Объектно-ориентированное программирование: на пальцах
Статья не мальчика, но мужа.
Настало время серьёзных тем: сегодня расскажем про объектно-ориентированное программирование, или ООП. Это тема для продвинутого уровня разработки, и мы хотим, чтобы вы его постигли.
Из этого термина можно сделать вывод, что ООП — это такой подход к программированию, где на первом месте стоят объекты. На самом деле там всё немного сложнее, но мы до этого ещё доберёмся. Для начала поговорим про ООП вообще и разберём, с чего оно начинается.
Обычное программирование (процедурное)
Чаще всего под обычным понимают процедурное программирование, в основе которого — процедуры и функции. Функция — это мини-программа, которая получает на вход какие-то данные, что-то делает внутри себя и может отдавать какие-то данные в результате вычислений. Представьте, что это такой конвейер, который упакован в коробочку.
Например, в интернет-магазине может быть функция «Проверить email». Она получает на вход какой-то текст, сопоставляет со своими правилами и выдаёт ответ: это правильный электронный адрес или нет. Если правильный, то true, если нет — то false.
Функции полезны, когда нужно упаковать много команд в одну. Например, проверка электронного адреса может состоять из одной проверки на регулярные выражения, а может содержать множество команд: запросы в словари, проверку по базам спамеров и даже сопоставление с уже известными электронными адресами. В функцию можно упаковать любой комбайн из действий и потом просто вызывать их все одним движением.
Что не так с процедурным программированием
Процедурное программирование идеально работает в простых программах, где все задачи можно решить, грубо говоря, десятком функций. Функции аккуратно вложены друг в друга, взаимодействуют друг с другом, можно передать данные из одной функции в другую.
Например, вы пишете функцию «Зарегистрировать пользователя интернет-магазина». Внутри неё вам нужно проверить его электронный адрес. Вы вызываете функцию «Проверить email» внутри функции «Зарегистрировать пользователя», и в зависимости от ответа функции вы либо регистрируете пользователя, либо выводите ошибку. И у вас эта функция встречается ещё в десяти местах. Функции как бы переплетены.
Тут приходит продакт-менеджер и говорит: «Хочу, чтобы пользователь точно знал, в чём ошибка при вводе электронного адреса». Теперь вам нужно научить функцию выдавать не просто true — false, а ещё и код ошибки: например, если в адресе опечатка, то код 01, если адрес спамерский — код 02 и так далее. Это несложно реализовать.
Вы залезаете внутрь этой функции и меняете её поведение: теперь она вместо true — false выдаёт код ошибки, а если ошибки нет — пишет «ОК».
И тут ваш код ломается: все десять мест, которые ожидали от проверяльщика true или false, теперь получают «ОК» и из-за этого ломаются.
Задача, конечно, решаемая за час-другой.
Но теперь представьте, что у вас этих функций — сотни. И изменений в них нужно делать десятки в день. И каждое изменение, как правило, заставляет функции вести себя более сложным образом и выдавать более сложный результат. И каждое изменение в одном месте ломает три других места. В итоге у вас будут нарождаться десятки клонированных функций, в которых вы сначала будете разбираться, а потом уже нет.
Это называется спагетти-код, и для борьбы с ним как раз придумали объектно-ориентированное программирование.
Объектно-ориентированное программирование
Основная задача ООП — сделать сложный код проще. Для этого программу разбивают на независимые блоки, которые мы называем объектами.
Объект — это не какая-то космическая сущность. Это всего лишь набор данных и функций — таких же, как в традиционном функциональном программировании. Можно представить, что просто взяли кусок программы и положили его в коробку и закрыли крышку. Вот эта коробка с крышками — это объект.
Программисты договорились, что данные внутри объекта будут называться свойствами, а функции — методами. Но это просто слова, по сути это те же переменные и функции.
Объект можно представить как независимый электроприбор у вас на кухне. Чайник кипятит воду, плита греет, блендер взбивает, мясорубка делает фарш. Внутри каждого устройства куча всего: моторы, контроллеры, кнопки, пружины, предохранители — но вы о них не думаете. Вы нажимаете кнопки на панели каждого прибора, и он делает то, что от него ожидается. И благодаря совместной работе этих приборов у вас получается ужин.
