Принципы ооп наследование инкапсуляция полиморфизм. Что такое полиморфизм в Java
Полиморфизмом называется способность вещества одного и того же состава существовать исходя из внешних условий в нескольких кристаллических формах (полиморфных модификациях) с различной структурой (для простых веществ это явление иногда называют аллотропией).
Явление полиморфизма впервые было открыто немецким химиком и минерологом Э.Митчерлихом в 1821г. Полиморфизм широко распространен в природе и является одним из характерных свойств кристаллических веществ. Полиморфные модификации, отличаясь внутренней структурой, имеют в связи с этим и различные свойства. Поэтому изучение полиморфизма чрезвычайно важно для практики.
К внешним условиям, определяющим полиморфизм, относятся прежде всего температура и давление, поэтому каждая полиморфная модификация имеет свою область температур и давлений, при которых она существует в термодинамически стабильном (равновесном) состоянии и вне которых она стабильной быть не может, хотя и может существовать в метастабильном, т.е. неравновесном, состоянии.
В различных полиморфных модификациях существуют углерод, кремний, фосфор, железо и другие элементы. Физические свойства различных модификаций одного и того же вещества могут значительно отличаться. Например модификации углерода, кристаллизующиеся в виде алмаза (кубическая сингония) или в виде графита (гексагональная сингония), резко отличаются друг от друга по физическим свойствам, несмотря на идентичность состава. Если полиморфное превращение сопровождается незначительными изменениями структуры, физические свойства вещества изменяются несущественно. Полиморфных модификаций у каждого конкретного вещества должна быть две, три и более. Различные модификации принято обозначать греческими буквами α, β, γ и т.д., причем первые буквы, как правило, относятся к модификациям, устойчивым при более высоких температурах.
При превращении высокотемпературной модификации в более низкотемпературную обычно первоначальная внешняя форма кристаллов сохраняется, в то время как внутренняя структура вещества претерпевает изменения. Такое сохранение внешней формы, не отвечающей вновь образованной структуре кристаллической решетки, получило название параморфозы. В природе известны параморфозы β -кварца (тригональная симметрия) по α -кварца (гексагональная симметрия), кальцита СаСО 3 (тригональная симметрия) по арагониту (ромбическая симметрия) и др.
Независимо от характера структурных изменений, происходящих при полиморфных превращениях, различают две их разновидности˸ энантиотропные (обратимые) и монотропные (необратимые) превращения.
Обратимое превращение одной модификации в другую, осуществляемое при постоянном давлении и определенной температуре (точке) перехода, при которой эти модификации находятся в состоянии равновесия, т.е. одинаково устойчивы, называется энантиотропным. Схематически это можно изобразить следующим образом˸
α ↔ β↔жидкость
т.е. перход α → β энантиотропен. Примерами энантиотропных полиморфных превращений являются превращения между полиморфными формами SiO 2 ˸
Полиморфизм - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Полиморфизм" 2015, 2017-2018.
Человеческие индивиды, обладая рядом общих свойств, в то же время не тождественны друг с другом по видовым качествам. Они различаются один от другого и физически, и психически, и социально. Такими различиями являются рост, цвет кожи и волос, внешний вид индивида, походка,... .
ВНУТРИВИДОВАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА: С момента возникновения Н. sapiens социальное в человеке стало его сущностью и биологическая эволюция видоизменялась, проявляясь в возникновении широкого генетического полиморфизма. Генетическое разнообразие на уровне... .
Ок. Полиморфизм ни в коем случае нельзя рассматривать отдельно от других фундаментальных понятий - абстракция, инкапсуляция и наследование. Объект и подобные прилагаются из аксиом (хотя это-то тоже аксиомы).
Собственно, представим себе рядом стакан, кружку, чайник, кофемашину, велосипед и скейт. Что между ними всеми общего? Ну как минимум то, что они есть. То есть это - объекты, которые были созданы. Но как они были созданы? Скорее всего на заводе производителя по чертежам. Ок, чертежём назовём конструктор. Ну а класс? А что это такое? А его нет в нашей вселенной - эта сущность есть абстракция, что живёт лишь в наших мыслях. В реальном мире её нет и никогда не будет, такова уж физика - ей по барабану, что птицы и млекопитающие имеют дальних родственников - она лишь обеспечивает возможность естесственного отбора. А уж родственников друг другу находим мы, люди.
