Загрузка...Что такое класс в программировании
Классы и объекты
В данном уроке мы рассмотрим классы в C++ и познакомимся с объектно-ориентированным программированием. Объектно-ориентированное программирование или ООП — это одна из парадигм программирования. Парадигма — это, другими словами, стиль. Парадигма определяет какие средства используются при написании программы. В ООП используются классы и объекты. Все наши предыдущие программы имели элементы разных парадигм: императивной, процедурной, структурной.
Мы можем написать одинаковую программу в разных парадигмах. Парадигмы не имеют чёткого определения и часто пересекаются.
Давайте посмотрим на пример. Допустим, в нашей игре есть танки и они могут стрелять, при стрельбе у них уменьшается боезапас. Как мы можем это смоделировать без ООП:
У нас есть структура, которая содержит поле, представляющее количество снарядов, и есть функция атаки, в которую мы передаём танк. Внутри функции мы меняем количество снарядов. Так может выглядеть игра на языке C: структуры отдельно от функций, которые совершают действия со структурными переменными. Данную ситуацию можно смоделировать по-другому с помощью объектно-ориентированного программирования (Object-Oriented Programming, OOP) — ООП.В ООП действия привязываются к объектам.
Определение классов в C++
Класс — это пользовательский тип данных (также как и структуры). Т.е. тип данных, который вы создаёте сами. Для этого вы пишете определение класса. Определение класса состоит из заголовка и тела. В заголовке ставится ключевое слов class, затем имя класса (стандартный идентификатор C++). Тело помещается в фигурные скобки. В C++ классы и структуры почти идентичны. В языке C в структурах можно хранить только данные, но в C++ в них можно добавить действия.
В C++ ключевые слова struct и class очень близки и могут использоваться взаимозаменяемо. У них есть только одно отличие (об этом ниже). Вот как можно определить такой же класс с помощью struct:
Отличие только первом ключевом слове. В одном из прошлых уроков мы уже обсуждали структуры. что мы видим новое? Ключевые слова private и public — это спецификаторы доступа. Также мы видим, что внутри класса мы можем вставлять определения функций.
Определение класса это чертёж. Оно говорит нам из каких данных состоит класс и какие действия он может совершать. т.е. происходит объединение данных и действий в одной сущности.
Переменные и методы класса
Класс состоит из членов класса (class members). Члены класса могут быть переменными (data members) или методами (function members или methods). Переменные класса могут иметь любой тип данных (включая другие структуры и классы). Методы — это действия, которые может выполнять класс. По сути, это обычные функции.
Все методы класса имеют доступ к переменным класса. Обратите внимание, как мы обращаемся к ammo в методе Attack.
Создание объектов класса
Теперь у нас есть свой тип данных и мы можем создавать переменные данного типа. Если после определения структур мы могли создавать структурные переменные, то в случае классов, мы создаём объекты классов (или экземпляры). Разница между классами и структурами только в терминах. Для C++ это почти одно и то же.
Вот так мы можем создать объекты класса Tank и вызвать метод Attack:
t1 и t2 — объекты класса Tank. Для C++ объект класса — это всего-лишь переменная. Тип данных этих переменных — Tank. Ещё раз повторю, что классы (и структуры) позволяют создавать пользовательские типы данных.
В англоязычной литературе создание объектов классов также называется созданием экземпляров — instantiating.
Мы обращаемся к переменным класса и методам с помощью оператора точки (прямой доступ), также как мы обращались к полям структурных переменных.
В нашем примере каждый объект имеет доступ к своей копии ammo. ammo — переменная класса (data member). Attack — метод класса. У каждого объекта своя копия переменных класса, но все объекты одного класса вызывают одни и те же методы.
Размер объекта включает все данные, но не методы
В памяти переменные класса располагаются последовательно. Благодаря этому мы можем создавать массивы объектов и копировать их все вместе (если в классе этих объектов нет динамического выделения памяти). Это будет важно для нас, когда мы начнём работать с графикой в DirectX/OpenGL. Размер объекта класса можно узнать с помощью функции sizeof. При этом в качестве аргумента можно использовать как объект, так и сам класс:
Методы — это все лишь функции. Но в отличии от простых функций, у всех методов есть один скрытый параметр — указатель на объект, который вызывает данный метод. Именно благодаря этому указателю метод знает, какой объект вызвал его и какому объекту принадлежат переменные класса. Внутри метода имя этого указателя — this.
