Концепции объектно-ориентированного программирования JAVA. Объектно-ориентированное программирование (ООП): полиморфизм Что такое полиморфизм и инкапсуляция
PHP, ООП, Инкапсуляция, Наследование, Полиморфизм
В этом уроке я расскажу Вам о трех основных понятиях Объектно-Ориентированного Программирования: об Инкапсуляции, Наследовании, Полиморфизме; И научу Вас применять их в разработке.
Инкапсуляция
Инкапсуляция - свойство языка программирования, позволяющее объединить и защитить данные и код в объект и скрыть реализацию объекта от пользователя (программиста). При этом пользователю предоставляется только спецификация (интерфейс ) объекта.
Иными словами при работе с грамотно спроектированным классом мы можем пользоваться только его методами, не вникая в то, как они устроены и как они работают с полями класса. Речь идет о ситуации, когда мы работаем с классом, разработанным другими программистами. Мы же просто пользуемся уже реализованным функционалом.
Приведем другой пример. Принципы инкапсуляции как скрытия внутренней реализации заложены в любой функции PHP. Возможно, вам уже известна функция strpos() для работы со строками из стандартной библиотеки PHP. Эта функция ищет в строке заданную последовательность символов и возвращает ее позицию в виде числа. Если задуматься над реализацией этой функции, то можно предположить, что нам потребуется в цикле просматривать каждый символ от начала строки на совпадение с начальным символом искомой последовательности и в случае такового сравнивать следующие два символа и т. д. Но нам как программистам нет необходимости задумываться над этим и вникать в тонкости реализации данной функции. Нам достаточно знать параметры , которые она принимает, и формат возвращаемого значения . Функция strpos() инкапсулирует в себе решение задачи поиска подстроки, предлагая нам лишь внешний интерфейс для ее использования.
Аналогичным образом правильно спроектированные классы скрывают свою внутреннюю реализацию, предоставляя внешним пользователям интерфейс в виде набора методов.
В языке PHP концепция инкапсуляции реализована в виде специальных модификаторов доступа к полям и методам классов. Об этом мы поговорим далее.
Наследование
Наследование - механизм объектно-ориентированного программирования, позволяющий описать новый класс на основе уже существующего (родительского), при этом свойства и функциональность родительского класса заимствуются новым классом.
Давайте приведем пример наследования из реальной жизни. В качестве класса можно взять геометрическую фигуру. При этом мы не уточняем, какой конкретно фигура должна быть. Какие свойства фигуры можно выделить? Предположим, она обладает цветом. Тогда в классе, описывающем фигуру, должно быть соответствующее поле строкового типа, задающее цвет фигуры. Также любая геометрическая фигура обладает площадью. Пусть площадь будет вторым свойством нашего класса.
Теперь предположим, что нашей программе требуется работать с конкретными геометрическими фигурами : квадратами и треугольниками , в том числе с их геометрическим положением на плоскости. Очевидно, что описание треугольников и квадратов с помощью класса Фигура будет недостаточным, потому что она не хранит информацию о геометрическом положении. Поэтому нам потребуется ввести еще два класса: Квадрат и Треугольник . При этом допустим, что в нашей программе нам также потребуются цвета и площади фигур. Эта ситуация как раз и требует использования наследования. Потому что любой квадрат и треугольник в программе заведомо является фигурой, т. е. имеет цвет и площадь. В то же время каждая фигура требует дополнительных данных (помимо цвета и площади) для своего описания, что решается вводом двух дополнительных классов для квадратов и треугольников , которые наследуются от класса Фигура .
Это значит, что в классах Квадрат и Треугольник нам не придется повторно задавать поля цвета и площади. Достаточно указать, что упомянутые классы наследуются от класса Фигура.
Теперь давайте рассмотрим еще один пример, более приближенный к реалиям веб-программистов. Сейчас в Интернете огромную популярность завоевали различные блоги. Фактически блог - это просто набор статей. И ключевой сущностью при разработке блога является именно статья.