С объектами и классами разобрались, а что же там с нашими стаканами и велосипедами. Мы уже поняли, что всё это объект, то есть грубо можно все объекты наследовать от какого-нибудь суперпредка, суперкласса, что и реализовано в некоторых языках. Но что другого общего между скейтом и стаканом, например? Конечно, можно углубляться и считать, что они все из молекул, и они все из твёрдых веществ. Однако это всё бред и СПГС , так что ответ прост - да ничего. То есть это совершенно разные объекты с совершенно разным функционалом. Более того - естесственно компьютерные модели и иерархии будут сильно отличатся от физик и химий. И это нормально, вопрос об адекватностях моделей ставиться лишь когда модель неадекватна, а до тех пор пилить можно что угодно, лишь бы работало.
Вот. У нас есть супер-предок Object, от которого дефолтно наследуются все объекты. Допустим, то что объекты состоят из атомов и есть то, что наследуют все объекты. Но все дополнения и правки - полиморфизм. Так, из атомов мы слепили колёса и приделали на доску - ок, это скейт. На него можно встать и катиться, а сильно извернувшись и полетать в трёх метрах над землёй, прямо таки излучая своё яркое эго. В то время как стакан - это мы слепили из атомов плотную ёмкость, из которой вода не выливается под действием силы тяжести. И прямое применение стакана - налив воды опрокинуть его над ртом, чтобы вода вытекла прямо в желудок. Так делают настоящие пацаны, не заботясь об икоте или страхе утонуть, так что вот - полиморфизм.
Однако что с остальным? У нас ещё абстракция, инкапсуляция и наследование. Ок, начнём с наследования, так оно наиболее близко. Вот что у нас общего между стаканом и кружкой? Ну в оба можно налить воду, но у кружки есть ручка чтобы держаться. То есть можно придумать некий общий класс - ёмкость. Однако что это за класс? Можно например за этот класс взять стакан, тогда все ёмкости по дефолту стаканы, а всё остальное - видоизменённые стаканы. Но кому-то больше нравяться кувшины, например некоторые чики насят их на голове, считая что это удобно. Ну и пусть носят, но как-то же решить надо, что главнее и идеальнее. Так вот - недостяжимый идеал и есть главный - это называется абстрактный класс. То есть ёмкость, что невозможно создать, для которого нет полного чертежа. А все чертежи, что дополнили до полного - есть наследованные классы от класса ёмкость.
Тут мы подошли к абстракции. Вот такое иерархическое наследование приводит нас к, возможно главной, идее ООП. Вот мы взяли и выделили всё, куда можно налить воду в отдельный класс, нарисовали общий чертёж, но специально не доделали его, оставив зазор для будущих творцов, и назвали чертёж - ёмкость. Тысячи лет изобретатили всех миров создают свои ёмкости, одна лучше другой. Для разных людей - по разному, конечно. Но каждый раз группировать молекулы стекла определённым образом - непростая задача. Поэтому ремесленники пошли на хитрость, они создали тайный совет ремесленников мира и решили делиться друг с другом своими наработками. То есть создавать мелкие чертежи и объявлять классом, например, извлистой ручки в форме ленты Мёбиуса, например. Возможно такая ручка удобно только инопланетным существам, но чертёж создан и к нему можно ссылаться при создании своего чертежа. Таким образом мы абстрагируемся от низкоуровневой задачи "формирования ёмкостей посредством перемещения молекул" к "конструированию ёмкости посредством совмещения деталей, элементов". Это и есть абстракция.
Но мы подошли к последнему пункту - инкапсуляция. Она неразрывна с абстракцией, и по сути благодаря ей она и работает. Инкапсуляция - это своеборазный клей (или синяя изолента), которым склеивают разные чертежи в один. То есть совмещение деталей для создания своей - это и есть инкапсуляция. Причём при совмещении мы можем не описывать детали этого совмещения (то есть члены класса могут быть приватными), таким образом помогая абстрагироваться тем, кто этот чертёж использует. Вот посмотрим на чайник - что это такое? Это стакан (или кружка) к которому снизу (а может внутри по середине?) приклеен нагревательный элемент. Пустив по нему ток, согласно инкапсулированному в нагревательный элемент закону Ома, будет выделяться тепло и нагреваться вода. А кофемашина? Это куда более сложное устройство, с множеством насосов, ёмкостей, шлюзов, измельчителей и чайников. И всё склееное клеем. А может синей изолентой. Это снова инкапсуляция.
Таким образом, абстракция невозможна без инкапсуляции и наследовании, как невозможен полиморфизм без, собственно, наследования. Ну а полиморфизм невозможен ещё и без инкапсуляции, которая банально бесполезна без наследования и полиморфизма. Вот такие тут треугольники с пирогами. Жаль только про пирог наврали. И про день рожденье.