Указатель this
Вот как для компилятора выглядит любой метод:
Это просто иллюстрация. В реальности не нужно указывать аргумент (всё что в круглых скобках). Мы автоматически получаем доступ к указателю this. В данном случае его использование перед ammo необязательно, компилятор автоматически привяжет эту переменную к this.
Указатель this нужен, когда методу необходимо вернуть указатель на текущий объект.
Указатели на объекты
При работе с объектам в C++ вам неизбежно придётся работать с указателями (и ссылками). Как мы помним, при передаче в функцию по значению создаётся копия переменной. Если у вас сложный класс, содержащий большой массив или указатели, то копирование такого объекта может потребовать ненужное выделение дополнительной памяти или может быть вообще невозможным, в случае если в классе вы динамически выделяете память. Поэтому очень часто объекты создаются динамически. Для доступа к таким объектам используется оператор непрямого доступа (стрелочка):
При использовании ссылки на объект, для доступа к его членам используется оператор прямого доступа (точка), т.е. с ссылкой можно обращаться как с обычным объектом:
Чуть ниже мы увидим один случай, когда не обойтись без ссылок.
Конструктор класса (Constructor)
Конструктор класса — метод, вызываемый автоматически при создании объекта. Он используется для инициализации переменных класса и выделении памяти, если это нужно. По сути это обычный метод. Имя обязательно должно совпадать с именем класса и он не имеет возвращаемого значения. Рассмотрим новый класс:
Здесь, в конструкторе задаются начальные значения переменных, но мы можем делать в нём всё что угодно, это обычная функция.
Перегрузка конструктора класса
Перегрузка (overloading) конструктора позволяет создать несколько конструкторов для одного класса с разными параметрами. Всё то же самое, что и при перегрузке функций:
Начальные значения можно задавать в виде списка инициализации. Выше в конструкторе мы инициализировали переменные внутри тела. Список инициализации идёт перед телом конструктора и выглядит так:
В списке инициализации можно задать значение только части переменных класса.
Копирующий конструктор (Copy Constructor)
Без каких-либо действий с нашей стороны мы можем присваивать объектам другие объекты:
Здесь используется копирующий конструктор. Копирующий конструктор по умолчанию просто копирует все переменные класса в другой объект. Если в классе используется динамическое выделение памяти, то копирующий конструктор по умолчанию не сможет правильно создать новый объект. В таком случае вы можете перегрузить копирующий конструктор:
В копирующем конструкторе всегда используются ссылки. Это обязательно. Параметр point — это объект, стоящий справа от оператора присваивания.
Деструктор класса
Деструктор класса — метод, вызываемый автоматически при уничтожении объекта. Это происходит, например, когда область видимости объекта заканчивается. Деструктор нужно писать явно, если в классе происходит выделение памяти. Соответственно, в деструкторе вам необходимо освободить все указатели.
Допустим в нашем танке есть экипаж, пусть это будет один объект типа Unit. При создании танка мы выделяем память под экипаж. В деструкторе нам нужно будет освободить память:
Имя деструктора совпадает с именем класса и перед ним ставится тильда
. Деструктор может быть только один.
Объектно-ориентированное программирование в C++ (ООП)
Теперь, когда мы представляем что такое классы и объекты, и умеем с ними работать, можно поговорить о объектно-ориентированном программировании. Сам по себе стиль ООП предполагает использование классов и объектов. Но помимо этого, у ООП есть ещё три характерные черты: инкапсуляция данных, наследование и полиморфизм.
Инкапсуляция данных — Encapsulation
Что означает слово Encapsulation? Корень — капсула. En — предлог в. Инкапсуляция — это буквально помещение в капсулу. Что помещается в капсулу? Данные и действия над ними: переменные и функции. Инкапсуляция — связывание данных и функций. Давайте ещё раз взглянем на класс Tank:
Собственно, здесь в класс Tank мы поместили переменную ammo и метод Attack. В методе Attack мы изменяем ammo. Это и есть инкапсуляция: члены класса (данные и методы) в одном месте.
В C++ есть ещё одно понятие, которое связано с инкапсуляцией — сокрытие данных. Сокрытие предполагает помещение данных (переменных класса) в область, в которой они не будут видимы в других частях программы. Для сокрытия используются спецификаторы доступа (access specifiers). Ключевые слова public и private и есть спецификаторы доступа. public говорит, что весь следующий блок будет видим за пределами определения класса. private говорит, что только методы класса имеют доступ к данным блока. Пример:
Здесь мы видим, что объект может получить доступ только к членам класса, находящимся в блоке public. При попытке обратиться к членам класса (и переменным, и методам) блока private, компилятор выдаст ошибку. При этом внутри любого метода класса мы можем обращаться к членам блока private. В методе Move мы изменяем скрытые переменные x и y.
