Что такое объект и класс в ооп
Объектно-ориентированное программирование простым языком — объясняют эксперты
Авторизуйтесь
Объектно-ориентированное программирование простым языком — объясняют эксперты
В интернете можно найти много описаний ООП, однако начинающий программист рискует их не понять. Мы попросили экспертов объяснить суть этой методологии простыми словами.
руководитель группы Java-разработчиков ИТ-компании КРОК
Самый простой способ объяснить и понять ООП — воспользоваться метафорой. Метафорой объекта в ООП является объект реального мира, например, человек. Объекты надо отличать между собой и у них есть что-то, что их определяет. Например, для человека это может быть имя, когда мы говорим про нашего знакомого Васю, и все понимают о ком речь. Люди неким образом похожи друг на друга. Подмножество людей, обладающих одинаковым набором свойств (имя, фамилия, возраст и т.д.) и общим поведением, будет называться класс. Возьмем для примера сотрудников нашей компании. Для каждого из нас определен департамент (я, например, в департаменте разработки ПО числюсь, ДРПО), должность, уровень зарплаты и т.д. Эти свойства обычно определяют в момент, когда в компанию приходит новый сотрудник. У человека можно запросить информацию по его навыкам или попросить помочь коллеге — это общее поведение для всех сотрудников.
Зарплату сотрудника знает он сам, его руководитель и бухгалтер, остальные — нет. Такое сокрытие данных называется инкапсуляция. Какие свойства и поведение будет доступно другим объектам обычно определяется на уровне класса. Руководитель отдела также является сотрудником, но он обладает рядом дополнительных свойств, например, у него есть подчиненные. Таким образом класс «руководитель», расширяет класс «сотрудник» или, другими словами, происходит наследование. При этом между классами устанавливается отношение «является» — то есть любой руководитель является сотрудником, но не наоборот — не каждый сотрудник является руководителем. Если у класса больше одного наследника, то образуется иерархия. Классы, которые являются родственниками в иерархии не связаны отношением «является», например, бухгалтер является сотрудником, но бухгалтер не является руководителем.
При помощи этих правил иерархию можно проверить на корректность. Если взять ведомость со списком всех сотрудников, в нее очевидным образом попадут и руководители, и бухгалтеры, но в общем списке они не будут отличаться от других сотрудников. Если мы захотим уточнить список подчиненных у каждого руководителя, то нам понадобится подготовить отдельную ведомость со свойствами, специфичными для класса «руководитель». Такое свойство объектов называется полиморфизмом, где состав свойств и поведение будет определяться классом, через который мы смотрим на объект: мы можем обращаться к объекту, как и к любому из предков его класса, но это не верно для потомков или других родственников.
Так мы рассмотрели, как связаны объекты и классы, и такие понятия, как: инкапсуляция, наследование и полиморфизм. Все это — базовые понятия ООП.
ведущий инженер-программист IT-компании DD Planet
Объектно-ориентированное программирование – это подход, при котором вся программа рассматривается как набор взаимодействующих друг с другом объектов. При этом нам важно знать их характеристики.
У каждого объекта в системе есть свойства и поведение, как и у любого реального объекта. Например, рассмотрим объект «машина». У него есть свойства (цвет, вес, стоимость) и поведение (машина может ехать, сигналить, потреблять топливо).
Такой подход помогает строить сложные системы более просто и естественно благодаря тому, что вся предметная область разбивается на объекты и каждый из них слабо связан с другими объектами. Слабая связанность возникает вследствие соблюдения трех принципов: инкапсуляции, наследования и полиморфизма.
ООП позволяет упростить сложные объекты, составляя их из более маленьких и простых, поэтому над программой могут работать сотни разработчиков, каждый из которых занят своим блоком. Большинство современных языков программирования — объектно-ориентированные, и, однажды поняв суть, вы сможете освоить сразу несколько языков.
старший разработчик систем автоматизации и поддержки сервисов мониторинга и реагирования на киберугрозы в BI.ZONE
Методология объектно-ориентированного программирования (ООП) подразумевает представление всей программы или ее частей объектами. У каждого объекта есть тип — в ООП он называется классом. Классы можно объявлять или наследовать и создавать из них экземпляры. Собственно, объект — это и есть экземпляр класса.
