // Используем метод из родительского класса echo $newobj->getProperty(); ?>

После загрузки скрипта в браузер получим результат:

Создан объект класса "MyClass"! Из нового метода класса "MyOtherClass". Свойство класса Объект класса "MyClass" удален.

Перегрузка унаследованных свойств и методов

Чтобы изменить поведение существующих свойств или методов в новом классе, вы можете просто перегрузить их с помощью повторного объявления в новом классе:

"; } public function __destruct() { echo "Объект классса "", __CLASS__, "" удален.
"; } public function __toString() { echo "Используем метод toString: "; return $this->getProperty(); } public function setProperty($newval) { $this->prop1 = $newval; } public function getProperty() { return $this->prop1 . "
"; } } class MyOtherClass extends MyClass { public function __construct() { echo "Новый конструктор в классе " . __CLASS__ . ".

"; } } // Создаем новый объект $newobj = new MyOtherClass; // Выводим объект как строку echo $newobj->newMethod(); // Используем метод из родительского класса echo $newobj->getProperty(); ?>

Изменения приведут к следующему выводу при выполнении кода:

Новый конструктор в классе "MyOtherClass". Из нового метода класса "MyOtherClass". Свойство класса Объект класса "MyClass" удален.

Сохранение оригинальной функциональности при перегрузке методов

Чтобы добавить новую функциональность к унаследованному методу при сохранении функций оригинального метода, используйте ключевое слово parent с оператором разрешения видимости ( :: ) :

"; } public function __destruct() { echo "Объект классса "", __CLASS__, "" удален.
"; } public function __toString() { echo "Используем метод toString: "; return $this->getProperty(); } public function setProperty($newval) { $this->prop1 = $newval; } public function getProperty() { return $this->prop1 . "
"; } } class MyOtherClass extends MyClass { public function __construct() { parent::__construct(); // Вызываем конструктор родительского класса echo "Новый конструктор в классе " . __CLASS__ . ".
"; } public function newMethod() { echo "Из нового метода класса " . __CLASS__ . ".
"; } } // Создаем новый объект $newobj = new MyOtherClass; // Выводим объект как строку echo $newobj->newMethod(); // Используем метод из родительского класса echo $newobj->getProperty(); ?>

Выше приведённый код при выполнении выведет на экран сообщения из обеих конструкторов нового и родительского класса:

Создан объект класса "MyClass"! Новый конструктор в классе "MyOtherClass". Из нового метода класса "MyOtherClass". Свойство класса Объект класса "MyClass" удален.

Определение области видимости свойств и методов

Для дополнительного контроля над объектами, методами и свойствами устанавливается область видимости. Таким образом контролируется как и откуда могут быть доступны свойства и методы. Существует три ключевых слова для установки области видимости: public , protected , и private . В дополнение к установке области видимости, методы и свойства могут быть объявлены как static , что позволяет получать к ним доступ без реализации класса.

Примечание — Область видимости — это новое свойство, которое было введено в PHP 5. чтобы узнать о совместимости ООП с PHP 4 , смотрите руководство по использованию PHP.

Свойства и методы public (Общие)

Все свойства и методы, которые вы использовали ранее в данной статье были public (общими). Это значит, что доступ к ним можно было получить где угодно, как внутри класса, так и вне класса..

Методы и свойства protected (Защищённые)

Когда свойство или метод объявляется с директивой protected , оно может быть доступно только внутри самого класса или внутри производных классов (классов, которые расширяют базовый класс, содержащий метод с директивой protected ).

Объявим метод getProperty()как protected в MyClass и попробуем получить доступ к нему вне класса:

"; } public function __destruct() { echo "Объект классса "", __CLASS__, "" удален.
"; } public function __toString() { echo "Используем метод toString: "; return $this->getProperty(); } public function setProperty($newval) { $this->prop1 = $newval; } protected function getProperty() { return $this->prop1 . "

"; } public function newMethod() { echo "Из нового метода класса " . __CLASS__ . ".
"; } } // Создаем новый объект $newobj = new MyOtherClass; // Пробуем вызвать защищенный метод echo $newobj->getProperty(); ?>

При попытке выполнить скрипт, будет сгенерирована следующая ошибка:

