ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЙ ПОДХОД К РАЗРАБОТКЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
СУЩНОСТЬ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА
Существуют два основных подхода к декомпозиции систем.
Первый подход называют функционально-модульным, он является частью более общего структурного подхода. В его основу положен принцип функциональной декомпозиции, при которой структура системы описывается в терминах иерархии ее функций и передачи информации между отдельными функциональными элементами.
Второй, объектно-ориентированный подход, в его основе лежит объектная декомпозиция, при этом статическая структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами. Каждый объект системы обладает своим собственным поведением, моделирующим поведение объекта реального мира.
Принципиальное различие между структурным и объектно-ориентированным подходом заключается в способе декомпозиции системы.
Концептуальной основой объектно-ориентированного подхода является объектная модель. Основными принципами ее построения являются:
• абстрагирование (abstraction);
• инкапсуляция (encapsulation);
• модульность (modularity);
• иерархия (hierarchy)
Кроме основных имеются еще три дополнительных элемента, не являющихся в отличие от основных строго обязательными:
•типизация (typing);
• параллелизм (concurrency);
• устойчивость (persistence).
Абстрагирование - это выделение существенных характеристик объекта, которые отличают его от всех других видов объектов. Абстрагирование концентрирует внимание на внешних особенностях объекта и позволяет отделить самые существенные особенности его поведения от деталей их реализации. Выбор правильного набора абстракций для заданной предметной области представляет собой главную задачу объектно-ориентированного проектирования.
Инкапсуляция - это процесс отделения друг от друга отдельных элементов объекта, определяющих его устройство и поведение. Инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать интерфейс объекта, отражающий его внешнее поведение, от внутренней реализации объекта. Абстрагирование и инкапсуляция являются взаимодополняющими операциями:
абстрагирование фокусирует внимание на внешних особенностях объекта инкапсуляция (или, иначе, ограничение доступа) не позволяет объектам-пользователям различать внутреннее устройство объекта.
Модульность - это свойство системы, связанное с возможностью ее декомпозиции на ряд внутренне связных, но слабо связанных между собой модулей. Инкапсуляция и модульность создают барьеры между абстракциями.
Иерархия - это ранжированная или упорядоченная система абстракций, расположение их по уровням. Основными видами иерархических структур применительно к сложным системам являются: структура классов (иерархия по номенклатуре) и структура объектов (иерархия по составу).
Типизация - это ограничение, накладываемое на класс объектов и препятствующее взаимозаменяемости различных классов (или сильно сужающее ее возможность).
Параллелизм - свойство объектов находиться в активном или пассивном состоянии и различать активные и пассивные объекты между собой.
Устойчивость - свойство объекта существовать во времени (вне зависимости от процесса, породившего данный объект) и/или в пространстве (при перемещении объекта из адресного пространства, в котором он был создан).
К основным понятиям объектно-ориентированного подхода (элементам объектной модели) относятся:
• объект;
• класс;
• атрибут;
• операция;
• полиморфизм (интерфейс);
• компонент;
• связи.
1. Объект определяется как осязаемая сущность (tangible entity) предмет или явление (процесс), имеющие четко определяемое поведение.
Объект может представлять собой абстракцию некоторой сущности предметной области (объект реального мира) или программной системы (архитектурный объект).
Объект обладает:
· состоянием
· поведением
· индивидуальностью
Состояние объекта — одно из возможных условий, в которых он может существовать, оно изменяется со временем. Состояние объекта характеризуется перечнем всех возможных (статических) свойств данного объекта и текущими значениями (динамическими) каждого из этих свойств.
Состояние объекта определяется значениями его свойств (атрибутов) и связями с другими объектами.
Поведение определяет действия объекта и его реакцию на запросы от других объектов. Поведение характеризует воздействие объекта на другие объекты, изменяющее их состояние. Иначе говоря, поведение объекта полностью определяется его действиями. Поведение представляется с помощью набора сообщений воспринимаемых объектом (операций которые может выполнять объект).
Каждый объект обладает уникальной индивидуальностью.
Индивидуальность — это свойства объекта, отличающие его от всех других объектов.
Структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс. Состояние объекта характеризуется перечнем всех возможных (статических) свойств данного объекта и текущими значениями (динамическими) каждого из этих свойств.