Обычно объект объединяет в себе данные и методы для работы с ними. Представим, что у нас есть тип «Позвоночное существо», у которого есть свойство «Класс». У каждого из Позвоночных существ это свойство равно одному из пяти значений: Рыба, Земноводное, Птица, Пресмыкающееся, Млекопитающее. Добавим метод получить_класс — он будет возвращать это значение. Далее объявим тип «Человек», который наследует типу «Позвоночное существо». Создадим несколько экземпляров: Иван Иванов, Марина Иванова, Антон Антонов. Добавим присущие только Человеку свойства: Имя и Фамилию. У каждого из них будет метод получить_имя/получить_фамилию, а также перешедший от Позвоночного существа метод получить_класс.
Так можно продолжать сколь угодно долго: повторно описывать методы родительских классов нам не нужно, и любой экземпляр класса будет обладать заявленными свойствами.
Основные задачи ООП — структурировать код, повысить его читабельность и ускорить понимание логики программы. Косвенно выполняются и другие задачи: например, повышается безопасность кода и сокращается его дублирование.
Дело в том, что человеку гораздо удобнее работать с реальными объектами, чем отдельно с набором данных и функциями. Представляя данные в программе как свойства объекта, а функции по обработке данных — как возможные методы объекта, мы приближаем процесс программирования к процессу описания метода решения задачи. Это достигается за счет добавления знакомой человеку структуры абстракций: ведь даже язык, на котором мы говорим, следует принципам ООП. У каждой буквы есть произношение и написание, каждое слово включает буквы и имеет свое произношение и написание, то же верно и для предложений, и для более крупных конструкций. Все в этом мире — объект!
Главное, о чем не стоит забывать: ООП — это не единственная парадигма. У нее есть свои плюсы и минусы, для каких-то задач она подходит, для каких-то — нет. Например, ООП не даст особых преимуществ, если вы пишете «однострочники» и простые скрипты. Однако в больших проектах неразделенный на отдельные сущности код быстро превратится в «лапшу» и перестанет читаться, и ООП здесь сильно упростит работу.
разработчик хостинг-провайдера и регистратора доменов REG.RU
Наиболее классическое определение, к которому прибегают при необходимости объяснить что такое ООП, это — «способ моделирования реального мира». Можно предположить, что ООП делает код более простым и наглядным, однако такая формулировка слишком размыта и уклончива, она не открывает самой сути ООП.
ООП стоит на трёх китах:
Если резюмировать: ООП даёт контроль над зависимостями в коде. Это способ сделать так, чтобы высокоуровневый код не зависел от низкоуровневой реализации. ООП позволяет вести разработку раздельно, поскольку взаимодействие между сущностями определено интерфейсами.
технический директор в Creonit
Суть ООП заключается в том, чтобы представить программу в виде объектов, которые каким-то образом взаимодействуют друг с другом.
Все, что угодно, можно представить в виде объекта: человека, воздушный шарик, сообщение в мессенджере. У объекта могут быть свойства, например, цвет – красный, размер – большой. Также у объекта могут быть методы для совершения операций. Например, если объект телевизор, вызываем метод «включить», и телевизор включается.
Объект — это экземпляр какого-то класса. Класс — это шаблон, в котором описаны все свойства будущего объекта и его методы. При этом если класс воздушного шарика определяет свойство цвет, то сам класс никакого значения цвета не имеет. Но экземпляры этого класса, которых, к слову, можно создавать сколько угодно, уже будут раскрашены в любые цвета.
Классы могут выстраиваться в хитрые витиеватые структуры. Чем структура хитрее, тем программа гибче, легче поддается изменениям и внедрениям нового функционала, но не обязательно. Такие слова как наследование, полиморфизм, инкапсуляция позволяют создавать структуры объектов еще витиеватее, при этом избавляют код от дублирования и делают его интуитивно понятным, но не всегда.
