Объектно-ориентированный подход. В настоящее время в программировании существуют четыре принципиально отличающихся подхода:

В настоящее время в программировании существуют четыре принципиально отличающихся подхода:

· процедурный (алгоритмический),

· логический (декларативный),

· функциональный,

· объектно-ориентированный.

Объектно-ориентированный подход в разработке программ [10–12] появился позже других. Его появление стало следствием все возрастающей сложности программного обеспечения, необходимости его регулярного обновления из-за постоянно изменяющихся требований к программам и условиям их функционирования. Именно объектно-ориентированный подход позволяет решать задачи наивысшей сложности, повышает надежность программ, облегчает их модернизацию.

Логическая единица объектно-ориентированной программы – объект. Объект в реальной жизни – это сущность, обладающая некоторым набором свойств и моделью поведения. Объект в программе представляет собой абстракцию реального объекта, т. е. в программе объект наделяется теми чертами и характеристиками реального времени, которые существенны для решаемой задачи. Второстепенные же характеристики в программную абстракцию не включаются, при этом характеристики одного и того же реального объекта, существенные для одной задачи, оказываются второстепенными в другой задаче. Рассмотрим хорошо знакомый нам объект – принтер. Если разрабатывать программу для обслуживания магазина, продающего принтеры, существенными будут модель принтера, цена, габариты, скорость печати, цвет корпуса и т. д. Если рассматривать принтер с точки зрения администратора вычислительной сети, то существенными характеристиками будут логическое имя устройства в сети, его IP-адрес, драйверы, обеспечивающие работу принтера.

Объект в программе имеет имя, ограниченный набор свойств, набор допустимых состояний (т. е. набор конкретных значений свойств), набор методов (операций), определяющих модель поведения объекта (действия объекта).

Как видно, эта абстракция включает в себя далеко не полный перечень свойств принтера, но для определенной задачи этого набора будет достаточно. Если задача изменится (усложнится), в модель принтера можно будет добавить недостающие свойства и описания новых действий.

В программе свойства объекта представлены с помощью переменных, а действия объекта – с помощью подпрограмм (в C++ – функций). Подпрограммы, содержащие описания действий объекта, называются методами. Набор конкретных значений переменных, характеризующих объект, определяет состояние объекта. Объект имеет ограниченный набор допустимых состояний. Например, в нашей модели принтера возможны два состояния: «готов к печати» и «печатает». Остальные свойства задаются для конкретного принтера изначально и не изменяются в процессе работы программы.

Таким образом, объект в объектно-ориентированном программировании (ООП) – это совокупность переменных состояния и связанных с ними методов (операций). Эти методы, с одной стороны, определяют, как объект взаимодействует с внешним миром. С другой стороны, методы осуществляют переход объекта из одного состояния в другое, причем метод проверяет, возможен ли такой переход в данной ситуации. Например, принтеру дается команда отпечатать документ. Если принтер находился в этот момент в состоянии «готов к печати», изменит свое состояние на состояние «печатает». Если принтер в момент получения команды печатал другой документ, то он остается в прежнем состоянии «печатает», а наш документ ставится в очередь на печать. Когда принтер закончит печатать один документ, он приступит к печати нашего документа. Отпечатав наш документ, принтер проверит, есть ли еще документы в очереди на печать, и, если очередь пуста, перейдет в режим «готов к печати». Таким образом, в ответ на наше действие принтер сам определил свои дальнейшие действия, и его выбор зависел от предыдущего состояния принтера. Объектно-ориентированный подход позволяет объектам самим решать, как выполнить ту или иную задачу.

В основе разработки программы с использованием методов ООП применяется объектная декомпозиция задачи. Объектная декомпозиция задачи включает в себя разбиение задачи на отдельные объекты, выявление существенных свойств объектов и способов их взаимодействия. Программа представляет при этом совокупность объектов, взаимодействующих между собой.

В процессе декомпозиции задачи могут быть выявлены объекты с одинаковыми наборами свойств и поведением. Например, для программы, моделирующей футбольный матч, необходимы две команды объектов-«футболистов». Каждого игрока матча можно охарактеризовать следующими свойствами: название команды, форма одежды, номер, координаты на поле. Поведение игроков на поле можно описать следующими действиями: стоит, бежит, отдает мяч, получает мяч. Объекты с одинаковым набором свойств и методов образуют класс. Класс – основа объектно-ориентированной методологии – служит для создания в программе любого количества объектов с заданным набором свойств и заданной моделью поведения. Если проводить параллель с алгоритмической методологией, то класс выступает в роли типа данных, однако это специфический тип, так как кроме данных в класс включаются действия (функции-члены класса, манипулирующие с данными).