Программирование - это процесс разработки решений «живых», динамичных задач в виде жёстких конструкций кода, данных, функций и алгоритмов. Процедура формирования строгого синтаксиса из неопределенной семантики. Реальные задачи - известная большая проблема алгоритмизации: чтобы достигнуть нужного решения, задачу нужно поместить в точные синтаксические конструкции.
ООП дважды делало попытку «сломать» эту древнюю концепцию программирования, но «оковы» классического стиля кодирования данных и алгоритмов все еще крепки.
Уровень и квалификация
Компьютерное дело началось с вычислений, но скорость, с какой нарастает ускорение движения в сферу обработки информации, еще недостаточно велика, чтобы классическое программирование стало невозможным и перестало существовать.
Объективно также и то, что разработчик не настаивает, а заказчик не требует реального решения реальных задач. Обе стороны привыкли ограничиваться доступными инструментами и привычными возможностями.
Формы полиморфизма ООП, идеи инкапсуляции кода и наследование свойств (методов) лежат в сфере программирования, но никак не в сфере решаемой задачи.
Показательный пример - библиотека PHPOffice/PHPWord. Для её использования нужна квалификация разработчика, нужно создавать собственную систему объектов, но текущий уровень заказчика (требования заказчика) - это тривиальная композиция, которую программист перекрывает своей разработкой (иначе требования не удовлетворить). Ситуация вроде такой:
В данном случае применение библиотеки - задача форматирования документов, например, диплом или диссертация должны быть оформлены по стандарту. Заказчик предъявил свои требования, а программист пошел своим путем гораздо дальше.
Выполнен полный разбор документа, его сборка в нужном формате, исполнена работа с таблицами любого уровня вложенности, слияние и разделение ячеек, печать в любом направлении и пр.
Полиморфизм и ООП
Лучшего определения для полиморфизма не придумать, как сослаться на историю развития идеи объектно-ориентированного программирования, столь популярную ныне, столь часто используемую, но нереализованную в сути своей до сих пор.
- инкапсуляция;
- полиморфизм;
- наследование.
Некоторые добавляют ещё: абстракция, и чаще всего именно этот, причем действительно основной момент, используют как фундамент для описания сущности ООП.
Итак, мнения об ООП полиморфны: описывают одно, сконструированы по-разному, или, наоборот, описывают разное, но базируются на четырех одинаковых позициях.
Демократическое начало не свойственно области информационных технологий, но следует отдать должное: сочетание и совместное существование множества мнений об одном и том же - это реальный полиморфизм в действии.
Популярные определения полиморфизма
ООП - очередной этап развития информационных технологий. С этим мало кто спорит, но его основные аксиомы и положения так разнятся в части семантики, что не заслуживают внимания вне их совокупности.
- Полиморфизм в программировании - это способность предоставлять один и тот же интерфейс для различных базовых форм (типов данных).
- Полиморфизм - возможность объектов иметь различную реализацию.
- Полиморфизмом называется способность функции...
- Классика (от создателя С/С++): «один интерфейс - много реализаций».
- Параметрический полиморфизм подразумевает...
- Полиморфизм - положение теории типов...
- Абстракция невозможна без инкапсуляции и наследования, как невозможен полиморфизм без наследования...
Можно согласиться, что всё это относится к одному и тому же: но форма выражения мысли, сущность и содержание - не подобны. Но что-то общее всё же есть.
Сущность: разработчик - заказчик
Классическая разработка программ предполагает наличие программиста и задачи (клиент, заказчик). Программист исследует задачу, формализует её и делает код, который приводит к решению. Заказчик отрицает всё предложенное или только его часть, указывая на недоработки, и программист делает свою работу вновь.
Такой круговорот процесса решения задачи наводит на мысль, что здесь явно совмещены две совершенно разные сущности:
- компьютер не может сам решить задачу;
- нужна программа, чтобы компьютер мог «понять» и «решить» задачу.
Задача - сфера компетенции заказчика, программа - это алгоритм «адаптации» задачи к возможностям компьютера - сфера компетенции программиста. Роль последнего заключается в «адаптации» компьютера к требованиям задачи, а это лишнее!
Предлагает абстрагироваться . Есть объекты - это сфера заказчика; есть реализация объектов - это сфера программиста. Никакой «технологической» связи между заказчиком и разработчиком. Идея кардинальная, не реализованная по сей день, но что-то уже стабильно работает.
Окна, кнопки и другие объекты
История the Air Art Technology, Object Magazine, Turbo Vision, Graph Vision - это уже история. Мало кто помнит эти реализации ООП, они практически не используются и забыты, но оконный интерфейс Windows знаком миллионам пользователей, а объекты в средах PHP, JavaScript и других языках интернет-технологий применяются сотнями тысяч разработчиков кода, о них знают миллионы посетителей веб-ресурсов.
