ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
АНАЛИЗА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПО
В основе объектно-ориентированного подхода (ООП) лежит объектнаядекомпозиция, при этом статическая структура системы описывается в терминах объектови связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами. Каждый объект системы обладает своим собственным поведением, моделирующим поведение объекта реального мира.
Проблемы, стимулировавшие развитие ООП:
· необходимость повышения производительности разработки за счет многократного (повторного) использования ПО;
· необходимость упрощения сопровождения и модификации разработанных систем (локализация вносимых изменений);
· облегчение проектирования систем (за счет сокращения семантического разрыва между структурой решаемых задач и структурой ПО).
Объектная модель является наиболее естественным способом представления реального мира. В разделе «Теория классификации» Британской энциклопедии сказано следующее:
«В постижении реального мира люди пользуются тремя методами, организующими их мышление:
(1) разделение окружающей действительности на конкретные объекты и их атрибуты (например, когда явно различаются понятия дерева и его высоты или пространственного расположения по отношению к другим объектам);
(2) различие между целыми объектами и их составными частями (например, ветви являются составными частями дерева);
(3) формирование и выделение различий между различными классами объектов (например, между классом всех деревьев и классом всех камней.)»
Понятие «объект» впервые было использовано около 30 лет назад в технических средствах при попытках отойти от традиционной архитектуры фон Неймана и преодолеть барьер между высоким уровнем программных абстракций и низким уровнем абстрагирования на уровне компьютеров. С объектно-ориентированной архитектурой также тесно связаны объектно-ориентированные операционные системы. Однако наиболее значительный вклад в объектный подход был внесен объектными и объектно-ориентированными языками программирования: Simula (1967), Smalltalk (1970-е гг.), C++ (1980-е гг.) и языком моделирования UML (1990-е гг.). На объектный подход оказали влияние также развивавшиеся достаточно независимо методы моделирования данных, в особенности модель «сущность-связь».
2.4.1.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ
ОБЪЕКТНОЙ МОДЕЛИ
Концептуальной основой объектно-ориентированного подхода является объектная модель. Основными принципами ее построения являются[17]:
· абстрагирование (abstraction);
· инкапсуляция (encapsulation);
· модульность (modularity);
· иерархия (hierarchy).
Абстрагирование — это выделение наиболее важных, существенных характеристик некоторого объекта, которые отличают его от всех других видов объектов и, таким образом, четко определяют его концептуальные границы с точки зрения дальнейшего рассмотрения и анализа, и игнорирование менее важных или незначительных деталей. Абстрагирование позволяет управлять сложностью системы, концентрируясь на существенных свойствах объекта. Абстрагирование концентрирует внимание на внешних особенностях объекта и позволяет отделить самые существенные особенности его поведения от деталей их реализации. Выбор правильного набора абстракций для заданной предметной области представляет собой главную задачу объектно-ориентированного проектирования. Абстракция зависит от предметной области и точки зрения — то, что важно в одном контексте, может быть не важно в другом. Объекты и классы— основные абстракции предметной области.
Инкапсуляция — физическая локализация свойств и поведения в рамках единственной абстракции (рассматриваемой как «черный ящик»), скрывающая их реализацию за общедоступным интерфейсом. Инкапсуляция — это процесс отделения друг от друга отдельных элементов объекта, определяющих его устройство и поведение. Инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать интерфейс объекта, отражающий его внешнее поведение, от внутренней реализации объекта. Объектный подход предполагает, что собственные ресурсы, которыми могут манипулировать только операции самого объекта, скрыты от внешней среды. Абстрагирование и инкапсуляция являются взаимодополняющими: абстрагирование фокусирует внимание на внешних особенностях объекта, а инкапсуляция (или иначе ограничение доступа) не позволяет объектам-пользователям различать внутреннее устройство объекта.
По-другому инкапсуляцию можно описать, сказав, что приложение разделяется на небольшие фрагменты связанной функциональности. Допустим, в банковской системе имеется информация, касающаяся банковского счета, такая как номер счета, баланс, имя и адрес его владельца, тип счета, начисляемые на него проценты и дата открытия. Со счетом также связаны определенные действия: открыть, закрыть его, положить или снять некоторую сумму денег, а также изменить тип, владельца или адрес. Вся эта информация и действия (поведение) совместно инкапсулируются в объект «счет». В результате все изменения банковской системы, связанные со счетами, могут быть реализованы в одном только объекте «счет».
Еще одним преимуществом инкапсуляции является ограничение последствий изменений, вносимых в систему. Применим принцип инкапсуляции к банковской системе. Допустим, управление банка постановило, что если клиент имеет кредитный счет, то этот кредит может быть использован как овердрафт на его счете «до востребования». В неинкапсулированной системе модификация начинается с узконаправленного анализа изменений, которые необходимо будет внести в систему. Как правило, неизвестно, где в системе находятся все обращения к функции снятия со счета, поэтому приходится искать их везде. После того, как они найдены, нужно осуществить в них некоторые изменения, чтобы реализовать новые требования. Если работать тщательно, то, вероятно, можно будет обнаружить около 80% случаев использования данной функции. В инкапсулированной системе не требуется осуществлять такой детальный анализ. Достаточно посмотреть на модель системы и определить, где инкапсулировано соответствующее поведение (действие снятия со счета). После его локализации остается внести требуемые поправки один раз только в этом объекте, и задача выполнена.
Инкапсуляция подобна понятию сокрытия информации (information hiding). Это возможность скрывать многочисленные детали объекта от внешнего мира. Внешний мир объекта — это все, что находится вне его, включая остальную часть системы. Сокрытие информации предоставляет то же преимущество, что и инкапсуляция, — гибкость.
Модульность — это свойство системы, связанное с возможностью ее декомпозиции на ряд внутренне сильно сцепленных, но слабо связанных между собой подсистем (модулей)(см. подразд. 2.1). Модульность снижает сложность системы, позволяя выполнять независимую разработку отдельных модулей. Инкапсуляция и модульность создают барьеры между абстракциями.
Иерархия — это ранжированная или упорядоченная система абстракций, расположение их по уровням. Основными видами иерархических структур применительно к сложным системам являются структура классов (иерархия по номенклатуре) и структура объектов (иерархия по составу). Примерами иерархии классов являются простое и множественное наследование (один класс использует структурную или функциональную часть соответственно одного или нескольких других классов), а иерархии объектов — агрегация.
2.4.2.