intro.md

Объектно-ориентированное программирование

• Объектно-ориентированное программирование
  • Осторожно
  • Введение
  • Базовые понятия
  • Ключевые черты ООП
    • Наследование
    • Инкапсуляция
    • Полиморфизм
    • Абстракция
  • Полезные ссылки

Осторожно

Вообще говоря, ООП - это крайне холиварная тема. В свое время, да и сейчас тоже, на ней было вскормлено и выращено не одно поколение троллей.

В Java мире есть даже люди со своим видением того, что такое ООП и как с ним работать.

Яркий пример - Егор Бугаенко - на момент написания этой статьи его можно было найти по ссылке: Егор Бугаенко.

Рекомендую крайне аккуратно читать его материалы. Там есть много интересных идей, но многие вещи навязываются крайне агрессивно и иногда не совсем логично, на мой взгляд.

Я надеюсь, что вы откроете эту главу при дневном свете - а значит тролли вам страшны не будут, поэтому давайте начнем.

Введение

Про ООП можно говорить очень долго, люди пишут книги и статьи посвященные этому и я решил, что здесь лучше дать поверхностное определение ООП, что называется, "на пальцах". Мы рассмотрим основные принципы и приведем примеры использования.

Итак, начнем.

Любая программа - это данные и операции над ними.

В процедурном программировании данные обычно отделены от операций, которые используются для манипуляции с этими данными. Одни и те же процедуры применяются к данным разного рода. Вспомните свои программы на C или Pascal, где функциональность программы определяется в основном набором процедур и функций для обработки данных. Сами данные при этом имеют второстепенное значение, они как бы "размазаны" по программе или в структурах.

Объектно-ориентированное программирование - это методология, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определённого класса, а классы, в свою очередь, образуют иерархию наследования.

При объектно-ориентированном подходе и данные, и операции(код), используемые для манипулирования ими, инкапсулируются в одном объекте. В таком случае, данные - это свойства или атрибуты объекта, а операции - это поведение объекта, то, что он может сделать.

Т.е объектно-ориентированное программирование задумывалось как попытка связать данные и операции над ними, его поведение, а также спроецировать объекты реального мира на программный код. Ведь человеку проще мыслить в таких абстракциях, где объекты подчинены некоторой классификации и выстроены в иерархии связей.

Идея подхода в том, чтобы составить иерархии объектов, которые взаимодействуют в программе и написать код, который описывает взаимодействие этих объектов.

Базовые понятия

Мы будем оперировать такими понятиями как Класс и Объект класса, иногда еще говорят instance класса. Так вот, Класс - это описание методов и свойств Объекта, а Объект - это уже его сущность.

Класс - это как техническое описание прибора, купленного вами в электронном дискаунтере. Он описывает то, какими свойствами должен обладать прибор: материал, цвет и т.д. Эти свойства уникальны, ведь для каждого прибора они свои. Свойства объекта - это его состояние.

Кроме этого класс описывает еще и поведение объекта, то как с ним взаимодействовать. Поведение - это методы класса. Все объекты, являющиеся экземплярами одного и того же класса, ведут себя одинаково. Поведение объекта определяется методами, которые можно вызвать.

Объект - это уже непосредственно сам прибор, сделанный по техническому описанию, со своим уникальным набором свойств и описанным поведением.

Самое лаконичное описание объекта предложил Буч:

«Объект обладает состоянием, поведением и индивидуальностью».

В ООП понятию поведение выделена настолько большая роль, что существует специальный термин для этого: Интерфейс.

Когда мы садимся за руль автомобиля вы видите(на момент написания этого текста все было именно так): руль, педали, рычаг коробки переключения передач и т.д. Т.е интерфейс взаимодействия с машиной.

Всегда существует некоторый ограниченный набор элементов управления, с которыми вы можете взаимодействовать. Точно то же самое и в программировании. Такой набор элементов называется интерфейс.

Приведем пример:

public class Printer {
    public String color;
    public String mark;
    public int printSpeed;

    void print() {
        System.out.println("Printing");
    }

    void scan() {
        System.out.println("Scan");
    }
}

Состояние класса - это цвет, марка, скорость печати. Поведение - печать, сканирование.