Хороший стиль программирования в ООП предполагает сокрытие всех данных. Как тогда задавать значения скрытых данных и получать доступ к ним? Для этого используются методы setters и getters.
Setters and Getters
Setters и Getters сложно красиво перевести на русский. В своих уроках я буду использовать английские обозначения для них. Setter (set — установить) — это метод, который устанавливает значение переменной класса. Getter (get — получить) — метод, который возвращает значение переменной:
Имена не обязательно должны включать Set и Get. Использование setters и getters приводит к увеличению количества кода. Можно ли обойтись без инкапсуляции и объявить все данные в блоке public? Да, можно. Но данная экономия кода имеет свои негативные последствия. Мы будем подробно обсуждать данный вопрос, когда будем говорить об интерфейсах.
Следующая концепция ООП — наследование.
Наследование (Inheritance) в C++
Производный класс не может получить доступ к private членам. Поэтому в классе Unit используется спецификатор protected. Данный спецификатор разрешает доступ к данным внутри класса и внутри дочерних классов, private же разрешает доступ только в методах самого класса.
При наследовании производный класс имеет доступ ко всем членам (public и protected) базового класса. Именно поэтому мы можем вызвать метод Move для объекта типа Archer.
Обратите внимание, как происходит наследование. При определении дочернего класса, после имени ставится двоеточие, слово public и имя базового класса. В следущем уроке мы рассмотрим для чего здесь нужно слово public.
Полиморфизм (Polymorphism)
Наследование открывает доступ к полиморфизму. Poly — много, morph — форма. Это очень мощная техника, которую мы будем использовать постоянно.
Полиморфизм позволяет поместить в массив разные типы данных:
Мы создали массив указателей на Unit. Но C++ позволяет поместить в такой указатель и указатель на любой дочерний классс. Данная техника будет особенно полезна, когда мы изучим виртуальные функции.
Заключение
Классы позволяют легко моделировать лубую предметную область. Иногда лучше избежать использование ООП, но об этом мы поговорим в другой раз.
В следующем уроке мы познакомимся с более сложными концепциями, касающимися классов: виртуалье методы, шаблоны, статичные члены. Впоследствии мы увидим, как классы используютя в DirectX.
Единственное отличие между классом и структурой в C++: по умолчанию в структуре используется спецификатор доступа public, а в классе — private. Часто в коде вы будете видеть, что структуры используются без методов, чисто для описания каких-либо сущностей. Но это делать необязательно это всего лишь соглашение.
Классы в C++ — урок 10
Весь реальный мир состоит из объектов. Города состоят из районов, в каждом районе есть свои названия улиц, на каждой улице находятся жилые дома, которые также состоят из объектов.
Практически любой материальный предмет можно представить в виде совокупности объектов, из которых он состоит. Допустим, что нам нужно написать программу для учета успеваемости студентов. Можно представить группу студентов, как класс языка C++. Назовем его Students .
Основные понятия
Классы в программировании состоят из свойств и методов. Свойства — это любые данные, которыми можно характеризовать объект класса. В нашем случае, объектом класса является студент, а его свойствами — имя, фамилия, оценки и средний балл.
У каждого студента есть имя — name и фамилия last_name . Также, у него есть промежуточные оценки за весь семестр. Эти оценки мы будем записывать в целочисленный массив из пяти элементов. После того, как все пять оценок будут проставлены, определим средний балл успеваемости студента за весь семестр — свойство average_ball .
Методы — это функции, которые могут выполнять какие-либо действия над данными (свойствами) класса. Добавим в наш класс функцию calculate_average_ball() , которая будет определять средний балл успеваемости ученика.
- Методы класса — это его функции.
- Свойства класса — его переменные.
Функция calculate_average_ball() просто делит сумму всех промежуточных оценок на их количество.
Модификаторы доступа public и private
Все свойства и методы классов имеют права доступа. По умолчанию, все содержимое класса является доступным для чтения и записи только для него самого. Для того, чтобы разрешить доступ к данным класса извне, используют модификатор доступа public . Все функции и переменные, которые находятся после модификатора public , становятся доступными из всех частей программы.
Закрытые данные класса размещаются после модификатора доступа private . Если отсутствует модификатор public , то все функции и переменные, по умолчанию являются закрытыми (как в первом примере).
