Tw-city.info

IT Новости
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Объектно ориентированное программирование на языке c

Введение в ООП с примерами на C#. Часть первая. Все, что нужно знать о полиморфизме

  • Переводы, 14 июля 2016 в 21:00
  • Пётр Соковых

Я много писал на смежные темы, вроде концепции MVC, Entity Framework, паттерна «Репозиторий» и т.п. Моим приоритетом всегда было полное раскрытие темы, чтобы читателю не приходилось гуглить недостающие детали. Этот цикл статей опишет абсолютно все концепции ООП, которые могут интересовать начинающих разработчиков. Однако эта статья предназначена не только для тех, кто начинает свой путь в программировании: она написана и для опытных программистов, которым может потребоваться освежить свои знания.

Сразу скажу, далеко в теорию мы вдаваться не будем — нас интересуют специфичные вопросы. Где это будет нужно, я буду сопровождать повествование кодом на C#.

Что такое ООП и в чём его плюсы?

«ООП» значит «Объектно-Ориентированное Программирование». Это такой подход к написанию программ, который основывается на объектах, а не на функциях и процедурах. Эта модель ставит в центр внимания объекты, а не действия, данные, а не логику. Объект — реализация класса. Все реализации одного класса похожи друг на друга, но могут иметь разные параметры и значения. Объекты могут задействовать методы, специфичные для них.

ООП сильно упрощает процесс организации и создания структуры программы. Отдельные объекты, которые можно менять без воздействия на остальные части программы, упрощают также и внесение в программу изменений. Так как с течением времени программы становятся всё более крупными, а их поддержка всё более тяжёлой, эти два аспекта ООП становятся всё более актуальными.

Что за концепции ООП?

Сейчас коротко о принципах, которые мы позже рассмотрим в подробностях:

  • Абстракция данных: подробности внутренней логики скрыты от конечного пользователя. Пользователю не нужно знать, как работают те или иные классы и методы, чтоб их использовать. Подходящим примером из реальной жизни будет велосипед — когда мы ездим на нём или меняем деталь, нам не нужно знать, как педаль приводит его в движение или как закреплена цепь.
  • Наследование: самый популярный принцип ООП. Наследование делает возможным повторное использование кода — если какой-то класс уже имеет какую-то логику и функции, нам не нужно переписывать всё это заново для создания нового класса, мы можем просто включить старый класс в новый, целиком.
  • Инкапсуляция: включение в класс объектов другого класса, вопросы доступа к ним, их видимости.
  • Полиморфизм: «поли» значит «много», а «морфизм» — «изменение» или «вариативность», таким образом, «полиморфизм» — это свойство одних и тех же объектов и методов принимать разные формы.
  • Обмен сообщениями: способность одних объектов вызывать методы других объектов, передавая им управление.

Ладно, тут мы коснулись большого количества теории, настало время действовать. Я надеюсь, это будет интересно.

Полиморфизм

В этой статье мы рассмотрим буквально все сценарии использования полиморфизма, использование параметров и разные возможные типы мышления во время написания кода.

Перегрузка методов

  • Давайте создадим консольное приложение InheritanceAndPolymorphism и класс Overload.cs с тремя методами DisplayOverload с параметрами, как ниже:

В главном методе Program.cs теперь напишем следующее:

И теперь, когда мы это запустим, вывод будет следующим:

DisplayOverload 100
DisplayOverload method overloading
DisplayOverload method overloading100

Класс Overload содержит три метода, и все они называются DisplayOverload , они различаются только типами параметров. В C# (как и в большистве других языков) мы можем создавать методы с одинаковыми именами, но разными параметрами, это и называется «перегрузка методов». Это значит, что нам нет нужды запоминать кучу имён методов, которые совершают одинаковые действия с разными типами данных.

Что нужно запомнить: метод идентифицируется не только по имени, но и по его параметрам.
Если же мы запустим следующий код:

Мы получим ошибку компиляции:

Error: Type ‘InheritanceAndPolymorphism.Overload’ already defines a member called ‘DisplayOverload’ with the same parameter types

Здесь вы можете видеть две функции, которые различаются только по возвращаемому типу, и скомпилировать это нельзя.

