что такое принципы ооп
Принципы объектно-ориентированного программирования
Привет, Хабр! Меня зовут Владислав Родин. В настоящее время я являюсь руководителем курса «Архитектор высоких нагрузок» в OTUS, а также преподаю на курсах, посвященных архитектуре ПО.
Специально к старту занятий в новом потоке курса «Архитектура и шаблоны проектирования» я подготовил еще один авторский материал.
Введение
Когда речь заходит о классических паттернах проектирования, нельзя не вспомнить о самом объектно-ориентированном программировании. Ведь паттерны GoF являются паттернами именно объектно-ориентированного программирования. В функциональном же программировании есть свои собственные паттерны.
Вообще устроено все следующим образом: есть само объектно-ориентированное программирование. У него есть принципы. Из принципов объектно-ориентированного программирования следуют разобранные нам шаблоны GRASP (как вариант — SOLID принципы), из которых, в свою очередь, следуют шаблоны GoF. Из них же следует ряд интересных вещей, например, enterprise паттерны.
Объектно-ориентированная парадигма
Определение гласит, что «Объектно-ориентированное программирование – это парадигма программирования, в которой основной концепцией является понятие объекта, который отождествляется с предметной областью.»
Таким образом, система представляется в виде набора объектов предметной области, которые взаимодействуют между собой некоторым образом. Каждый объект обладает тремя cоставляющими: идентичность (identity), состояние (state) и поведение (behaviour).
Состояние объекта — это набор всех его полей и их значений.
Поведение объекта — это набор всех методов класса объекта.
Идентичность объекта — это то, что отличает один объект класса от другого объекта класса. С точки зрения Java, именно по идентичности определяется метод equals.
Принципы объектно-ориентированного программирования
Объектно-ориентированное программирование обладает рядом принципов. Представление об их количестве расходится. Кто-то утверждает, что их три (старая школа программистов), кто-то, что их четыре (новая школа программистов):
Инкапсуляция
Вопреки мнению многих собеседующихся (а иногда и собеседуемых), инкапсуляция это не «когда все поля приватные». Инкапсуляция является фундаментальнейшим принципом проектирования ПО, ее следы наблюдаются на только на уровне микро-, но и на уровне макропроектирования.
Научное определение гласит, что «Инкапсуляция – это принцип, согласно которому любой класс и в более широком смысле – любая часть системы должны рассматриваться как «черный ящик»: пользователь класса или подсистемы должен видеть только интерфейс (т.е. список декларируемых свойств и методов) и не вникать во внутреннюю реализацию.»
Таким образом, получается, что если класс A обращается к полям класса B напрямую, это приводит не к тому, что «нарушается информационная безопасность», а к тому, что класс A завязывается на внутренне устройство класса B, и попытка изменить внутреннее устройство класса B приведет к изменению класса А. Более того, класс A не просто так работает с полями класса B, он работает по некоторой бизнес-логике. То есть логика по работе с состоянием класса В лежит в классе А, и когда мы захотим переиспользовать класс В, это не удастся сделать, ведь без кусочка класса А класс В может быть бесполезным, что приведет к тому, что класс В придется отдавать вместе с классом А. Экстраполируя это на всю систему, получается, что переиспользовать можно будет только всю систему целиком.
Инкапсуляция является самым недооцененным принципом, который, к сожалению, мало кем интерпретируется правильно. Она позволяет минимизировать число связей между классами и подсистемами и, соответственно, упростить независимую реализацию и модификацию классов и подсистем.
Наследование
Наследование — это возможность порождать один класс от другого с сохранением всех свойств и методов класса-предка (суперкласса), добавляя при необходимости новые свойства и
методы.
Наследование является самым переоцененным принципом. Когда-то считалось, что «У идеального программиста дерево наследования уходит в бесконечность и заканчивается абсолютно пустым объектом», потому как когда-то люди не очень хорошо понимали то, что наследование — это способ выразить такое свойство реального мира как иерархичность, а не способ переиспользовать код, отнаследовав машину от холодильника, потому что у обоих предметов есть ручка. Наследования желательно по возможности избегать, потому что наследование является очень сильной связью. Для уменьшения количества уровней наследования рекомендуется строить дерево «снизу-вверх».