Объекты характеризуются четырьмя словами: инкапсуляция, абстракция, наследование и полиморфизм. Если интересно, что это такое, приглашаем в кат:
Инкапсуляция — объект независим: каждый объект устроен так, что нужные для него данные живут внутри этого объекта, а не где-то снаружи в программе. Например, если у меня есть объект «Пользователь», то у меня в нём будут все данные о пользователе: и имя, и адрес, и всё остальное. И в нём же будут методы «Проверить адрес» или «Подписать на рассылку».
Абстракция — у объекта есть «интерфейс»: у объекта есть методы и свойства, к которым мы можем обратиться извне этого объекта. Так же, как мы можем нажать кнопку на блендере. У блендера есть много всего внутри, что заставляет его работать, но на главной панели есть только кнопка. Вот эта кнопка и есть абстрактный интерфейс.
Например, над магазином работают два программиста: один пишет модуль заказа, а второй — модуль доставки. У первого в объекте «заказ» есть метод «отменить». И вот второму нужно из-за доставки отменить заказ. И он спокойно пишет: «заказ.отменить()». Ему неважно, как другой программист будет реализовывать отмену: какие он отправит письма, что запишет в базу данных, какие выведет предупреждения.
Наследование — способность к копированию. ООП позволяет создавать много объектов по образу и подобию другого объекта. Это позволяет не копипастить код по двести раз, а один раз нормально написать и потом много раз использовать.
Например, у вас может быть некий идеальный объект «Пользователь»: в нём вы прописываете всё, что может происходить с пользователем. У вас могут быть свойства: имя, возраст, адрес, номер карты. И могут быть методы «Дать скидку», «Проверить заказ», «Найти заказы», «Позвонить».
На основе этого идеального пользователя вы можете создать реального «Покупателя Ивана». У него при создании будут все свойства и методы, которые вы задали у идеального покупателя, плюс могут быть какие-то свои, если захотите.
Идеальные объекты программисты называют классами.
Полиморфизм — единый язык общения. В ООП важно, чтобы все объекты общались друг с другом на понятном им языке. И если у разных объектов есть метод «Удалить», то он должен делать именно это и писаться везде одинаково. Нельзя, чтобы у одного объекта это было «Удалить», а у другого «Стереть».
При этом внутри объекта методы могут быть реализованы по-разному. Например, удалить товар — это выдать предупреждение, а потом пометить товар в базе данных как удалённый. А удалить пользователя — это отменить его покупки, отписать от рассылки и заархивировать историю его покупок. События разные, но для программиста это неважно. У него просто есть метод «Удалить()», и он ему доверяет.
Такой подход позволяет программировать каждый модуль независимо от остальных. Главное — заранее продумать, как модули будут общаться друг с другом и по каким правилам. При таком подходе вы можете улучшить работу одного модуля, не затрагивая остальные — для всей программы неважно, что внутри каждого блока, если правила работы с ним остались прежними.
Плюсы и минусы ООП
У объектно-ориентированного программирования много плюсов, и именно поэтому этот подход использует большинство современных программистов.
А теперь про минусы:
Что дальше
Впереди нас ждёт разговор о классах, объектах и всём остальном важном в ООП. Крепитесь, будет интересно!
Объектно-ориентированное программирование. Часть 1. Что такое классы и объекты
Почти всё современное программирование построено на принципах ООП, поэтому их должен понимать каждый разработчик. Узнайте основы из этой статьи.
Введение
Это первая статья из серии, посвященной объектно-ориентированному программированию. Она предназначена для тех, кто хочет понять саму суть этой парадигмы разработки, а не просто научиться использовать классы и объекты.
Цикл состоит из статей, посвященных различным аспектам ООП:
Все примеры в этой серии мы рассмотрим на языке C#. Для наглядности они будут связаны с разработкой игр, потому что в них активно используются объекты.
Перед чтением этой серии статей вам нужно ознакомиться с такими понятиями:
Работа будет происходить в Visual Studio 2019, но вполне подойдет и VS 2017.
В конце каждой статьи будут задания, которые помогут закрепить тему. Выполнив задание, загружайте его на GitHub и пишите в комментариях ссылку на репозиторий — я постараюсь проверить каждое решение и дать обратную связь (но я всего лишь человек).
Выполнять задания не обязательно, но без практики просто невозможно осилить такую сложную тему, как ООП. Если же вам все равно лень выполнять задания, можете просто посмотреть мой вариант решения, который я также буду публиковать в комментариях.