А теперь давайте представим, что в нашем будущем блоге статьи могут иметь различные типы. Для начала остановимся на двух типах: обычная статья-заметка и новостная статья. Для новостной статьи важна дата ее публикации, ведь она несет в себе некоторую конкретную новость.
Чтобы реализовать эту ситуацию в PHP, нам потребуется определить два класса: класс для обычной статьи-заметки и класс для новостной статьи. При этом пусть новостная статья расширяет возможности обычной статьи, т. е. наследуется от нее. Для наследования классов в PHP используется ключевое слово extends .
Class { ... // содержимое класса } class { ... // содержимое класса }
Приведенный код определяет класс NewsArticle как наследника Article . Класс Article в свою очередь является родительским для класса NewsArticle . Это значит, что поля и методы класса Article будут также присутствовать в классе NewsArticle , и заново их определять не нужно.
С помощью наследования можно выстраивать целую иерархию классов, наследуя один от другого. В то же время у любого класса может быть только один родитель:
Иногда у нас может появиться необходимость переопределить один из методов родительского класса. Давайте еще раз приведем реализацию класса Article :
Class Article { ... // поля класса // Функция для вывода статьи function view() { echo "
$this->title
$this->content
"; } }Предположим, что вывод новостной статьи должен отличаться от представления обычной статьи, и мы должны дополнительно выводить время публикации новости. При этом в классе Article уже существует метод view() , отвечающий за вывод статьи. Можно поступить двумя способами. В первом случае можно придумать новый метод в классе NewsArticle , например, с именем viewNews() специально для вывода новости. Однако правильнее использовать одинаковые методы для выполнения схожих действий в наследуемых классах. Поэтому будет лучше, если метод для вывода новости в классе NewsArticle будет называться так же, как и в родительском классе - view() . Для реализации такой логики в PHP существует возможность переопределять родительские методы, т. е. задавать в дочерних классах методыс названиями, совпадающими в родительских классах. Реализация этих методов в родительских классах в таком случае становится неактуальной для класса-потомка. Давайте приведем пример класса NewsArticle с переопределенным методом view() :
Class NewsArticle extends Article { $datetime; // дата публикации новости // Функция для вывода статьи function view() { echo "
$this->title
". strftime("%d.%m.%y", $this->datetime). " Новость$this->content
"; } }В приведенном коде используется функция strftime() , которая позволяет выводить даты в удобном виде. Для лучшего понимания кода ознакомьтесь со спецификацией этой функции в справочнике. Для нас же сейчас важно, чтобы вы обратили внимание на то, что класс NewsArticle , как и Article , определяет метод view() . Соответственно, все объекты этого класса будут использовать метод view() , объявленный в классе NewsArticle , а не в Article .
У вас может возникнуть вопрос: почему же все-таки важно переопределять некоторые методы вместо того, чтобы вводить новые методы у классов-потомков? Понимание этого придет вместе с пониманием следующей важнейшей концепции ООП.
Полиморфизм
Полиморфизм - взаимозаменяемость объектов с одинаковым интерфейсом.
Язык программирования поддерживает полиморфизм, если классы с одинаковой спецификацией могут иметь различную реализацию - например, реализация класса может быть изменена в процессе наследования. Это именно то, что мы видели в предыдущем примере со статьями.
Давайте рассмотрим следующий пример, который дает представление о сути полиморфизма :
Class A
{
function Test() { echo "Это класс A
"; }
function Call() { $this->Test(); }
}
class B extends A
{
function Test() { echo "Это класс B
"; }
}
$a = new A();
$b = new B();
$a->Call(); // выводит: "Это класс A"
$b->Test(); // выводит: "Это класс B"
$b->
Обратите внимание на комментарии к трем последним строчкам. Попытайтесь самостоятельно объяснить такой результат . Желательно собственноручно реализовать и протестировать этот пример. Потратьте время на то, чтобы работа сценария стала вам полностью ясна, т. к. в этом небольшом примере заложен глубокий смысл ООП. Теперь давайте попробуем вместе разобрать предложенный код.