Полиморфизм
Полиморфизм — это возможность использовать классы – потомки в контексте, который был предназначен для класса – предка.
За самым садистским определением кроется возможность языка программирования для декомпозиции задачи и рефакторинга if’ов и switch’ей.
Что такое объектно-ориентированное программирование
Рассказываю об одной из важнейших парадигм в программировании.
Парадигмы программирования и их виды
Парадигма разработки – это набор правил и критериев, соблюдаемых разработчиками, чтобы выдержать конкретную стилистику и модель написания кода.
Единая парадигма помогает избегать ошибок, упрощает работу в команде и ускоряет разработку. Ориентируясь на одну парадигму, можно корректно структурировать код приложения, зная четкие правила, выбранные командой, которая работает над конкретным проектом.
Существуют различные типы парадигм, например процедурный, ориентированный на работу с функциями, или логический, подразумевающий решение базовых логических задач в духе «если А = true, то и B = true». Но есть и более интересный подход к решению задач разработки, и это ООП-парадигма.
Что такое ООП?
Объектно-ориентированное программирование, ООП – это одна из парадигм разработки, подразумевающая организацию программного кода, ориентируясь на данные и объекты, а не на функции и логические структуры.
Обычно объекты в подобном коде представляют собой полноценные блоки с данными, которые имеют определенный набор характеристик и возможностей. Объект может олицетворять что угодно – от человека с именем, фамилией, номером телефона, паролем и другой информацией до мелкой утилиты с минимумом характеристик из реального мира, но увеличенным набором функций. Объекты могут взаимодействовать друг с другом, пользователем и любыми другими компонентами программы.
ООП заставляет разработчиков фокусироваться на объектах, которыми нужно манипулировать, а не на той логике, что позволяет изменять данные и как-то с ними взаимодействовать. Такой подход хорошо работает в случае с комплексными программными решениями, требующими постоянной поддержки со стороны большого числа программистов.
Структура объектно-ориентированного программирования
Программный код, написанный с учетом принципов ООП, четко структурируется на 4 основных элементах (иногда выделяют и больше, включая в список элементов модули и другие структуры, связанные с объектно-ориентированной парадигмой, но мы обратимся к ним позже, говоря о преимущества и принципах описываемой модели).
Объекты
И хотя в структуре ООП объекты находятся не на первом месте, мы начнем с них, так как это упрощает общее понимание парадигмы.
Объект – это кусок кода, описывающий элемент с конкретным набором характеристик и функций. Например, вы делаете видеоигру, в которой есть персонаж. Ваш герой.
Этот персонаж в коде может быть отдельным объектом с такими характеристиками, как здоровье, сила, выносливость, ловкость и урон, а также функциями (методами) – это могут быть магические способности или особые приемы, используемые персонажем.
Объекты могут описывать других персонажей и средства передвижения.
Методы
Методы – это функции, описанные внутри объекта или класса. Они относятся к конкретному объекту и позволяют взаимодействовать с ними или другими частями кода. Выше мы уже затронули «способности» персонажа-объекта, вот они и являются наиболее понятным описанием методов. Когда ваш персонаж выполняет действие в игре, он задействует метод, описанный в его объекте.
Атрибуты
Атрибуты – это конкретные характеристики объекта. Если вы хоть немного знакомы с программированием, то атрибуты можно представить в виде переменных с данными. Вернувшись к примеру с игровым персонажем, в качестве атрибутов можно представить характеристики в духе уровня выносливости, скорости и других статических показателей.
Классы
Это наиболее абстрактная и обобщенная форма в ООП. Что-то в духе шаблона, на базе которого строятся другие элементы структуры кода.