Пишет о разработке сайтов, в свободное время создает игры. Мечтает открыть свою студию и выпускать ламповые RPG.
Что такое ООП
Объектно-ориентированное программирование (сокращенно ООП) — это парадигма разработки программных систем, в которой приложения состоят из объектов.
Объекты — это сущности, у которых есть свойства и поведение. Обычно объекты являются экземплярами какого-нибудь класса. Например, в игре может быть класс Character (персонаж), а его экземплярами будут hero или npc.
Свойства — это данные, которые связаны с конкретным объектом:
Поведение объекта определяется с помощью методов — специальных блоков кода, которые можно вызывать из разных частей программы. Например, у того же объекта Character могут быть следующие методы:
Используя эти свойства и методы, можно значительно ускорить разработку, сделать код более читаемым. К тому же самому программисту проще составлять код, если он думает с помощью объектов.
То есть он не пишет какую-то функцию, которая будет делать что-то для программы в целом. Вместо этого он мысленно разделяет приложение на отдельные компоненты и продумывает их свойства и поведение.
Такую парадигму используют многие популярные языки:
Плюсы и минусы объектно-ориентированного программирования
| Плюсы | Минусы |
|---|---|
| Легко читается. Не нужно выискивать в коде функции и выяснять, за что они отвечают. | Потребляет больше памяти. Объекты потребляют больше оперативной памяти, чем примитивные типы данных. |
| Быстро пишется. Можно быстро создать сущности, с которыми должна работать программа. | Снижает производительность. Многие вещи технически реализованы иначе, поэтому они используют больше ресурсов. |
| Проще реализовать большой функционал. Так как на написание кода уходит меньше времени, можно гораздо быстрее создать приложение с множеством возможностей. | Сложно начать. Парадигма ООП сложнее функционального программирования, поэтому на старт уходит больше времени. |
| Меньше повторений. Не нужно писать однотипные функции для разных сущностей |
Как использовать классы и объекты
Изучая C#, разработчик в первый же день сталкивается с классами и объектами. Например, вот как выглядит первая программа любого новичка:
Здесь создается класс Program, у которого есть метод Main () — с него начинается выполнение программы, поэтому его называют точкой входа.
Для вывода текста используется следующий оператор:
Тут программа обращается к объекту Console и вызывает метод WriteLine (), который выводит переданное значение в консоль.
Также у объекта Console есть разные свойства:
Если бы не было объекта, было бы сложно определить, цвет какого фона и какого шрифта будет указываться, потому что их в программе может быть несколько.
ООП с примерами (часть 1)
Волею судьбы мне приходится читать спецкурс по паттернам проектирования в вузе. Спецкурс обязательный, поэтому, студенты попадают ко мне самые разные. Конечно, есть среди них и практикующие программисты. Но, к сожалению, большинство испытывают затруднения даже с пониманием основных терминов ООП.
Для этого я постарался на более-менее живых примерах объяснить базовые понятия ООП (класс, объект, интерфейс, абстракция, инкапсуляция, наследование и полиморфизм).
Первая часть, представленная ниже, посвящена классам, объектам и интерфейсам.
Вторая часть иллюстрирует инкапсуляцию, полиморфизм и наследование
Основные понятия ООП
Класс
Представьте себе, что вы проектируете автомобиль. Вы знаете, что автомобиль должен содержать двигатель, подвеску, две передних фары, 4 колеса, и т.д. Ещё вы знаете, что ваш автомобиль должен иметь возможность набирать и сбавлять скорость, совершать поворот и двигаться задним ходом. И, что самое главное, вы точно знаете, как взаимодействует двигатель и колёса, согласно каким законам движется распредвал и коленвал, а также как устроены дифференциалы. Вы уверены в своих знаниях и начинаете проектирование.
Вы описываете все запчасти, из которых состоит ваш автомобиль, а также то, каким образом эти запчасти взаимодействуют между собой. Кроме того, вы описываете, что должен сделать пользователь, чтобы машина затормозила, или включился дальний свет фар. Результатом вашей работы будет некоторый эскиз. Вы только что разработали то, что в ООП называется класс.
Класс – это способ описания сущности, определяющий состояние и поведение, зависящее от этого состояния, а также правила для взаимодействия с данной сущностью (контракт).
С точки зрения программирования класс можно рассматривать как набор данных (полей, атрибутов, членов класса) и функций для работы с ними (методов).
