Просто о сложном: что такое объектно-ориентированное программирование (ооп)?

Что такое ООП

Возникло как результат развития процедурного программирования. Основой объектно-ориентированных языков являются такие принципы, как:

• инкапсуляция;
• наследование;
• полиморфизм.

Некоторые принципы, которые были изначально заложены в первые ООЯ, подверглись существенному изменению.

Примеры объектно-ориентированных языков:

1. Pascal. С выходом Delphi 7 на официальном уровне стал называться Delphi. Основная область использования Object Pascal — написание прикладного ПО.
2. C++ широко используется для разработки программного обеспечения, является одним из самых популярных языков. Применяется для создания ОС, прикладных программ, драйверов устройств, приложений, серверов, игр.
3. Java — транслируется в байт-код, обрабатывается виртуальной машиной Java. Преимуществом такого способа выполнения является независимость от операционной системой и оборудования. Существующие семейства: Standard Edition, Enterprise Edition, Micro Edition, Card.
4. JavaScript применяется в качестве языка сценариев для web-страниц. Синтаксис во многом напоминает Си и Java. Является реализацией Ecmascript. Сам Ecmascript используется в качестве основы для построения других скриптовых языков, таких как JScript, ActionScript.
5. Objective-C построен на основе языка Си, а сам код Си понятен компилятору Objective-C.
6. Perl — высокоуровневый интерпретируемый динамический язык общего назначения. Имеет богатые возможности для работы с текстом, изначально разработан именно для манипуляций с текстом. Сейчас используется в системном администрировании, разработке, сетевом программировании, биоинформатике и т. д.
7. PHP. Аббревиатура переводится как препроцессор гипертекста. Применяется для разработки веб-приложений, в частности серверной части. С его помощью можно создавать gui-приложения с помощью пакетов PHP-GTK, PHP-Qt, WinBinder.
8. Python — язык общего назначения, ориентирован на повышение производительности разработчика и читаемость кода. Был разработан проект Cython, с помощью которого осуществляется трансляция программ, написанных на Python в код на языке Си.

Абстракция

Важным элементом ООП является абстракция. Человеку свойственно представ­лять сложные явления и объекты, прибегая к абстракции. Например, люди представляют себе автомобиль не в виде набора десятков тысяч отдельных деталей, а в виде совершенно определенного объекта, имеющего свое особое поведение. Эта абстракция позволяет не задумываться о сложности деталей, составляющих автомобиль, скажем, при поездке в магазин. Можно не обращать внимания на подробности работы двигателя, коробки передач и тормозной системы. Вместо этого объект можно использовать как единое целое.

Эффективным средством применения абстракции служат иерархические клас­сификации. Это позволяет упрощать семантику сложных систем, разбивая их на более управляемые части. Внешне автомобиль выглядит единым объектом. Но стоит заглянуть внутрь, как становится ясно, что он состоит из нескольких под­систем: рулевого управления, тормозов, аудиосистемы, привязных ремней, обо­гревателя, навигатора и т.п. Каждая из этих подсистем, в свою очередь, собрана из более специализированных узлов. Например, аудиосистема состоит из радиопри­емника, проигрывателя компакт-дисков и/или аудиокассет. Суть всего сказанного состоит в том, что структуру автомобиля (или любой другой сложной системы) можно описать с помощью иерархических абстракций.

Иерархические абстракции сложных систем можно применять и к компьютер­ным программам. Благодаря абстракции данные традиционной, ориентирован­ной на процессы, программы можно преобразовать в составляющие ее объекты, а последовательность этапов процесса — в совокупность сообщений, передавае­мых между этими объектами. Таким образом, каждый из этих объектов описывает свое особое поведение. Эти объекты можно считать конкретными сущностями, реагирующими на сообщения, предписывающие им вътолнитьконкретное действие. В этом, собственно, и состоит вся суть ООП.