Что нужно запомнить: метод не идентифицируется по возвращаемому типу, это не полиморфизм.
Если мы попробуем скомпилировать

…то у нас это не получится:

Error: Type ‘InheritanceAndPolymorphism.Overload’ already defines a member called ‘DisplayOverload’ with the same parameter types

Здесь присутствуют два метода, принимающих целое число в качестве аргумента, с той лишь разницей, что один из них помечен как статический.

Что нужно запомнить: модификаторы вроде static также не являются свойствами, идентифицирующими метод.
Если мы запустим нижеследующий код, в надежде, что теперь-то идентификаторы у методов будут разными:

То нас ждёт разочарование:

Error: Cannot define overloaded method ‘DisplayOverload’ because it differs from another method only on ref and out

Что нужно запомнить: на идентификатор метода оказывают влияние только его имя и параметры (их тип, количество). Модификаторы доступа не влияют. Двух методов с одинаковыми идентификаторами существовать не может.

Роль ключевого слова params в полиморфизме

Параметры могут быть четырёх разных видов:

  • переданное значение;
  • преданная ссылка;
  • параметр для вывода;
  • массив параметров.

С первыми тремя мы, вроде, разобрались, теперь подробнее взглянем на четвёртый.

  • Если мы запустим следующий код:

То получим две ошибки:

Error1: The parameter name ‘a’ is a duplicate

Error2: A local variable named ‘a’ cannot be declared in this scope because it would give a different meaning to ‘a’, which is already used in a ‘parent or current’ scope to denote something else

Отсюда следуют вывод: имена параметров должны быть уникальны. Также не могут быть одинаковыми имя параметра метода и имя переменной, созданной в этом же методе.

  • Теперь попробуем запустить следующий код:

Overload.cs

Program.cs

Мы получим следующий вывод:

Akhil
Akhil 1
Akhil 2
Akhil 3

Мы можем передавать одинаковые ссылочные параметры столько раз, сколько захотим. В методе Display строка name имеет значение «Akhil». Когда мы меняем значение x на «Akhil1», на самом деле мы меняем значение name , т.к. через параметр x передана ссылка именно на него. То же и с y — все эти три переменных ссылаются на одно место в памяти.

Overload.cs

Program.cs

Это даст нам такой вывод:

Akhil 100
Mittal 100
OOP 100
Akhil 200

Нам часто может потребоваться передать методу n параметров. В C# такую возможность предоставляет ключевое слово params .

Важно: это ключевое слово может быть применено только к последнему аргументу метода, так что метод ниже работать не будет:

    В случае DisplayOverload первый аргумент должен быть целым числом, а остальные — сколь угодно много строк или наоборот, ни одной.

200 100
300 100
100 200

Важно запомнить: C# достаточно умён, чтоб разделить обычные параметры и массив параметров, даже если они одного типа.

    Посмотрите на следующие два метода:

    Разница между ними в том, что первый запустится, и такая синтаксическая конструкция будет подразумевать, что в метод будет передаваться n массивов строк. Вторая же выдаст ошибку:

    Error: The parameter array must be a single dimensional array

    Запомните: массив параметров должен быть одномерным.

  • Следует упомянуть, что последний аргумент не обязательно заполнять отдельными объектами, можно его использовать, будто это обычный аргумент, принимающий массив, то есть:

Overload.cs

Program.cs

Вывод будет следующим:

Akhil 3
Ekta 3
Arsh 3

Однако такой код:

Уже вызовет ошибку:

Error: The best overloaded method match for ‘InheritanceAndPolymorphism.Overload.DisplayOverload(int, params string[])’ has some invalid arguments

Error:Argument 2: cannot convert from ‘string[]’ to ‘string’

Думаю, тут всё понятно — или, или. Смешивать передачу отдельными параметрами и одним массивом нельзя.