С точки зрения структуры программы, класс является сложным типом данных.
В нашем случае, класс будет отображать сущность – автомобиль. Атрибутами класса будут являться двигатель, подвеска, кузов, четыре колеса и т.д. Методами класса будет «открыть дверь», «нажать на педаль газа», а также «закачать порцию бензина из бензобака в двигатель». Первые два метода доступны для выполнения другим классам (в частности, классу «Водитель»). Последний описывает взаимодействия внутри класса и не доступен пользователю.
В дальнейшем, несмотря на то, что слово «пользователь» ассоциируется с пасьянсом «Косынка» и «Microsoft Word», мы будем называть пользователями тех программистов, которые используют ваш класс, включая вас самих. Человека, который является автором класса, мы будем называть разработчиком.
Объект
Вы отлично потрудились и машины, разработанные по вашим чертежам, сходят с конвейера. Вот они, стоят ровными рядами на заводском дворе. Каждая из них точно повторяет ваши чертежи. Все системы взаимодействуют именно так, как вы спроектировали. Но каждая машина уникальна. Они все имеют номер кузова и двигателя, но все эти номера разные, автомобили различаются цветом, а некоторые даже имеют литьё вместо штампованных дисков. Эти автомобили, по сути, являются объектами вашего класса.
Объект (экземпляр) – это отдельный представитель класса, имеющий конкретное состояние и поведение, полностью определяемое классом.
Говоря простым языком, объект имеет конкретные значения атрибутов и методы, работающие с этими значениями на основе правил, заданных в классе. В данном примере, если класс – это некоторый абстрактный автомобиль из «мира идей», то объект – это конкретный автомобиль, стоящий у вас под окнами.
Интерфейс
Когда мы подходим к автомату с кофе или садимся за руль, мы начинаем взаимодействие с ними. Обычно, взаимодействие происходит с помощью некоторого набора элементов: щель для приёмки монеток, кнопка выбора напитка и отсек выдачи стакана в кофейном автомате; руль, педали, рычаг коробки переключения передач в автомобиле. Всегда существует некоторый ограниченный набор элементов управления, с которыми мы можем взаимодействовать.
Интерфейс – это набор методов класса, доступных для использования другими классами.
Очевидно, что интерфейсом класса будет являться набор всех его публичных методов в совокупности с набором публичных атрибутов. По сути, интерфейс специфицирует класс, чётко определяя все возможные действия над ним.
Хорошим примером интерфейса может служить приборная панель автомобиля, которая позволяет вызвать такие методы, как увеличение скорости, торможение, поворот, переключение передач, включение фар, и т.п. То есть все действия, которые может осуществить другой класс (в нашем случае – водитель) при взаимодействии с автомобилем.
При описании интерфейса класса очень важно соблюсти баланс между гибкостью и простотой. Класс с простым интерфейсом будет легко использовать, но будут существовать задачи, которые с помощью него решить будет не под силу. В то же время, если интерфейс будет гибким, то, скорее всего, он будет состоять из достаточно сложных методов с большим количеством параметров, которые будут позволять делать очень многое, но использование его будет сопряжено с большими сложностями и риском совершить ошибку, что-то перепутав.
Примером простого интерфейса может служить машина с коробкой-автоматом. Освоить её управление очень быстро сможет любая блондинка, окончившая двухнедельные курсы вождения. С другой стороны, чтобы освоить управление современным пассажирским самолётом, необходимо несколько месяцев, а то и лет упорных тренировок. Не хотел бы я находиться на борту Боинга, которым управляет человек, имеющий двухнедельный лётный стаж. С другой стороны, вы никогда не заставите автомобиль подняться в воздух и перелететь из Москвы в Вашингтон.
Объект (программирование)
Содержание
Связанные понятия
Экземпляр класса (англ. instance ) — это описание конкретного объекта в памяти. Класс описывает свойства и методы, которые будут доступны у объекта, построенного по описанию, заложенному в классе. Экземпляры используют для представления (моделирования) конкретных сущностей реального мира. Например, экземпляром класса стиральных машин может быть ваша стиральная машина, имеющая следующие свойства: компания-производитель «Вятка», наименование модели «Вятка-автомат», серийный номер изделия ВЯТ454647, емкость 20 л. В отличие от имени класса, имя экземпляра обычно начинается со строчной буквы.
