Объектно-ориентированное программирование

Объе́ктно-ориенти́рованное программи́рование (ООП) — парадигма программирования, в которой основными концепциями являются понятия объектов и классов (либо, в менее известном варианте языков с прототипированием — прототипов).

Класс — это тип, описывающий устройство объектов — экземпляров. Класс можно сравнить с чертежом, согласно которому создаются объекты. Обычно классы разрабатывают таким образом, чтобы их объекты соответствовали объектам предметной области.

Прототип — это образцовый объект, по образу и подобию которого создаются другие объекты.

Объектное и объектно-ориентированное программирование (ООП) возникло в результате развития идеологии процедурного программирования, где данные и подпрограммы (процедуры, функции) их обработки формально не связаны. Кроме того, в современном объектно-ориентированном программировании часто большое значение имеют понятия события (так называемое событийно-ориентированное программирование) и компонента (компонентное программирование).

Объектно-ориентированное программирование в настоящее время является абсолютным лидером в области прикладного программирования (языки Java, C#, C++, JavaScript, ActionScript и др.). В то же время в области системного программирования до сих пор лидирует парадигма процедурного программирования, и основным языком программирования является язык C. Хотя при взаимодействии системного и прикладного уровней операционных систем заметное влияние стали оказывать языки объектно-ориентированного программирования. Например, мультиплатформенным стандартом стала система Qt, написанная на языке C++.

Первым языком программирования, в котором были предложены принципы объектной ориентированности, была Симула. В момент своего появления (в 1967 году), этот язык программирования предложил поистине революционные идеи: объекты, классы, виртуальные методы и др., однако это всё не было воспринято современниками как нечто грандиозное. Тем не менее, большинство концепций были развиты Аланом Кэйем и Дэном Ингаллсом в языке Smalltalk. Именно он стал первым широко распространённым объектно-ориентированным языком программирования.

[править] Главные понятия и разновидности

Структура данных «класс», представляющая собой объектный тип данных, внешне похожа на типы данных процедурно-ориентированных языков, такие как структура в языке Си или запись в Паскале или QuickBasic. При этом элементы такой структуры (члены класса) могут сами быть не только данными, но и методами (то есть процедурами или функциями).

Такое объединение называется инкапсуляцией.

Наличие инкапсуляции достаточно для объектности языка программирования но ещё не означает его объектной ориентированности — для этого требуется наличие наследования.

Но даже наличие инкапсуляции и наследования не делает язык программирования в полной мере функциональным с точки зрения ООП. Основные преимущества ООП проявляются только в том случае, когда в языке программирования реализован полиморфизм.

Язык Self, соблюдая многие исходные положения объектно-ориентированного программирования, ввёл альтернативное классам понятие прототипа, положив начало прототипному программированию, считающемуся подвидом объектного.

[править] Основные понятия

Абстракция данных: Объекты представляют собою упрощенное, идеализированное описание реальных сущностей предметной области. Если соответствующие модели адекватны решаемой задаче, то работать с ними оказывается намного удобнее, чем с низкоуровневым описанием всех возможных свойств и реакций объекта.
Инкапсуляция: Инкапсуляция — это принцип, согласно которому любой класс должен рассматриваться как чёрный ящик — пользователь класса должен видеть и использовать только интерфейсную часть класса (т. е. список декларируемых свойств и методов класса) и не вникать в его внутреннюю реализацию. Поэтому данные принято инкапсулировать в классе таким образом, чтобы доступ к ним по чтению или записи осуществлялся не напрямую, а с помощью методов. Принцип инкапсуляции (теоретически) позволяет минимизировать число связей между классами и, соответственно, упростить независимую реализацию и модификацию классов.
Наследование: Наследованием называется возможность порождать один класс от другого с сохранением всех свойств и методов класса-предка (прародителя, иногда его называют суперклассом) и добавляя, при необходимости, новые свойства и методы. Набор классов, связанных отношением наследования, называют иерархией. Наследование призвано отобразить такое свойство реального мира, как иерархичность.
Полиморфизм: Полиморфизмом называют явление, при котором один и тот же программный код (полиморфный код) выполняется по-разному в зависимости от того, объект какого класса используется при вызове данного кода. Полиморфизм обеспечивается тем, что в классе-потомке изменяют реализацию метода класса-предка с обязательным сохранением сигнатуры метода. Это обеспечивает сохранение неизменным интерфейса класса-предка и позволяет осуществить связывание имени метода в коде с разными классами — из объекта какого класса осуществляется вызов, из того класса и берётся метод с данным именем. Такой механизм называется динамическим (или поздним) связыванием — в отличие от статического (раннего) связывания, осуществляемого на этапе компиляции программы.

[править] Основные концепции

Система состоит из объектов
Объекты некоторым образом взаимодействуют между собой
Каждый объект характеризуется своим состоянием и поведением
Состояние объекта задаётся значением полей данных
Поведение объекта задаётся методами

[править] Традиционный подход

Данный подход реализован в огромном количестве языков программирования; из промышленно используемых языков программирования на развитие идей объектного программирования наибольшее влияние оказали языки C++ и Java. Очень часто под объектно-ориентированным подходом понимаются именно модели, реализованные в этих языках.

[править] Обмен сообщениями

Этот подход предложен Аланом Кэйем в языке Smalltalk.

