Роль наследования. Следующий принцип ООП — наследование — касается способности языка позволять строить новые определения классов на основе определений существующих классов

Следующий принцип ООП — наследование — касается способности языка позволять строить новые определения классов на основе определений существующих классов. По сути, наследование позволяет расширять поведение базового (или родительского) класса, наследуя основную функциональность в производном подклассе (также именуемом дочерним классом):

Т.е. наследование представляет собой процесс, в ходе которого один объект приобретает свойства другого объекта. Это очень важный процесс, поскольку он обеспечивает принцип иерархической классификации. Если вдуматься, то большая часть знаний поддается систематизации благодаря иерархической классификации по нисходящей.

Если не пользоваться иерархиями, то для каждого объекта пришлось бы явно определять все его свойства. А если воспользоваться наследованием, то достаточно определить лишь те свойства, которые делают объект особенным в его классе. Он может также наследовать общие свойства своего родителя. Следовательно, благодаря механизму наследования один объект становится отдельным экземпляром более общего класса.

Объектно-ориентированное программирование и проектирование построено на классах. Любую программную систему, построенную в объектном стиле, можно рассматривать как совокупность классов, возможно, объединенных в пространства имен, проекты, решения, как это делается при программировании в Visual Studio.Net.

Класс (Class)

Класс – это в некотором смысле шаблон, по которому строится объект. В нем указываются данные и код, который будет манипулировать этими данными. В С# используется спецификация класса для построения объектов, которые являются экземплярами класса. Следовательно, класс, по существу, представляет собой ряд схематических описаний способа построения объекта. При этом очень важно подчеркнуть, что класс является логической абстракцией. Физическое представление класса появится в оперативной памяти лишь после того, как будет создан объект этого класса.

Класс - это центральное понятие объектно-ориентированного программирования и языка C#. Разработчик проектов на C# использует стандартные классы из библиотеки FCL и создает собственные классы. У класса две различные роли.

Класс - это модуль, архитектурная единица построения программной системы. Модульность построения - основное свойство программных систем. В ООП программная система, строящаяся по модульному принципу, состоит из классов, являющихся основным видом модуля. Модуль может не представлять собой содержательную единицу; его размер и содержание определяется архитектурными соображениями, а не семантическими. Теоретически можно построить монолитную систему, состоящую из одного модуля, решающую ту же задачу, что и система, состоящая из многих модулей. Практически большую систему, создаваемую коллективом разработчиком, без разделения системы на модули построить не удается. Модульность построения - основное средство борьбы со сложностью системы.

Класс - это тип данных, задающий реализацию некоторой абстракции данных, характерной для проблемной области, в интересах которой создается программная система. С этих позиций классы - не просто кирпичики, из которых строится система. Каждый кирпичик теперь имеет важную содержательную начинку. Тип данных - это семантическая единица, которая описывает свойства и поведение множества объектов, называемых экземплярами класса. Синтаксически класс представляет описание данных, называемых полями класса, описание методов класса и описание событий класса. Для класса, рассматриваемого как тип данных, поля определяют состояние объектов, методы - поведение объектов. События - это некоторые специальные состояния, в которых может находиться объект и которые могут обрабатываться внешними по отношению к классу обработчиками события. Так, например, объект класса Person может иметь событие " День рождения", и каждый из обработчиков этого события может принести объекту свои поздравления по этому случаю.

Состав класса как типа данных определяется не архитектурными соображениями, а той абстракцией данных, которую должен реализовать класс. Если вы создаете класс Account, реализующий такую абстракцию, как банковский счет, то в этот класс нельзя добавить поля из класса Car, задающего автомобиль. С другой стороны, в этом классе должны быть все поля и все методы, которые необходимы клиентам класса, оперирующим с банковскими счетами.

Объектно-ориентированная разработка программной системы основана на стиле, называемом проектированием от данных. Проектирование системы сводится к поиску абстракций данных, подходящих для конкретной задачи. Каждая из таких абстракций реализуется в виде класса, который и становится модулем - архитектурной единицей построения нашей системы. В основе класса лежит абстрактный тип данных.

В хорошо спроектированной ОО-системе большинство классов играет обе роли, так что каждый модуль системы имеет вполне определенную смысловую нагрузку. Типичная ошибка - рассматривать класс только как архитектурную единицу, объединяя под обложкой класса разнородные поля и функции, после чего становится неясным, какой же тип данных задает этот класс.

В принципе, возможна ситуация, когда класс играет только одну роль - роль модуля. Такие модули обычно, как и типы данных, имеют содержательную начинку. В чем главное отличие этих двух видов классов? Если класс представляет собой тип данных, то можно объявлять объекты этого класса. Как следствие, в процессе работы системы может существовать множество объектов этого класса, каждый со своими свойствами, каждый из них может вызывать методы класса, у каждого могут возникать события. Классы, играющие единственную роль модуля, объектов создавать не могут. Точнее, существует единственный объект этого класса, представляющий модуль. Поля и методы этого модуля доступны клиентам такого класса.

Язык C# допускает как классы, являющиеся типами данных, так и классы, играющие единственную роль модуля. Классы, являющиеся только модулями и предоставляющие свои сервисы другим классам, хорошо знакомы, поскольку появлялись в самых первых программах. К ним относятся, например, такие классы, как Console, Convert, Math.

Хороший стиль программирования требует, чтобы каждый класс сохранялся в отдельном файле, имя которого совпадало бы с именем класса. Это требование стиля, которое на практике может и не выдерживаться.

Объект (Object)

Определив класс, разработчик получает возможность динамически создавать объекты класса.