Обычно, приватными делают все свойства класса, а публичными — его методы. Все действия с закрытыми свойствами класса реализуются через его методы. Рассмотрим следующий код.
Мы не можем напрямую обращаться к закрытым данными класса. Работать с этими данными можно только посредством методов этого класса. В примере выше, мы используем функцию get_average_ball() для получения средней оценки студента, и set_average_ball() для выставления этой оценки.
Функция set_average_ball() принимает средний балл в качестве параметра и присваивает его значение закрытой переменной average_ball . Функция get_average_ball() просто возвращает значение этой переменной.
Программа учета успеваемости студентов
Создадим программу, которая будет заниматься учетом успеваемости студентов в группе. Создайте заголовочный файл students.h, в котором будет находиться класс Students .
Мы добавили в наш класс новые методы, а также сделали приватными все его свойства. Функция set_name() сохраняет имя студента в переменной name , а get_name() возвращает значение этой переменной. Принцип работы функций set_last_name() и get_last_name() аналогичен.
Функция set_scores() принимает массив с промежуточными оценками и сохраняет их в приватную переменную int scores[5] .
Теперь создайте файл main.cpp со следующим содержимым.
В самом начале программы создается объект класса Students . Дело в том, что сам класс является только описанием его объекта. Класс Students является описанием любого из студентов, у которого есть имя, фамилия и возможность получения оценок.
Объект класса Students характеризует конкретного студента. Если мы захотим выставить оценки всем ученикам в группе, то будем создавать новый объект для каждого из них. Использование классов очень хорошо подходит для описания объектов реального мира.
После создания объекта student , мы вводим с клавиатуры фамилию, имя и промежуточные оценки для конкретного ученика. Пускай это будет Вася Пупкин, у которого есть пять оценок за семестр — две тройки, две четверки и одна пятерка.
Введенные данные мы передаем set-функциям, которые присваивают их закрытым переменным класса. После того, как были введены промежуточные оценки, мы высчитываем средний балл на основе этих оценок, а затем сохраняем это значение в закрытом свойстве average_ball , с помощью функции set_average_ball() .
Скомпилируйте и запустите программу.
Отделение данных от логики
Вынесем реализацию всех методов класса в отдельный файл students.cpp.
А в заголовочном файле students.h оставим только прототипы этих методов.
Такой подход называется абстракцией данных — одного из фундаментальных принципов объектно-ориентированного программирования. К примеру, если кто-то другой захочет использовать наш класс в своем коде, ему не обязательно знать, как именно высчитывается средний балл. Он просто будет использовать функцию calculate_average_ball() из второго примера, не вникая в алгоритм ее работы.
Над крупными проектами обычно работает несколько программистов. Каждый из них занимается написанием определенной части продукта. В таких масштабах кода, одному человеку практически нереально запомнить, как работает каждая из внутренних функций проекта. В нашей программе, мы используем оператор потокового вывода cout , не задумываясь о том, как он реализован на низком уровне. Кроме того, отделение данных от логики является хорошим тоном программирования.
В начале обучения мы говорили о пространствах имен (namespaces). Каждый класс в C++ использует свое пространство имен. Это сделано для того, чтобы избежать конфликтов при именовании переменных и функций. В файле students.cpp мы используем оператор принадлежности :: перед именем каждой функции. Это делается для того, чтобы указать компилятору, что эти функции принадлежат классу Students .
Создание объекта через указатель
При создании объекта, лучше не копировать память для него, а выделять ее в в куче с помощью указателя. И освобождать ее после того, как мы закончили работу с объектом. Реализуем это в нашей программе, немного изменив содержимое файла main.cpp.
При создании статического объекта, для доступа к его методам и свойствам, используют операция прямого обращения — « . » (символ точки). Если же память для объекта выделяется посредством указателя, то для доступа к его методам и свойствам используется оператор косвенного обращения — « -> ».
Конструктор и деструктор класса
Конструктор класса — это специальная функция, которая автоматически вызывается сразу после создания объекта этого класса. Он не имеет типа возвращаемого значения и должен называться также, как класс, в котором он находится. По умолчанию, заполним двойками массив с промежуточными оценками студента.
Мы можем исправить двойки, если ученик будет хорошо себя вести, и вовремя сдавать домашние задания. А на «нет» и суда нет 🙂
Деструктор класса вызывается при уничтожении объекта. Имя деструктора аналогично имени конструктора, только в начале ставится знак тильды
ITandLife.ru
Статьи об IT, программировании, политике, экономике, жизни и изучении научных дисциплин
Классы в ООП (Объектно-ориентированном программировании)
Эта статья — продолжение серии статей об ООП. В прошлой публикации были рассмотрено «понятие объекта в ООП». В этой заметке будут описаны классы. Это довольно сложная тема, рассмотрение которой подразумевает что Вы знакомы с понятием объекта в объектно-ориентированном программировании.