Понимание только лишь принципа работы объектов не сделает человека ООП-гуру. Суть мастерства ООП в умении конструировать многоуровневые структуры из классов, при этом оставляя код читаемым, надежным и гибким. Чтобы это постичь, потребуется пройти долгий и изнурительный путь, но в конечном итоге ООП станет лучше.
руководитель практики Java центра разработки компании «Рексофт» в Воронеже
Часто статьи про ООП начинаются с кучи терминов, теории и сложных объяснений подходов и парадигм. В своем курсе программирования на Java для начинающих в Воронежском государственном университете я сначала объясняю на практике роль объектов, их связь и операции с ними, используя обычные слова, которые мы используем в повседневной жизни. Например, инкапсуляцию удобно объяснять с помощь магазина, где есть витрина, на которой все видно и красиво расставлено и есть склад, куда обычного покупателя не пускают.
Когда студенты начинают понимать и могут строить объектные модели, можно вводить первые термины, такие как: инкапсуляция, наследование и полиморфизм. Понимая работу ООП на практике, даже на совсем примитивном уровне, эти слова уже не кажутся такими страшными и непонятными. Дальше я ввожу больше теории и обязательно добавляю практические вещи, например, паттерны проектирования.
Проще говоря, преподавать ООП стоит от практики к теории. Очень много в этом процессе дают правильные примеры. В первое время они должны отражать окружающий нас мир и только потом трансформироваться в абстракции и переходить к языку программирования.
ООП – Организация Освобождения Палестины.
Аббревиатура.
Резонный вопрос – почему так поздно приступаем к знакомству с ООП? Я тоже считаю, что некоторые главы книги только бы выиграли от их изложения в объектно-ориентированной нотации. Но, сказавши «а», следовало бы сказать и «б», т.е. пришлось бы полностью изложить принципы ООП, а это было бы не совсем правильно:
эта технология ориентирована на создание уже достаточно больших проектов, хотя отдельные части проекта (например, методы классов) все равно разрабатываются в рамках традиционной технологии структурного программирования. Поэтому, на мой консервативный взгляд, чтобы почувствовать преимущества технологии ООП, надо иметь опыт разработки проектов определенной сложности в традиционной технологии;
многие механизмы объектно-ориентированного Си прекрасно иллюстрируются средствами классического Си, чтобы понимать первое, нужно знать второе;
все предыдущие главы иллюстрированы небольшими по объему программами, для которых объектно-ориентированная нотация (именно как для примеров) не обязательна;
ООП – это постановка процесса программирования «с ног на голову», (или с головы на ноги), а это лучше сделать не в середине изложения материала;
И, наконец, такой «монстр» как Си++, пытающийся сочетать в себе все и вся, имеет не совсем удобную, излишне открытую и довольно громоздкую объектно-ориентированную нотацию. Поэтому данный материал следует рассматривать как приглашение к знакомству с тотальными средами ООП, например, Java или C#.
10.1 Объекты и классы
Объект, метод, класс: определения и свойства
«Классами называются большие группы людей, различающиеся по их месту в исторически определенной системе общественного производства, по их отношению) к средствам производства, по их роли в общественной организации труда, а следовательно, по способам получения и размерам той доли общественного богатства, которой они располагают» Ленинское определение классов.
Строго говоря, реализовать идеи ООП можно в классической среде программирования, соблюдая дух, а не букву технологии. Например, библиотека функций, работающая на общую структуру данных, может в первом приближении считаться классом.
Прописные истины объектно-ориентированного подхода
Объектно-ориентированный подход не ограничен синтаксисом. Следует соблюдать не только букву, но и дух ООП. Но даже в самой реализации понятий класса и объекта в языке программирования имеется много очевидных, но не всегда упоминаемых вещей, которые следует помнить. Попробуем их здесь перечислить.
для каждого объекта создается экземпляр данных;
методы класса, с которыми работает объект, представляют собой единственный экземпляр программного кода в сегменте команд, который одинаково выполняется для всех объектов (разделяется ими);
при вызове метода объект, для которого он выполняется, идентифицируется указателем текущего объекта this, задающим контекст текущего объекта.