$a->Call(); // выводит: "Это класс A"
В этой строке происходит вызов метода Call() у объекта класса А . Как и определено в функции Call() класса A , происходит вызов метода Test() . Отрабатывает метод Test() у объекта класса A , и на экран выводится текст "Это класс А ".
$b->Test(); // выводит: "Это класс B"
В данной строке происходит вызов метода Test() у объекта класса B . Метод Test() класса B выводит на экран текст "Это класс В ".
$b->Call(); // выводит: "Это класс B"
Наконец, в последней строке происходит вызов класса Call() у объекта класса В . Но в реализации класса B мы не увидим такого метода, а это значит, что он наследуется от класса A , т. к. класс B - это потомок класса A . Что же мы видим в реализации метода Call() класса A ? Следующий код:
$this->Test();
Метод Call() вызывает метод Test() того объекта, в котором находится. Это значит, что отработает метод Test() объекта класса B . Именно этим объясняется результат, выведенный на экране.
В этом и заключается принцип полиморфизма . Классы могут иметь одинаковые методы , но разную их реализацию. Разрабатывая код сценария, мы можем знать лишь общую для группы классов спецификацию их методов, но не иметь представления, экземпляр какого именно класса будет использоваться в конкретный момент времени.
Понятия инкапсуляции, наследования и полиморфизма можно назвать тремя китами ООП . Понимание и грамотное применение принципов этих концепций - залог успеха разработки с применением ООП.
Полиморфизм — одна из трех основных парадигм ООП. Если говорить кратко, полиморфизм — это способность обьекта использовать методы производного класса, который не существует на момент создания базового. Для тех, кто не особо сведущ в ООП, это, наверно, звучит сложно. Поэтому рассмотрим применение полиморфизма на примере.
Постановка задачи
Предположим, на сайте нужны три вида публикаций — новости, объявления и статьи. В чем-то они похожи — у всех них есть заголовок и текст, у новостей и объявлений есть дата. В чем-то они разные — у статей есть авторы, у новостей — источники, а у объявлений — дата, после которой оно становится не актуальным.Самые простые варианты, которые приходят в голову — написать три отдельных класса и работать с ними. Или написать один класс, в которым будут все свойства, присущие всем трем типам публикаций, а задействоваться будут только нужные. Но ведь для разных типов аналогичные по логике методы должны работать по-разному. Делать несколько однотипных методов для разных типов (get_news, get_announcements, get_articles) — это уже совсем неграмотно. Тут нам и поможет полиморфизм.
Абстрактный класс
Грубо говоря, это класс-шаблон. Он реализует функциональность только на том уровне, на котором она известна на данный момент. Производные же классы ее дополняют. Но, пора перейти от теории к практике. Сразу оговорюсь, рассматривается примитивный пример с минимальной функциональностью. Все объяснения — в комментариях в коде.abstract class
Publication
{
// таблица, в которой хранятся данные по элементу
protected
$table
;
// свойства элемента нам неизвестны
protected
$properties
= array();
// конструктор
{
// обратите внимание, мы не знаем, из какой таблицы нам нужно получить данные
$result
=
mysql_query
("SELECT * FROM `"
.
$this
->
table
.
"` WHERE `id`=""
.
$id
.
"" LIMIT 1"
);
// какие мы получили данные, мы тоже не знаем
$this
->
properties
=
mysql_fetch_assoc
($result
);
}
// метод, одинаковый для любого типа публикаций, возвращает значение свойства
public function
get_property
($name
)
{
if (isset($this
->
properties
[
$name
]))
return
$this
->
properties
[
$name
];
Return
false
;
}
// метод, одинаковый для любого типа публикаций, устанавливает значение свойства
public function
set_property
($name
,
$value
)
{
if (!isset($this
->
properties
[
$name
]))
return
false
;
$this -> properties [ $name ] = $value ;
Return
$value
;
}
// а этот метод должен напечатать публикацию, но мы не знаем, как именно это сделать, и потому объявляем его абстрактным
abstract public function
do_print
();
}
Производные классы
Теперь можно перейти к созданию производных классов, которые и реализуют недостающую функциональность.class
News
extends
Publication
{
// конструктор класса новостей, производного от класса публикаций
public function
__construct
($id
)
{
// устанавливаем значение таблицы, в которой хранятся данные по новостям
$this
->
table
=
"news_table"
;
parent
::
__construct
($id
);
}
Public function
do_print
()
{
echo
$this
->
properties
[
"title"
];
echo
"
"
;
echo
$this
->
properties
[
"text"
];
echo
"
Источник: "
.