Понятие класса в ООП
В любой системе функционирует множество объектов. Некторые из них «похожи» и однотипны. Например, в банковской системе имеется множество объектов-счетов и объектов-клиентов. Однотипные объекты объединяются в классы.
Все объекты одного и того же класса обладают одинаковым интерфейсом и реализуют этот интерфейс одним и тем же способом. Два объекта одного класса в ООП могут отличаться только текущим состоянием, причем всегда теоретически возможно так изменить состояние одного объекта, чтобы он стал равным другому объекту.
Например, продолжая примеры прошлой статьи, у всех объектов-счетов, принадлежащих к классу «Счет», имеется номер и баланс, все они реагируют на сообщение «проверить наличие денег и снять сумму со счета». Важно, что реагируют они на это сообщение одинаково, т.е. реализация метода у всех объектов одного класса одинакова.
Индивидуальные объекты называются экземплярами класса, а класс в ООП — это шаблон по которому строятся объекты.
Таким образом, наша банковская система состоит из экземпляров трех классов: класса счетов, класса банкоматов и класса клиентов. Названия классов в ООП пишутся с большой буквы, а названия объектов — с маленькой. Представленная ниже графическая схема классов соответствует обозначениям, принятым в Унифицированном языке моделирования UML.
Классы в учебной банковской системе
В реальности же, счета могут быть различными. Срочный вклад отличается от расчетного и от вклада до востребования. У них имеются разные характеристики, и они по-разному реализуют одни и теже операции. Поэтому для их описания нужны разные классы.
Разделение счетов на разные классы
Чем отличается понятие класса в ООП от таких понятий как «интерфейс» или «тип»?
Интерфейс — это внешняя часть класса. Интерфейс определяет, как объекты данного класса могут взаимодействовать с другими объектами этого или других классов. Однако, если у двух объектов совпадают интерфейсы это еще не значит что они принадлежат к одному и тому же классу. Кроме совпадения интерфейсов необходимо, чтобы и их реализация и поведение были одинаковыми.
Тип — это область определения некой величины, т.е. множество ее возможных значений и набор применимых операций. Тип может задаваться классом.
Наследование классов в ООП
Важнейшим свойством классов в ООП и их принципиальным отличием от абстрактных типов данных (встроенных в язык программирования) является наследование. Наследование — это отношение между классами, при котором один класс разделяет структуру или поведение одного или нескольких других классов.
Механизм наследования классов в ООП позволяет выделить общие части разных классов. В приведенном выше примере, были выделены разные типы счетов в банковской системе. Однако они имеют много общего. Выделив общую часть, можно создать класс «Счет». Классы «Расчетный счет» и «Депозит» сохраняют все свойства (как методы, так и атрибуты) класса «Счет», дополняя и уточняя его поведение. Говорят что класс «Депозит» наследует класс «Счет». Графически это изображается в виде иерархии.
Схема наследования классов-счетов
Наследование классов в ООП может быть многоуровневым. Пример такой многоуровневой структуры классов-счетов представлен ниже.
Схема многоуровневого наследования классов
Иерархию классов в ООП можно построить по-разному. Фактически иерархия классов является классификатором объектов. В данном случае при построении системы классов разработчик пытается принять во внимание следующие соображения «Столь ли существенна разница между рублевыми и валютными вкладами, что их следует разделить на различные классы?», «Разные виды Депозитов — это разные характеристики одного и того же класса или же разные классы?» и т.п.
Как видно из рисунка, представленного выше, разница между рублевым и валютным счетом настолько существенна, что они выделены в разные классы. Разные виды Депозитов также представлены разными классами. Если бы решили, что денежная единица, в которой выражается сумма на счете, — лишь дополнительны атрибут счета, и разные типы депозитов различаются дополнительной характеристикой класса «Депозит», то иерархия классов преобразовалась бы к виду, изображенному на рисунке:
Упрощенная иерархия валютных и рублевых счетов
Важно отметить, что в ООП существует особый тип классов — абстрактные классы. Абстрактные классы — это классы для которых не существует экземпляров, они лишь описывают общие характеристики классов-потомков. В нашем случае абстрактным классом можно считать класс «Счет», т.к. фактически экземпляров данного класса не существует. Зато он используется для реализации общего интерфейса для классов-потомков.
Конкретные классы — это классы экземпляры которых могут существовать (или существуют) в системе в отличии от абстрактных классов.
Механизм абстрактных классов в ООП является чрезвычайно мощным понятием, которое широко используется. Назначением абстрактных классов в ООП является определение общих, наиболее характерных методов и атрибутов наследуемых из них классов. Чаще всего абстрактные классы используются для задания общего интерфейса иерархии конкретных классов, хотя и атрибуты, и реализация каких-либо методов могут присутствовать в абстрактных классах.
Рассмотренные до сих пор примеры показывали как класс в ООП может унаследовать методы и атрибуты одного базового класса. Такое наследование носит название одинарного или простого наследования. Наряду с ним существует и множественное наследование, при котором у одного класса имеется несколько базовых.
Множественное наследование в ООП позволяет объединять характеристики различных классов в одном. Мы рассмотрели иерархию классов для представления счетов в банковской системе, которая отображает функциональные характеристики счетов — возможности пожить или снять деньги со счета. С другой стороны, при реализации этой банковской системы многие объекты, в том числе и счета, должны храниться в базе данных. Система классов, обеспечивающая хранение объектов в базе данных, может состоять из базового класса «Постоянный объект», у которого есть методы сохранить и извлечь для реализации записи и чтения из базы данных, а атрибуты «имя таблицы» и «номер строки» для описания местоположения объекта. Для того чтобы какой-либо конкретный счет стало возможным хранить в базе данных, он должен быт выведен из класса «Постоянный объект».
Класс «Валютный депозит» наследует атрибуты и методы обоих своих родителей.
Полиморфизм в ООП
Полиморфизм — это возможность взаимодействия с объектом, не зная, к какому конкретному классу он относится. Например, посылая сообщение любому счету мы используем полиморфизм всех счетов.
В данном случае полиморфизм является ограниченным. Если сообщение «снять» будет послано, например, клиенту, он не сможет его обработать, т.е. нам не важно какой конкретно счет обрабатывает сообщение, но тем не менее это должен быть счет, объект одного из классов, выделенных из базового класса «Счет».
В большинстве случаев используется именно ограниченный полиморфизм. Тем не менее, иногда любой объект системы может обработать некоторое сообщение. Например, в языке Java у всех объектов имеется метод toString, приводящий значение объекта к строковому виду, соответственно любому объекту независимо от его класса можно послать сообщение toString.
При использовании полиморфизма в ООП используется знание интерфейса объекта, однако поведение конкретного объекта в ответ на полученное сообщение может быть различно в зависимости от конкретного класса этого объекта. Соответственно посылающий сообщение объект точно не знает, что произойдет при вызове метода.
Навигация по записям
Классы в ООП (Объектно-ориентированном программировании) : 4 комментария
Мне понравилось изложение материала.
Только не хватает ссылки на следующую статью.
- M_a_Ge Автор записи 14 июля 2012 в 12:20
Спасибо. Надеюсь что скоро продолжу публикации по этой теме.
Спасибо большое за такой отличный материал. Наконец-то нашла простое изложение, очень помогло. Всё разъяснили)
Очень хорошо и понятно всё изложено.
Перед этим освоил статью про Объект.
Большое спасибо за такое классное изложение, я действительно понял что такое объект, метод и класс, а так же тонкости классов что описаны в этой статье.
По возможности буду рекомендовать Ваши статьи в качестве учебного пособия для двух знакомых преподавателей по ооп.
Что такое объектно-ориентированное программирование
Циклы, ветвления и функции – все это элементы структурного программирования. Его возможностей вполне хватает для написания небольших, простых программ и сценариев. Однако крупные проекты часто реализуют, используя парадигму объектно-ориентированного программирования (ООП). Что оно из себя представляет и какие преимущества дает?
Истоки ООП берут начало с 60-х годов XX века. Однако окончательное формирование основополагающих принципов и популяризацию идеи следует отнести к 80-м годам. Большой вклад внес Алан Кей.
Следует отметить, не все современные языки поддерживают объектно-ориентированное программирование. Так язык C, обычно используемый в системном программировании (создание операционных систем, драйверов, утилит), не поддерживает ООП.
В языке Python ООП играет ключевую роль. Даже программируя в рамках структурной парадигмы, вы все равно пользуетесь объектами и классами, пусть даже встроенными в язык, а не созданными лично вами.
Итак, что же такое объектно-ориентированное программирование? Судя по названию, ключевую роль здесь играют некие объекты, на которые ориентируется весь процесс программирования.
Если мы взглянем на реальный мир под тем углом, под которым привыкли на него смотреть, то для нас он предстанет в виде множества объектов, обладающих определенными свойствами, взаимодействующих между собой и вследствие этого изменяющимися. Эта привычная для взгляда человека картина мира была перенесена в программирование.
Она потребовала более высокого уровня абстракции от того, как вычислительная машина хранит и обрабатывает данные, потребовала от программистов умения конструировать своего рода «виртуальные миры», распределять между собой задачи. Однако дала возможность более легкой и продуктивной разработки больших программ.
Допустим, команда программистов занимается разработкой игры. Программу-игру можно представить как систему, состоящую из цифровых героев и среды их обитания, включающей множество предметов. Каждый воин, оружие, дерево, дом – это цифровой объект, в котором «упакованы» его свойства и действия, с помощью которых он может изменять свои свойства и свойства других объектов.
Каждый программист может разрабатывать свою группу объектов. Разработчикам достаточно договориться между собой только о том, как объекты будут взаимодействовать между собой, то есть об их интерфейсах. Пете не надо знать, как Вася реализует рост коровы в результате поедания травы. Ему, как разработчику лужайки, достаточно знать, что когда корова прикасается к траве, последней на лужайке должно стать меньше.
Ключевую разницу между программой, написанной с структурном стиле, и объектно-ориентированной программой можно выразить так. В первом случае, на первый план выходит логика, понимание последовательности выполнения действий для достижения поставленной цели. Во-втором – важнее представить программу как систему взаимодействующих объектов.
Понятия объектно-ориентированного программирования
Основными понятиями, используемыми в ООП, являются класс, объект, наследование, инкапсуляция и полиморфизм. В языке Python класс равносилен понятию тип данных.
Что такое класс или тип? Проведем аналогию с реальным миром. Если мы возьмем конкретный стол, то это объект, но не класс. А вот общее представление о столах, их назначении – это класс. Ему принадлежат все реальные объекты столов, какими бы они ни были. Класс столов дает общую характеристику всем столам в мире, он их обобщает.
То же самое с целыми числами в Python. Тип int – это класс целых чисел. Числа 5, 100134, -10 и т. д. – это конкретные объекты этого класса.
В языке программирования Python объекты принято называть также экземплярами. Это связано с тем, что в нем все классы сами являются объектами класса type. Точно также как все модули являются объектами класса module.
Поэтому во избежании путаницы объекты, созданные на основе обычных классов, называют экземплярами. В этом курсе мы чаще будем такие объекты называть объектами, так как данная терминология более универсальная и используется в других языках.
Следующее по важности понятие объектно-ориентированного программирования – наследование. Вернемся к столам. Пусть есть класс столов, описывающий общие свойства всех столов. Однако можно разделить все столы на письменные, обеденные и журнальные и для каждой группы создать свой класс, который будет наследником общего класса, но также вносить ряд своих особенностей. Таким образом, общий класс будет родительским, а классы групп – дочерними, производными.
Дочерние классы наследуют особенности родительских, однако дополняют или в определенной степени модифицируют их характеристики. Когда мы создаем конкретный экземпляр стола, то должны выбрать, какому классу столов он будет принадлежать. Если он принадлежит классу журнальных столов, то получит все характеристики общего класса столов и класса журнальных столов. Но не особенности письменных и обеденных.
Инкапсуляция в ООП понимается двояко. Во многих языках этот термин обозначает сокрытие данных, то есть невозможность напрямую получить доступ к внутренней структуре объекта, так как это небезопасно. Например, наполнить желудок едой можно напрямую, положив еду в желудок. Но это опасно. Поэтому прямой доступ к желудку закрыт. Чтобы наполнить его едой, надо совершить ритуал, через элемент интерфейса под названием рот.
В Python нет такой инкапсуляции, хотя она является одним из стандартов ООП. В Python можно получить доступ к любому атрибуту объекта и изменить его. Однако в Питоне есть механизм, позволяющий имитировать сокрытие данных, если это так уж необходимо.
Отсутствие сокрытия данных в Python делает программирование на нем более легким и понятным, но привносит ряд особенностей, связанных с пространствами имен.
Второй смысл инкапсуляции – объединение свойств и поведения в единое целое, т. е. в класс. Инкапсуляция в этом смысле подразумевается самим определением объектно-ориентированного программирования и есть во всех ОО-языках.