Таким образом, связка «объект-метод» преобразуется в традиционную последовательность действий: «вызов функции – метода класса с фактическим параметром – указателем на текущий объект».
public: void F() < a++; >// void A::F(A *this) < this->a++; >
если элементы данных класса имеют взаимосвязанные значения, то класс должен поддерживать установленные для них соглашения;
если объект данных класса ссылается на внешние структуры данных, то при синтаксическом копировании объекта необходимо обеспечить независимость связанной структуры данных в объекте-копии (создать ее копию или обеспечить разделение – см. «конструктор копирования»;
если объект содержит идентификаторы каких-либо внешних ресурсов (например, номер коммуникационного порта), то действия класса должны быть аналогичными.
рис. 101-1. Объект: граница ответственности транслятора и программы
double * pd ; // Внутренняя СД – дин. массив коэффициентов
public : void add ( double D 2[], int n 2)<> // Нарушение закрытости – параметр – внутренняя СД
void add ( poly & T )<> // Правильно: параметр – объект того же класса
По отношению к методам это означает, что интерфейс класса (набор методов) должен быть максимально разнообразен, методы должны сочетаться в любых комбинациях, давая широкое разнообразие возможностей работы с объектом.
Полезный совет: желательно избегать многообразия форм представления внутренних данных объекта. Чем их меньше, тем проще обеспечить его целостность и корректность. Например, лучше иметь фиктивный динамический массив, чем NULL-указатель. В примере с классом степенного полинома «пустой» полином лучше представить динамическим массивом с единственным нулевым коэффициентом.
double * pd ; // Внутренняя СД – дин. массив коэффициентов
public : poly () < n =0; pd = NULL ; >// Нежелательно: NULL – отсутствие массива
«Ложась спать, программист ставит рядом два стакана: один полный – если захочет пить, и один пустой – если не захочет». Анекдот в тему.
// Класс степенного полинома – заголовок класса (объявление)
int n; // степень полинома
double *pd; // динамический массив коэффициентов
double & get ( int k ); // получение ссылки на коэффициент
void add ( poly & T ); // сложение объектов (1=1+2)
void mul ( poly & T ); // умножение объектов объектов (1=1+2)
Целостность объекта. Конструктор. Деструктор
Требование целостности и корректности объекта означают, что объект – это нечто большее, чем просто переменная. При создании переменной ее инициализация вовсе не обязательна, в то время как создание объекта должно сопровождаться установлением его начального состояния (инициализация данных, резервирование памяти, ресурсов, установление связей и т.д.). Аналогичные обратные действия необходимо выполнить при его уничтожении перед освобождением памяти. С этой целью в классе вводятся специальные методы – конструкторы и деструктор. Их имена совпадают с именем класса. Конструкторов для данного класса может быть сколь угодно много, они отличаются формальными параметрами, деструктор же всегда один и имеет имя, предваренное символом «
«. Если конструктор имеет формальные параметры, то в определении переменной-объекта после ее имени должны присутствовать в скобках значения фактических параметров.
// Класс степенного полинома – конструкторы и деструктор
int n; // степень полинома
double *pd; // динамический массив коэффициентов
n=0; // с нулевым коэффициентом
n=m; // с нулевыми коэффициентами
load(n0,p); > // используется вспомогательный метод load
load(T.n, T.pd); > // (конструктор копирования)
Момент вызова конструктора и деструктора определяется временем создания и уничтожения объектов:
В Си++ возможно определение массива объектов класса. При этом конструктор и деструктор автоматически вызываются в цикле для каждого элемента массива и не должны иметь параметров. При выполнении оператора delete для указателя на массив объектов его необходимо предварять скобками.
poly a,b(6), c (3, D ); // Статические объекты – конструкторы
// пустой полином, заданной размерности и из массива
poly *p,* q ; // Указатели на объект
poly c,d( c ); // Автоматические объекты
p = new poly ; // Динамический объект
q = new poly [ n ]; // Динамический массив объектов
delete p; // Уничтожение динамического объекта
delete [] q ; // Уничтожение динамического массива объектов
> // Уничтожение автоматических объектов
Замечание: процесс конструирования «вложен» в процесс выделением памяти под переменную. Конструктор вызывается сразу же после выделения памяти, а деструктор – перед ее освобождением.