Инстанцирование (англ. instantiation ) — создание экземпляра класса. В отличие от слова «создание», применяется не к объекту, а к классу. То есть, говорят: (в виртуальной среде) создать экземпляр класса или, другими словами, инстанцировать класс. Порождающие шаблоны используют полиморфное инстанцирование.
Анонимный объект (англ. anonymous object ) — это объект, который принадлежит некоторому классу, но не имеет имени.
Инициализация (англ. initialization ) — присвоение начальных значений полям объекта.
Время жизни объекта — время с момента создания объекта (конструкция) до его уничтожения (деструкция).
Практический подход
За исключением прототипно-ориентированных языков вроде Lua и JavaScript, где понятие «класс» не используется вовсе, в большинстве объектно-ориентированных языков программирования (таких как Java, C++ или C#), объекты являются экземплярами некоторого заранее описанного класса.
Объекты в таких языках создаются с помощью конструктора класса, и уничтожаются либо с помощью деструктора класса (например, в C++), либо автоматически с использованием сборщика мусора (например, в Java и C#), либо используя внутренний счётчик ссылок на объект и сообщения («dealloc» в Objective-C). (C# поддерживает деструкторы, но они вызываются сборщиком мусора.) Объект хранится в виде данных всех его полей и ссылок на таблицу виртуальных методов и RTTI своего класса. Класс определяет набор функций и служебной информации для построения объекта, в том числе необходимый объем памяти для хранения объекта.
В языке Python все значения являются объектами, даже классы. В этом языке можно построить класс, экземплярами которого будут классы. Такие классы называются метаклассами.
Пример кода
Пример создания нового объекта и работы с ним в языке программирования Java:
Примечания
Литература
Логический • Низший тип • Коллекция • Перечисляемый тип • Исключение • First-class function • Opaque data type • Recursive data type • Семафор • Поток • Высший тип • Type class • Unit type • Void
Абстрактный тип данных • Структура данных • Интерфейс • Kind (type theory) • Примитивный тип • Subtyping • Шаблоны C++ • Конструктор типа • Parametric polymorphism
Полезное
Смотреть что такое «Объект (программирование)» в других словарях:
Динамический объект (программирование) — Динамическая память оперативная память компьютера, предоставляемая программе (процедуре, подпрограмме) при ее работе. Динамическое размещение данных означает распределение динамической памяти непосредственно при работе программы или… … Википедия
Объект (значения) — В Викисловаре есть статья «объект» Объект (от лат. objectum предмет) то, на что направлена та или иная деятельность (или то, что создано этой деятельностью); в более широком значении любой предмет вообще. Объект нечто … Википедия
Объект — (от лат. objectum предмет): В Викисловаре есть статья «объект» … Википедия
Объект — в программировании программный модуль: объединяющий в себе данные (свойства) и операции над ними (методы); обладающий свойствами наследования, инкапсуляции и полиморфизма. Объекты взаимодействуют между собой, посылая друг другу сообщения. По… … Финансовый словарь
программирование — 01.01.62 программирование [ programming]: Деятельность по разработке, написанию, модификации и отладке программ. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Объект первого класса — Объектами первого класса («first class object») в контексте конкретного языка программирования называются сущности, которые могут быть переданы как параметр, возвращены из функции, присвоены переменной[1]. Термин был впервые использован в… … Википедия
программирование по месту применения — 05.02.14 программирование по месту применения [ field programming]: Запись данных на радиочастотную метку, выполняемая после ее отправки с завода изготовителя OEM заказчику1) или конечному пользователю, или в распределительные центры изготовителя … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ПРОГРАММИРОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ — математическая дисциплина, изучающая математич. абстракции программ, трактуемых как объекты, выраженные на формальном языке, обладающие определенной информационной и логич. структурой и подлежащие исполнению на автоматич. устройствах. П. т.… … Математическая энциклопедия
Программирование основанное на прототипах — Прототипное программирование стиль объектно ориентированного программирования, при котором отсутствует понятие класса, а повторное использование (наследование) производится путём клонирования существующего экземпляра объекта прототипа.… … Википедия
ПРОГРАММИРОВАНИЕ — особая форма организации проблемного мышления и деятельности. Расширяющееся в настоящее время пространство развития превалирование процессов искусственных преобразований указывает на то, что в мире массовое распространение получают гуманитарные… … Социология: Энциклопедия