Основы объектно-ориентированного программирования

Объектно-ориентированное программирование, свойства которого мы изучим в этой статье, основано на понятиях объектов и классов. Направление создано для расширения возможностей программистов. На основе этой парадигмы разрабатывается большое количество проектов. Понимание, как работает объектно-ориентированное программирование (ООП), важно для построения дальнейшей карьеры в сфере разработки.

Скорость развития технологий поражает. Многие уже поняли, что программирование может быть не только интересным, но и прибыльным. Если вы видите, что ребенок проявляет интерес к этой сфере, не затягивайте с обучением. Запишите ребенка на курсы по программированию ITMouse. Преподавание информатики в школе находится на низком уровне и не дает необходимого объема знаний. Изучение программирования развивает как творческое, так и логическое мышление. Необходимость решения задач тренирует способность к концентрации внимания. ООП является обязательным элементом программы обучения. Подробнее о нем можно прочитать ниже.

Основные понятия объектно-ориентированного программирования

Основные понятия ООП — это кирпичики, без которых существование парадигмы было бы невозможным. С них начинается изучение направления. Основные понятия объектно-ориентированного программирования мы рассмотрим в этом разделе.

Класс

Класс — описание того, какими свойствами и поведением будет обладать объект. Он имеет в составе поля данных и методы. Класс можно сравнить с чертежом. На его основе может быть создано большое количество объектов.

В качестве примера приведем проект холодильника. В нем можно перечислить необходимые детали, без которых техника просто не будет работать. Также указываются функции холодильника (поддерживать определенную температуру и др.) и способы их выполнения. Прописывается, как детали и узлы должны взаимодействовать друг с другом, чтобы техника работала без сбоев. Также перечисляется, что должен сделать владелец, чтобы холодильник выполнял свои функции. Получившийся в итоге проект будет аналогом класса. На его основе можно создать объекты с разными индивидуальными характеристиками.

Поля данных

Поля данных (атрибуты) — переменные, связанные с классом. Атрибутами вышеописанного холодильника могут быть его детали.

Методы

Методы — процедуры и функции, относящиеся к классу. Они устанавливают действия, которые может совершать объект и которые можно осуществлять по отношению к нему. Вернемся к холодильнику. Чтобы он заработал, требуется включить вилку в розетку. Это действие доступно другим классам (пользователь). Происходящие во время работы холодильника процессы скрыты от его владельца. Они находятся внутри класса.

Объект

Объект — экземпляр класса, имеющий возможность отправлять сообщения и реагировать на них. Такой термин максимально приближен к нашей повседневной жизни, поэтому он легко воспринимается. В виде объекта можно представить все что угодно. Например, в комнате это будут шкаф, кровать, стол, кресло, ковер и другие предметы.

Объекты ориентированного программирования работают на основе правил, заданных в классе. При этом каждый из них может иметь свои отличительные особенности. Если вернуться к примеру с техникой, то объект — это холодильник, который стоит у вас дома или продается в магазине. Хотя устройства работают на основе общих правил, каждое из них уникально. Например, в классе может не быть такого параметра, как цвет. А у отдельных объектов он уже будет. Это относится и к вместимости, классу энергосбережения и другим показателям.

Интерфейс

Интерфейс — еще один важный элемент объектно ориентированного программирования. Он похож на абстрактный класс (тот, для которого нельзя создать экземпляр). Интерфейс не имеет полей и включает только заголовки методов. Под ним понимается тот набор элементов, при помощи которого происходит взаимодействие с объектом.

Например, на стиральной машине есть кнопки. Их можно сравнить с открытыми методами и атрибутами. Пользователь взаимодействует с этими элементами. С помощью кнопок запускаются необходимые процессы. Хозяйка может включить стиральную машину, выбрать режим стирки и другие параметры. При этом от нее не требуется знание принципов работы техники.