Закрепим:

1. Класс – это способ описания сущности, определяющий состояние и поведение, зависящее от этого состояния, а также правила для взаимодействия с данной сущностью.

2. Объект - это отдельный представитель Класса, имеющий конкретное состояние и поведение, которое полностью определяется Классом.

3. Интерфейс - это набор методов класса, доступных для использования другими объектами.

   Подробнее про Интерфейс.

Ключевые черты ООП

Прежде всего, какие принципы ООП мы знаем?

Пока вы не перебили меня:

1. Наследование
2. Инкапсуляция
3. Полиморфизм
4. Абстракция

Это фундаментальные свойства. Язык, претендующий называться объектно-ориентированным, должен обладать ими.

О каждом из них поговорим подробнее.

Наследование

Наследование — это инструмент, позволяющий описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствованной функциональностью. Это мощный инструмент переиспользования кода и создания собственных иерархий.

Борьба с повторяемостью - это попытка переиспользовать уже написанный код, избегая его дублирования.

Класс, от которого производится наследование, называется базовым, родительским или суперклассом. Новый класс — потомком, наследником, дочерним или производным классом.

Из описания выше можно сделать вывод, что при наследовании класс-потомок перенимает и состояние, и поведение класса-родителя.

Необходимо отметить, что производный класс полностью удовлетворяет спецификации родительского, однако может иметь дополнительную функциональность.

Еще раз, наследование - это приобретение и состояния, и поведения класса-родителя. Эти два и крайне важны в понимании.

Самый яркий пример наследования, который приводится в любых книгах - это иерархия классов фигура, круг, квадрат и т.д. Круг - это фигура, квадрат - это тоже фигура. Т.е фигура - это родительский класс, а квадрат и круг - наследники.

Несмотря на кажущуюся простоту и неоспоримые плюсы, которые несет за собой подобный подход, у него существует также ряд существенных недостатков.

Главный минус состоит в том, что удачно применить наследование получается крайне редко, а злоупотребление им настолько серьезно может испортить код и вашу жизнь, что многие считают наследование опасным или даже вредным в использовании.

В Java решили ограничить безконтрольное использование тем, что наследоваться можно только от одного родительского класса.

Проще говоря - в Java отсутствует множественное наследование.

Поэтому использовать наследование надо с умом и осторожностью.

Более подробно об этом в главе, полностю посвященной этой теме:

Наследование

Инкапсуляция

Слово Инкапсуляция происходит от лат. in capsula, capsula - "коробочка".

Инкапсуляция - механизм, позволяющий объединить данные и методы, работающие с этими данными, в единый объект и скрыть детали реализации от пользователя.

С инкапсуляцией каждый читатель сталкивается каждый день. Для примера возьмем автомобиль: все детали реализации автомобиля скрыты. Вы не доберетесь до мотора просто так, а уж до того, что внутри мотора - тем более. Для вас, как для пользователя, как для водителя, автомобиль предоставляет интерфейс взаимодействия: руль, педали, коробка передач. Вы жмете газ и едете, при этом что происходит внутри можно и не понимать. Детали реализации машина едет скрыты.

Простым примером может служить также сцена на почте из фильма 'Люди в черном 2'(почтовая машина, сортирующая почту, и инопланетянин, сидящий внутри).

Из этого следует, что инкапсуляция неразрывно связана с понятием интерфейса класса. Грубо говоря, всё то, что не входит в интерфейс, инкапсулируется внутри класса.

Подробнее про инкапсуляцию:

Инкапсуляция

Полиморфизм

Слово полиморфизм происходит от др.-греч. πολύμορφος «многообразный».

Представим, что вы получили водительские права. Когда вы получаете права - это говорит о том, что вы умеете водить автомобиль, при этом не важно какой он был марки - вы умеете водить машину, будь это ВАЗ-2109 или Alfa Romeo 159 TI.

Вы садитесь в любой автомобиль и практически сразу знаете что делать. Иначе получалось бы так, что под каждый автомобиль надо было заново учиться и сдавать на права и обучение вождению не имело бы смысла, ведь так?