Вероятно, это единственно правильный путь, по которому должно было развиваться ООП: инкапсуляция, наследование, полиморфизм для разработчика, но не для пользователя. Характерно, что именно эта позиция была основной при разработке визуального оформления (интерфейса) программного обеспечения Windows, прикладных программ типа Turbo Vision и Graph Vision.
Концепция, положенная в основу продуктов типа the Air Art Technology и Object Magazine, существенно отличалась. Здесь абстрактный объект был самым первым предком информационной структуры, инкапсулировал на абстрактном уровне код обработки информации. Объекты окон, кнопок, элементов визуального оформления здесь были вторичны.
В первом варианте (Windows & etc.) парадигма ООП: инкапсуляция, наследование, полиморфизм обозначалась на уровне абстрактного предка, а реализация кода формировалась на уровне каждого конкретного потомка по ветке наследования согласно нужным структуре и содержанию.
Во втором варианте (the Air Art Technology и Object Magazine) важен уровень абстрактного объекта. Что будет у конкретного потомка - не суть, главное, чтобы его ветка наследования удовлетворяла требованиям всех родителей вниз до корневой абстракции.
Объект и система объектов: алгоритм
Идеальная объектно-ориентированная концепция может манипулировать только объектами и системами объектов.
В современных языках программирования под объектом (классом) обычно понимают описание объекта и экземпляр объекта, причем, чтобы воспользоваться описанием объекта, языки позволяют программисту работать со статическими объектами, в то время как динамический объект - описания, со своим уникальным содержанием и структурой, но использующий те же методы (свойства) описания.
Текущая практика относит понятие объекта к инструменту, то есть к языку программирования, интерфейсу, доступу к базе данных, соединению по сети, но нет ничего, что указывает на интересы заказчика, на решаемую задачу.
Это идеально для простого ООП: полиморфизм дает возможность делать, в частности, разнообразные элементы дизайна, но управлять ими одним и тем же кодом. Но здесь не идет речи об объектах задачи, которая вовсе не рассматривается как предмет для объектно-ориентированного анализа.
Программисты приняли ООП как средство для повышения качества и производительности своей работы, но не уступили ни капли «своей территории» заказчику. Основные понятия ООП - инкапсуляция, наследование, полиморфизм - остались в сфере разработки, а не трансплантировались в сферу задачи.
Объект и система объектов: задача и решение
Компьютер - программист - задача. Среднее звено лишнее. Идеально должно существовать только два, относительно зависимых, контура: (компьютер - программист) - задача. То есть, пользователь, заказчик или посетитель имеет инструмент для решения своей задачи. Как реализован инструмент, заказчика не волнует.
В идеале это просто компьютер, который способен понять, что хочет заказчик, и сделать то, что он хочет. Как это будет выглядеть: локальная программа или сайт, доступный через браузер, специальная программа распределенной обработки информации, информационная система для заказчика - не важно.
Существенно, что между задачей и компьютером нет лишнего звена, но первое понимаемо и решаемо вторым. Для достижения такой цели компьютер и заказчик должны быть связаны одной системой объектов, причем смысл, структуру и содержание каждого объекта определяет заказчик, а методы и свойства объектов реализует программист.
Идеально, когда работа заказчика по созданию нужной ему системы объектов и работа по реализации методов и свойств этих объектов разнесены во времени. Чем дальше отстоит реализация системы объектов (программист) от её смыслового наполнения (заказчик), тем качественнее процесс.
Ничто не мешает заказчику и программисту взаимодействовать в процессе решения задачи, но важно четкое разделение семантики. Каждый должен заниматься своим делом, программист не обязан осваивать область применения задачи, а заказчик не должен разбираться в коде и уж, тем более, стороны не должны давать друг другу советы в том, что их не касается.
Традиционное и объектное программирование
Базовые постулаты ООП: инкапсуляция, наследование, полиморфизм в том виде, в котором они стали привычны и востребованы, приводят к заметному улучшению качества и надежности кода, значительно ускоряют работу программиста и имеют массу других положительных качеств.
Но воз и ныне там: классическое программирование не уступает своих позиций, и многие объектно-ориентированные идеи реализованы классическим кодом.
Однако идеи ООП и рекурсия привели к адекватному влиянию на синтаксис классических операторов синтаксиса, на логику построения обычного кода, не имеющего никакого отношения к объектно-ориентированному стилю письма и мышления.
Списки и очереди преобразились, появилось понятие первого и последнего элемента массива, появились циклы «по каждому», а ссылочные варианты именования, использования и исполнения стали ещё более востребованными, чем раньше.
