Урок 6.Объекты и типов объектов. Атрибуты и типы атрибутов

ОБЪЕКТЫ

Объект можно определить как осязаемую реальность, проявляющую четко наблюдаемое поведение. Объект моделирует часть окружающей дей- ствительности и таким образом существует во времени и пространстве. Объект обладает состоянием, поведением и идентичностью; структура и поведение схожих объектов определяет общий для них класс; термины "экземпляр класса" и "объект" взаимозаменяемы.

По определению будем называть объектом понятие, абстракцию или любую вещь с четко очерченными границами, имеющую смысл в контексте рассматриваемой прикладной проблемы. Введение объектов преследует две цели:

· понимание прикладной задачи (проблемы);

· введение основы для реализации на компьютере.

Примеры объектов: форточка, Банк "Империал", Петр Сидоров, дело № 7461, сберкнижка и т.д.

Цель разработки объектной модели - описать объекты, составляющие в совокупности проектируемую систему, а также выявить и указать различные зависимости между объектами. Декомпозиция проблемы на объекты - творческий, плохо формализуемый процесс.

Все объекты могут быть отличены один от другого: пусть у нас есть два яблока, имеющие одинаковый цвет, форму, вес и вкус; все равно это два яблока (а не одно), в чем легко убедиться, съев одно из них (другое останется). Между объектами можно установить отношение тождества: объекты, удовлетворяющие этому отношению, одинаковы (тождественны), как вышеупомянутые яблоки. В случае с яблоками иногда говорят о двух экземплярах объекта яблоко. Мы будем считать здесь, что объект и экземпляр объекта - это одно и то же.

Состояние объекта характеризуется перечнем (обычно статическим) всех свойств данного объекта и текущими (обычно динамическими) значе- ниями каждого из этих свойств. В число свойств входят атрибуты объекта и ат- рибуты всех его агрегированных частей.

К числу свойств объекта относятся присущие ему или приобретаемые им характеристики, черты, качества или способности, делающие данный объект самим собой. Например, для лифта характерным является то, что он сконстру- ирован для поездок вверх и вниз, а не горизонтально.

Перечень свойств объекта является, как правило, статическим, поскольку эти свойства составляют неизменяемую основу объекта. Мы говорим "как пра- вило", потому что в ряде случаев состав свойств объекта может изменяться. Примером может служить робот с возможностью самообучения. Робот пер- воначально может рассматривать некоторое препятствие как статическое, а за- тем обнаруживает, что это дверь, которую можно открыть. В такой ситуации по мере получения новых знаний изменяется создаваемая роботом модель мира. Все свойства имеют некоторые значения. Эти значения могут быть про- стыми количественными характеристиками, а могут ссылаться на другой объ- ект. Состояние лифта может описываться числом 3, означающим номер этажа, на котором лифт в данный момент находится. Состояние торгового автомата описывается в терминах других объектов, например имеющихся в наличии напитков. Конкретные напитки – это самостоятельные объекты, отличные от торгового автомата.

Объекты не существют изолированно, а подвергаются воздействию или сами воздействуют на другие объекты.

Поведение – это то, как объект действует и реагирует; поведение выра- жается в терминах состояния объекта и передачи сообщений. Поведение объекта – это его наблюдаемая и проверяемая извне деятельность. Операция – это услуга, которую можно запросить у любого объекта класса для воздействия на его поведение. Например, клиент может активизировать операции push и pop для того, чтобы управлять объектом-стеком (добавить или изъять элемент). В чисто объектно-ориентированном языке принято говорить о передаче сообщений между объектами. В C++ мы говорим, что один объект вызывает функцию-член другого. В основном понятие сообщение совпадает с понятием операции над объектами. Передача сообщений – это один уровень, задающий поведение. Из наше- го определения следует, что состояние объекта также влияет на его поведение. Рассмотрим торговый автомат. Мы можем сделать выбор, но поведение автомата будет зависеть от его состояния. Если мы не опустили в него достаточную сумму, скорее всего ничего не произойдет. Если же денег достаточно, автомат выдаст нам желаемое (и тем самым изменит свое состояние). Некоторые операции изменяют состояние. В связи с вышесказанным можно заключить, что состояние объекта представляет суммарный результат его поведения.

