Об'єктно-орієнтоване програмування

Об'є́ктоорієнто́ване програмува́ння[1] (ООП, іноді об'єктозорієнто́ване програмува́ння[2][1], раніше об'єктно-орієнто́ване програмува́ння[3]; англ. Object-oriented programming, OOP) — одна з парадигм програмування, яка розглядає програму як множину «об'єктів», що взаємодіють між собою.[4] Основу ООП складають чотири основні концепції: інкапсуляція, успадкування, поліморфізм та абстракція[5] Однією з переваг ООП є краща модульність програмного забезпечення (тисячу функцій процедурної мови, в ООП можна замінити кількома десятками класів із своїми методами). Попри те, що ця парадигма з'явилась в 1960-х роках, вона не мала широкого застосування до 1990-х, коли розвиток комп'ютерів та комп'ютерних мереж дав змогу писати надзвичайно об'ємне і складне програмне забезпечення, що змусило переглянути підходи до написання програм. Сьогодні багато мов програмування або підтримують ООП (PHP, Lua) або ж є цілком об'єктоорієнтованими (зокрема, Java, C#, C++, Python, Ruby і Objective-C, ActionScript 3, Swift, Vala).

Об'єктно-орієнтоване програмування сягає своїм корінням до створення мови програмування Симула в 1960-х роках, одночасно з посиленням дискусій про кризу програмного забезпечення. Через ускладнення апаратного та програмного забезпечення було дуже важко зберегти якість програм. Об'єктоорієнтоване програмування частково розв'язує цю проблему шляхом наголошення на модульності програми[6].

На відміну від традиційних поглядів, коли програму розглядали як набір підпрограм, або як перелік інструкцій комп'ютеру, ООП-програми можна вважати сукупністю об'єктів. Відповідно до парадигми об'єктно-орієнтованого програмування, кожен об'єкт здатний отримувати повідомлення, обробляти дані, та надсилати повідомлення іншим об'єктам. Кожен об'єкт — своєрідний незалежний автомат з окремим призначенням та відповідальністю[7].

Визначення ООП

На думку Алана Кея, розробника мови Smalltalk, якого вважають одним з «батьків-засновників» ООП, об'єктоорієнтований підхід полягає в наступному наборі основних принципів:

  • Все є об'єктами.
  • Всі дії та розрахунки виконуються шляхом взаємодії (обміну даними) між об'єктами, під час якої один об'єкт потребує, щоб інший об'єкт виконав деяку дію. Об'єкти взаємодіють, надсилаючи й отримуючи повідомлення. Повідомлення — це запит на виконання дії, доповнений набором аргументів, які можуть знадобитися під час виконання дії.
  • Кожен об'єкт має незалежну пам'ять, яка складається з інших об'єктів.
  • Кожен об'єкт є представником (екземпляром, примірником) класу, який виражає загальні властивості об'єктів.
  • У класі задається поведінка (функціональність) об'єкта. Таким чином усі об'єкти, які є екземплярами одного класу, можуть виконувати одні й ті ж самі дії.
  • Класи організовані у єдину деревоподібну структуру з загальним корінням, яка називається ієрархією успадкування. Пам'ять та поведінка, зв'язані з екземплярами деякого класу, автоматично доступні будь-якому класу, розташованому нижче в ієрархічному дереві.

Таким чином, програма є набором об'єктів, що мають стан та поведінку. Об'єкти взаємодіють використовуючи повідомлення. Будується ієрархія об'єктів: програма в цілому — це об'єкт, для виконання своїх функцій вона звертається до об'єктів що містяться у ньому, які своєю чергою виконують запит шляхом звернення до інших об'єктів програми. Звісно, щоб уникнути нескінченної рекурсії у зверненнях, на якомусь етапі об'єкт трансформує запит у повідомлення до стандартних системних об'єктів, що даються мовою та середовищем програмування. Стійкість та керованість системи забезпечуються шляхом чіткого розподілу відповідальності об'єктів (за кожну дію відповідає певний об'єкт), однозначного означення інтерфейсів міжоб'єктної взаємодії та повної ізольованості внутрішньої структури об'єкта від зовнішнього середовища (інкапсуляції).

Історія

ООП виникло в результаті розвитку ідеології процедурного програмування, де дані й підпрограми (процедури, функції) їх обробки формально не пов'язані. Для подальшого розвитку об'єктоорієнтованого програмування велике значення мають поняття події (так зване подієво-орієнтоване програмування) і компоненти (компонентне програмування, КОП).

Формування КОП від ООП відбулося, так само як формування модульного від процедурного програмування: процедури сформувалися в модулі — незалежні частини коду до рівня збірки програми, так об'єкти сформувалися в компоненти — незалежні частини коду до рівня виконання програми. Взаємодія об'єктів відбувається за допомогою повідомлень. Результатом подальшого розвитку ООП, мабуть, буде агентно-орієнтоване програмування, де агенти — незалежні частини коду на рівні виконання. Взаємодія агентів відбувається за допомогою зміни середовища, в якій вони знаходяться.

Мовні конструкції, конструктивно не пов'язані безпосередньо з об'єктами, але необхідні їм для їх безпечної (виняткові ситуації, перевірки) та ефективної роботи, інкапсулюються від них в аспекти (в аспектно — орієнтованому програмуванні). Суб'єктно-орієнтоване програмування розширює поняття об'єктів шляхом забезпечення більш уніфікованого і незалежної взаємодії об'єктів. Може бути перехідною стадією між ООП та агентним програмуванням в частині самостійної їх взаємодії.

Першою мовою програмування, в якій були запропоновані принципи об'єктної орієнтованості, була Симула. На момент своєї появи (в 1967 році), ця мова програмування запропонувала революційні ідеї: об'єкти, класи, віртуальні методи тощо, однак це все не було сприйнято сучасниками як щось грандіозне. Проте, більшість концепцій були розвинені Аланом Кеєм та Деном Інгаллсом у мові Smalltalk. Саме вона стала першою широко поширеною об'єктоорієнтованою мовою програмування.

Наразі кількість прикладних мов програмування (список мов), що реалізують об'єктоорієнтовану парадигму, є найбільшим стосовно інших парадигм. В області системного програмування досі застосовується парадигма процедурного програмування, і загальноприйнятою мовою програмування є мова C. Хоча при взаємодії системного і прикладного рівнів операційних систем стали помітно впливати мови об'єктоорієнтованого програмування. Наприклад, однією з найпоширеніших бібліотек мультиплатформового програмування є об'єктоорієнтована бібліотека Qt, написана мовою C++.

Фундаментальні поняття

В результаті дослідження Дебори Дж. Армстронг[8] комп'ютерної літератури, що була видана протягом останніх 40 років, вдалось відокремити фундаментальні поняття (принципи), використані у переважній більшості визначень об'єктоорієнтованого програмування. До них належить:

Клас

Клас визначає абстрактні характеристики деякої сутності, включно з характеристиками самої сутності (її атрибутами або властивостями) та діями, які вона здатна виконувати (її поведінкою, методами або можливостями). Наприклад, клас Собака може характеризуватись рисами, притаманними всім собакам, зокрема: порода, колір хутра, здатність гавкати. Класи вносять модульність та структурованість в об'єктоорієнтовану програму. Зазвичай клас має бути зрозумілим для не-програмістів, що знаються на предметній області, що, своєю чергою, значить, що клас повинен мати значення в контексті. Також, код реалізації класу має бути досить самодостатнім. Властивості та методи класу, разом називаються його членами.

Об'єкт

Окремий екземпляр класу (створюється після запуску програми та ініціалізації полів класу). Клас Собака відповідає всім собакам шляхом опису їхніх спільних рис; об'єкт Сірко є одним окремим собакою, окремим варіантом значень характеристик. Собака має хутро; Сірко має коричнево-біле хутро. Об'єкт Сірко є екземпляром (примірником) класу Собака. Сукупність значень атрибутів окремого об'єкта називається станом. На основі класу Собака можна, також, створити інший об'єкт Дружок, який відрізнятиметься від об'єкта Сірко своїм станом (наприклад кольором хутра). Обидва об'єкти (Сірко і Дружок) є екземплярами класу Собака.

Метод

Можливості об'єкта. Оскільки Сірко — Собака, він може гавкати. Тому гавкати() є одним із методів об'єкта Сірко. Він може мати й інші методи, зокрема: місце(), або їсти(). В межах програми, використання методу має впливати лише на один об'єкт; всі Собаки можуть гавкати, але треба, щоб гавкав лише один окремий собака.

Обмін повідомленнями

«Передача даних від одного процесу іншому, або надсилання викликів методів.»

Успадкування (наслідування)

Клас може мати «підкласи», спеціалізовані, розширені версії надкласу. Можуть навіть утворюватись цілі дерева успадкування. Наприклад, клас Собака може мати підкласи Коллі, Пекінес, Вівчарка тощо. Так, Сірко може бути екземпляром класу Вівчарка. Підкласи успадковують атрибути та поведінку своїх батьківських класів, і можуть вводити свої власні. Успадкування може бути одиничне (один безпосередній батьківський клас) та множинне (кілька батьківських класів). Це залежить від вибору програміста, який реалізовує клас та мови програмування. Так, наприклад, в Java дозволене лише одинарне успадкування, а в С++ і те й інше.