Собственно, сам факт, что переменные потеряли свое «чёткое» лицо (тип переменной может меняться по мере надобности, а описывать переменную вовсе нет необходимости) говорит, что классика, на самом деле, давно стала объектно-ориентированной и признала основные принципы ООП: инкапсуляция, наследование, полиморфизм как идеи, имеющие существенное значение.
Что в основе: объект или система
Абстракция, как основное концептуальное положение ООП, вне зависимости от того, где находится зона ответственности (реализация) объекта - на уровне первого абстрактного объекта или на уровне конкретного потомка, - оставляет открытым вопрос: с чего всё начинать, с объекта или с системы?
Если в основу положить объект, то он никогда не станет системой, поскольку система будет находиться внутри него, а сам он станет жёстким образом вполне конкретного начала. Здесь с абстракцией возникают проблемы: начальный объект точно фиксирует основное в решаемой задаче, то есть он уже не переносим на другую задачу.
Если в основу положить систему объектов, то получается система систем. Это трудно представить в отношении конкретной задачи, и с чего начинать разработку - тоже сложно понять. По большому счёту, полиморфизм ООП c его различиями в сущностях, формах реализации, количествах актуальных параметров в функциях даёт представление о системе, которая лежит в начале, как:
- о вариантах решения задачи (например, меню);
- о начальных условиях (применение задачи в разных условиях, данных);
- о режимах работы (тестирование, настройка, работа).
Но это и подобное ему не даёт никаких оснований ставить в основу решения задачи систему объектов. Часто достаточно определить один единственный начальный объект.
История процесса решения задачи
Важнейшие принципы ООП: полиморфизм и абстракция - определяют приоритетом начальный объект как систему объектов. В споре, что должно быть раньше, курица или яйцо, здесь победа достается курице.
Нет никаких сомнений в том, что всё должно начинаться с абстрактного объекта, а не с системы объектов. Но если учесть фактор времени и приложить его на уровне каждого объекта, начиная с самого первого абстрактного, то противоречивая мысль положить в начало решения и объект, и систему является единственно разумной.
Если классическая концепция программирования в ходе решения задачи меняет данные, содержимое базы данных, изменяет файлы и пр., то в концепции ООП полиморфизм, инкапсуляция и фактор времени меняют содержание, структуру и свойства системы объектов решаемой задачи.
Программиста в ООП меньше всего интересует понятие файл, база данных, алгоритм, - это частности, здесь программист мыслит объектами, но объекты существуют во времени и изменяются в ходе достижения желаемого.
Таким образом, в начале лежит объект как система объектов и логика этой системы - шкала времени: запуск задачи, формирование первого объекта, ввод или сбор данных, формирование следующего объекта, но ничто не мешает первому объекту приступить к следующему решению.
Каждый уровень объектов выступает как самостоятельная система объектов, то есть, это один объект, но в контексте начавшегося процесса и значения времени - это система объектов на шкале времени. Для полноценной реализации ООП полиморфизм, наследование и фактор времени в совокупности обеспечивают динамику первого, то есть объект может не только меняться с течением времени, но и порождать объекты, не предусмотренные разработчиком, порожденные исполнением задачи по ходу процесса, проектируемые заказчиком.
Реальный полиморфизм ООП, пример
Сложность задач, которая по силам ООП, не сравнима с той, что доступна классическому варианту написания программ. Конечно, решить любую задачу всегда доступно обычным образом, но вопрос, сколько это будет «стоить» времени и сил, часто делает результат бесполезным.
Не так давно была разработана библиотека PHPOffice/PHPWord, но для того чтобы использовать её возможности, практически всегда приходится создавать собственную систему объектов. Например, простой файл *.docx:
представляет собой zip-архив множества файлов и папок в формате Office Open XML (OpenXML, OOXML). Каждый файл записан в тегами XML, причём при добавлении, изменении и удалении букв, слов, таблиц, списков и пр. элементов содержимое файлов начинает представлять собой последовательность тегов, которые не всегда содержат полные элементы, часто один элемент записывается множеством тегов.
Если представить этот файл в виде последовательности тегов, получится интересная картинка:
Легко заметить, что первый и единственный абзац документа представлен множеством тегов. Что касается таблицы и встроенных в неё таблиц, то объём описания всех элементов не поддается восприятию, но доступен объектно-ориентированному приложению.
На самом деле, на рисунке зеленое - это тестовый вывод тегов, желтое - параметры и тип тега, бежевое - содержание. Созданные объекты ориентированы на машинную обработку. Для человека становятся доступны только операции открытия файла документа, его форматирование и запись.