$this
->
properties
[
"source"
];
}
}
Class
Announcement
extends
Publication
{
// конструктор класса объявлений, производного от класса публикаций
public function
__construct
($id
)
{
// устанавливаем значение таблицы, в которой хранятся данные по объявлениям
$this
->
table
=
"announcements_table"
;
// вызываем конструктор родительского класса
parent
::
__construct
($id
);
}
// переопределяем абстрактный метод печати
public function
do_print
()
{
echo
$this
->
properties
[
"title"
];
echo
"
Внимание! Объявление действительно до "
.
$this
->
properties
[
"end_date"
];
echo
"
"
.
$this
->
properties
[
"text"
];
}
}
Class
Article
extends
Publication
{
// конструктор класса статей, производного от класса публикаций
public function
__construct
($id
)
{
// устанавливаем значение таблицы, в которой хранятся данные по статьям
$this
->
table
=
"articles_table"
;
// вызываем конструктор родительского класса
parent
::
__construct
($id
);
}
// переопределяем абстрактный метод печати
public function
do_print
()
{
echo
$this
->
properties
[
"title"
];
echo
"
"
;
echo
$this
->
properties
[
"text"
];
echo
"
"
.
$this
->
properties
[
"author"
];
}
}
Теперь об использовании
Суть в том, что один и тот же код используется для обьектов разных классов.// наполняем массив публикаций объектами, производными от Publication
$publications
= new
News
($news_id
);
$publications
= new
Announcement
($announcement_id
);
$publications
= new
Article
($article_id
);
Foreach ($publications
as
$publication
) {
// если мы работаем с наследниками Publication
if ($publication
instanceof
Publication
) {
// то печатаем данные
$publication
->
do_print
();
} else {
// исключение или обработка ошибки
}
}
Вот и все. Легким движением руки брюки превращаются в элегантные шорты:-).
Основная выгода полиморфизма — легкость, с которой можно создавать новые классы, «ведущие себя» аналогично родственным, что, в свою очередь, позволяет достигнуть расширяемости и модифицируемости. В статье показан всего лишь примитивный пример, но даже в нем видно, насколько использование абстракций может облегчить разработку. Мы можем работать с новостями точно так, как с объявлениями или статьями, при этом нам даже не обязательно знать, с чем именно мы работаем! В реальных, намного более сложных приложениях, эта выгода еще ощутимей.
Немного теории
- Методы, которые требуют переопределения, называются абстрактными. Логично, что если класс содержит хотя бы один абстрактный метод, то он тоже является абстрактным.
- Очевидно, что обьект абстрактного класса невозможно создать, иначе он не был бы абстрактным.
- Производный класс имеет свойства и методы, принадлежащие базовому классу, и, кроме того, может иметь собственные методы и свойства.
- Метод, переопределяемый в производном классе, называется виртуальным. В базовом абстрактном классе об этом методе нет никакой информации.
- Суть абстрагирования в том, чтобы определять метод в том месте, где есть наиболее полная информация о том, как он должен работать.
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
Генетический полиморфизм - это состояние, при котором наблюдается длительное разнообразие генов, но при этом частота наиболее редко встречающегося гена в популяции больше одного процента. Поддержание его происходит за счет постоянной мутации генов, а также их постоянной рекомбинации. Согласно исследованиям, которые провели ученые, генетический полиморфизм получил широкое распространение, ведь комбинаций гена может быть несколько миллионов.
