Урок 5.Принципы объектно-ориентированного анализа,абстрагирование,инкапсуляция,наследование,полиморфизм,модульность,сохраняемость,параллелизм

Инкапсуляция – это процесс отделения друг от друга элементов объекта, определяющих его устройство и поведение. Инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать контрактные обязательства абстракции от их реализации. На самом деле клиента не интересует, и не должно интересовать то, как реализовано выполнение контрактных обязательств. По крайней мере, пока сервер соблюдает свои обязательства. Пример. Для программиста, использующего стек, важно только то, что он может помещать и извлекать нужные ему объекты с помощью вызова данных операций. Как реализован стек он может не знать, и детали реализации для него не всегда важны. Стек может быть реализован с использованием массива, имеющего фиксированное количество элементов, или посредством списковой структуры. Однако все эти детали скрыты от пользователя. Абстракция и инкапсуляция дополняют друг друга: абстрагирование направлено на наблюдаемое поведение объекта, а инкапсуляция занимается внутренним устройством. Инкапсуляция выполняется посредством скрытия информации, т.е. маскировкой всех внутренних деталей, не влияющих на внешнее поведение. Обычно скрываются и внутренняя структура объекта, и реализация его операций. Для скрытия информации многие объектно- ориентированные языки программирования имеют соответствующие механизмы. В результате всего сказанного мы можем ввести понятия интерфейса и реализации. Интерфейс – это набор операций, используемый для специфицирования услуг, предоставляемых классом. Интерфейс отражает внешнее поведение объекта. Внутренняя реализация описывает представление этой абстракции и механизмы достижения желаемого поведения объекта. Интерфейс стека – это его операции pop и push, а реализация – это конкретное представление стека. Друзьями класса называются классы или операции, имеющие доступ к закрытым операциям или данным некоторого класса. Таким образом, введение ограничения доступа к элементам класса на практике реализует понятие инкапсуляции. Инкапсуляция локализует те особенности проекта, которые могут под- вернуться изменениям. По мере развития системы разработчики могут ре- шить, что какие-то операции выполняются несколько дольше, чем допустимо, а какие-то объекты занимают больше памяти, чем приемлемо. В таких ситуациях часто изменяют внутреннее представление объекта. В результате становится возможным реализовать более эффективные алгоритмы, либо оптимизировать алгоритм по критерию памяти, заменяя хранение данных их вычислением. Важным преимуществом ограничения доступа является возможность внесения изменений в объект без изменения других объектов. Сокрытие информации – понятие относительное: то, что спрятано на од- ном уровне абстракции, обнаруживается на другом уровне. Кроме того, на практике иногда необходимо ознакомиться с реализацией класса, чтобы понять его назначение.

Модульность

Модулем называют набор связанных процедур вместе с данными, которые они обрабатывают. В большинстве языков, поддерживающих принцип модульности, интерфейс модуля отделен от его реализации. Таким образом, принципы модульности и инкапсуляции являются взаимосвязанными. Пример. В качестве примера рассмотрим модульную структуру про- граммы, использующей стек. Реализация стека и код пользователя будут находиться в раздельно компилируемых частях программы. Как правило, объявления, описывающие интерфейс модуля, помещаются в так называемый заголовочный файл, имеющий характерное имя, которое отражает его использование. Заголовочный файл обычно включается и в файл с пользовательским кодом, и в файл с реализацией модуля. Это достаточно про- стой и эффективный способ обеспечить идентичность представления интерфейса в обоих файлах. Включение информации об интерфейсе в файл с пользовательским кодом обусловлено необходимостью проверки типов используемых в нем интерфейсных функций во время компиляции.

При традиционном структурном подходе модульность – это искусство раскладывать подпрограммы по кучкам так, чтобы в одну кучку попадали под- программы, использующие друг друга или изменяемые вместе. В объектно-ориентированном программировании по модулям необходимо распределить классы и объекты. Правильное разделение программы на модули является сложной проблемой. Для небольших задач допустимо наличие одного модуля. Однако для большинства программ лучшим решением будет сгруппировать логически связанные элементы в отдельный модуль. При этом следует оставить открытыми только те элементы, которые совершенно необходимо видеть другим модулям. Заметим, что деление программы на модули бессистемным образом иногда го- раздо хуже, чем отсутствие модульности вообще.

Модульность – это свойство системы, которая была разложена на внутренне связные, но слабо связанные между собой модули. Большие системы могут быть разложены на несколько сотен, если не тысяч, модулей. Пытаться разобраться в физической архитектуре такой системы без ее дополнительного структурирования почти безнадежно. По этой причине удобно ввести понятие подсистемы. Подсистемы представляют собой совокупности логически связанных модулей.

Есть задачи, в которых автоматические системы должны обрабатывать много событий одновременно. В других случаях потребность в вычислительной мощности превышает ресурсы одного процессора. В каждой из таких ситуаций естественно использовать несколько компьютеров для решения задачи или задействовать многозадачность на многопроцессорном компьютере. Процесс (поток управления) – это фундаментальная единица действия в системе. Каждая программа имеет по крайней мере один поток управления, в параллельной системе таких потоков много. Век одних потоков недолог, а другие живут в течение всего сеанса работы системы. Параллелизм главное внимание уделяет абстрагированию и синхронизации процессов. Объект, полученный из абстракции реального мира, может представлять собой отдельный поток управления (т.е. абстракцию процесса). Такой объект называется активным. Для систем, построенных на основе объектно-ориентированного проектирования, мир может быть представлен как совокупность взаимодействующих объектов, часть из которых является активной и выступает в роли независимых вычислительных центров. На этой основе дадим следующее определение параллелизма.

Параллелизм – это свойство, отличающее активные объекты от неактивных.

Любой программный объект существует в памяти и живет во времени. Существуют объекты, которые присутствуют лишь во время вычисления выражения. Но есть и такие (например, как базы данных), которые существуют независимо от программы. Временной спектр сохраняемости объектов охваты- вает следующее: – промежуточные результаты вычисления выражений; – локальные переменные в вызове процедур; – глобальные переменные и динамически создаваемые данные; – данные, сохраняющиеся между сеансами выполнения программы; – данные, сохраняемые при переходе на новую версию программы; – данные, которые вообще переживают программу. По традиции, первыми тремя уровнями занимаются языки программирования, а последними – базы данных. Языки программирования, как правило, не поддерживают понятия сохраняемости. Можно записывать объекты в неструктурированные файлы, но этот подход пригоден только для небольших систем. Как правило, сохраняемость достигается применением специальных объектно- ориентированных баз данных. До сих пор мы говорили о сохранении объектов во времени. В большинстве систем объектам при их создании отводится место в памяти, которое не изменяется и в котором объект находится всю свою жизнь. Однако иногда необходимо обеспечивать возможность перемещения объектов в пространстве так, чтобы их можно было переносить с машины на машину и изменять форму представления объекта в памяти. Это касается систем, распределенных в про- странстве. В результате получим следующее определение.

Сохраняемость – это способность объекта существовать во времени, переживая породивший его процесс, и (или) в пространстве, перемещаясь из своего первоначального адресного пространства.