  • Теперь рассмотрим поведение следующей программы:

Overload.cs

Program.cs

После её выполнения мы получим в консоли:

Это происходит из-за того, что при подобном синтаксисе массив передаётся по ссылке. Однако стоит отметить следующую особенность:

Результатом выполнения такого кода будет

Ведь из переданных параметров C# автоматически формирует новый, временный массив.

  • Теперь поговорим о приоритете языка в выборе методов. Предположим, у нас есть такой код:

C# рассматривает методы с массивом параметров последними, так что во втором случае будет вызван метод, принимающий два целых числа. В первом и третьем случае будет вызван метод с params , так как ничего кроме него запустить невозможно. Таким образом, на выходе мы получим:

parameterArray
The two integers 200 300
parameterArray

  • Теперь кое-что интересное. Как вы думаете, каким будет результат выполнения следующей программы?

Overload.cs

Program.cs

В консоли мы увидим:

System.Int32 System.String System.Double
System.Object[] System.Object[] System.Int32 System.String System.Double

То есть, в первом и в четвёртом случаях массив передаётся именно как массив, заменяя собой objectParamArray , а во втором и третьем случаях массив передаётся как единичный объект, из которого создаётся новый массив из одного элемента.

В заключение

В этой статье мы рассмотрели перегрузку методов, особенности компиляции, с ней связанные, и буквально все возможные случаи использования ключевого слова params . В следующей мы рассмотрим наследование. Напоследок ещё раз повторим основные пункты, которые нужно запомнить:

  • Метод идентифицируется не только по имени, но и по его параметрам.
  • Метод не идентифицируется по возвращаемому типу.
  • Модификаторы вроде static также не являются свойствами, идентифицирующими метод.
  • На идентификатор метода оказывают влияние только его имя и параметры (их тип, количество). Модификаторы доступа не влияют. Двух методов с одинаковыми идентификаторами существовать не может.
  • Имена параметров должны быть уникальны. Также не могут быть одинаковыми имя параметра метода и имя переменной, созданной в этом же методе.
  • Ключевое слово params может быть применено только к последнему аргументу метода.
  • C# достаточно умён, чтоб разделить обычные параметры и массив параметров, даже если они одного типа.
  • Массив параметров должен быть одномерным.

Основы объектно-ориентированного программирования

C# — Руководство по C# — Основы объектно-ориентированного программирования

Все основанные на объектах языки (C#, Java, С++, Smalltalk, Visual Basic и т.п.) должны отвечать трем основным принципам объектно-ориентированного программирования (ООП), которые перечислены ниже:

Инкапсуляция

Как данный язык скрывает детали внутренней реализации объектов и предохраняет целостность данных?

Наследование

Как данный язык стимулирует многократное использование кода?

Полиморфизм

Как данный язык позволяет трактовать связанные объекты сходным образом?

Прежде чем погрузиться в синтаксические детали реализации каждого принципа, важно понять базовую роль каждого из них.

Роль инкапсуляции

Инкапсуляция — это механизм программирования, объединяющий вместе код и данные, которыми он манипулирует, исключая как вмешательство извне, так и неправильное использование данных. В объектно-ориентированном языке данные и код могут быть объединены в совершенно автономный черный ящик. Внутри такого ящика находятся все необходимые данные и код. Когда код и данные связываются вместе подобным образом, создается объект. Иными словами, объект — это элемент, поддерживающий инкапсуляцию.

Т.е. инкапсуляция представляет собой способности языка скрывать излишние детали реализации от пользователя объекта. Например, предположим, что используется класс по имени DatabaseReader, который имеет два главных метода: Open() и Close().

Фиктивный класс DatabaseReader инкапсулирует внутренние детали нахождения, загрузки, манипуляций и закрытия файла данных. Программистам нравится инкапсуляция, поскольку этот принцип ООП упрощает кодирование. Нет необходимости беспокоиться о многочисленных строках кода, которые работают «за кулисами», чтобы реализовать функционирование класса DatabaseReader. Все, что потребуется — это создать экземпляр и отправлять ему соответствующие сообщения (например, «открыть файл по имени AutoLot.mdf, расположенный на диске С:»).