Теперь рассмотрим основные термины ООП.

Класс (class) – это тип данных, включающий в себя группу данных различных типов (свойства) и методы работы с этими данными.

Объект (object) – это экземпляр класса, обладающий набором свойств с заданными значениями.

Свойство (property) – характеристика объекта, представленная в виде переменной, являющейся членом класса.

Метод (method) – это подпрограмма, входящая в состав класса и управляющая данными объекта.

Событие (event) – какое-либо происшествие в программе, системе, например, была нажата кнопка мыши.

Сообщение (message) – адресованная конкретному объекту информация о происшедшем событии; объект, получивший сообщение, должен на него ответить своими действиями, вызвав метод, соответствующий этому событию. Например, если получено сообщение о том, что была нажата левая кнопка мыши на пункте меню Exit, произойдет завершение программы, если был выбран пункт меню Save, будет выполнено сохранение информации.

Также к основным терминам ООП нужно отнести такие понятия, как инкапсуляция, наследование и полиморфизм, которые будут рассмотрены далее.

17.2. Классы в C++

Поскольку C++ – объектно-ориентированный язык, он позволяет использовать при разработке программ как готовые классы, доступные через соответствующие библиотеки, так и классы, разработанные пользователем.

Рассмотрим создание класса пользователем и применение класса, созданного пользователем, в программе.

Объявление класса:

class < имя класса>

{

public:

< объявление переменных, констант, функций>

private:

< объявление переменных, констант, функций>

protected:

< объявление переменных, констант, функций>

};

Объявление класса начинается с ключевого слова class. Переменные, константы, функции, включенные в класс, называются членами класса. Члены класса объявляются в одном из трех разделов класса: public, private, protected. Включение члена класса в тот или иной раздел влияет на доступность этого члена для объектов других классов.

Раздел public обеспечивает доступность помещенных в него свойств и методов для любых объектов. Это внешняя часть класса, или интерфейс его взаимодействия с другими классами.

Раздел private обеспечивает сокрытие помещенных в него свойств и методов от других объектов, делая их недоступными объектам других классов. Таким образом, класс защищает свои данные (свое состояние) от внешнего воздействия. Посторонний объект может воздействовать на объект данного класса только через интерфейс этого класса.

Раздел protected позволяет, используя механизм наследования, передавать включенные в него члены класса по наследству.

Рассмотрим в качестве примера класс принтеров. Включим в его состав следующие свойства: модель, год выпуска и состояние принтера; спрячем эти свойства от постороннего воздействия, поместив в раздел private. Ограничимся двумя возможными состояниями принтера: 0 – принтер готов к работе, 1 – принтер печатает. Методы сделаем доступными для других объектов. Метод init_printer() позволит установить начальные значения свойствам принтера. Метод set_print() переведет принтер в состояние печати, если принтер до того находился в состоянии готовности, и не изменит его состояния, если принтер уже печатал. Метод stop_print() приводит к остановке печати. Метод show() отображает состояние принтера на экране:

class Printer

{

private:

char model[15]; //модель принтера

int year; //год выпуска

int status; //состояние принтера

public:

void init_printer(char* _model, int _year);

void set_print();

void stop_print();

void show();

};

Замечание. Если раздел private включен в объявлении класса первым, ключевое слово private можно опустить:

class Printer

{

char model[15]; //модель принтера

int year; //год выпуска

int status; //состояние принтера

public:

void init_printer(char*_model, int_year);

void set_print();

void stop_print();

void show();

};

Описание методов:

void Printer:: init_printer(char* _model, int _year)

{

strcpy(model, _model); //инициализация свойства model

year=_year; //инициализация свойства year

status=0; //начальное состояние – готов к печати

}

void Printer:: set_print()

{

if (! status) status=1;

}

void Printer:: stop_print()

{

status = 0;

}

void Printer:: show()

{

cout< < " Model: " < < model< < " year: " < < year< < " status: " < < status< < endl;

}

В главную часть программы – функцию main() – включим следующие действия: создание объекта, инициализация свойств объекта, изменение состояния объекта и вывод его текущего состояния на экран:

int main(void)

{

Printer printer; //создание объекта

//инициализация свойств объекта

printer.init_printer(" HP5P", 1999);

printer.show(); //вызов метода объекта

printer.set_print();

printer.show();

printer.set_print();

printer.show();

printer.stop_print();

printer.show();

return 0;

}

В результате работы программы на экране появятся 4 строки текста:

Model: HP5P year: 1999 status: 0,

Model: HP5P year: 1999 status: 1,

Model: HP5P year: 1999 status: 1,

Model: HP5P year: 1999 status: 0.