Большой запас
От большого запаса полиморфизма зависит лучшая адаптация популяции к новой среде обитания, и в таком случае эволюция происходит намного быстрее. Произвести оценку всего количества полиморфных аллелей, используя традиционные генетические методы, нет практической возможности. Связано это с тем, что наличие определенного гена в генотипе осуществляется за счет скрещивания особей, которые имеют различные фенотипические особенности, определяемые геном. Если знать, какую часть в определенной популяции составляют особи, имеющие различный фенотип, то становится возможным установить количество аллелей, от которых зависит формирование того или иного признака.
Как все начиналось?
Генетика стала бурно развиваться в 60-е годы прошлого столетия, именно тогда стал применяться или ферментов в геле, который позволил определить генетический полиморфизм. Что это за метод? Именно при помощи него вызывается перемещение белков в электрическом поле, которое зависит от размера перемещаемого белка, его конфигурации, а также суммарного заряда в разных участках геля. После этого, в зависимости от расположения и числа пятен, которые появились, проводится идентификация определившегося вещества. Чтобы оценить полиморфизм белка в популяции, стоит исследовать приблизительно 20 или большее количество локусов. Затем с использованием математического метода определяется количество а также соотношение гомо- и гетерозигот. По данным исследований, одни гены могут быть мономорфными, а другие - необычайно полиморфными.
Виды полиморфизма
Понятие полиморфизма чрезвычайно широкое, оно включает в себя переходный и сбалансированный вариант. Зависит это от селективной ценности гена и естественного отбора, который давит на популяцию. Помимо этого, он может быть генным и хромосомным.
Генный и хромосомный полиморфизм
Генный полиморфизм представлен в организме аллелями в количестве более одного, ярким примером этого может стать кровь. Хромосомный представляет собой различия в пределах хромосом, который происходит за счет аберраций. При этом в гетерохроматиновых участках есть различия. В случае отсутствия патологии, которая приведет к нарушению или гибели, такие мутации носят нейтральный характер.
Переходный полиморфизм
Переходный полиморфизм возникает в том случае, когда в популяции происходит замещение аллеля, который когда-то был обычным, другим, который обеспечивает своего носителя большей приспосабливаемостью (это также называется множественным аллелизмом). При данной разновидности есть направленный сдвиг в процентном содержании генотипов, за счет него происходит эволюция, и осуществляется ее динамика. Явление индустриального механизма может стать хорошим примером, который охарактеризует переходный полиморфизм. Что это такое, показывает простая бабочка, которая с развитием промышленности сменила белый цвет своих крыльев на темный. Данное явление начали наблюдать в Англии, где более чем 80 видов бабочек из бледно-кремовых цветов стали темными, что впервые подметили после 1848 года в Манчестере в связи с бурным развитием промышленности. Уже в 1895 году более 95% пядениц приобрели темную окраску крыльев. Связаны такие перемены с тем, что стволы деревьев стали более закопченными, и светлые бабочки стали легкой добычей дроздов и малиновок. Перемены произошли за счет мутантных меланистических аллелей.
Сбалансированный полиморфизм
Определение "полиморфизм сбалансированный" характеризует отсутствие сдвига любых числовых соотношений различных форм генотипов в популяции, которая находится в стабильных условиях среды обитания. Это означает, что из поколения в поколение соотношение остается одним и тем же, но может незначительно колебаться в пределах той или иной величины, которая является постоянной. В сравнении с переходным, сбалансированный полиморфизм - что это? Он в первую очередь является статикой эволюционного процесса. И. И. Шмальгаузен в 1940 году дал ему также название равновесного гетероморфизма.
Пример сбалансированного полиморфизма
Наглядным примером сбалансированного полиморфизма может стать наличие двух полов у многих моногамных животных. Связано это с тем, что у них есть равноценные селективные преимущества. Соотношение их в пределах одной популяции всегда равное. При наличии в популяции полигамии селективное соотношение представителей обоих полов может быть нарушено, в таком случае представители одного пола могут либо полностью уничтожиться, либо устраняются от размножения в большей степени, чем представители противоположного пола.