Принципы ООП лежат как в основе языка Java, так и восприятия мира человеком

Важно понимать, каким образом эти принципы реализуются в программах. Как станет ясно в дальнейшем, ООП яаляется еще одной, но более эффективной и естественной методикой создания программ, способных пережить неизбежные изменения, сопро­вождающие жизненный цикл любого крупного программного проекта, включая за­рождение общего замысла, развитие и созревание

Например, при наличии тщатель­но определенных объектов и ясных, надежных интерфейсов с этими объектам можно безбоязненно и без особого труда извлекать или заменять части старой системы.

Что за классы

Вот одно из фор­маль­ных опре­де­ле­ний клас­са: «Класс — это эле­мент ПО, опи­сы­ва­ю­щий абстракт­ный тип дан­ных и его частич­ную или пол­ную реа­ли­за­цию»

Если более по-русски, то класс — это шаб­лон кода, по кото­ро­му созда­ёт­ся какой-то объ­ект. Это как рецепт при­го­тов­ле­ния блю­да или инструк­ция по сбор­ке мебе­ли: сам по себе класс ниче­го не дела­ет, но с его помо­щью мож­но создать новый объ­ект и уже его исполь­зо­вать в рабо­те.

Если пока непо­нят­но, погру­жай­тесь в при­мер:

Сила примера

При­зо­вём на помощь силу при­ме­ров и пого­во­рим про сото­вые теле­фо­ны.

Допу­стим, вы дела­е­те мобиль­ни­ки и хоти­те выпу­стить на рынок новую модель. Что­бы люди мог­ли сра­зу поль­зо­вать­ся вашим устрой­ством и быст­ро к нему при­вык­ли, у теле­фо­на дол­жен быть экран, кноп­ки вклю­че­ния и гром­ко­сти, каме­ры спе­ре­ди и сза­ди, разъ­ём для заряд­ки и слот для сим-карты.

Но одно­го желе­за недо­ста­точ­но — нуж­но соеди­нить его меж­ду собой так, что­бы всё рабо­та­ло без сбо­ёв. Кро­ме это­го, нуж­но преду­смот­реть, что про­ис­хо­дит при нажа­тии на кноп­ки, что выво­дит­ся на экран и как поль­зо­ва­тель будет управ­лять этим теле­фо­ном.

Сле­ду­ю­щий этап — опи­сать каж­дую деталь, из кото­рой состо­ит теле­фон, каж­дую мик­ро­схе­му и пла­ту, и объ­яс­нить, как дета­ли рабо­та­ют друг с дру­гом. Послед­ний шаг — напи­сать руко­вод­ство поль­зо­ва­те­ля, где будет пол­но­стью рас­ска­за­но, что мож­но делать с теле­фо­ном, как запу­стить зво­нил­ку или отпра­вить смс.

Мы толь­ко что сде­ла­ли новый класс для теле­фо­на — пол­ный набор нуж­ных зна­ний, опи­са­ний, свойств и инструк­ций, кото­рый опи­сы­ва­ет нашу модель. Все эти инструк­ции и опи­са­ния — это ещё не теле­фон, но из них этот теле­фон мож­но сде­лать.

В про­грам­ми­ро­ва­нии у клас­са есть набо­ры дан­ных — в нашем слу­чае это ком­плек­ту­ю­щие для теле­фо­на. Ещё есть функ­ции для рабо­ты с клас­са­ми, кото­рые назы­ва­ют­ся мето­да­ми — это то, как поль­зо­ва­тель будет рабо­тать с нашим теле­фо­ном, что он будет на нём делать и каким обра­зом.

История развития

Основа ООП была заложена в начале 1960-х годов. Прорыв в использовании экземпляров и объектов был достигнут в MIT с PDP-1, и первым языком программирования для работы с объектами стал Simula 67. Он был разработан Кристен Найгаард и Оле-Джохан Даль в Норвегии с целью создания симуляторов. Они работали над симуляциями взрыва кораблей и поняли, что могут сгруппировать корабли в различные категории. Каждому типу судна было решено присвоить свой собственный класс, который должен содержать в себе набор уникальных характеристик и данных. Таким образом, Simula не только ввела понятие класса, но и представила рабочую модель.