Решение простое и практичное, а вот реализация ориентирована больше на компьютер, нежели на человека, по причине объемности выполняемого функционала и сложных взаимосвязей между объектами.
Состояние области ООП
Развитие систем управления сайтами, технологий настройки и управления серверами, опыт разработки динамичных сайтов сделали объектно-ориентированное программирование доступным каждому. Проблема в том, как изменить свое мышление и привыкнуть мыслить на уровне объектов, а не в контексте последовательно исполняемого кода.
Обычно переход от классического программирования к объектно-ориентированному занимает два-три месяца, но затраты окупаются с лихвой. Потенциал современных языков программирования, в первую очередь PHP и JavaScript, удовлетворит самого искушенного разработчика.
Современное ООП - полиморфизм, наследование и возможности формирования свойств объектов - удобны и практичны, синтаксис языков и вспомогательные инструменты обеспечивают комфорт в работе и эффективность кода.
Перспективы объектной идеи
Сколько продержится классическое программирование и как будет развиваться ООП - сказать достаточно сложно. Судя по всему, разработчики инструментальных средств не планируют рассматривать контекст потребителя (пользователя, заказчика).
Инструментарий ООП - полиморфизм, наследование, инкапсуляция и абстракция - ориентируются на разработчика.
Современные информационные системы и веб-ресурсы стремятся отражать реальную действительность, обеспечивать функционирование реальных объектов и создавать среду для их функционирования, настолько простую, что она будет доступна потребителю, далекому от программирования, полностью погруженному в сферу своей компетенции.
Полиморфизм – это принцип ООП, который позволяет использовать один интерфейс и разные алгоритмы. Целью полиморфизма, применительно к ООП, является использование одного имени для задания разных действий. Выполнение действия будет определяться типом данных.
Виды полиморфизма:
Статический (определяется во время компиляции). Перегрузка функций, методов, операторов и т.д.
Динамический (определяется во время выполнения). Содержит виртуальные функции и методы.
22. Наследование как механизм реализации полиморфизма, создания иерархий классов. Типы наследования.
Наследование – механизм ООП, посредством которого новые классы создаются на базе существующих. Эти классы наследуют свойства и поведение базовых классов и могут приобрести новые. Это позволяет уменьшить объем программы и время на ее разработку. Полиморфизм позволяет нам писать программы для обработки большого разнообразия логически связанных классов. Наследование и полиморфизм представляют собой эффективные методики для разработки сложных программ.
Типы наследования: прямое и косвенное, простое и множественное.
23. Классы. Базовые, производные, полиморфные, абстрактные, виртуаль-ные. Примеры.
Класс – особый тип данных, в котором описываются и атрибуты данных и действия, выполняемые над атрибутами.
Базовый класс – класс, члены которого наследуются.
Производный класс – класс, который наследует чужие члены.
Полиморфный класс – класс, содержащий виртуальные методы.
Абстрактный класс – класс, содержащий чисто виртуальные методы.
Виртуальный класс - класс, который при множественном наследовании не включается в классы-потомки, а заменяется ссылкой в них, во избежание дублирования.
24. Принципы раннего и позднего связывания.
Связывание - это процедура установки связи между идентификатором, используемым коде программы, и его физическим объектом (в общем случае любым программным компонентом: переменной, процедурой, модулем, приложением и т. д.)
Ранее связывание - установка таких связей до начала выполнения программы. Обычно под этим понимается связывание в процессе компиляции исходных модулей и компоновки исполняемого модуля из объектных.
Позднее связывание - установка связей в процессе выполнения программы. Речь идет обычно либо о динамических связях (когда только в ходе работы приложения определяется какие объекты будут нужны) либо о формировании таких объектов во время работы.
25. Использование языка uml для спецификации
26. Описание иерархий классов диаграммами uml.
Отношения классов через . И показать разные отношения: прямое, косвенное, множественное.
27. Классы-шаблоны. Описание в uml.
Шабло́н класса - средство языка C++, предназначенное для кодирования обобщённых алгоритмов классов, без привязки к некоторым параметрам (например, типам данных, размерам буферов, значениям по умолчанию).
Синтаксис:
template
class NAME_CLASS
NAME_CLASS
JAVA основывается на концепциях объектно-ориентированного программирования, что позволяет перейти на более высокий уровень абстракции, чтобы разрешить любую проблему реалистичным путем. Объектно-ориентированный подход концептуализирует решение проблемы в плоскости объектов реального мира, которые легче повторно использовать в приложении. Например, Chair (стул), Fan (вентилятор), Dog (Собака), Computer (компьютер) и так далее. В JAVA класс представляет собой макет, шаблон или прототип, который определяет общее поведение объекта данного типа. Экземпляр - это отдельная реализация класса, и все экзепляры класса имеют одинаковые свойства, которые описаны в определении класса. Например, вы можете опрделить класс с именем House (дом) с количеством комнат в качестве атрибута и создать экземпляры класса, такие как дом с двумя комнатами, дом с тремя комнатами и так далее. Преимущества: Ниже перечислены некоторые плюсы объектно-ориентированной разработки программного обеспечения (ПО).