Операция – это услуга, которую класс может предоставить своим клиентам. На практике типичный клиент совершает над объектами операции следующих видов: – модификатор – это операция, которая изменяет состояние объекта; – селектор – это операция, считывающая состояние объекта, но не меняющая состояния; – конструктор – это операция создания объекта и/или его инициализации; – деструктор – это операция, освобождающая ресурсы, которые использует объект, и/или разрушающая сам объект; Две последние операции являются универсальными. Они обеспечивают инфраструктуру, необходимую для создания и уничтожения экземпляров класса. Если у класса есть конструктор, то он вызывается всегда, когда создается объект класса. Если у класса есть деструктор, то он вызывается всегда, когда объект класса уничтожается. Объекты могут создаваться следующим образом: – автоматический объект создается каждый раз, когда его описание встречается при выполнении программы, и уничтожается каждый раз при вы- ходе из блока, в котором оно появилось; – статический объект создается один раз, при запуске программы, и уничтожается один раз, при ее завершении; – объект в свободной памяти создается с помощью операции new и уничтожается с помощью операции delete; – объект-член создается как подобъект другого класса. Для инициализации отдельных частей объекта с помощью конструктора служат инициализаторы конструктора. Важность инициализаторов в том, что только с их помощью можно инициализировать константные члены и члены, являющиеся ссылками. В чисто объектно-ориентированных языках определять процедуры и функции вне классов не допускается. В гибридных языках допускается описывать операции как независимые от объектов подпрограммы. Операции, определенные вне классов, называют свободными подпрограммами. Свободные подпрограммы – это процедуры и функции, которые выполняют роль операций высокого уровня над объектом или объектами одного или разных классов. Свободные процедуры обычно группируются в соответствии с классами, для которых они создаются.

Идентичность – это такое свойство объекта, которое отличает его от всех других объектов. Источником ошибок в объектно-ориентированном программировании является неумение отличать имя объекта от самого объекта. Ситуацию, когда объект именуется более чем одним способом несколькими синонимичными именами, называют структурной зависимостью. Структурная зависимость порождает в объектно-ориентированном про- граммировании много проблем. Трудность распознания побочных эффектов при действиях с синонимичными объектами часто приводит к утечкам памяти, неправильному доступу к памяти и, хуже того, непрогнозируемому изменению состояния.

Понятия класса и объекта настолько тесно связаны, что невозможно говорить об объекте безотносительно к его классу. Однако существует важное различие этих двух понятий. В то время как объект обозначает конкретную сущность, определенную во времени и в пространстве, класс определяет лишь абстракцию существенного в объекте.

Класс – это множество объектов, имеющих общую структуру и общее поведение. Любой конкретный объект является экземпляром класса. Пример. Рассмотрим сходства и различия между следующими классами: цветы, маргаритки, красные розы, желтые розы, лепестки и пчелы. Мы можем заметить следующее: – маргаритка – цветок; – роза – (другой) цветок; – красная и желтая розы – розы; – лепесток является частью обоих видов цветов; – пчелы опыляют цветы и питаются их нектаром. Из этого простого примера следует, что классы, как и объекты, не существуют изолированно. В каждой проблемной области абстракции, описывающие ее, взаимодействуют различными способами. Известны три основных типа отношений между классами. Во-первых, это отношение "обобщение/специализация" (общее и частное), т.е. иерархия "является". Розы являются цветами, что значит: розы являются специализированным частным случаем, подклассом более общего класса "цветы". Во-вторых, это от- ношение "целое/часть", т.е. иерархия "имеет". Например, лепестки являются частью цветов. В-третьих, это семантические, смысловые отношения, ассоциации. Например, пчелы ассоциируются с цветами. Языки программирования выработали несколько общих подходов к выражению таких отношений. В частности, большинство объектно- ориентированных языков непосредственно поддерживает следующие виды от- ношений: – ассоциация; – агрегация; – обобщение; – зависимость; – инстанцирование.

Атрибуты объектов

Атрибут - это значение, характеризующее объект в его классе. Примеры атрибутов: категория, баланс, кредит (атрибуты объектов класса счет); имя, возраст, вес (атрибуты объектов класса человек) и т.д.

Среди атрибутов различаются постоянные атрибуты (константы) и переменные атрибуты. Постоянные атрибуты характеризуют объект в его классе (например, номер счета, категория, имя человека и т.п.). Текущие значения переменных атрибутов характеризуют текущее состояние объекта (например, баланс счета, возраст человека и т.п.); изменяя значения этих атрибутов, мы изменяем состояние объекта.

(Иногда указывается тип атрибутов (ведь каждый атрибут - это некоторое значение) и начальное значение переменных атрибутов (совокупность начальных значений этих атрибутов задает начальное состояние объекта).

Следует отметить, что, говоря об объектах и их классах, мы не подразумеваем никакого объектно-ориентированного языка программирования. Это, в частности, выражается в том, что на данном этапе разработки программной системы следует рассматривать только такие атрибуты, которые имеют смысл в реальности (все атрибуты объектов класса счет обладают этим свойством). Атрибуты связаны с особенностями общей реализации. Например, если известно, что будет использоваться база данных, в которой каждый объект имеет уникальный идентификатор, то включать этот идентификатор в число атрибутов объекта на данном этапе не следует. Дело в том, что, вводя такие атрибуты, мы ограничиваем возможности реализации системы. Так, вводя в качестве атрибута уникальный идентификатор объекта в базе данных, мы уже в самом начале проектирования отказываемся от использования СУБД, которые такой идентификатор не поддерживают.