Создавая интерфейс, требуется найти баланс между доступностью и гибкостью. Простой вариант легко использовать. Так каждая хозяйка без труда включит стиральную машину. Однако список задач, которые простой интерфейс позволяет выполнить, будет ограничен. В сложном варианте повышается риск ошибки. Если техника имеет слишком много настроек, у неподготовленного человека возникает страх нажать «куда-то не туда».

Принципы ООП

Выделяют четыре принципа объектно-ориентированного программирования: наследование, абстракция, инкапсуляция, полиморфизм. Именно за счет них парадигма получила такое широкое распространение. Рассмотрим принципы ООП более подробно.

Наследование

Наследование — описание нового класса на основе уже созданного. Функциональность может заимствоваться полностью или частично. Новый класс не только берет свойства предыдущего, но и получает свои собственные, характерные только для него. Принцип позволяет поддерживать концепцию иерархии. На каждом шаге можно указывать только нововведения, не копируя все остальное. Созданный ранее класс называется базовым или родительским, а описанный позднее — наследником или производным.

Объясним принцип на примере техники. Оборудование не производится с нуля. При создании новой модели используется большое количество данных существующих ранее. Это значительно ускоряет работу. При этом каждая новая модель имеет свои функциональные особенности.

Каждый производный класс полностью реализует интерфейс родительского. Но не наоборот. Например, есть классы «человек» и «художник». Второй имеет все свойства первого, но при этом и свои дополнительные.

Абстракция

Абстракция — комплекс значимых характеристик объекта. В общем классе обобщаются данные и поведение, которые будут характерны для всех подклассов. Незначимые характеристики при этом исключаются.

В качестве примера возьмем автомат для производства кофе. Среди его значимых характеристик можно выделить предлагаемый ассортимент, местонахождение объекта. При этом цвет и размер автомата не имеют значения для пользователя.

В некоторых языках есть также понятие абстрактного класса. Объект такого типа создать нельзя. Класс требуется для формирования производных. Примером может служить мебель. Экземпляр этого класса создать не получится. Но у него есть наследники: кровать, стол, стул, кресло и др. Создание экземпляров конкретных классов уже доступно.

Инкапсуляция

Инкапсуляция — это механизм контроля доступа. Она защищает от изменений в библиотеке. Информация об объекте скрывается от остальной программы. Пользователь не видит детали реализации.

Есть 4 вида модификаторов доступа:

• Public. Доступ к компоненту может получить любой желающий. Он возможен из экземпляра любого класса и любого пакета.
• •Protected. Доступ к компоненту возможен из экземпляров родного класса и классов-наследников, независимо от того, в каком пакете они находятся.
• Default. Доступ к компоненту возможен из экземпляров любых классов, находящихся в одном пакете с исходным.
• Private. Доступ к компоненту возможен только из родного класса.

Чтобы проиллюстрировать принцип инкапсуляции, обратимся снова к технике. От пользователя скрыты многие процессы, происходящие в оборудовании. Это позволяет управлять устройством даже людям, не имеющим специального образования. Человек может не думать о том, что происходит внутри. При этом он получает желаемый результат. Например, многие из нас пользуются мобильными телефонами, даже не понимая, по какому принципу они работают.

Полиморфизм

Полиморфизм — возможность объектов со схожими чертами иметь различную реализацию. Принцип позволяет уменьшить сложность программ. Это происходит за счет использования объектов с одинаковыми характеристиками в разных направлениях. Метод может быть один, а его реализация будет в каждом случае индивидуальной. Полиморфизм предоставляет возможность использовать объекты с одинаковым интерфейсом, не зная об их внутренних характеристиках.

В качестве примера приведем ноутбуки. Основные элементы управления устройством обычно схожи друг с другом. Ноутбуки имеют схожую конструкцию и принцип действия. Вне зависимости от объема внутренней памяти, для включения аппарата используется кнопка. Чтобы решить свои задачи, на разных ноутбуках человек будет выполнять примерно похожие действия. Независимо от внутреннего функционирования техники, интерфейс будет примерно одинаковым.