Снова поясню на примере игры. В какой-нибудь онлайн-РПГ может быть куча разных героев: воины, лучники, люди, орки. Описывать каждого по отдельности сложно и нецелесообразно, ведь у них много общих характеристик и методов.
Поэтому мы можем создать класс – то есть объект, способный стать базой для других объектов. Например, класс – персонаж. Он умеет ходить, драться, имеет характеристики наподобие уровня здоровья или количества маны, то есть атрибуты, что есть у любых рас и классов в нашей РПГ. А уже человек-воин (объект) с ником Nagibator777 будет содержать более специфичные характеристики и методы, зависящие от решений игрока и других внешних факторов. Класс – это пример абстракции и наследования, упрощающий генерацию новых объектов.
На картинках и схемах эта структура выглядит куда понятнее.
Ключевые принципы ООП
Объектно-ориентированное программирование исповедует ряд принципов, лежащих в основе правил создания и использования всех структурных элементов, включая классы, объекты, методы и прочие компоненты.
Инкапсуляция
Этот принцип гласит, что вся важная информация, необходимая для работы объекта, в нем же и хранится. И только определенные данные доступны для внешних функций и объектов.
Данные конкретного объекта или класса хранятся в пределах этого объекта или класса. Вносить в них изменения, используя другие классы, нельзя. У окружения есть право только запрашивать «публичные» методы и атрибуты.
Такой подход обеспечивает повышенный уровень безопасности, а также сокращает шансы на случайное повреждение данных внутри какого-то класса или объекта со стороны.
Наследование
Это как раз основная суть взаимоотношений между классами и объектами, описанная выше. Чтобы не создавать кучу одинаковых объектов или классов, можно создать класс над классами с более общими характеристики и функциями, а потом постепенно наследовать от него те или иные возможности. Используя специальную конструкцию, программист может забрать из класса ряд атрибутов или методов, оставить их в прежнем виде и дополнить новыми или же слегка переосмыслить на свое усмотрение, а потом создать из них уникальный объект или подкласс для дальнейшего наследования опций.
Это проще понять на примере со средствами передвижения:
Берем абстрактный класс «Средство передвижения» с возможностью набирать скорость и перевозить людей.
Из него формируем подкласс «Автобус», наследующий базовые характеристики и уточняющий их определенным количеством мест для людей и пределом скорости.
Затем создаем объект «Икарус» с более конкретной скоростью, планировкой, количеством дверей, типом сигнала и другими специфичными параметрами.
Не нужно каждый раз создавать новый класс или объект с полным набором опций. Достаточно воспользоваться конструкцией в духе export class Bus extends Vehicle() и дополнить код конкретикой.
Абстракция
Каждый верхний слой над объектом (классы) более абстрактный, чем его «младшая версия». Это позволяет не переписывать по 10 раз один и тот же объект, указывая одни и те же атрибуты и методы. Напротив, абстрактные классы позволяют создавать все более конкретные классы и вытекающие из них объекты, не описывая реализацию функций заранее (в этом и суть абстракции), а оставляя исключительно базовый шаблон для дальнейших надстроек.
Абстрактный класс должен оставаться публичным и не содержать реализации методов. Этим он отличается от дочерних классов.
Полиморфизм
Один из ключевых принципов ООП, позволяющий использовать одни и те же методы для обработки различных типов данных. Полиморфизм в разных языках программирования отличается: есть строго типизированные языки в духе C++, где задействуется «перегрузка», а есть такие языки, как JavaScript, где по умолчанию функции могут обрабатывать разные типы информации без необходимости указывать тип заранее.
Полиморфизм позволяет с помощью идентичных методов обрабатывать разные типы данных, например двузначные числа и числа с плавающей точкой. Также полиморфизмом считается возможность переопределять методы в дочерних классах для обработки других видов данных или выполнения дополнительных действий при вызове аналогичного метода.
Преимущества ООП
Основными преимуществами парадигмы разработчики считают следующие особенности:
Модульность: инкапсуляция объектов в себе упрощает разработку, уменьшает количество ошибок и ускоряет разработку при участии большого количества программистов, так как каждый может работать независимо друг от друга.