Термин «объектно-ориентированное программирование» был впервые использован Xerox PARC в языке программирования Smalltalk. Понятие ООП использовалось для обозначения процесса использования объектов в качестве основы для расчетов. Команда разработчиков была вдохновлена проектом Simula 67, но они спроектировали свой язык так, чтобы он был динамичным. В Smalltalk объекты могут быть изменены, созданы или удалены, что отличает его от статических систем, которые обычно используются. Этот язык программирования также был первым, использовавшим концепцию наследования. Именно эта особенность позволила Smalltalk превзойти как Simula 67, так и аналоговые системы программирования.

Simula 67 стала новаторской системой, которая впоследствии стала основой для создания большого количества других языков программирования, в том числе Pascal и Lisp. В 1980-х годах объектно-ориентированное программирование приобрело огромную популярность, и основным фактором в этом стало появление языка С++

Концепция ООП также имела важное значение для разработки графических пользовательских интерфейсов. В качестве одного из самых ярких примеров можно привести структуру Cocoa, существующую в Mac OS X

Общие принципы модели стали применяться во многих современных языках программирования. Некоторые из них — Fortran, BASIC, Pascal. На тот момент многие программы не были разработаны с учетом ООП, что было причиной возникновения некоторых проблем совместимости. “Чистые” объектно-ориентированные языки программирования не обладали многими функциями, необходимыми программистам. Для решения этих проблем ряд исследователей предложили несколько новых языков программирования, созданных на основе принципов ООП с сохранением других, необходимых программистам, функций. Среди наиболее ярких примеров можно выделить Eiffel, Java, .NET. Даже в серьезных веб-разработках используются языки программирования, основанные на принципах ООП — PHP (у нас вы можете пройти курс ООП в PHP), Python, Ruby. По мнению экспертов, в ближайшие несколько десятилетий именно объектно-ориентированный подход будет оставаться основной парадигмой в развитии программирования.

Полиморфизм

Полиморфизм позволяет использовать одно и то же имя для решения схожих, но технически разных задач.

В примере выше находится таблица. Мы видим class CardDesk и class GraphicalObject. У обоих есть функция под названием draw(). Она выполняет разные действия, хотя имеет одно имя.

Ad hoc полиморфизм или специальный полиморфизм использует:

• перегрузку функций, методов;
• приведение типов.

Перегрузка подразумевает использование нескольких функций с одним именем, когда выбор подходящих происходит на этапе компиляции.

Приведение типов означает преобразование значения одного типа в значение другого типа. Существует явное преобразование — применяется функция, которая принимает один тип, а возвращает другой, неявное — выполняется компилятором или интерпретатором.

Класс

Класс — это такой тип данных, который состоит из единого набора полей и методов.

Имеет внутренние и внешние интерфейсы для управления содержимым. При копировании через присваивание копируется интерфейс, но не данные. Разные виды взаимодействуют между собой посредством:

• наследования;
• ассоциации;
• агрегации.

При наследовании дочерний класс наследует все свойства родителя, ассоциация подразумевает взаимодействие объектов. Когда объект одного класса входит в другой, это называется агрегацией. Но когда они еще зависят друг от друга по времени жизни, — это композиция.

Одной из главных характеристик является область видимости. Понятие по-разному определяется разными ЯП.

В Object Pascal описывается следующим образом:

ClassName = class(SuperClass)

private

{ использование элементов ограничивается только пределами модуля }

{ здесь указываются поля }

strict private

{ спецификатор доступа стал доступным с выходом Delphi 2007, обозначает то же, что и private }

protected

{ элементы могут использоваться внутри ClassName или при наследовании }

public

{ }

published

{ элементы доступны всем, они отображаются в Object Inspector’e }

end;

Здесь SuperClass — предок, от которого происходит наследование.