- Снижение затрат на поддержку ПО, в основном за счет того, что она осуществляется модульно.
- Усовершенствованное повторное использование кода благодаря таким качествам, как наследование, и, как результат, более быстрая разработка ПО.
- Повышенные надежность и гибкость кода.
- Легкость понимания вследствие моделирования реального мира.
- Лучшая абстракция на уровне объекта.
- Уменьшение сложности перехода от одной фазы разработки к другой.
- Инкапсуляция
- Наследование
- Полиморфизм
- Абстракция
Инкапсуляция
Инкапсуляция выступает договором для объекта, что он должен скрыть, а что открыть для доступа другими объектами. В JAVA мы используем модификатор доступа private для того, чтобы скрыть метод и ограничить доступ к переменной из внешнего мира. JAVA также располагает различными модификаторами доступа: public , по умолчанию, protected , private , которые используются для ограничения видимости на разных уровнях. Но конечной целью является инкапсуляция тех вещей, которые не должны быть изменены. Лучше всего работает подход, при котором, у класса должна быть только одна причина для изменения, и инкапсулирование воплощает в реальность проектирование этой “одной причины”. Правильным в инкапсуляции считается сокрытие часто изменяющихся вещей во избежание повреждения других классов. Преимущества: Ниже представлены некоторые преимущества инкапсуляции:- Мы можем защитить внутреннее состояние объекта с помощью сокрытия его атрибутов.
- Это улучшает модульное построение кода, так как предотвращает взаимодействие объектов неожиданными способами.
- Повышается практичность кода.
- Это поддерживает договорные отношения конкретного объекта.
- Инкапсуляция облегчает поддержку ПО.
- Изменения в коде могут производиться независимо друг от друга.
Полиморфизм
Полиморфизм в программировании - это способность предоставлять один и тот же интерфейс для различных базовых форм (типов данных). Это означает, что классы, имеющие различную функциональность, совместно используют один и тот же интерфейс и могут быть динамически вызваны передачей параметров по ссылке. Классический пример - это класс Shape (фигура) и все классы, наследуемые от него: square (квадрат), circle (круг), dodecahedron (додекаэдр), irregular polygon (неправильный многоугольник), splat (клякса) и так далее. В этом примере каждый класс будет иметь свой собственный метод Draw() и клиентский код может просто делать: Shape shape = new Shape () ; Shape.area() чтобы получить корректное поведение любой фигуры Красота полиморфизма заключается в том, что код, работая с различными классами, не должен знать, какой класс он использует, так как все они работают по одному принципу. Процесс, применяемый объектно-ориентированными языками программирования для реализации динамического полиморфизма, называется динамическим связыванием. Примечание: Полиморфизм - это способность выбирать более конкретные методы для исполнения в зависимости от объекта. Полиморфизм осуществляется тогда, когда не задействованы абстракные классы. Преимущества:- Создание повторно используемого кода. То есть, как только класс создан, реализован и протестирован, он может свободно использоваться без заботы о том, что конкретно в нем написано.
- Это обеспечивает более универсальный и слабосвязанный код.
- Понижается время компиляции, что ускоряет разработку.
- Динамическое связывание.
- Один и тот же интерфейс может быть использован для создания методов с разными реализациями.
- Вся реализация может быть заменена с помощью использования одинаковых сигнатур метода.
Наследование
Наследование - это включение поведения (т.е. методов) и состояния (т.е. переменных) базового класса в производный класс, таким образом они становятся доступны в этом производном классе. Главное преимущество наследования в том, что оно обеспечивает формальный механизм повторного использования кода и избегает дублирования. Унаследованный класс расширяет функциональность приложения благодаря копированию поведения родительского класса и добавлению новых функций. Это делает код сильно связанным. Если вы захотите изменить суперкласс, вам придется знать все детали подклассов, чтобы не разрушить код. Наследование - это форма повторного использования программного обеспечения, когда из уже существующего класса (суперкласса) создается новый класс (подкласс), который расширяет свою функциональность и при этом использует некоторые свойства суперкласса. Так что, если у вас есть класс-родитель, а потом появляется класс-наследник, то наследник наследует все вещи, которыми обладает родитель. Преимущества:- Усовершенствованное повторное использование кода.