Ровно о том же самом и Полиморфизм.

Полиморфизм – это свойство системы использовать объекты с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта.

При этом поведение каждого типа будет зависеть от реализации. Ровно также, как и с автомобилем: несмотря на то, что интерфейс одинаковый и у ВАЗ-2109, и Alfa Romeo 159 TI, однако последний автомобиль будет более резок, быстр и управляем, нежели старина ВАЗ.

Как проявляется полиморфизм в Java? Например, есть классы: Square, Line, Circle. У каждого из этих классов определен метод draw. Возникает случай, когда нам надо перебрать и отрисовать набор фигур, среди которых есть и Square, и Line, и Circle.

Такой код, без возможности работать с объектами полиморфно, будет выглядть в виде:

Square  [] squares = new Square  [10];
Line    [] lines = new Line    [10];
Circle  [] circles = new Circle  [10];

for (int i = 0; i < squares.length; i++){
    // вызов метода draw() в случае, если ячейка не пустая.
    if (s[i] != null) 
        s.draw();
}
for(int i = 0; i < lines.length; i++){
    if (l[i] != null) 
        l.draw();
}
for(int i = 0; i < circles.length; i++){
    if (c[i] != null)
        c.draw();
}

С помощью возможности работать с объектом полиморфно, можно выделить общий интерфейс или предка, объявить там необходимое поведение и далее работать не с конкретной реализацией каждой фигуры:

public class Shape
{
    public void draw()
    {
        System.out.println("Фигура");
    }
}

public class Point extends Shape
{
    public void draw() {
         System.out.println("Квадрат");
    }
}

public class Line extends Shape
{
    public void draw() {
         System.out.println("Линия");
    }
}

public class Сircle extends Shape {
     public void draw() {
         System.out.println("Круг");
     }
}

public class Triangle extends Shape {
     public void draw() {
         System.out.println("Треугольник");
     }
}

Shape[] shapes = new Shape[] {new Shape(), new Triangle(), new Square(), new Сircle()};

// Полиморфно работаем с объектом
for(int i = 0; i < a.length; i++) {
     a[i].draw();
}

Через абстрактные классы и интерфейсы разработчик выставляет дозволенные рамки изменений в наследниках и то, как полиморфно будут взаимодействовать с этими объектами. Ключевым моментом в полиморфизме является именно способность использовать объект вне зависимости от его реализации.

Любой объект в Java, который может пройти более одного теста is-a отношения считается полиморфным.

Абстракция

Абстрагирование – это способ выделить набор значимых характеристик объекта, исключая из рассмотрения незначимые. Соответственно, Абстракция – это набор всех таких характеристик.

Основная идея состоит в том, чтобы представить объект минимальным набором полей и методов и при этом с достаточной точностью для решаемой задачи.

Абстракция - это по сути выстраивание архитектуры вашего кода.

Правильно подобраные абстракции позволят вам сделать вашу программу максимально поддерживаемой и понятной. В то же время слабая абстракция даст вам неподдерживаемый и переосложненный, трудно понимаемый код.

Абстрагирование не является атрибутом исключительно ООП, да и вообще программирования.

Процесс создания уровней абстракции распространяется практически на все области знаний человека.

Так, мы можем делать суждения о материалах, не вдаваясь в подробности их молекулярной структуры. Можем рассуждать о сложных механизмах, например, о компьютере или автомобиле, не вспоминая отдельные детали этих сущностей.

Полезные ссылки

0. ООП в картинках
1. Объектно-ориентированное программирование
2. ООП с примерами, Часть 1
3. ООП с примерами, Часть 2
4. Полиморфизм простыми словами Sergey Ufocoder
5. Про полиморфизм
6. Полиморфизм простыми словами Sergey Ufocoder
7. Java Courses With Kovalevskyi Модуль 2. Урок 1. Введение в ООП.

Также стоит познакомиться с SOLID

Но не все так радужно, поэтому и недостатки стоит знать.

Минусы ООП:

1. Десять вещей, которые я терпеть не могу в ООП
2. Я не знаю ООП

Также я очень советую посмотреть интересный доклад Николая Алименкова.