Базовая информация о объектно-ориентированном программировании

Чтобы понять что такое объектно-ориентированное программирование (ООП) нужно сначала понять что оно заменяет. Ранние языки были процедурными: программисту требовалось описать конкретный набор процедур которые выполнял компьютер.

To understand what an object-oriented programming language is, you need to understand what it replaced. Early programming languages were procedural—so-called because the programmer would define a very specific set of procedures that the computer would undertake.

В те времена процедуры записывались на перфокартах. На каждом шаге данные читались, обрабатывались и сохранялись. Этот подход хорошо работал тогда, да и сейчас в общем-то свою функцию выполняет. Однако, когда нам требуется написать программу, которая сложнее чем набор простых шагов - то в этом случае решение с помощью процедурного подход становится сложным для работы. Одним из вариантов преодоления результирующей сложности программы является ООП.

В первом ООП языке (Simula) была введена идея объекта. Объекты это наборы информации, воспринимаемые как целое. Туманно, но разберем позже на примерах, пока же поговорим о классах. В контексте ООП это можно сказать «предобъекты». Они содержат список свойств, которые после определения становятся объектом.

Рассмотрим пример с шахматами. Предположим что нам требуется написать шахматную игру. Вероятно нам захочется использовать класс Фигура. Каждая Фигура имеет следующий набор свойств:

• Цвет
• Высота
• Форма
• Как ходит

Объект определяет конкретного представителя, принадлежащего классу. Положим что мы хотим объект с названием БелаяКоролева. У этого объекта будут следующие определения для свойств (белый, высокий, цилиндрический с зубцами, в любом направлении на любое расстояние). Так же объект может содержать функции, которые в ООП принято называть методами.

Чем ОО подход лучше процедурного? Если кратко, то ООП языки позволяют аккуратнее организовать данные и код так, что в больших проектах работа с ними происходит более гибко. Познакомимся со основными столпами ООП.

К нашему счастью, чтобы пользоваться чем-то не обязательно знать как оно работает. Автомобиль это сложная инженерная система, но чтобы ехать на нем не обязательно знать в подробностях как функционирует каждая его часть. ¹⁾

Тоже самое можно сказать и о объектах в ООП. Вернемся к шахматам, вероятно у фигуры есть метод move(), для эта функция может использовать множество данных или другие методы: начальная и конечная позиция, методы для определения того, не стоит ли какая-нибудь фигура на пути следования, метод взятия фигуры и т.д. Но нам не требуется знать всех этих тонкостей, мы пишем move() и фигура двигается. Это и есть абстракция.

В ООП это метод с помощью которого в ООП реализуется абстракция. Каждый объект это набор данных, рассматриваемый как единая сущность. К данным относятся как переменные, так и методы.

Обычно переменные считаются скрытыми, приватными. Это означает, что другие объекты и их методы к ним доступа не имеют. Значения переменных меняются только собственными методами объекта.

Шахматная фигура Слон может, например, переменную с названием position - текущая позиция. Значение этой переменной необходимо для метода move(). Естественно Слону приписан еще и цвет.

Когда программист делает переменную приватной а метод move() общественным (публичным) он защищает ее значение от изменения каким-нибудь внешним действием. Аналогично, если цвет это приватная переменная, никто не сможет его изменить, если в объекте не существует метода которы бы это сделал.

Все эти переменные и методы хранятся в пределах объекта Слон. Так как они сокрыты, программист может менять структуру и содержимое объекта не беспокоясь о его интерфейсе: наборе публичных методов.

В дополнение к классам, в ООП языках еще есть подклассы. Они содержат все атрибуты родительского класса, но могут иметь и дополнительные свои. В наших шахматах пешка должна иметь метод transformPiece(), который превратит ее в другую фигуру, когда она дойдет до конца доски. Однако, этот метод нужен только пешке, и нет никакого смысла иметь его в других фигурах. Поэтому создадим для класса Фигура подкласс Пешка. Так как он подкласс Фигуры, он будет содержать все ее параметры, иными словами объект класса Пешка включает цвет, высоту, форму и набор перемещений. А еще он имеет метод transformPiece() которого нет у других. И нам не нужно будет беспокоиться, если случайно попытаемся вызвать этот метод у Ладьи, это сразу приведет к ошибке.

Создание подклассов позволяет экономить время. Вместо создания новых классов для всего программист создает базовый класс и затем расширяет его новыми подклассами по мере необходимости.

Полиморфизм это следствие наследования. Чтобы полностью его понять потребуется некоторый опыт в программировании, поэтому рассмотрим только самые основы. Если кратко, полиморфизм это возможность использовать метод с одинаковым именем для разных объектов.

Например, класс Фигура может содержать метод move(), который двигает фигуру на одну клетку в каждом направлении. Это хорошо подходит Королю, но малоприменимо для всех остальных фигур. Чтобы исправить эту проблему, мы можем описать новый метод move() для подкласса Ладья. Этот метод опишет способ перемещения на произвольное количество клеток по горизонтали и вертикали.

В этом случае, когда программист выполнит метод move() и передаст ему фигуру в качестве аргумента, программа будет точно знать как эта фигура должна двигаться. Это сэкономит кучу времени, которое ушло бы на попытки определить какой из кучи методов (например, move_horizontally(), move_vertically(), move_horizontally_one_step() и т.д.) нам потребуется использовать.