- Устанавливается логическое отношение «is a» (является кем-то, чем-то). Например: Dog is an animal . (Собака является животным).
- Модуляризация кода.
- Исключаются повторения.
- Сильная связанность: подкласс зависит от реализации родительского класса, что делает код сильно связанным.
| Что еще почитать: |
|---|
Абстракция
Абстракция означает разработку классов исходя из их интерфейсов и функциональности, не принимая во внимание реализацию деталей. Абстрактный класс представляет собой интерфейсы без включения фактической реализации. Он отличает реализацию объекта от его поведения. Абстракция упрощает код, скрывая несущественные детали. Преимущества:- Применяя абстракцию, мы можем отделить то, что может быть сгруппировано по какому-либо типу.
- Часто изменяемые свойства и методы могут быть сгруппированы в отдельный тип, таким образом основной тип не будет подвергаться изменениям. Это усиливает принцип ООП: «Код должен быть открытым для Расширения, но закрытым для Изменений» .
- Абстракция упрощает представление доменных моделей.
- Множественное наследование .
- Слабая связанность . Происходит абстракция операции, такая как разделение на уровни, а конкретной реализацией может быть что угодно: JDBC, JPA, JTA и т.д.
- Программа-интерфейс не реализуется .
- Полиморфизм с динамическим связыванием : раскрывается програмный интерфейс объекта без раскрытия его фактической реализации.
- Абстрактные уровни , разделение функциональностей.
- Интерфейс - это договорные отношения с классами, которые этот интерфейс реализуют, о том, что реализация происходит путём, обозначенным интерфейсом. Это пустая оболочка с объявленными методами.
- Абстрактный класс определяет некоторое общее поведение и просит свои подклассы определить нетипичное или конкретное поведение для своего класса.
- Методы и члены абстрактного класса могут быть обозначены любым модификатором доступа, в свою очередь все методы интерфейса обязаны быть открытыми (public).
- Когда происходит наследование абстрактного класса, класс-наследник должен определить абстрактные методы, в то время как интерфейс может наследовать другой интерфейс и при этом не обязательно определять его методы.
- Класс-наследник может расширять только один абстрактный класс, а интерфейс может расширять или класс может реализовывать множество других интерфейсов.
- Класс-наследник может определять абстрактные методы с тем же или менее ограниченным модификатором доступа, при этом класс, реализующий интерфейс, должен определять методы с тем же уровнем видимости.
- Интерфейс не содержит конструкторы, в том время, как они есть в абстрактном классе.
- Переменные, объявленные в Java-интерфейсе по умолчанию являются final. Абстрактный класс может содержать переменные, которые не являются final.
- Все участники Java-интерфейса по умолчанию являются public . Участники абстрактного класса могут позволить себе быть public , protected и др.
Композиция
Повторное использование кода может быть достигнуто с помощью как наследования, так и композиции. Но при этом задействование композиции обеспечивает более высокий уровень инкапсуляции, чем наследование, так как изменения в back-end классе не обязательно затронут код, который относится к front-end классу. Композиция - это техника проектирования, применяющая в классах отношения типа “has-a” (имеет, включает в себя). Для повторного использования кода могут применяться как наследование в java, так и композиция объекта. Суть композиции заключается в выражении отношения "has a" между объектами. Подумайте о стуле. У стула есть (has a) сидение. У стула есть (has a) спинка. У стула есть (has a) определенное количество ножек. Фраза ”has a” / “есть” предполагает отношения, в которых стул имеет или, как минимум, использует другой объект. Это как раз и есть отношения “has-a”, являющиеся основой композиции. Преимущества:- Контроль видимости
- Реализация может быть заменена во время выполнения (run-time)
- Слабая связанность, так как класс-интерфейс не зависит от реализации.
| № | Композиция (has a / имеет) | Наследование (is a / является) |
|---|---|---|
| 1 | Поддерживает полиморфизм и повторное использование кода. | |
| 2 | Объект во время выполнения (run-time) уже создан. | Объект создается динамически во время компиляции. |
| 3 | Реализация может быть заменена во время выполнения (run-time). | Реализация может быть заменена во время компиляции. |
| 4 | Подкласс не зависит от класса-родителя, что благоприятствует слабому связыванию (особенно под управлением интерфейса). | Подкласс завизист от реализации класса-родителя, поэтому связывание считается сильным. |
| 5 | Использование: в Доме есть Ванная комната. Неправильно говорить, что Дом - это Ванная комната. | Наследование является однонаправленным: Дом - это Здание. Но здание не является домом. |