Поведение характеризует воздействие объекта на другие объекты и наоборот относительно изменения состояния этих объектов и передачи сообщений. Иначе говоря, поведение объекта полностью определяется его действиями. Индивидуальность - это свойства объекта, отличающие его от всех других объектов.
2. Класс —это множество объектов, связанных общностью свойств, поведения, связей и семантики.
Класс инкапсулирует(объединяет) в себе данные (атрибуты) и поведение (операции). Класс является абстрактным определением объекта и служит в качестве шаблона для создания объектов. Класс изображается в виде прямоугольника, разделенного на три части. В первой содержится имя класса, во второй — его атрибуты. В последней части содержатся операции класса, отражающие его поведение (действия, выполняемые классом).
Любой объект является экземпляром (instance) класса. Определение классов и объектов — одна из самых сложных задач объектно-ориентированного проектирования.
Графическое представление класса в языке UML
3. Атрибут — поименованное свойство класса, определяющее диапазон допустимых значений, которые могут принимать экземпляры данного свойства.
Атрибут — это элемент информации, связанный склассом. Например, у класса Company (Компания) могут быть атрибуты Name (Название), Address (Адрес) и NumberOfEmployees (Число служащих).
Так как атрибуты содержатся внутри класса, они скрыты от других классов. В связи с этим может понадобиться указать, какие классы имеют право читать и изменять атрибуты. Это свойство называется видимостью атрибута (attribute visibility).
У атрибута можно определить три возможных значения этого параметра. Рассмотрим каждый из них в контексте примера (см. рис. 2.38). Пусть имеется класс Employee с атрибутом Address и класс Company:
Public (общийу открытый). Это значение видимости предполагает, что атрибут будет виден всеми остальными классами. Любой класс может просмотреть или изменить значение атрибута. В таком случае класс Company может изменить значение атрибута Address класса Employee. В соответствии с нотацией UML общему атрибуту предшествует знак «+».
Private (закрытый, секретный). Соответствующий атрибут не виден никаким другим классом. Класс Employee будет знать значение атрибута Address и сможет изменять его, но класс Company не сможет его ни увидеть, ни редактировать. Если это понадобится, он должен попросить класс Employee просмотреть или изменить значение этого атрибута, что обычно делается с помощью общих операций. Закрытый атрибут обозначается знаком «-» в соответствии с нотацией UML.
Protected (защищенный).Такой атрибут доступен только самому классу и его потомкам в иерархии наследования. Допустим, имеется два различных типа сотрудников — с почасовой оплатой и на окладе. Таким образом, потомками класса Employee будут два класса — HourlyEmp и SalariedEmp. Защищенный атрибут
Address можно просмотреть или изменить из классов Employee, HourlyEmp и SalariedEmp, но не из класса Company. Нотация UML для защищенного атрибута — это знак «#».
В общем случае атрибуты рекомендуется делать закрытыми или защищенными. При этом удается избежать ситуации, когда значение атрибута изменяется всеми классами системы. Вместо этого логика изменения атрибута будет заключена в том же классе, что и сам этот атрибут.
4. Операция — это реализация услуги, которую можно запросить у любого объекта данного класса.
Определенное воздействие одного объекта на другой с целью вызвать соответствующую реакцию называется операцией.
В объектных и объектно-ориентированных языках операции, выполняемые над данным объектом, называются методами и являются составной частью определения класса.
Операции отражают поведение объекта. Операция-запрос не изменяет состояния объекта. Операция-команда может изменить состояние объекта. Результат операции зависит от текущего состояния объекта.
Операции реализуют связанное с классом поведение (иначе говоря, реализуют обязанности класса — responsibilities). В широком смысле обязанности класса делятся на две категории:
Знание (определяется атрибутами класса):
• наличие информации о данных или вычисляемых величинах;
• наличие информации о связанных объектах.
Действие (определяется операциями класса):
• выполнение некоторых действий самим объектом;
• инициация действий других объектов;
• координация действий других объектов.
Операция включает три части — имя, параметры и тип возвращаемого значения. Параметры — это аргументы, получаемые операцией «на входе». Тип возвращаемого значения относится к результату действия операции.
Имя Операции (аргумент1: тип данных аргумента1, аргумент2:
