Класс в языке программирования

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.

Введение в C#: Что такое классы в программировании

Когда мы говорим о языке программирование C# мы подразумеваем ООП. А ООП, как известно, это классы, которые необходимо создавать. Однако как показывает мой личный опыт, далеко не все имеют представление о том, что такое класс в программировании…
Понятие того — что такое класс очень важно. Невозможно писать программы, если Вы не осознаете с чем работаете и не можете объяснить это своими словами. Я постараюсь описать Вам свое видение понятия класса в очень примитивной и грубой форме. Однако, на мой взгляд, только так можно поведать в тексте (не в лекциях, не в видео) начинающим программистам что такое класс.
Класс в программировании — это универсальный конструктор описания объектов и терминов. Под объектами мы подразумеваем как любой объект окружающего нас мира (будь то человек, камень или солнечная система), так и любой несуществующий в природе объект (например описание монстра «запупырки» или набора из четырех целых и одного дробного числа). Под термины же попадают всевозможные определения (например, геометрическая точка, предел, какая-нибудь болезнь).
Заметьте, я не зря выделил фразу «конструктор описания». Класс — по своей сути это не рабочий объект (особенно это видно, если вы программируете на языке C++), класс это абстрактное описание чего-либо. Говоря о «абстрактном описании» мы говорим об объектах в целом, а не о каком-либо конкретном предмете или термине (например, если речь идет о людях — мы говорим о понятии «человек», а не о конкретной личности «Иван Иванов»). Класс так же можно сравнить с подробной шаблонной инструкцией по эксплуатации, которую можно положить вместе с любой покупаемой техникой определенной категории. Для покупателя (пользователя программы) телевизор (объект) — это черный ящик. Конечному пользователю не нужно знать, как устроено внутри его приобретение, но ему нужно знать, что и как с этим можно делать на уровне пользования. С другой стороны существует и производитель данного телевизора (разработчик, создавший, и возможно расширивший, объект класса телевизор), который обязан иметь определенный набор знаний о производимом изделии (то что должно быть у всех телевизоров), но при этом не ограничивающийся только ими (создается инструкция на конкретную модель телевизора). Есть еще и третья сторона — изобретатель телевизора (разработчик создавший класс). Именно он описывает то, что должно быть у телевизора и как это должно работать (создает инструкцию для телевизора в целом как для категории товара, а не на конкретную модель).
Разрабатывая программно обеспечение, Вы часто будете выступать за вторую и третью стороны. Вам нужно будет и создавать классы и использовать их, а так же расширять их базовый функционал. Поэтому очень важно прорабатывать структуру вашего класса, чтобы она была удобна в использовании и легко дополнялась новыми возможностями.
Когда перед Вами стоит задача создать класс, который будет описывать существующий объект — не стоит изобретать велосипед. Природа или человечество уже придумали необходимую вам «инструкцию», старайтесь придерживаться ее. Например, если Вам нужно создать класс, описывающий точку в двухмерном пространстве» не нужно наделять ее магическими свойствами. Точка базовый элемент, который описывается своей позицией по оси Х и Y. Не нужно усложнять это определение. Так же не нужно придумывать «новые» имена осям координат (например, менять X на V, а Y на A) — лучше вы точно никому не сделаете. Так же, возможно, Вам наоборот лучше упросить описание под свой конкретный случай. В итоге пишите такой код, и этого будет более чем достаточно:

С точкой все более и менее понятно, однако давайте рассмотрим процесс создания и использования классов на более сложном примере. Причем рассмотрим данный процесс со всех трех сторон.

Задача: создать класс «Телевизор».

Разработка класса Телевизор
Будучи разработчиком (изобретателем телевизора), перед которым стоит такая задача, нужно сразу отметить для себя, что понятие «Телевизор» вполне себе стандартизировано. Сам телевизор уже изобретен, нам нужно лишь «изобрести» класс. Мы все всё знаем о телевизорах и что у них может быть, а так же что они должны уметь делать. Например мы слету можем сказать, что у телевизоров есть название модели, производитель, вес, цвет и некоторые другие свойства. Так же мы знаем что телевизор может менять свою громкость, работать с разными каналами. Еще раз акцентирую Ваше внимание — Мы, как разработчики (в нашем случае телевизора), оперируем общими понятиями. Мы создаем шаблонную инструкцию для категории товаров «телевизор». Мы отпустим данную инструкцию в свободное плаванье, чтобы другие изобретатели смогли создавать свои телевизоры, подставляя нужные значения в наш шаблон, и, при необходимости, добавляя новые функциональные возможности и свойства.

Пример класса телевизор:

Использование класса Телевизор
Отпустив данный шаблон в свободное плаванье, мы уже можем создавать различные телевизоры и работать с ними, используя их возможности. Т.е. теперь мы выступаем в качестве 2ой стороны (разработчика, использующего объекты того или иного класса). Для наглядности опишем наши действия будто мы заводе

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

Что такое ООП на примерах. Для чайников

Наверное, в половине вакансий(если не больше), требуется знание и понимание ООП. Да, эта методология, однозначно, покорила многих программистов! Обычно понимание ООП приходит с опытом, поскольку годных и доступно изложенных материалов на данный счет практически нет. А если даже и есть, то далеко не факт, что на них наткнутся читатели. Надеюсь, у меня получится объяснить принципы этой замечательной методологии, как говорится, на пальцах.

Итак, уже в начале статьи я уже упомянул такой термин «методология». Применительно к программированию этот термин подразумевает наличие какого-либо набора способов организации кода, методов его написания, придерживаясь которых, программист сможет писать вполне годные программы.

ООП (или объектно-ориентированное программирование) представляет собой способ организации кода программы, когда основными строительными блоками программы являются объекты и классы, а логика работы программы построена на их взаимодействии.

Об объектах и классах

Класс — это такая структура данных, которую может формировать сам программист. В терминах ООП, класс состоит из полей (по-простому — переменных) и методов (по-простому — функций). И, как выяснилось, сочетание данных и функций работы над ними в одной структуре дает невообразимую мощь. Объект — это конкретный экземпляр класса. Придерживаясь аналогии класса со структурой данных, объект — это конкретная структура данных, у которой полям присвоены какие-то значения. Поясню на примере:

Допустим, нам нужно написать программу, рассчитывающую периметр и площадь треугольника, который задан двумя сторонами и углом между ними. Для написания такой программы используя ООП, нам необходимо будет создать класс (то есть структуру) Треугольник. Класс Треугольник будет хранить три поля (три переменные): сторона А, сторона Б, угол между ними; и два метода (две функции): посчитать периметр, посчитать площадь. Данным классом мы можем описать любой треугольник и вычислить периметр и площадь. Так вот, конкретный треугольник с конкретными сторонами и углом между ними будет называться экземпляром класса Треугольник. Таким образом класс — это шаблон, а экземпляр — конкретная реализация шаблона. А вот уже экземпляры являются объектами, то есть конкретными элементами, хранящими конкретные значения.

Одним из самых распространенных объектно-ориентированных языков программирования является язык java. Там без использования объектов просто не обойтись. Вот как будет выглядеть код класса, описывающего треугольник на этом языке:

Если мы внутрь класса добавим следующий код:

то программу уже можно будет запускать на выполнение. Это особенность языка java. Если в классе есть такой метод

то этот класс можно выполнять. Разберем код подробнее. Начнем со строки

Здесь мы создаем экземпляр triangle1 класса Triangle и тут же задаем ему параметры сторон и угла между ними. При этом, вызывается специальный метод, называемый конструктор и заполняет поля объекта переданными значениями в конструктор. Ну, а строки

выводят рассчитанные площадь треугольника и его периметр в консоль.

Аналогично все происходит и для второго экземпляра класса Triangle .

Понимание сути классов и конструирования конкретных объектов — это уверенный первый шаг к пониманию методологии ООП.

Еще раз, самое важное:

ООП — это способ организации кода программы;

Класс — это пользовательская структура данных, которая воедино объединяет данные и функции для работы с ними(поля класса и методы класса);

Объект — это конкретный экземпляр класса, полям которого заданы конкретные значения.

Три волшебных слова

ООП включает три ключевых подхода: наследование, инкапсуляцию и полиморфизм. Для начала, приведу определения из wikipedia:

Инкапсуляция — свойство системы, позволяющее объединить данные и методы, работающие с ними, в классе. Некоторые языки (например, С++) отождествляют инкапсуляцию с сокрытием, но большинство (Smalltalk, Eiffel, OCaml) различают эти понятия.

Наследование — свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью. Класс, от которого производится наследование, называется базовым, родительским или суперклассом. Новый класс — потомком, наследником, дочерним или производным классом.

Полиморфизм — свойство системы, позволяющее использовать объекты с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта.

Понять, что же все эти определения означают на деле достаточно сложно. В специализированных книгах, раскрывающих данную тему на каждое определение, зачастую, отводится целая глава, но, как минимум, абзац. Хотя, сути того, что нужно понять и отпечатать навсегда в своем мозге программиста совсем немного.
А примером для разбора нам будут служить фигуры на плоскости. Из школьной геометрии мы знаем, что у всех фигур, описанных на плоскости, можно рассчитать периметр и площадь. Например, для точки оба параметра равны нулю. Для отрезка мы можем вычислить лишь периметр. А для квадрата, прямоугольника или треугольника — и то, и другое. Сейчас же мы опишем эту задачу в терминах ООП. Также не лишним будет уловить цепь рассуждений, которые выливаются в иерархию классов, которая , в свою очередь, воплощается в работающий код. Поехали:

Итак, точка — это самая малая геометрическая фигура, которая является основой всех прочих построений (фигур). Поэтому именно точка выбрана в качестве базового родительского класса. Напишем класс точки на java:

У получившегося класса Point пустой конструктор, поскольку в данном примере мы работаем без конкретных координат, а оперируем только параметрами значениями сторон. Так как у точки нет никаких сторон, то и передавать ей никаких параметров не надо. Также заметим, что класс имеет методы Point::getSquare() и Point::getPerimeter() для расчета площади и периметра, оба возвращают 0. Для точки оно и логично.

Поскольку у нас точка является основой всех прочих фигур, то и классы этих прочих фигур мы наследуем от класса Point . Опишем класс отрезка, наследуемого от класса точки:

означает, что класс LineSegment наследуется от класса Point . Методы LineSegment::getSquare() и LineSegment::getPerimeter() переопределяют соответствующие методы базового класса. Площадь отрезка всегда равняется нулю, а площадь периметра равняется длине этого отрезка.

Теперь, подобно классу отрезка, опишем класс треугольника(который также наследуется от класса точки):

Тут нет ничего нового. Также, методы Triangle::getSquare() и Triangle::getPerimeter() переопределяют соответствующие методы базового класса.
Ну а теперь, собственно, тот самый код, который показывает волшебство полиморифзма и раскрывает мощь ООП:

Мы создали массив объектов класса Point , а поскольку классы LineSegment и Triangle наследуются от класса Point , то и их мы можем помещать в этот массив. Получается, каждую фигуру, которая есть в массиве figures мы можем рассматривать как объект класса Point . В этом и заключается полиморфизм: неизвестно, к какому именно классу принадлежат находящиеся в массиве figures объекты, но поскольку все объекты внутри этого массива принадлежат одному базовому классу Point , то все методы, которые применимы к классу Point также и применимы к его классам-наследникам.

Теперь о инкапсуляции. То, что мы поместили в одном классе параметры фигуры и методы расчета площади и периметра — это и есть инкапсуляция, мы инкапсулировали фигуры в отдельные классы. То, что у нас для расчета периметра используется специальный метод в классе — это и есть инкапсуляцию, мы инкапсулировали расчет периметра в метод getPerimiter() . Иначе говоря, инкапсуляция — это сокрытие реализции (пожалуй, самое короткое, и в то же время емкое определением инкапсуляции).

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.

1. 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.