Реюзабельность кода: благодаря абстракциям, полиморфизму и наследованиям можно не писать один и тот же код много раз, что заметно ускоряет создание нового ПО.
Высокая скорость разработки: классы и интерфейсы в ООП могут легко трансформироваться в подобие полноценных библиотек, которые можно переиспользовать в новых проектах.
Расширяемость: ООП-код легче развивать, дополнять и менять. Этому способствует независимая модульная структура.
Простота восприятия: использование ООП упрощает понимание кода за счет взаимодействия с объектами, а не логикой. Не нужно углубляться в то, как построено ПО, чтобы модифицировать его.
Безопасность: инкапсулированный код недоступен извне, поэтому «поломать» ООП-программу сложнее.
Гибкость: полиморфизм позволяет быстро адаптировать ООП-код под свои нужды, не описывая новые функции и объекты.
Недостатки ООП
Разработчики ругают объектно-ориентированную парадигму за то, что та ставит во главе угла объекты и не уделяет достаточно внимания вычислениям и алгоритмам. По мнению некоторых программистов, такой подход местами заставляет писать больше кода, чем понадобилось бы при использовании функциональной парадигмы. Также ООП-код негативно сказывается на скорости компиляции кода.
Языки, исповедующие объектно-ориентированную парадигму
Существует множество языков программирования, подходящих для применения ООП-парадигмы. Среди них:
Ruby – высокоуровневый язык с динамической типизацией, созданный в середине 90-х японским разработчиком Юкихиро Мацумото.
С++ – статически типизированный язык программирования общего назначения, в первую очередь направленный на работу с ООП.
JavaScript – популярный язык с динамической типизацией, одинаково хорошо подходящий для различных парадигм разработки, включая ООП.
Также в число языков с акцентом на ООП-парадигме входят: C#, Python, Java, PHP, JADE, Scala и другие.
Вместо заключения
Объектно-ориентированное программирование – популярная практика среди разработчиков, позволяющая делать сложные приложения и часто использующаяся в крупных корпорациях. Это интересная модель, с которой стоит ознакомиться всем, кто хочет делать логические модульные структуры и сокращать количество потенциальных ошибок и проблем с безопасностью в своих программах.
Объектно-ориентированное программирование простым языком — объясняют эксперты
Авторизуйтесь
Объектно-ориентированное программирование простым языком — объясняют эксперты
В интернете можно найти много описаний ООП, однако начинающий программист рискует их не понять. Мы попросили экспертов объяснить суть этой методологии простыми словами.
руководитель группы Java-разработчиков ИТ-компании КРОК
Самый простой способ объяснить и понять ООП — воспользоваться метафорой. Метафорой объекта в ООП является объект реального мира, например, человек. Объекты надо отличать между собой и у них есть что-то, что их определяет. Например, для человека это может быть имя, когда мы говорим про нашего знакомого Васю, и все понимают о ком речь. Люди неким образом похожи друг на друга. Подмножество людей, обладающих одинаковым набором свойств (имя, фамилия, возраст и т.д.) и общим поведением, будет называться класс. Возьмем для примера сотрудников нашей компании. Для каждого из нас определен департамент (я, например, в департаменте разработки ПО числюсь, ДРПО), должность, уровень зарплаты и т.д. Эти свойства обычно определяют в момент, когда в компанию приходит новый сотрудник. У человека можно запросить информацию по его навыкам или попросить помочь коллеге — это общее поведение для всех сотрудников.