Для C++ создание выглядит так:

class MyClass: public Parent

{

public:

MyClass(); // конструктор

~MyClass(); // деструктор

protected:

private:

};

В этом примере Parent является предком, если таковой имеется. Спецификаторы private, public, protected обозначают то же самое, что в предыдущем примере на Паскале. Также мы видим конструктор, деструктор, доступные для любой части программы. У C++ все элементы по умолчанию являются private, соответственно, это можно не указывать.

НаследованиеInheritance

Наследование позволяет создавать новые классы, которые повторно используют, расширяют и изменяют поведение, определенное в другом классе.Inheritance enables you to create a new class that reuses, extends, and modifies the behavior that is defined in another class. Класс, члены которого наследуются, называется базовым классом, а класс, который наследует эти члены, называется производным классом.The class whose members are inherited is called the base class, and the class that inherits those members is called the derived class. Следует учитывать, что все классы в C# неявно наследуются от класса Object, который поддерживает иерархию классов .NET и предоставляет низкоуровневые службы для всех классов.However, all classes in C# implicitly inherit from the Object class that supports .NET class hierarchy and provides low-level services to all classes.

Примечание

C# не поддерживает множественное наследование.C# doesn’t support multiple inheritance. То есть можно указать только один базовый класс для производного класса.That is, you can specify only one base class for a derived class.

Наследование от базового класса:To inherit from a base class:

По умолчанию унаследовать класс можно от любого класса.By default all classes can be inherited. Однако можно указать, должен ли класс использоваться в качестве базового класса, или создать класс, который может использоваться только в качестве базового.However, you can specify whether a class must not be used as a base class, or create a class that can be used as a base class only.

Указание, что класс не может использоваться в качестве базового класса:To specify that a class cannot be used as a base class:

Указание, что класс может использоваться только в качестве базового класса и нельзя создать экземпляр этого класса:To specify that a class can be used as a base class only and cannot be instantiated:

Дополнительные сведения можно найти в разделеFor more information, see:

• sealedsealed
• abstractabstract

переопределение членов;Overriding Members

По умолчанию производный класс наследует все члены от своего базового класса.By default, a derived class inherits all members from its base class. Если необходимо изменить поведение унаследованного члена, необходимо переопределить его.If you want to change the behavior of the inherited member, you need to override it. Т. е. в производном классе можно определить новую реализацию метода, свойства или события.That is, you can define a new implementation of the method, property or event in the derived class.

Следующие модификаторы используются для управления переопределением свойств и методов.The following modifiers are used to control how properties and methods are overridden:

Модификатор C#C# Modifier	ОпределениеDefinition
virtualvirtual	Разрешает переопределение члена класса в производном классе.Allows a class member to be overridden in a derived class.
overrideoverride	Переопределяет виртуальный (переопределяемый) член в базовом классе.Overrides a virtual (overridable) member defined in the base class.
abstractabstract	Требует, чтобы член класса был переопределен в производном классе.Requires that a class member to be overridden in the derived class.
Модификатор newnew Modifier	Скрывает член, наследуемый от базового классаHides a member inherited from a base class

Инкапсуляция

Инкапсуляция ограничивает доступ компонентов к другим, связывает данные с методами для обработки. Для инкапсуляции используется спецификатор доступа private.

Обычно понятия инкапсуляция и сокрытие отождествляются, но некоторые языки различают эти понятия. Другими словами, критичные для работы свойства защищаются, а их изменение становится невозможным.

class Animal {

private $name;

function __construct($name) {

$this->name = $name;

}

function getName() {

return $this->name;

}

}

Name принимается в качестве аргументов конструктора. Когда конструктор будет использован в других частях кода, ничто не сможет изменить элемент name. Как видим, он указывается внутри, для других частей кода он недоступен.

Принцип подстановки Барбары Лисков (LSP)

Соответствует букве L акронима SOLID. Согласно этому принципу подтипы должны быть заменяемыми для супертипа. Другими словами, методы или функции, работающие с суперклассом, должны иметь возможность без проблем работать также и с его подклассами.

