Основы объектно-ориентированного программирования - Бертран Мейер

Отличие ссылок от указателей выражается в том, что они типизированы. Они напоминают типизированные указатели в Pascal и Ada (но не в C). Это означает, что данная ссылка может быть связана только с объектами определенных типов. По аналогии с обычной жизнью - код города имеет смысл только при наборе телефонных номеров. Он может выглядеть как обычное целое, но никому не придет в голову суммировать коды.

Идентичность объектов

Понятие ссылки приводит к концепции идентичности объектов. Каждый объект, созданный в процессе выполнения ОО-системы, уникален и идентифицируется независимо от значений его полей. Возможны две ситуации:

[x]. (I1) Два различных объекта могут иметь абсолютно одинаковые поля.

[x]. (I2) Напротив, поля данного объекта могут изменяться в процессе выполнения системы, но это не влияет на идентификацию объекта.

Эти наблюдения свидетельствуют о неоднозначности высказывания "a обозначает тот же объект, что и b". Можно подразумевать различные объекты с одинаковыми данными (I1) или состояния одного и того же объекта до и после изменения значений полей (I2). Мы будем использовать второе толкование и считать, что значения полей заданного объекта могут изменяться в процессе выполнения, а он остается "тем же самым объектом". В случае (I1) будем говорить о равных (но различных) объектах, точное определение понятия равенства будет дано позже.

В соответствии с определением I2 можно сказать, что поля объекта могут изменяться и это не будет ошибкой. Термин "поле" обозначает одно из значений, составляющих объект, а не соответствующий идентификатор поля - имя одного из атрибутов порождающего класса.

Каждому атрибуту класса соответствует поле объекта (1832 для атрибута date класса BOOK3 на рис.8.6 ). Атрибуты неизменны в процессе выполнения, как неизменно и деление объекта на поля, а значения полей меняться могут. Любой экземпляр BOOK3 будет всегда содержать четыре поля, соответствующие атрибутам title, date, page_count, author. Значения этих полей могут меняться у каждого экземпляра.

Изучение того, как сделать объекты сохранямыми (persistent), заставит нас продолжить изучение свойств идентичности объектов. (См. "Идентичность объектов", лекция 13 курса "Основы объектно-ориентированного проектирования")

Объявление ссылок

Класс BOOK1 содержал атрибуты только базовых типов, его вариант BOOK3, содержит атрибут, представляющий ссылку на автора.

class BOOK3 feature

title: STRING

date, page_count: INTEGER

author: WRITER -- Новый атрибут.

end

Объявленный тип дополнительного атрибута author это просто имя соответствующего класса: WRITER. Это будет общим правилом: если имеется стандартное объявление класса

class C feature ... end

то объявление некоторой сущности типа C

x: C

обозначает значения, являющиеся ссылками на потенциальные объекты типа C. Такое соглашение, использующее ссылки, обеспечивает большую гибкость и приемлемо в большинстве случаев. Подробное обсуждение этого правила и других возможных решений содержится в последнем разделе данной лекции.

Ссылка на себя

Ничто не препятствует объекту O1 в определенный момент выполнения системы содержать ссылку, присоединенную к самому O1. Такая ссылка на себя может быть косвенной. В ситуации на рис.8.7 объект, имеющий значением поля name: "Almaviva", сам является своим лендлордом (прямая циклическая ссылка). Фигаро любит Сюзанну, которая любит Фигаро (косвенная циклическая ссылка).

Рис. 8.7.  Прямые и косвенные ссылки на себя

Такие циклы в динамических структурах возможны, только если клиентские отношения между соответствующими классами также содержат прямые или косвенные циклы. Объявление класса

class PERSON1 feature

name: STRING

loved_one, landlord: PERSON1

end

содержит прямой цикл (PERSON1 - клиент PERSON1).

Обратное утверждение неверно - присутствие цикла в объявлении класса не означает, что циклы обязательно появятся в структурах времени выполнения. Можно объявить класс

class PERSON2 feature

mother, father: PERSON2

end

Класс является собственным клиентом. Однако если он моделирует соответствующие именам атрибутов отношения между людьми, то структуры времени выполнения никогда не будут содержать циклов, поскольку ни один человек не может быть собственным родителем или предком.

Взгляд на структуру объектов периода выполнения

На основе предшествующего рассмотрения выясняется в первом приближении структура ОО-системы в процессе выполнения.

Рис. 8.8.  Возможная структура объектов во время выполнения

Система состоит из нескольких объектов с различными полями. Некоторые поля содержат значения базовых типов, а другие являются пустыми или присоединенными ссылками на другие объекты. Каждый объект является экземпляром некоторого типа, основанного на классе (на рисунке тип указывается под объектом). Некоторые типы представлены единственным экземпляром, но гораздо чаще присутствует несколько экземпляров одного типа. На рис.8.8 тип TYPE1 представлен двумя экземплярами, остальные - единственным. Некоторые объекты содержат поля только ссылочного типа (экземпляр TYPE4) или только базовых типов (экземпляр TYPE5). Могут присутствовать прямые или косвенные циклические ссылки (верхнее поле экземпляра TYPE2, по часовой стрелке от нижнего экземпляра TYPE1).

Подобная структура может показаться слишком запутанной. Впечатление от приведенной иллюстрации, демонстрирующей различные возможности, можно выразить выражением: "блюдо спагетти".

Это впечатление не совсем правильно. Впечатление простоты должен создавать программный текст, но не структура объектов периода выполнения. Текст отражает определенные отношения (такие как "любит", "имеет хозяина"). Конкретную структуру объектов периода выполнения можно назвать экземпляром таких отношений, она фиксирует связи между элементами данного набора объектов. Моделируемые отношения могут быть простыми, в то время как отношения индивидуумов конкретного множества объектов - достаточно сложными. Понятие "любит" очень просто, однако любовные отношения конкретных людей могут быть безнадежно запутаны.

Во время выполнения могут неизбежно возникать структуры, содержащие много объектов и имеющие запутанную структуру ссылок. Хорошая среда разработки должна предоставлять средства анализа объектных структур для тестирования и отладки.

Сложность динамических структур не должна влиять на статическую картину. Необходимо стараться сохранить набор классов и их отношения настолько простыми, насколько это возможно.

Тот факт, что простым моделям могут соответствовать сложные структуры данных, частично отражает мощь наших компьютеров. Короткий исходный текст может описывать огромные вычисления. Простая ОО-система может порождать в процессе выполнения миллионы объектов, связанных большим числом ссылок. Важнейшей целью программной инженерии является сохранение простоты ПО, даже когда экземпляры объектов такой простотой не обладают.

Объекты как средство моделирования

Рассмотренные приемы позволяют продвинуться в понимании возможностей ОО-подхода как средства моделирования. Важно, в частности, прояснить два аспекта: рассмотреть различные миры, связанные с разработкой ПО и отношения между ПО и внешней реальностью.

Четыре мира программной разработки

Из предшествующей дискуссии следует, что когда мы говорим об ОО-разработке, следует различать четыре отдельных мира:

[x]. Моделируемую систему, - внешнюю по отношению к программной системе, описываемую типами объектов и их абстрактными отношениями.

[x]. Частную конкретизацию внешней системы, состоящую из объектов с фиксированными отношениями.

[x]. Программную систему, состоящую из классов, связанных ОО-отношениями ("быть клиентом", "быть наследником").

[x]. Объектную структуру в том виде, в котором она существует в процессе выполнения программной системы, то есть множество программных объектов, связанных ссылками.