Зарплату сотрудника знает он сам, его руководитель и бухгалтер, остальные — нет. Такое сокрытие данных называется инкапсуляция. Какие свойства и поведение будет доступно другим объектам обычно определяется на уровне класса. Руководитель отдела также является сотрудником, но он обладает рядом дополнительных свойств, например, у него есть подчиненные. Таким образом класс «руководитель», расширяет класс «сотрудник» или, другими словами, происходит наследование. При этом между классами устанавливается отношение «является» — то есть любой руководитель является сотрудником, но не наоборот — не каждый сотрудник является руководителем. Если у класса больше одного наследника, то образуется иерархия. Классы, которые являются родственниками в иерархии не связаны отношением «является», например, бухгалтер является сотрудником, но бухгалтер не является руководителем.
При помощи этих правил иерархию можно проверить на корректность. Если взять ведомость со списком всех сотрудников, в нее очевидным образом попадут и руководители, и бухгалтеры, но в общем списке они не будут отличаться от других сотрудников. Если мы захотим уточнить список подчиненных у каждого руководителя, то нам понадобится подготовить отдельную ведомость со свойствами, специфичными для класса «руководитель». Такое свойство объектов называется полиморфизмом, где состав свойств и поведение будет определяться классом, через который мы смотрим на объект: мы можем обращаться к объекту, как и к любому из предков его класса, но это не верно для потомков или других родственников.
Так мы рассмотрели, как связаны объекты и классы, и такие понятия, как: инкапсуляция, наследование и полиморфизм. Все это — базовые понятия ООП.
ведущий инженер-программист IT-компании DD Planet
Объектно-ориентированное программирование – это подход, при котором вся программа рассматривается как набор взаимодействующих друг с другом объектов. При этом нам важно знать их характеристики.
У каждого объекта в системе есть свойства и поведение, как и у любого реального объекта. Например, рассмотрим объект «машина». У него есть свойства (цвет, вес, стоимость) и поведение (машина может ехать, сигналить, потреблять топливо).
Такой подход помогает строить сложные системы более просто и естественно благодаря тому, что вся предметная область разбивается на объекты и каждый из них слабо связан с другими объектами. Слабая связанность возникает вследствие соблюдения трех принципов: инкапсуляции, наследования и полиморфизма.
ООП позволяет упростить сложные объекты, составляя их из более маленьких и простых, поэтому над программой могут работать сотни разработчиков, каждый из которых занят своим блоком. Большинство современных языков программирования — объектно-ориентированные, и, однажды поняв суть, вы сможете освоить сразу несколько языков.
старший разработчик систем автоматизации и поддержки сервисов мониторинга и реагирования на киберугрозы в BI.ZONE
Методология объектно-ориентированного программирования (ООП) подразумевает представление всей программы или ее частей объектами. У каждого объекта есть тип — в ООП он называется классом. Классы можно объявлять или наследовать и создавать из них экземпляры. Собственно, объект — это и есть экземпляр класса.
Обычно объект объединяет в себе данные и методы для работы с ними. Представим, что у нас есть тип «Позвоночное существо», у которого есть свойство «Класс». У каждого из Позвоночных существ это свойство равно одному из пяти значений: Рыба, Земноводное, Птица, Пресмыкающееся, Млекопитающее. Добавим метод получить_класс — он будет возвращать это значение. Далее объявим тип «Человек», который наследует типу «Позвоночное существо». Создадим несколько экземпляров: Иван Иванов, Марина Иванова, Антон Антонов. Добавим присущие только Человеку свойства: Имя и Фамилию. У каждого из них будет метод получить_имя/получить_фамилию, а также перешедший от Позвоночного существа метод получить_класс.
Так можно продолжать сколь угодно долго: повторно описывать методы родительских классов нам не нужно, и любой экземпляр класса будет обладать заявленными свойствами.
Основные задачи ООП — структурировать код, повысить его читабельность и ускорить понимание логики программы. Косвенно выполняются и другие задачи: например, повышается безопасность кода и сокращается его дублирование.
Дело в том, что человеку гораздо удобнее работать с реальными объектами, чем отдельно с набором данных и функциями. Представляя данные в программе как свойства объекта, а функции по обработке данных — как возможные методы объекта, мы приближаем процесс программирования к процессу описания метода решения задачи. Это достигается за счет добавления знакомой человеку структуры абстракций: ведь даже язык, на котором мы говорим, следует принципам ООП. У каждой буквы есть произношение и написание, каждое слово включает буквы и имеет свое произношение и написание, то же верно и для предложений, и для более крупных конструкций. Все в этом мире — объект!