PHP-программист

«ООО «ОЛКОН»», Самара, от 30 000 до 90 000 ₽

tproger.ru

Вакансии на tproger.ru

LSP тесно связан с принципом единственной ответственности и принципом разделения интерфейса.

Если класс реализует больше функциональности, чем подкласс, то последний может не поддерживать некоторые функции и тем самым нарушает данный принцип.

Ниже приведён пример такого кода на Java:

Функция провоцирует неявную ошибку при работе с экземпляром класса , потому что позволяет устанавливать отличные друг от друга значения ширины и высоты. Согласно принципу LSP, функции, использующие ссылки на базовые классы, должны иметь возможность использовать объекты производных классов, не зная об этом. Поэтому для корректной работы функция должна проверять, является ли передаваемый объект экземпляром класса Square, и в этом случае не позволять установить разные значения ширины и высоты. Отсюда идёт нарушение принципа.

Курс по теме SOLID Principles of Object-Oriented Design.

Когда НЕ нужно использовать ООП ¶

Я часто слышу мнение, что ООП нужно использовать везде и всегда. Нет! ООП должно помогать программисту писать код, а не превращать его жизнь в ад из «высоких стандартов опп».

Ситуации, когда ООП не даст вам преимуществ:

1. Однофайловые скрипты
   Бывают ситуации, когда нужно сделать что-то быстро и одноразово. Например, выгрузку или отчёт. НЕ нужно тратить время на продумывание объектов и разнесение логики. Сделайте всё в одном файле. Это будет быстрее и проще для изменения. Удалить один файл легче, чем выковыривать потом классы по всему проекту.
2. Отчёты
   Три раза подумайте перед тем, как пытаться сделать «универсальный построитель отчётов». Логику в больших отчётах далеко не всегда можно описать идиомами ООП. Лучше использовать однофайловые скрипты с простой линейной логикой, чем тратить время на придумывание монстров из классов.
3. SQL-билдеры
   Чем проще SQL, тем крепче спит программист. Если вы используете ООП для генерирования SQL, то и понятия не имеете, насколько сложным будет конечный запрос. А что ещё хуже, билдеры имеют свои баги, которые приводят к скрытым ошибкам проекта. Вообще, SQL в проектах нужен только в двух местах: отчётах и репозиториях. Но в отчётах слишком сложный SQL, чтобы использовать билдер, а в репозиториях слишком простой.
4. MVC в популярных PHP-фрейморках
   Я уже писал о проблемах MVC в PHP. Если кратко, то использование MVC приносит больше вреда, чем пользы, из-за неправильного понимания самого шаблона. Классы-контроллеры пухнут и превращаются в монстров, которыми сложно управлять. Единственный плюс MVC, это наличие шаблонов. Но шаблоны можно подключить и без MVC,

Не забывайте, что суть программирования — постоянный баланс между технологиями и задачами, которые надо решать. ООП лишь одна из техник написания кода, которая имеет свои достоинства и недостатки. Не нужно зацикливаться на какой-то одной технике, игнорируя преимущества других. Есть ещё и функции, и старый добрый . Самое главное, соблюдать баланс и писать простой и понятный код (используйте метод утёнка, чтобы объяснить логику своего кода).

Философия ООП ¶

Первое, что нужно понять, ООП это лишь один из способов организации кода. С помощью объектов мы разделяем большую логику на на много маленьких, чтобы нам легче было управлять своим же кодом. Это значит, что не нужно во все места совать классы и интерфейсы. Если ООП не упрощает код, а только запутывает, то это неправильное ООП! Каждый раз спрашивайте себя: «А что я упрощу, если сделаю объект?»

Но давайте вернёмся к примеру выше и посмотрим, как можно упростить себе жизнь.

Первое, на что нужно обратить внимание, это то, что мы работаем с пользователем как с массивом:

А что будет, если свойств у пользователя будет много или ключи массива будут меняться? Тогда придётся где-то вести документацию, какие ключи можно использовать, а какие нет. И кто-то должен будет контролировать, чтобы программисты использовали только правильные ключи. Оказывается, эту задачу можно переложить на среду исполнения, если использовать ООП.

Давайте создадим класс пользователя, который на вход принимает данные пользователя и имеет функцию для возврата имени:

Исправим объявление списка:

Теперь для доступа к имени пользователя можно использовать функцию . Мы «спрятали» (инкапсулировали) структуру исходного массива с данными пользователя за функциями класса . Если исходный массив поменяется, то изменения нужно будет внести только в функции класса.

Дальше решим проблему с постраничной навигацией. Поскольку базовый массив не поддерживает такую навигацию, «спрячем» его в объект, а уже объект «научим» выдавать страницы. Для начала опишем класс коллекции:

Изменим объявление исходных данных:

Теперь можно обращаться к нашим данным так:

Осталось решить проблему с форматом вывода пользователей. Дело в том, что в этом цикле является низкоуровневой логикой, которую надо «прятать». Собственно, также является лишним звеном в этой цепочке. В идеале логику отображения нужно вынести в шаблон и передавать ему список пользователей:

Шаблон представляет из себя псевдо язык разметки, в котором в теории удобно делать вёрстку:

Основная цель таких шаблонов — разделить логику отображения от логики данных. Преимущество, которое нам дают шаблоны заметны сразу: основной код стал «чище» и проще. Ходят легенды, что подобные шаблоны могут делать дизайнеры, верстальщики, папы, мамы, кошки без участия программистов. То есть налицо разделение труда (а если вспомнить историю за 5-й класс, то это уже прогресс в развитии).

Базовые понятия ООП ¶

— описание логики поведения (через свойства и методы).

— экземпляр класса, который содержит данные и может выполнять логику класса.

— функции, которые должен реализовать класс.

Ещё есть наследование (когда один класс расширяет другой), полиморфизм (когда класс-потомок меняет логику поведения родителя), инкапсуляция (красивое слово, которое означает «сокрытие логики» или «давай запихаем эту хрень так, чтобы её никто никогда не нашёл»). Не расстраивайтесь, если вы не знаете точного определения какого-то из модных программерских слов, в 99% случаев можете сказать, что это «хрень какая-то«, не ошибётесь.

Важно помнить: в ООП данные хранятся в объектах, а логика в классах. Объекты всегда создаются из класса

Когда нужно использовать ООП ¶

Вот ситуации, когда, на мой взгляд, ООП даёт преимущества:

Работа с базой данных
Через ООП можно «скрыть» внутреннюю структуру базы от конечного пользователя (в данном случае программиста). Если база будет меняться, то это не приведёт к переписыванию всего проекта

Если вы используете объект, вам неважно, как он хранится в базе данных.

Сложная логика
С помощью ООП можно разбить сложную логику на несколько простых классов. Преимущество в том, что можно создавать универсальный интерфейс и узкоспециализированные классы

Вам не придётся менять код, если потребуется добавить «что-то похожее вон на тот класс».

Большой проект
Ахиллесовой пятой больших проектов является сильное связывание, когда один код вызывается из множества разных частей системы. В последствии такой код становится «неприкасаемым». То есть разработчики боятся в нём что-то менять, потому что неизвестно, какие части проекта после этого отвалятся. Если использовать ООП, то с такой проблемой будет разы проще справиться. Объект можно разбить, сделать фасадом или написать тест. С обычным кодом такое сделать труднее.

Автоматическое тестирование
Поскольку объекты несут в себе конечную логику (имеется в виду, что объекты имеют конечное число свойств и методов), то их можно тестировать. Вызвал один метод, проверил результат, вызвал другой метод, проверил результат и так далее. Автоматические тесты помогают избежать ошибок и за счёт этого улучшают скорость и качество разработки.