Создан объект класса "MyClass"! Новый конструктор в классе "MyOtherClass". Fatal error: Call to protected method MyClass::getProperty() from context "" in /Applications/XAMPP/xamppfiles/htdocs/testing/test.php on line 55

Теперь, создадим новый метод в MyOtherClass для вызова метода getProperty() :

"; } public function __destruct() { echo "Объект классса "", __CLASS__, "" удален.
"; } public function __toString() { echo "Используем метод toString: "; return $this->getProperty(); } public function setProperty($newval) { $this->prop1 = $newval; } protected function getProperty() { return $this->prop1 . "
"; } } class MyOtherClass extends MyClass { public function __construct() { parent::__construct(); echo "Новый конструктор в классе " . __CLASS__ . ".
"; } public function newMethod() { echo "Из нового метода класса " . __CLASS__ . ".
"; } public function callProtected() { return $this->getProperty(); } } // Создаём новый объект $newobj = new MyOtherClass; // Вызываем защищённый метод из общего метода echo $newobj->callProtected(); ?>

При выполнении скрипта результат будет таким:

Создан объект класса "MyClass"! Новый конструктор в классе "MyOtherClass". Свойство класса Объект класса "MyClass" удален.

Методы и свойства private (Частные)

Свойства и методы, объявленные с директивой private, доступны только внутри класса, в котором они определены . Это означает, что даже если новый класс будет производным от класса, в котором определены частные свойства и методы, они не будут доступны в производном классе.

Для демонстрации объявим метод getProperty() как private в MyClass , и попробуем вызвать метод callProtected() из
MyOtherClass :

"; } public function __destruct() { echo "Объект классса "", __CLASS__, "" удален.
"; } public function __toString() { echo "Используем метод toString: "; return $this->getProperty(); } public function setProperty($newval) { $this->prop1 = $newval; } private function getProperty() { return $this->prop1 . "
"; } } class MyOtherClass extends MyClass { public function __construct() { parent::__construct(); echo "Новый конструктор в классе " . __CLASS__ . ".
"; } public function newMethod() { echo "Из нового метода класса " . __CLASS__ . ".
"; } public function callProtected() { return $this->getProperty(); } } // Создаём новый объект $newobj = new MyOtherClass; // Используем метод из родительского класса echo $newobj->callProtected(); ?>

Сохраняем скрипт, обновляем страницу в браузере и получаем следующее:

Создан объект класса "MyClass"! Новый конструктор в классе "MyOtherClass". Fatal error: Call to private method MyClass::getProperty() from context "MyOtherClass" in /Applications/XAMPP/xamppfiles/htdocs/testing/test.php on line 49

Методы и свойства Static (статические)

Методы и свойства, объявленные с директивой static могут быть доступны без инициации класса. Вы просто используете имя класса, оператор разрешения видимости и имя свойства или метода.

Одним из основных преимуществ статических свойств является то, что они сохраняют свои значения на протяжении работы всего скрипта.

Для демонстрации добавим статическое свойство $count и статический метод plusOne() к классу MyClass . Затем установим цикл do...while для вывода увеличивающего значения $count, до тех пор пока оно не станет больше 10:

"; } public function __destruct() { echo "Объект классса "", __CLASS__, "" удален.
"; } public function __toString() { echo "Используем метод toString: "; return $this->getProperty(); } public function setProperty($newval) { $this->prop1 = $newval; } private function getProperty() { return $this->prop1 . "
"; } public static function plusOne() { return "count = " . ++self::$count . ".
"; } } class MyOtherClass extends MyClass { public function __construct() { parent::__construct(); echo "Новый конструктор в классе " . __CLASS__ . ".
"; } public function newMethod() { echo "Из нового метода класса " . __CLASS__ . ".
"; } public function callProtected() { return $this->getProperty(); } } do { // Вызываем plusOne без инициации класса MyClass echo MyClass::plusOne(); } while (MyClass::$count < 10); ?>

Примечание — Для доступа к статическим свойствам знак доллара ($) должен стоять после оператора разрешения видимости.

Выполнение скрипта в браузере выдаст следующий результат:

Count = 1. count = 2. count = 3. count = 4. count = 5. count = 6. count = 7. count = 8. count = 9. count = 10.