Это же относится и к машинам. Тракторы, элитные автомобили со множеством дополнительных функций и модели эконом-класса имеют схожий принцип управления. Однако задачи, которые они решают, могут отличаться.

Плюсы и минусы ООП

Парадигма завоевала популярность во всем мире и активно используется при решении задач разработчиков. Это связано с ее интуитивной понятностью и множеством достоинств. Использование объектно ориентированного программирования имеет следующие преимущества:

• Легкость восприятия кода. Разработчик может быстро найти данные, которые ему необходимы.
• Скорость написания. За счет принципа наследования нет необходимости в дублировании информации. Процесс разработки ускоряется также и вследствие наличия большого количества готовых библиотек. Можно модифицировать для своих проектов уже существующие рабочие решения.
• Многофункциональность. С помощью языков программирования, использующих ООП, можно разработать программы для любой платформы. Приложения с большим количеством возможностей создаются в короткие сроки.
• Возможность повторного использования. Не нужно писать одинаковые функции для разных объектов. Также информацию можно легко скопировать при помощи принципа наследования. Это экономит время, уменьшает сложность программы и упрощает работу.
• Возможность параллельной разработки. Части программы могут создаваться отдельно друг от друга. Это позволяет разрабатывать разные блоки одновременно.
• Простота обслуживания. Поскольку код используется повторно, его просто поддерживать. Вместо коррекции сотни функций можно исправить одну. Возникшие проблемы устраняются без внесения глобальных изменений.
• Безопасность. Она появляется за счет принципа инкапсуляции. Другие методы и классы не получают доступ к личным данным по умолчанию.

Наряду с большим количеством достоинств, парадигма имеет и свои минусы. Недостатками принято считать следующие особенности объектно-ориентированного программирования:

• Потребление большого количества памяти. Объектам нужно больше ресурсов, чем простым типам данных.
• Снижение производительности. В ходе выполнения программы используется большое количество ресурсов. Однако стоит отметить, что разница в скорости становится очевидной только при обработке сложных вычислений.

Языки программирования, использующие ООП

Большинство использующихся сейчас языков программирования объектно-ориентированные. Многие компьютерные программы построены на них. Поняв суть метода, можно работать на любом языке этой категории. Освоение произойдет быстрее, чем в случае изучения с нуля. Метод объектно-ориентированного программирования используют многие популярные языки:

• •C#. Универсальный язык для разработки разного ПО: веб-приложений, игр и др. Изначально он был создан компанией Microsoft для собственных нужд.
• Java. Один из самых востребованных языков. Он используется для разработки прикладных программ.
• Python. Язык применяется для разработки игровых платформ, систем управления искусственным интеллектом.
• PHP. Язык активно используется для создания веб-приложений.
• Kotlin. Применяется для разработки мобильных приложений и мультиплатформенного программирования.
• Ruby. Язык используется для веб-программирования, написания сайтов и создания мобильных приложений.
• C++. Это надежный и мощный язык, являющийся одним из самых популярных. На нем пишут операционные системы, прикладные программы, игры.

Как можно заметить, сфера применения указанных языков достаточно широка. Разработчики, владеющие ими, будут востребованы. Существуют и другие языки, основанные на парадигме объектно-ориентированного программирования. Мы рассмотрели лишь некоторые из них. Изучение принципов ООП позволит быстрее освоить все эти языки. Технологии постоянно развиваются, а значит грамотные специалисты не останутся без работы.

Итак, мы рассмотрели основы объектно-ориентированного программирования. Простые примеры позволяют сразу понять суть и перейти к изучению более сложного материала. Направление интуитивно понятно, поскольку в нем отражается повседневная жизнь человека. Сложные объекты создаются из более примитивных. Парадигма дает возможность создавать многоуровневые системы из классов, при этом сохраняя читаемость кода.