С идеей инкапсуляции программной логики тесно связана идея защиты данных. В идеале данные состояния объекта должны быть специфицированы с использованием ключевого слова private (или, возможно, protected). Таким образом, внешний мир должен вежливо попросить, если захочет изменить или получить лежащее в основе значение. Это хороший принцип, поскольку общедоступные элементы данных можно легко повредить (даже нечаянно, а не преднамеренно).

Основной единицей инкапсуляции в C# является класс, который определяет форму объекта. Он описывает данные, а также код, который будет ими оперировать. В C# описание класса служит для построения объектов, которые являются экземплярами класса. Следовательно, класс, по существу, представляет собой ряд схематических описаний способа построения объекта.

Код и данные, составляющие вместе класс, называют членами. Данные, определяемые классом, называют полями, или переменными экземпляра. А код, оперирующий данными, содержится в функциях-членах, самым типичным представителем которых является метод. В C# метод служит в качестве аналога подпрограммы. (К числу других функций-членов относятся свойства, события и конструкторы.) Таким образом, методы класса содержат код, воздействующий на поля, определяемые этим классом.

Роль наследования

Следующий принцип ООП — наследование — касается способности языка позволять строить новые определения классов на основе определений существующих классов. По сути, наследование позволяет расширять поведение базового (или родительского) класса, наследуя основную функциональность в производном подклассе (также именуемом дочерним классом):

Т.е. наследование представляет собой процесс, в ходе которого один объект приобретает свойства другого объекта. Это очень важный процесс, поскольку он обеспечивает принцип иерархической классификации. Если вдуматься, то большая часть знаний поддается систематизации благодаря иерархической классификации по нисходящей.

Если не пользоваться иерархиями, то для каждого объекта пришлось бы явно определять все его свойства. А если воспользоваться наследованием, то достаточно определить лишь те свойства, которые делают объект особенным в его классе. Он может также наследовать общие свойства своего родителя. Следовательно, благодаря механизму наследования один объект становится отдельным экземпляром более общего класса.

Роль полиморфизма

Последний принцип ООП — полиморфизм. Он обозначает способность языка трактовать связанные объекты в сходной манере. В частности, этот принцип ООП позволяет базовому классу определять набор членов (формально называемый полиморфным интерфейсом), которые доступны всем наследникам. Полиморфный интерфейс класса конструируется с использованием любого количества виртуальных или абстрактных членов.

По сути, виртуальный член — это член базового класса, определяющий реализацию по умолчанию, которая может быть изменена (или, говоря более формально, переопределена) в производном классе. В отличие от него, абстрактный метод — это член базового класса, который не предусматривает реализации по умолчанию, а предлагает только сигнатуру. Когда класс наследуется от базового класса, определяющего абстрактный метод, этот метод обязательно должен быть переопределен в производном классе. В любом случае, когда производные классы переопределяют члены, определенные в базовом классе, они по существу переопределяют свою реакцию на один и тот же запрос.

Рассмотрим для примера стек, т.е. область памяти, функционирующую по принципу «последним пришел — первым обслужен». Допустим, что в программе требуются три разных типа стеков: один — для целых значений, другой — для значений с плавающей точкой, третий — для символьных значений. В данном примере алгоритм, реализующий все эти стеки, остается неизменным, несмотря на то, что в них сохраняются разнотипные данные. В языке, не являющемся объектно-ориентированным, для этой цели пришлось бы создать три разных набора стековых подпрограмм с разными именами. Но благодаря полиморфизму для реализации всех трех типов стеков в C# достаточно создать лишь один общий набор подпрограмм. Зная, как пользоваться одним стеком, вы сумеете воспользоваться и остальными.