A(int a1)
Класс – структурированный тип с ограниченным доступом
«Настоящий» классы в Си++ отличается от структурированного типа одной единственной мелочью: в классе вводятся ограничения доступа. Естественно, это синтаксические ограничения, и при желании их можно исключить простым редактированием заголовка класса. Это «дисциплинирующие» ограничения, позволяющие установить зоны ответственности программистов – разработчика класса и пользователя класса, обеспечить необходимую закрытость.
В процессе программирования класса участвуют два действующих лица с различной компетенцией: разработчик класса, пишущий его внутренний код, и пользователь класса – программист, создающий объекты этого класса и вызывающий для них его методы. Но ограничения касаются не самих программистов, а кода, который они создают. Внутреннее программирование класса – это разработка программного кода, который находится в теле разрабатываемого класса (точнее, в теле его методов). Внешнее программирование – это разработка кода вне тела проектируемого класса, который создает объекты класса, работает с данными этих объектов и вызывает методы.
Формально класс отличается от структурированного типа ключевым словом class (вместо struct ) и наличием двух областей доступа в теле класса:
закрытая (личная) часть, допускает только внутреннее программирование и закрыта при доступе через объект вне класса. По правилам синтаксиса закрытая часть начинается сразу же вслед за заголовком класса. Она также может быть обозначена меткой private;
открытая (общая) часть класса допускает любой доступ, в том числе и внешний. Она всегда явно обозначается меткой public.
// Класс степенного полинома
int n; // степень полинома
double *pd; // динамический массив коэффициентов
public:… // метка открытой части
Другие варианты размещения данных и методов в личной и общей части класса встречаются реже, но тоже обоснованы:
в общей части класса могут быть размещены данные, изменение которых пользователем класса не может привести к катастрофическим последствиям (например, цвет фигуры). Естественно, что класс будет учитывать изменение этих данных только при вызове методов (например, при перерисовке фигуры);
в личной части класса может быть размещен внутренний метод, необходимый для работы самого класса. Это могут быть вспомогательные действия, вынесенные за пределы конкретных методов, либо такие операции, корректное выполнение которых требует дополнительных действий.
Иногда требуется ввести исключения из правил доступа, когда некоторой функции или классу требуется разрешить доступ к личной части объекта класса. Тогда в определении класса, к объектам которого разрешается такой доступ, должно быть объявление функции или другого класса как «дружественных». Это согласуется с тем принципом, что сам класс определяет права доступа к своим объектам «со стороны».
Объявление дружественной функции представляет собой прототип функции, переопределяемой операции или имя класса, которым разрешается доступ, предваренное ключевым словом friend.
// Классы и функции, дружественные классу A
int x; // Личная часть класса
. // Все «друзья» имеют доступ к x
friend void C::operator+( А &);
«Друг – это тот, кто имеет исключительное право лезть тебе в душу (личную часть) в любое время».
Возвращаясь к классу полиномов, сразу же заметим, что в нем можно по большей части обойтись без дружественности. Закрытость же касается только данных (размерность и указатель на динамический массив), а также методов, связанных с управлением динамической памятью при изменении размерности полинома.
Задача управления динамической памятью должна быть решена раз и навсегда в начале проектирования класса, чтобы в дальнейшем к ней не возвращаться. Удобнее всего сделать это в виде внутренних методов управления размерностью объекта. Предпочтительнее также создавать дополнительные локальные объекты требуемой размерности, нежели создавать в явном виде динамические структуры данных.
// Класс степенного полинома
int n; // степень полинома
double *pd; // динамический массив коэффициентов
void load(int n0, double p[])<
n=n0; // закрытый метод загрузки массива
double *pd1=new double[n1+1];
for (; i n 1; i ++) pd 1[ i ]=0;// прописать старшие коэффициенты нулями
delete []pd; // удалить старый массив
pd=pd1; // считать новый за старый
> // память не перераспределяется
public :… // метка открытой части
Рассмотрим еще один метод, интересный с точки зрения требований закрытости. Метод возвращает ссылку на выбранный коэффициент полинома, что позволяет работать с ним как по чтению, так и по записи. Хотя это «приоткрывает» доступ к внутренним данным объекта, но реальное использование этой ссылки «во вред объекту» и доступ через нее к другим коэффициентам требует большого искусства и не может быть произведено несознательно (по ошибке). Поэтому такую операцию можно считать безопасной.
