Основы объектно-ориентированного программирования - Бертран Мейер

Работа, цитированная в начале этой лекции в качестве основной ссылки на табличный поиск, это [Knuth 1973]. Среди многих пособий по алгоритмам и структурам данных, которые освещают этот вопрос, стоит обратить внимание на [Aho 1974], [Aho 1983] или [M 1978].

Две книги автора данной книги содержат дальнейший анализ вопроса повторного использования. Книга Reusable Software [M 1994a], полностью посвященная этой теме, представляет принципы разработки и реализации для создания высококачественных библиотек, и полную спецификацию множества базисных библиотек. В книге Object Success [M 1995] обсуждаются организационные аспекты проблемы повторного использования, особенно те сферы деятельности, в которых должна прилагать усилия фирма, заинтересованная в повторном использовании, и области, в которых такие усилия будут, по-видимому, бесполезными (например, рекомендации повторного использования разработчикам приложений, или поощрение осуществления ими повторного использования). Смотрите также короткую статью на эту тему, [M 1996].

Лекция 5. К объектной технологии

Расширяемость, возможность повторного использования и надежность - наши главные цели - требуют выполнения ряда условий, определенных в предыдущих лекциях. Для их достижения требуется систематический метод декомпозиции системы на модули. В этой лекции представлены основные элементы такого метода, основанного на простой, но далеко идущей идее: строить каждый модуль на базе некоторого типа объектов. Здесь эта идея объясняется, логически обосновывается и из нее выводятся некоторые следствия.

Предупреждение. Видя, что сегодня объектная технология широко известна и достаточно распространена, некоторые читатели могут подумать, что битва уже выиграна и нет необходимости в ее дальнейшем логическом обосновании. Это было бы ошибкой: если мы хотим избежать распространенных ошибок и ловушек, то нам нужно понимать основы метода. На самом деле, часто можно увидеть, что прилагательное "объектно-ориентированный" (подобно прилагательному "структурный" в предшествующую эпоху) используется просто как новая наклейка для самых традиционных методов разработки ПО. Только аккуратно построив здание объектной технологии можно научиться определять случаи неверного использования этого модного слова и избегать ошибок, рассматриваемых далее в этой лекции.

Ингредиенты вычисления

При поиске правильной архитектуры ПО критическим является вопрос о модуляризации: какие критерии нужно использовать при выделении модулей наших программ?

Чтобы верно ответить на него, нужно сравнить соперничающих кандидатов.

Базисный треугольник

Три силы вступают в игру, когда мы используем программу для выполнения каких-либо вычислений

Выполнить программную систему - значит использовать некоторые процессоры для применения некоторых действий к некоторым объектам.

Рис. 5.1.  Три силы вычисления

Процессоры - это вычислительные устройства (физические или виртуальные), выполняющие команды. Процессор может быть фактической единицей обработки (например, ЦПУ компьютера), процессом обычной операционной системы или одним ее "потоком" для многопоточной ОС.

Действия - это операции, производящие вычисления. Точная форма рассматриваемых нами действий будет зависеть от уровня детальности анализа. Например, на уровне оборудования действия являются операциями машинного языка, на аппаратно-программном уровне - операторами языка программирования, а на уровне программной системы можно рассматривать в качестве действия каждый большой шаг сложного алгоритма.

Объекты - это структуры данных, к которым применяются действия. Некоторые из этих объектов - структуры данных, построенные вычислением для своих собственных целей, - являются внутренними и существуют только во время вычисления, другие (содержащиеся в файлах, базах данных и других постоянных хранилищах) являются внешними и могут пережить вычисления, в которых используются.

Процессоры будут важны при обсуждении параллельных вычислений, в которых одновременно могут выполняться несколько подвычислений. В этой лекции мы ограничиваемся непараллельными или последовательными вычислениями, проводимыми одним (остающимся за рамками рассмотрения) процессором.

Таким образом, остаются действия и объекты. Дуализм между действиями и объектами - тем, что система делает, и тем, с чем она это делает - это популярная тема в разработке ПО.

[x]. Замечание о терминологии. Для обозначения каждого из этих двух аспектов имеются соответствующие синонимы: слово данные будет использоваться как синоним слова объекты, а вместо слова действие мы, следуя обычной практике, будем говорить о функциях системы.

[x]. Термин "функция" также не лишен недостатков, поскольку при обсуждении ПО он используется по крайней мере в двух смыслах: математическом и в смысле ПО как подпрограмма, возвращающая некоторый результат. Но, не боясь неоднозначности, мы будем использовать фразу "функции системы", требуемую здесь.

[x]. Причина, по которой мы используем это слово, а не "действие" - чисто грамматическое удобство от использования соответствующего прилагательного, например во фразе "функциональная декомпозиция". Слово "действие" не имеет соответствующего производного прилагательного. Другим термином, чье значение в нашем обсуждении эквивалентно значению слова "действие", является слово "операция".

Всякое обсуждение, связанное с программированием, должно учитывать оба аспекта: объект и функцию, это относится и к проектированию программной системы. Но есть один вопрос, при ответе на который между ними нужно выбирать - это вопрос данной лекции: что является критерием выделения модулей системы? Здесь нужно решить, будут ли модули строиться как единицы функциональной декомпозиции или они будут создаваться вокруг главных типов объектов.

Ответ на этот вопрос демонстрирует различие между ОО-подходом и другими методами. При традиционных подходах каждый модуль строится вокруг некоторой единицы функциональной декомпозиции - некоторой части действия. В отличие от них, ОО-метод строит каждый модуль вокруг некоторого типа объектов.

Нетрудно догадаться, что в этой книге развивается именно этот подход. Но нам не следует принимать ОО-декомпозицию на веру лишь потому, что она подразумевается названием этой книги, или потому, что она является "вещью-в-себе", которую просто необходимо делать.

В последующих разделах мы проанализируем аргументы, обосновывающие использование типов объектов в качестве основы модуляризации, а начнем с исследования достоинств и ограничений традиционных не ОО-методов. Затем мы попытаемся получить ясное представление о том, что на самом деле означает слово "объект" для проектирования ПО, хотя полный ответ, требующий некоторых дополнительных теоретических рассуждений, появится только в следующей лекции.

Мы должны также отложить до следующей лекции урегулирование старинной и грозной битвы, ставшей темой нашего обсуждения - Войны Объектов и Функций. Пока же мы подготовим кампанию опорочивания функций в качестве базиса декомпозиции, и, соответственно, восхваления объектов для достижения этих целей. И все-таки нам не следует забывать сделанное выше наблюдение, в конечном счете, в нашем решении проблем должно найтись место, как объектам, так и функциям, хотя и не на равных основаниях. Для установления нового мирового порядка необходимо определить роли граждан первого и второго сорта.

Функциональная декомпозиция

Вначале мы рассмотрим достоинства и ограничения традиционного подхода, использующего функции в качестве основы архитектуры программных систем. Это не только приведет нас к пониманию того, почему требуется еще кое-что - объектная технология, но и поможет избежать некоторых методологических ловушек, таких как преждевременное упорядочение операций, которым, как известно, грешат даже опытные разработчики ОО-ПО.

Непрерывность

Ключевой проблемой при ответе на вопрос: "вокруг чего следует структурировать системы: вокруг функций или вокруг данных?" является проблема расширяемости, более точно - цель, названная непрерывностью в предшествующем обсуждении. Как вы помните, метод проектирования удовлетворяет этому критерию, если он приводит к устойчивой архитектуре, обеспечивающей объем изменений в проекте, соразмерный объему изменений в спецификации.