В более общем смысле понятие полиморфизма нередко выражается следующим образом: «один интерфейс — множество методов«. Это означает, что для группы взаимосвязанных действий можно разработать общий интерфейс. Полиморфизм помогает упростить программу, позволяя использовать один и тот же интерфейс для описания общего класса действий. Выбрать конкретное действие (т.е. метод) в каждом отдельном случае — это задача компилятора. Программисту не нужно делать это самому. Ему достаточно запомнить и правильно использовать общий интерфейс.

Классы и объекты

В данном уроке мы рассмотрим классы в C++ и познакомимся с объектно-ориентированным программированием. Объектно-ориентированное программирование или ООП — это одна из парадигм программирования. Парадигма — это, другими словами, стиль. Парадигма определяет какие средства используются при написании программы. В ООП используются классы и объекты. Все наши предыдущие программы имели элементы разных парадигм: императивной, процедурной, структурной.

Мы можем написать одинаковую программу в разных парадигмах. Парадигмы не имеют чёткого определения и часто пересекаются.

Давайте посмотрим на пример. Допустим, в нашей игре есть танки и они могут стрелять, при стрельбе у них уменьшается боезапас. Как мы можем это смоделировать без ООП:

У нас есть структура, которая содержит поле, представляющее количество снарядов, и есть функция атаки, в которую мы передаём танк. Внутри функции мы меняем количество снарядов. Так может выглядеть игра на языке C: структуры отдельно от функций, которые совершают действия со структурными переменными. Данную ситуацию можно смоделировать по-другому с помощью объектно-ориентированного программирования (Object-Oriented Programming, OOP) — ООП.В ООП действия привязываются к объектам.

Определение классов в C++

Класс — это пользовательский тип данных (также как и структуры). Т.е. тип данных, который вы создаёте сами. Для этого вы пишете определение класса. Определение класса состоит из заголовка и тела. В заголовке ставится ключевое слов class, затем имя класса (стандартный идентификатор C++). Тело помещается в фигурные скобки. В C++ классы и структуры почти идентичны. В языке C в структурах можно хранить только данные, но в C++ в них можно добавить действия.

В C++ ключевые слова struct и class очень близки и могут использоваться взаимозаменяемо. У них есть только одно отличие (об этом ниже). Вот как можно определить такой же класс с помощью struct:

Отличие только первом ключевом слове. В одном из прошлых уроков мы уже обсуждали структуры. что мы видим новое? Ключевые слова private и public — это спецификаторы доступа. Также мы видим, что внутри класса мы можем вставлять определения функций.

Определение класса это чертёж. Оно говорит нам из каких данных состоит класс и какие действия он может совершать. т.е. происходит объединение данных и действий в одной сущности.

Переменные и методы класса

Класс состоит из членов класса (class members). Члены класса могут быть переменными (data members) или методами (function members или methods). Переменные класса могут иметь любой тип данных (включая другие структуры и классы). Методы — это действия, которые может выполнять класс. По сути, это обычные функции.

Все методы класса имеют доступ к переменным класса. Обратите внимание, как мы обращаемся к ammo в методе Attack.

Создание объектов класса

Теперь у нас есть свой тип данных и мы можем создавать переменные данного типа. Если после определения структур мы могли создавать структурные переменные, то в случае классов, мы создаём объекты классов (или экземпляры). Разница между классами и структурами только в терминах. Для C++ это почти одно и то же.

Вот так мы можем создать объекты класса Tank и вызвать метод Attack:

t1 и t2 — объекты класса Tank. Для C++ объект класса — это всего-лишь переменная. Тип данных этих переменных — Tank. Ещё раз повторю, что классы (и структуры) позволяют создавать пользовательские типы данных.

В англоязычной литературе создание объектов классов также называется созданием экземпляров — instantiating.

Мы обращаемся к переменным класса и методам с помощью оператора точки (прямой доступ), также как мы обращались к полям структурных переменных.

В нашем примере каждый объект имеет доступ к своей копии ammo. ammo — переменная класса (data member). Attack — метод класса. У каждого объекта своя копия переменных класса, но все объекты одного класса вызывают одни и те же методы.