Для программистов, начинающих работать в объектном стиле, типичной ошибкой является путаница понятий объекта и класса. Нужно с самого начала уяснить разницу. Класс, создаваемый разработчиком, представляет статическое описание множества объектов. Объект - это динамическое понятие, он создается в ходе выполнения программной системы, реально существует в памяти компьютера и обычно исчезает по завершении выполнения проекта. Программист может создать программную систему, включающую два-три класса, но в ходе работы такой системы могут динамически появляться сотни объектов, взаимодействующих друг с другом достаточно сложным образом.

Заметьте, путаница понятий класса и объекта характерна и для опытных разработчиков. Показателен тот факт, что центральный класс в библиотеке FCL, являющийся прародителем всех классов как библиотечных, так и создаваемых разработчиком, назван именем Object.

Основополагающий принцип: у каждого объекта имеются свои копии переменных экземпляра, определенных в его классе. Следовательно, содержимое переменных в одном объекте может отличаться от их содержимого в другом объекте.

Пространство имен (Namespace)

Пространство имен - это оболочка, которая содержит множество классов, объединенных, как правило, общей тематикой или группой разработчиков. Собственные имена классов внутри пространства имен должны быть уникальны. В разных пространствах могут существовать классы с одинаковыми именами. Полное или уточненное имя класса состоит из уникального имени пространства имен и собственного имени класса. В пространстве имен могут находиться как классы, так и пространства имен.

Пространства имен позволяют задать древовидную структуру на множестве классов большого проекта. Они облегчают независимую разработку проекта большим коллективом разработчиков, каждая группа которого работает в своем пространстве имен.

Пространства имен придают структуру библиотеке FCL, которая содержит большое число различных пространств имен, объединяющих классы определенной тематики. Центральным пространством имен библиотеки FCL является пространство System - оно содержит другие пространства и классы, имеющие широкое употребление в различных проектах.

Проект (Project)

Под проектом (project) понимается набор всех файлов исходного кода и ресурсов, которые будут компилироваться в единственную сборку (или в ряде случаев — в единственный модуль). Например, проектом может быть библиотека классов или приложение Windows с графическим пользовательским интерфейсом.

Проект - это единица компиляции. Результатом компиляции проекта является сборка. Каждый проект содержит одно или несколько пространств имен. Как уже говорилось, на начальном этапе создания проекта по заданному типу проекта автоматически строится каркас проекта, состоящий из классов, которые являются наследниками классов, входящих в состав библиотеки FCL. Так, если разработчик указывает, что он хочет построить проект типа " Windows Forms Application", то в состав каркаса проекта по умолчанию войдет класс Form1 - наследник библиотечного класса Form. Разработчик проекта населит созданную форму элементами управления - объектами соответствующих классов, тем самым расширив возможности класса, построенного по умолчанию.

Каждый проект содержит всю информацию, необходимую для построения сборки. В проект входят все файлы с классами, построенные автоматически в момент создания проекта, и файлы с классами, созданные разработчиком проекта. Помимо этого, проект включает в себя ссылки на пространства имен из библиотеки FCL, которые содержат классы, используемые в ходе вычислений. Проект содержит ссылки на все подключаемые к проекту DLL, COM-объекты, другие проекты. В проект входят установки и ресурсы, требуемые для работы. Частью проекта является файл, содержащий описание сборки.

В зависимости от выбранного типа проект может быть выполняемым или невыполняемым. К выполняемым проектам относятся, например, проекты типа Console или Windows. При построении каркаса выполняемого проекта в него включается класс, содержащий статическую процедуру с именем Main. В результате компиляции такого проекта создается PE-файл (Portable Executable file) - выполняемый переносимый файл с уточнением exe. Напомним, что PE-файл может выполняться только на компьютерах, где установлен Framework.Net, поскольку это файл с управляемым кодом.

К невыполняемым проектам относятся, например, проекты типа DLL. В результате компиляции такого проекта в сборку войдет файл с расширением dll. Такие проекты (сборки) непосредственно не могут быть выполнены на компьютере. Они присоединяются к выполняемым сборкам, откуда и вызываются методы классов, размещенных в невыполняемом проекте (DLL).

Сборка (Assembly)

Сборка - результат компиляции проекта. Сборка представляет собой коллекцию из одного или нескольких файлов, помеченных номером версии. Каждая сборка разворачивается на компьютере как единое целое. Программист работает с проектами, CLR работает со сборками. Сборка позволяет решать вопросы безопасности, так как содержит описание требуемых ей ресурсов и права доступа к элементам сборки. Каждая сборка содержит манифест, включающий полное описание сборки, ее элементов, требуемые ресурсы, ссылки на другие сборки, исполняемые файлы. Благодаря этому описанию CLR не требуется никакой дополнительной информации для развертывания сборки, трансляции промежуточного кода и его выполнения. Манифест идентифицирует сборку, специфицирует файлы, требуемые для реализации сборки, специфицирует типы и ресурсы, составляющие сборку, задает зависимости, необходимые в период компиляции для связи с другими сборками, специфицирует множество разрешений, необходимых, чтобы сборка могла выполняться на данном компьютере.

Решение (Solution)

Каждый проект, создаваемый в Visual Studio 2008, помещается в некоторую оболочку, называемую Решением - Solution. Решение может содержать несколько проектов, как правило, связанных общей темой. Например, все проекты, рассматриваемые в одной лекции курса, я мог бы поместить в одно Решение. В наших примерах зачастую Решение будет содержать три проекта: DLL с классами, определяющими содержательную сторону приложения, и два интерфейсных проекта - консольный и Windows.

Когда создается новый проект, он может быть помещен в уже существующее Решение или может быть создано новое Решение, содержащее проект.

Решения позволяют придать структуру множеству проектов, что особенно полезно, когда проектов много.