Управление объектами (вызов методов) производится не напрямую, как это принято в современных языках объектного программирования, а через посылку объектов-сообщений.
В литературе, посвящённой объектному программированию (особенно C++) вместо правильного термина вызов метода до сих пор иногда встречается неправильный термин посылка сообщения (заимствованный из Smalltalk, где он совершенно правилен) .

[править] Прототипное программирование

Примерами языков программирования, где используется прототипное программирование, являются Self и JavaScript.

Создание новых объектов через клонирование прототипов.
Повторное использование кода достигается не через наследование, а с помощью делегирования.

[править] Реализационный подход

Каждый объект в ООП имеет свой тип (класс). Класс представляет собой тип данных, имеющий в составе:

Поля данных: Параметры объекта (конечно, не все, а только необходимые в программе), задающие его состояние (свойства объекта предметной области). Иногда возникает терминологическая путаница, когда поля данных объекта называют свойствами объекта.
Методы: Действия, которые можно выполнять над объектом такого типа, или которые сам объект может выполнять.
Свойства объекта: Значения, доступные по чтению и/или записи через методы, называемые аксессорами (от англ. access — доступ). Эти методы часто называют геттерами (чтение) и сеттерами (запись). Они обеспечивают чтение и установку значений полей данных, связанных со свойствами. Свойства можно рассматривать как «умные» поля данных, которые сопровождают доступ к полю данных какими-либо дополнительными действиями (например, когда изменение координаты объекта сопровождается его перерисовкой на новом месте).

[править] Концептуальный подход

Каждый объект является экземпляром некоторого класса объектов. Один класс отличается от других именем и, обычно, набором полей данных, методов и свойств.

[править] Критика ООП

При чтении данного раздела следует иметь в виду, что ООП является в настоящее время основой всей индустрии прикладного программирования благодаря выигрышу в конкурентной борьбе с альтернативными технологиями программирования. В промышленном программировании только в системном программировании позиции ООП еще не очень сильны. ^{[источник?]} Поэтому, с одной стороны, теоретические рассуждения о непригодности ООП не соответствуют наблюдаемой на практике ситуации. С другой стороны, нельзя считать, что ООП во всех случаях является наилучшей из методик программирования.

Процедурное программирование лучше подходит для случаев, когда важны быстродействие и потребляемые ресурсы, объектное — когда важна управляемость проекта и его модифицируемость, а также безопасность программ. Процедурное программирование обычно лучше подходит для небольших проектов, объектное — для больших.^{[источник?]}

Исследование Thomas E. Potok, Mladen Vouk и Andy Rindos [1] показало отсутствие значимой разницы в продуктивности разработки программного обеспечения между ООП и процедурным подходом.
Кристофер Дэйт указывает на невозможность сравнения ООП и других технологий во многом из за отсутствия строгого и общепризнанного определения ООП (C. J. Date, Introduction to Database Systems, 6th-ed., Page 650)
Александр Степанов, в одном из своих интервью, указывал на то, что ООП «методологически неправильно» и что «… ООП практически такая же мистификация как и искусственный интеллект…» ([2]).
Фредерик Брукс (Frederick P. Brooks, Jr.) в своей статье «No Silver Bullet. Essence and Accidents of Software Engineering» (Computer Magazine; April 1987) указывает на то, что наиболее сложной частью создания программного обеспечения является « … спецификация, дизайн и тестирование концептуальных конструкций, а отнюдь не работа по выражению этих концептуальных конструкций…». ООП (наряду с такими технологиями как искусственный интеллект, верификация программ, автоматическое программирование, графическое программирование, экспертные системы и др), по его мнению, не является «серебряной пулей», которая может снизить сложность разработки программных систем. По его мнению «…ООП позволяет сократить только привнесённую сложность в выражение дизайна. Дизайн остаётся сложным по своей природе…». ([3])
Эдсгер Дейкстра указывал: «… то о чём общество в большинстве случаев просит — это змеиное масло. Естественно, „змеиное масло“ имеет очень впечатляющие имена, иначе будет очень трудно что-то продать: „Структурный анализ и Дизайн“, „Программная инженерия“, „Модели зрелости“, „Управляющие информационные системы“ (Management Information Systems), „Интегрированные среды поддержки проектов“, „Объектная ориентированность“, „Реинжиниринг бизнес-процессов“…» — EWD 1175: The strengths of the academic enterprise
Патрик Киллелиа в своей книге «Тюнинг веб-сервера» писал: «… ООП предоставляет вам множество способов замедлить работу ваших программ …»

[править] Объектно-ориентированные языки

Основная статья: Объектно-ориентированный язык программирования

Многие современные языки специально созданы для облегчения объектно-ориентированного программирования. Однако следует отметить, что можно применять техники ООП и для не-объектно-ориентированного языка и наоборот, применение объектно-ориентированного языка вовсе не означает, что код автоматически становится объектно-ориентированным, и т. д.

[править] См. также

Прототипное программирование — стиль ООП, при котором вместо классов используются прототипы.
ORM — технология связывания c базами данных
Сравнение языков программирования

[править] Литература

Иан Грэхем Объектно-ориентированные методы. Принципы и практика = Object-Oriented Methods: Principles & Practice. — 3-е изд. — М.: «Вильямс», 2004. — С. 880. — ISBN 0-201-61913-X
Антони Синтес Освой самостоятельно объектно-ориентированное программирование за 21 день = Sams Teach Yourself Object-Oriented Programming in 21 Days. — М.: «Вильямс», 2002. — С. 672. — ISBN 0-672-32109-2