Главное, о чем не стоит забывать: ООП — это не единственная парадигма. У нее есть свои плюсы и минусы, для каких-то задач она подходит, для каких-то — нет. Например, ООП не даст особых преимуществ, если вы пишете «однострочники» и простые скрипты. Однако в больших проектах неразделенный на отдельные сущности код быстро превратится в «лапшу» и перестанет читаться, и ООП здесь сильно упростит работу.
разработчик хостинг-провайдера и регистратора доменов REG.RU
Наиболее классическое определение, к которому прибегают при необходимости объяснить что такое ООП, это — «способ моделирования реального мира». Можно предположить, что ООП делает код более простым и наглядным, однако такая формулировка слишком размыта и уклончива, она не открывает самой сути ООП.
ООП стоит на трёх китах:
Если резюмировать: ООП даёт контроль над зависимостями в коде. Это способ сделать так, чтобы высокоуровневый код не зависел от низкоуровневой реализации. ООП позволяет вести разработку раздельно, поскольку взаимодействие между сущностями определено интерфейсами.
технический директор в Creonit
Суть ООП заключается в том, чтобы представить программу в виде объектов, которые каким-то образом взаимодействуют друг с другом.
Все, что угодно, можно представить в виде объекта: человека, воздушный шарик, сообщение в мессенджере. У объекта могут быть свойства, например, цвет – красный, размер – большой. Также у объекта могут быть методы для совершения операций. Например, если объект телевизор, вызываем метод «включить», и телевизор включается.
Объект — это экземпляр какого-то класса. Класс — это шаблон, в котором описаны все свойства будущего объекта и его методы. При этом если класс воздушного шарика определяет свойство цвет, то сам класс никакого значения цвета не имеет. Но экземпляры этого класса, которых, к слову, можно создавать сколько угодно, уже будут раскрашены в любые цвета.
Классы могут выстраиваться в хитрые витиеватые структуры. Чем структура хитрее, тем программа гибче, легче поддается изменениям и внедрениям нового функционала, но не обязательно. Такие слова как наследование, полиморфизм, инкапсуляция позволяют создавать структуры объектов еще витиеватее, при этом избавляют код от дублирования и делают его интуитивно понятным, но не всегда.
Понимание только лишь принципа работы объектов не сделает человека ООП-гуру. Суть мастерства ООП в умении конструировать многоуровневые структуры из классов, при этом оставляя код читаемым, надежным и гибким. Чтобы это постичь, потребуется пройти долгий и изнурительный путь, но в конечном итоге ООП станет лучше.
руководитель практики Java центра разработки компании «Рексофт» в Воронеже
Часто статьи про ООП начинаются с кучи терминов, теории и сложных объяснений подходов и парадигм. В своем курсе программирования на Java для начинающих в Воронежском государственном университете я сначала объясняю на практике роль объектов, их связь и операции с ними, используя обычные слова, которые мы используем в повседневной жизни. Например, инкапсуляцию удобно объяснять с помощь магазина, где есть витрина, на которой все видно и красиво расставлено и есть склад, куда обычного покупателя не пускают.
Когда студенты начинают понимать и могут строить объектные модели, можно вводить первые термины, такие как: инкапсуляция, наследование и полиморфизм. Понимая работу ООП на практике, даже на совсем примитивном уровне, эти слова уже не кажутся такими страшными и непонятными. Дальше я ввожу больше теории и обязательно добавляю практические вещи, например, паттерны проектирования.
Проще говоря, преподавать ООП стоит от практики к теории. Очень много в этом процессе дают правильные примеры. В первое время они должны отражать окружающий нас мир и только потом трансформироваться в абстракции и переходить к языку программирования.