Другим примером может стать групповая принадлежность крови по системе АВ0. В этом случае частота различных генотипов в различных популяциях может быть различной, но наравне с этим из поколения в поколение она не меняет своего постоянства. Проще говоря, ни один генотип не имеет селективного преимущества перед другим. По данным статистики, мужчины, имеющие первую группу крови, имеют большую ожидаемую продолжительности жизни, чем остальные представители сильного пола с другими группами крови. Наравне с этим, риск развития язвенной болезни 12-перстной кишки при наличии первой группы выше, но она может перфорироваться, и это станет причиной смерти в случае позднего оказания помощи.
Генетическое равновесие
Данное хрупкое состояние может нарушаться в популяции как следствие возникающих они при этом должны быть с определенной частой и в каждом поколении. Исследования показали, что полиморфизмы генов системы гемостаза, расшифровка которых дает понять, эволюционный процесс способствует данным изменениям или, наоборот, противодействует, крайне важны. Если проследить ход мутантного процесса в той или иной популяции, то можно также судить о ее ценности для адаптации. Она может быть равна единице, если в процессе отбора мутация не исключается, и препятствий к ее распространению нет.
Большинство случаев показывают, что ценность таких генов менее единицы, а в случае неспособности таких мутантов к размножению и вовсе все сводится к 0. Мутации такого рода отметаются в процессе естественного отбора, но это не исключает неоднократное изменение одного и того же гена, что компенсирует элиминацию, которая осуществляется отбором. Тогда достигается равновесие, мутировавшие гены могут появляться или, наоборот, исчезать. Это приводит к сбалансированности процесса.
Пример, который может ярко охарактеризовать происходящее, - серповидноклеточная анемия. В данном случае доминантный мутировавший ген в гомозиготном состоянии способствует ранней гибели организма. Гетерозиготные организмы выживают, но они более восприимчивы к заболеванию малярией. Сбалансированный полиморфизм гена серповидноклеточной анемии можно проследить в местах распространения данного тропического заболевания. В такой популяции гомозиготы (особи с одинаковыми генами) элиминируются, наравне с этим действует отбор в пользу гетерозигот (особей с разными генами). За счет происходящего разновекторного отбора в генофонде популяции происходит поддержание в каждом поколении генотипов, которые обеспечивают лучшую приспосабливаемость организма к условиям среды обитания. Наравне с наличием гена серповидноклеточной анемии в есть и другие разновидности генов, характеризующие полиморфизм. Что это дает? Ответом на этот вопрос станет такое явление, как гетерозис.
Гетерозиготные мутации и полиморфизм
Гетерозиготный полиморфизм предусматривает отсутствие фенотипических изменений при наличии рецессивных мутаций, даже если они несут вред. Но наравне с этим они могут накапливаться в популяции до высокого уровня, который может превышать вредные доминантные мутации.
эволюционного процесса
Эволюционный процесс является непрерывным, и обязательным его условием есть полиморфизм. Что это - показывает постоянная приспосабливаемость той или иной популяции к среде своего обитания. Разнополые организмы, которые обитают в пределах одной группы, могут быть в гетерозиготном состоянии и передаваться из поколения в поколение на протяжении многих лет. Наравне с этим фенотипического проявления их может и не быть - за счет огромного запаса генетической изменчивости.
Ген фибриногена
В большинстве случаев исследователями рассматривается полиморфизм гена фибриногена как предшествующее состояние для развития ишемического инсульта. Но в данный момент на первый план выходит проблема, при которой генетические и приобретенные факторы способны оказывать свое влияние на развитие данного заболевания. Данная разновидность инсульта развивается за счет тромбоза артерий головного мозга, а, изучая полиморфизм гена фибриногена, можно понять многие процессы, влияя на которые, недуг можно предупредить. Связи генетических изменений и биохимических показателей крови в данный момент учеными недостаточно изучены. Дальнейшие исследования позволят влиять на ход заболевания, изменять его течение или просто предупреждать его на ранней стадии развития.