Полиморфизм – это множество форм. Однако в понятиях ООП имеется в виду скорее обратное. Объекты разных классов, с разной внутренней реализацией, то есть программным кодом, могут иметь одинаковые интерфейсы. Например, для чисел есть операция сложения, обозначаемая знаком +. Однако мы можем определить класс, объекты которого также будут поддерживать операцию, обозначаемую этим знаком. Но это вовсе не значит, что объекты должны быть числами, и будет получаться какая-то сумма. Операция + для объектов нашего класса может значить что-то иное. Но интерфейс, в данном случае это знак +, у чисел и нашего класса будет одинаков. Полиморфность же проявляется во внутренней реализации и результате операции.
Вы уже сталкивались с полиморфизмом операции +. Для чисел она обозначает сложение, а для строк – конкатенацию. Внутренняя реализация кода для этой операции у чисел отличается от реализации таковой для строк.
Практическая работа
Рассмотрите схему. Подумайте над следующими вопросами:
Какие фигуры на ней вы бы назвали классами, а какие – объектами? Что обозначают пунктирные линии?
Может ли объект принадлежать множеству классов? Может ли у класса быть множество объектов?
Звезды скорее обладают разными свойствами или разным поведением? Могут ли свойства оказывать влияние на поведение?
Что могли бы обозначать стрелки?
Курс с примерами решений практических работ и всеми уроками: android-приложение, pdf-версия.
Классы в C++. Общие сведения
В этом уроке Вы познакомитесь с классами в C++. Класс является обобщением понятия структуры, в этом типе данных объединены данные (поля) и функции (методы обработки данных). Концепция классов лежит в основе объектно-ориентированного программирования (ООП). Знание классов необходимо для составления программ, работающих под управлением MS Windows.
Классом называется составной тип данных, элементами которого являются функции и переменные (поля). В основу понятия класс положен тот факт, что «над объектами можно совершать различные операции». Свойства объектов описываются с помощью полей классов, а действия над объектами описываются с помощью функций, которые называются методами класса. Класс имеет имя, состоит из полей, называемых членами класса, и функций — методов класса.
После описание класса необходимо описать переменную типа class. Это описание имеет следующий формат:
В отличие от полей структуры, доступных всегда, в классах могут быть члены и методы различного уровня доступа:
- открытые, также называемые публичными, (public). Их вызов осуществляется с помощью оператора . («точка»);
- закрытые, или приватные, (private), доступ к которым возможен только с помощью открытых методов;
- защищенные (protected) методы, являются промежуточными между private и public. Их мы рассмотрим в уроке про наследование.
Класс — это фактически новый тип данных. Для создания переменной типа класс служит оператор:
name_class name;
Здесь name_class — имя класса, name — имя переменной. В дальнейшим переменную типа class будем называть объект или экземпляр класса. Объявление переменной типа class (в нашем примере переменная name типа name_class) называется созданием объекта.
После описания переменной можно обращаться к членам и методам класса. Это делается аналогично обращению к полям структуры с помощью оператора . (точка).
Обратите внимание, что члены класса доступны из любого метода класса и их не нужно передавать в качестве параметров функций-методов.
В качестве примера, рассмотрим класс complex для работы с комплексными числами. В классе complex будут члены класса:
- double x — действительная часть комплексного числа;
- double y — мнимая часть комплексного числа.
Также в нем будут методы:
- double modul() — функция вычисления модуля комплексного числа;
- double argument() — функция вычисления аргумента комплексного числа;
- void show_complex() — функция выводит комплексное число на экран.
Ниже приведен текст класса и функция main, демонстрирующая работу с классом.
Поэтому общим принципом является следующие: «Чем меньше открытых данных о классе используется в программе, тем лучше». Уменьшение количества публичных членов и методов позволит минимизировать количество ошибок. Желательно, чтобы все члены класса были закрытыми, тогда невозможно будет обращаться к членам класса непосредственно с помощью оператора «.». Количество открытых методов также следует минимизировать.
Если в описании элементов класса отсутствует указание метода доступа, то члены и методы считаются закрытыми (private). Принято описывать методы за пределами класса.
Попробуем немного изменить рассмотренный ранее пример класса complex. Добавим метод vvod, предназначенный для ввода действительной и мнимой части числа; члены класса и метод show_complex сделаем закрытыми, а остальные методы открытыми. Ниже приведен текст работы с классом complex после внесения изменений. Обратите внимание на синтаксис методов класса, когда они описываются за его пределами.