// Класс степенного полинома
int n; // степень полинома
double *pd; // динамический массив коэффициентов
if ( k k > n ) return foo ; // на «левую» статическую переменную
Взаимодействие данных и алгоритма в ООП
В технологии ООП взаимоотношения данных и алгоритма имеют более регулярный характер: во-первых, класс объединяет в себе данные и методы (функции). Во-вторых, схема взаимодействия функций и данных принципиально иная. Метод (функция), вызываемый для одного объекта, как правило, не вызывает другую функцию непосредственно. Для начала он должен иметь доступ к другому объекту (создать, получить указатель, использовать внутренний объект в текущем и т.д.), после чего он уже может вызвать для него один из известных методов. Следовательно, структура программы определяется взаимодействием объектов различных классов между собой, а процесс выполнения программы выражается фразой «объект-метод-объект».
рис.101-4. Программирование в цепочке «объект-метод-объект»
Особенности модульного проектирования в технологии ООП
· заголовочный файл не должен содержать конструкций языка, порождающих программный код, он должен целиком состоять из определений типов, объявлений переменных и функций и заголовка класса;
· в заголовке класса может присутствовать объявление метода – заголовок со списком типов параметров (прототип), ограниченный точкой с запятой. Это означает, что в заголовочнике упоминается только факт его наличия (с заданным именем и интерфейсом). Тогда в файле тела класса должно быть определение метода, содержащее его заголовок и тело. Заголовок повторяет объявление с одним маленьким отличием: имя метода дается в полной форме в виде имя_класса::имя_метода;
· файл тела класса должен подключать свой заголовочный файл директивой include ;
· для того, чтобы другой класс или main могли создавать объекты некоторого класса и применять к ним методы, необходимо подключать заголовочный файл директивой include ;
· все имена заголовочных файлов и файлов тела класса должны быть включены в проект;
int a; // Данные класса
void add ( A &); // Объявление (прототип) метода
A mul ( A &); // Объявление (прототип) метода
Естественно, никто не запрещает «свалить все классы в одну кучу», не используя проекта. Для небольших программ это простительно, но не эстетично.
Лабораторный практикум
1. Правильная дробь, представленная целой частью, числителем и знаменателем.
4. Целое положительное число, представленное в виде массива его простых множителей (произведение которых дает это число).
5. Целое положительное число, представленное в виде массива остатков от деления на первые n 6. Вектор на плоскости, представленный в полярной системе координат (длина, угол поворота).
8. Матрица переменной размерности, представленная динамическим массивом указателей на строки матрицы (линейные динамические массивы).
9. Матрица переменной размерности, представленная динамическим массивом, в котором строки матрицы расположены последовательно друг за другом.
10. Разреженная матрица переменной размерности, ненулевые коэффициенты представлены динамическим массивом с элементами (x,y,v) координаты, значение.
11. Разреженная матрица переменной размерности, ненулевые коэффициенты представлены односвязным списком с элементами (x,y,v) координаты, значение.
12. Разреженная матрица переменной размерности, ненулевые коэффициенты представлены двусвязным циклическим списком с элементами (x,y,v) координаты, значение.
13. Множество, элементами которого являются целые числа. Операции объединения и пересечения множеств, добавления элемента, проверки на вхождение, разности множеств.
14. Целые произвольной длины со знаком во внешней форме представления в виде строки цифр в прямом коде. Знак представлен отдельным элементом данных.
15. Целые произвольной длины со знаком во внешней форме представления в виде строки цифр в прямом коде. Знак представлен старшей цифрой (0 /1).
16. Целые произвольной длины со знаком во внешней форме представления в виде строки цифр в дополнительном коде.
17. Целые произвольной длины во внутреннем двоичном представлении (динамический массив байтов) в прямом коде. Знак представлен отдельным элементом данных.
18. Целые произвольной длины во внутреннем двоичном представлении (динамический массив байтов) в дополнительном коде.