Основы объектно-ориентированного программирования - Бертран Мейер

В отличие от положений данной лекции в некоторых языках объект рассматривается как языковая конструкция, а не как понятие времени выполнения. Такой подход предназначен для исследовательских целей и не нуждается в понятии класса. Наиболее известным представителем этой школы является язык Self [Chambers 1991], в котором вместо классов используются "прототипы".

Детали соглашения об инфиксных и префиксных операциях, в частности таблица приоритетов, приведены в [M 1992].

James McKim обратил мое внимание на последний аргумент в пользу соглашения Result (использование для постусловий).

Упражнения

У7.1 POINT как абстрактный тип данных

Напишите спецификацию абстрактного типа данных для описания точки на плоскости.

У7.2 Завершение реализации POINT

Завершите исходный текст класса POINT. Заполните недостающие фрагменты, добавьте процедуру rotate (вращение точки вокруг начала координат), а также другие компоненты, которые считаете необходимыми.

У7.3 Полярные координаты

Перепишите класс POINT таким образом, чтобы в качестве базового использовалось бы представление точки в полярных, а не декартовых координатах.

Лекция 8. Динамические структуры: объекты

В предыдущей лекции отмечалось, что экземпляры классов называют объектами. Настало время переключить внимание на эти объекты, и в общем смысле - на модель ОО-вычислений времени выполнения. В предыдущих лекциях рассматривались в основном концептуальные вопросы. Теперь необходимо обратиться к аспектам реализации. В частности, рассмотреть вопросы использования памяти (обсуждение будет продолжено в следующей лекции в связи со сборкой мусора). Неоднократно отмечалось, что одним из преимуществ объектной технологии разработки ПО является учет в полном объеме деталей реализации. Поэтому экскурсия в область реализации будет полезной, даже если сфера ваших интересов связана в основном с вопросами анализа и проектирования. Невозможно понять метод, не рассматривая его влияние на структуры времени выполнения.

Объекты

Изучение объектных структур в данной лекции может служить весьма хорошим примером того, насколько неправильно отделять вопросы реализации от проблем будто бы "высокого" уровня. В процессе рассмотрения новых технических приемов, связанных с вопросами реализации, приходит более глубокое понимание абстрактных понятий. Типичным примером может служить введение ссылочных и развернутых значений, представляющих, на первый взгляд, неприметное техническое решение. В действительности, это ответ на общий вопрос об отношении части и целого, постоянно обсуждаемый в дискуссиях по ОО-анализу.

В некоторой части компьютерной литературы принижается значение реализации и считается, что самое важное - это анализ. Но разработка ПО - это разработка моделей. Хорошая техника реализации часто является одновременно и хорошим средством моделирования. Помимо программных систем ее можно использовать и во многих других областях.

Данная лекция в большей степени посвящена моделированию, нежели реализации в строгом смысле этого термина. В ней показано, как можно использовать объектные структуры для построения реалистичных и полезных операционных описаний различного вида систем.

В процессе выполнения ОО-система создает некоторое число объектов. Организация этих объектов и отношения между ними определяют конструкцию времени выполнения. Рассмотрим свойства объектов.

Что такое объект?

Прежде всего, необходимо напомнить смысл термина "объект". Полная ясность была внесена в предыдущей лекции в виде строгого определения (Определение и объективное правило, см. лекцию 7):

Определение: объект

Объект - это экземпляр некоторого класса

Во время выполнения программная система, содержащая класс C, может в разных точках, используя процедуры создания или клонирования, создавать экземпляры C, - структуры данных, соответствующие образцу, заданному классом C. Например, экземпляр класса POINT представляет собой структуру данных, состоящую из двух полей, соответствующих атрибутам x и y класса. Экземпляры всех возможных классов составляют множество объектов системы.

Это официальное определение в мире ОО-ПО. Но в повседневном языке термин "объект" имеет гораздо более широкий смысл. Любая программная система связана с определенной внешней системой, которая может содержать "объекты": точки, линии, поверхности и тела в графической системе; сотрудников и их оклады в системе расчета заработной платы и т.д. В таких ситуациях, как правило, реальным объектам соответствуют программные объекты. Примером может служить класс EMPLOYEE в системе расчета зарплаты, экземпляры которого являются компьютерными моделями сотрудников.

Хорошим следствием дуализма слова "объект" является естественность и мощь ОО-метода, применяемого для целей моделирования реальных систем. Это уже отмечалось при рассмотрении принципа Прямого Отображения (direct mapping), который, как отмечалось, является принципиальным требованием модульного проектирования. Неудивительно, что некоторые классы являются моделями внешних типов объектов проблемной области, а экземпляры классов - моделями реальных объектов. (См. "Прямое отображение", лекция 3)

Но не стоит переоценивать "реальность" слова "объект". В науке и технике существует большой риск в заимствовании слов естественного языка и придания им специального смысла. Термин "объект" настолько перегружен повседневным смыслом, что техническое его использование может стать источником недоразумений. В частности:

[x]. Не все классы соответствуют типам проблемной области. Многие классы, введенные в интересах проектирования и реализации, не имеют двойников в моделируемой системе. Именно эти классы на практике могут иметь наибольшее значение и именно их труднее всего спроектировать.

[x]. Некоторые концепции проблемной области естественно приводят к классам, хотя в проблемной области не существует реальных объектов, которые можно было бы поставить в соответствие экземплярам этих классов. Примерами могут быть класс STATE, описывающий состояние системы, или класс COMMAND. (См. лекцию 20 и лекцию 21 курса "Основы объектно-ориентированного проектирования")

Когда слово "объект" используется в этой книге, то из контекста ясно, в общем или техническом смысле используется этот термин. В тех случаях, когда эту разницу необходимо подчеркнуть, используется уточнение - программный объект или внешний объект.

Базовая форма

Программный объект довольно простое существо, если известен класс, которому он принадлежит.

Пусть O - объект. По определению он является экземпляром некоторого класса. Точнее, он является прямым экземпляром (direct instance) только одного класса, например C.

С учетом наследования O будет тогда косвенным экземпляром других классов, - предков C. Это тема дальнейшего обсуждения; в данной дискуссии достаточно понятия прямого экземпляра. Везде, где не может возникнуть недоразумений, слово "прямой" будет опущено.

Класс C называется порождающим классом (generating class) или просто генератором (generator) объекта O. Заметьте, C- программный текст, а O - структура данных времени выполнения, появляющаяся в результате работы рассмотренных ниже механизмов создания объектов.

Часть компонентов C является атрибутами. Эти атрибуты полностью определяют форму объекта, представляющего собой просто набор полей, по одному на каждый атрибут.

Рассмотрим класс POINT из предшествующей лекции (Текст класса POINT см. в лекции 7). Исходный текст имеет вид:

class POINT feature

x, y: REAL

... Объявления подпрограмм ...

end

Подпрограммы опущены, так как форма объектов полностью определяется атрибутами соответствующих классов. Данный класс имеет два атрибута x и y типа REAL, следовательно, его экземпляр - это объект с двумя полями, содержащими значения этого типа:

Рис. 8.1.  Экземпляр класса POINT

В данной книге объекты - набор полей - изображаются в виде смежных прямоугольников, содержащих соответствующие значения. Внизу курсивом в скобках дается имя класса (в данном случае - POINT). Против каждого поля, тоже курсивом - имена соответствующих атрибутов (x и y). Иногда сверху указывается имя объекта (здесь P_OBJ), не имеющее двойника в программном тексте, но позволяющее ссылаться на объект при обсуждении.