Приховування інформації (інкапсуляція)

Приховування деталей про роботу класів від об'єктів, що їх використовують або надсилають їм повідомлення. Так, наприклад, клас Собака має метод гавкати(). Реалізація цього методу описує як саме повинно відбуватись гавкання (приміром, спочатку вдихнути()⁣, а потім видихнути() на обраній частоті та гучності). Петро, хазяїн пса Сірка, не повинен знати як він гавкає. Інкапсуляція досягається шляхом вказування, які класи можуть звертатися до членів об'єкта. Як наслідок, кожен об'єкт надає кожному іншому класу певний інтерфейс — члени, доступні іншим класам. Інкапсуляція потрібна для того, аби запобігти використанню користувачами інтерфейсу тих частин реалізації, які, швидше за все, будуть змінюватись. Це дасть змогу полегшити внесення змін без потреби змінювати й користувачів інтерфейсу. Наприклад, інтерфейс може гарантувати, що щенята можуть додаватись лише до об'єктів класу Собака кодом самого класу. Часто, члени класу позначаються як публічні (англ. public), захищені (англ. protected) та приватні (англ. private), визначаючи, чи доступні вони всім класам, підкласам, або лише до класу в якому їх визначено. Деякі мови програмування йдуть ще далі: Java використовує ключове слово private для обмеження доступу, що буде дозволений лише з методів того самого класу, protected — лише з методів того самого класу і його нащадків та з класів із того ж самого пакету, C# та VB.NET відкривають деякі члени лише для класів із тієї ж збірки шляхом використання ключового слова internal (C#) або Friend (VB.NET), а Eiffel дозволяє вказувати які класи мають доступ до будь-яких членів.

Абстрагування

Спрощення складної дійсності шляхом моделювання класів, що відповідають проблемі, та використання найприйнятнішого рівня деталізації окремих аспектів проблеми. Наприклад Собака Сірко більшу частину часу може розглядатись як Собака, а коли потрібно отримати доступ до інформації специфічної для собак породи коллі — як Коллі і як Тварина (можливо, батьківський клас Собака) під час підрахунку тварин Петра.

Поліморфізм

Поліморфізм означає залежність поведінки від класу, в якому ця поведінка викликається, тобто, два або більше класів можуть реагувати по-різному на однакові повідомлення. Наприклад, якщо Собака отримує команду голос(), то у відповідь можна отримати Гав; якщо Свиня отримує команду голос (), то у відповідь можна отримати Рох-рох. На практиці — це реалізовується шляхом реалізації ряду підпрограм (функцій, процедур, методи тощо) з однаковими іменами, але з різними параметрами. Залежно від того, що передається, і вибирається відповідна підпрограма.

Прототипно-орієнтоване програмування

Не всі з перелічених вище концепцій присутні в усіх об'єктоорієнтованих мовах програмування. Зокрема, в прототипно-орієнтованому програмуванні не використовуються класи. Як наслідок, зовсім інша, але аналогічна термінологія використовується для визначення об'єкта та екземпляра в цих мовах.

Критика
  • Результати дослідження Томаса Потока та інших не показали істотної різниці у продуктивності між ООП та процедурним підходами.[9]
  • Крістофер Дейт заявляє, що критичне порівняння ООП з іншими технологіями, зокрема, реляційною практикою є дуже складним через відсутність узгодженості та чіткого визначення ООП[10]
  • Олександр Степанов стверджує, що ООП забезпечує математично обмежену точку зору, і назвав його «майже таким великим обманом, як і Штучний інтелект» (мабуть, маючи на увазі невдалі і надміру «роздуті» проекти зі створення штучного інтелекту у 1980-х).
  • Едсгер Дейкстра "… чого суспільство переважно вимагає, так це панацеї. Звісно, панацея має різноманітні назви — інакше ви не продали б нічого подібного до «Structured Analysis and Design», «Software Engineering», «Maturity Models», «Management Information Systems», «Integrated Project Support Environments» «Object Orientation» та «Business Process Re-engineering» (останні відоміші, як IPSE, OO та BPR відповідно)."[11]

Див. також

Примітки
  1. object-oriented // Англійсько-українсько-англійський словник наукової мови (фізика та споріднені науки). Частина І англійсько-українська / уклад. О. Кочерга, Є. Мейнарович. — 2010.
  2. object-oriented // Англійсько-український словник з математики та інформатики / уклад. Є. Мейнарович, М. Кратко. — 2010.
  3. object-oriented // Українсько-англійський словник з радіоелектроніки / Богдан Рицар, Леонід Сніцарук, Роман Мисак. — 2015.
  4. Гради Буч, Роберт А. Максимчук, Майкл У. Энгл, Бобби Дж. Янг, Джим Коналлен, Келли А. Хьюстон. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений. М.: Вильямс, 2008.- 720с.
  5. Конспект лекції No 8-9-10Тема No 5. КОНЦЕПЦІЯ ОБ'ЄКТНО-ОРІЄНТОВАНОГО ПРОГРАМУВАННЯ
  6. Meyer, chapter 3
  7. Booch, chapter 2
  8. Armstrong, 2006.
  9. Potok, Thomas; Mladen Vouk; Andy Rindos (1999). Productivity Analysis of Object-Oriented Software Developed in a Commercial Environment. Software – Practice and Experience 29 (10): 833–847. doi:10.1002/(SICI)1097-024X(199908)29:10<833::AID-SPE258>3.0.CO;2-P. Процитовано 21 квітня 2010. (англ.)
  10. C. J. Date, Introduction to Database Systems, 6th-ed., Page 650 (англ.)
  11. EWD 1175 The strengths of the academic enterprise (англ.)

Література
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.