Размер объекта включает все данные, но не методы

В памяти переменные класса располагаются последовательно. Благодаря этому мы можем создавать массивы объектов и копировать их все вместе (если в классе этих объектов нет динамического выделения памяти). Это будет важно для нас, когда мы начнём работать с графикой в DirectX/OpenGL. Размер объекта класса можно узнать с помощью функции sizeof. При этом в качестве аргумента можно использовать как объект, так и сам класс:

Методы — это все лишь функции. Но в отличии от простых функций, у всех методов есть один скрытый параметр — указатель на объект, который вызывает данный метод. Именно благодаря этому указателю метод знает, какой объект вызвал его и какому объекту принадлежат переменные класса. Внутри метода имя этого указателя — this.

Указатель this

Вот как для компилятора выглядит любой метод:

Это просто иллюстрация. В реальности не нужно указывать аргумент (всё что в круглых скобках). Мы автоматически получаем доступ к указателю this. В данном случае его использование перед ammo необязательно, компилятор автоматически привяжет эту переменную к this.

Указатель this нужен, когда методу необходимо вернуть указатель на текущий объект.

Указатели на объекты

При работе с объектам в C++ вам неизбежно придётся работать с указателями (и ссылками). Как мы помним, при передаче в функцию по значению создаётся копия переменной. Если у вас сложный класс, содержащий большой массив или указатели, то копирование такого объекта может потребовать ненужное выделение дополнительной памяти или может быть вообще невозможным, в случае если в классе вы динамически выделяете память. Поэтому очень часто объекты создаются динамически. Для доступа к таким объектам используется оператор непрямого доступа (стрелочка):

При использовании ссылки на объект, для доступа к его членам используется оператор прямого доступа (точка), т.е. с ссылкой можно обращаться как с обычным объектом:

Чуть ниже мы увидим один случай, когда не обойтись без ссылок.

Конструктор класса (Constructor)

Конструктор класса — метод, вызываемый автоматически при создании объекта. Он используется для инициализации переменных класса и выделении памяти, если это нужно. По сути это обычный метод. Имя обязательно должно совпадать с именем класса и он не имеет возвращаемого значения. Рассмотрим новый класс:

Здесь, в конструкторе задаются начальные значения переменных, но мы можем делать в нём всё что угодно, это обычная функция.

Перегрузка конструктора класса

Перегрузка (overloading) конструктора позволяет создать несколько конструкторов для одного класса с разными параметрами. Всё то же самое, что и при перегрузке функций:

Начальные значения можно задавать в виде списка инициализации. Выше в конструкторе мы инициализировали переменные внутри тела. Список инициализации идёт перед телом конструктора и выглядит так:

В списке инициализации можно задать значение только части переменных класса.

Копирующий конструктор (Copy Constructor)

Без каких-либо действий с нашей стороны мы можем присваивать объектам другие объекты:

Здесь используется копирующий конструктор. Копирующий конструктор по умолчанию просто копирует все переменные класса в другой объект. Если в классе используется динамическое выделение памяти, то копирующий конструктор по умолчанию не сможет правильно создать новый объект. В таком случае вы можете перегрузить копирующий конструктор:

В копирующем конструкторе всегда используются ссылки. Это обязательно. Параметр point — это объект, стоящий справа от оператора присваивания.

Деструктор класса

Деструктор класса — метод, вызываемый автоматически при уничтожении объекта. Это происходит, например, когда область видимости объекта заканчивается. Деструктор нужно писать явно, если в классе происходит выделение памяти. Соответственно, в деструкторе вам необходимо освободить все указатели.

Допустим в нашем танке есть экипаж, пусть это будет один объект типа Unit. При создании танка мы выделяем память под экипаж. В деструкторе нам нужно будет освободить память:

Имя деструктора совпадает с именем класса и перед ним ставится тильда

. Деструктор может быть только один.

Объектно-ориентированное программирование в C++ (ООП)

Теперь, когда мы представляем что такое классы и объекты, и умеем с ними работать, можно поговорить о объектно-ориентированном программировании. Сам по себе стиль ООП предполагает использование классов и объектов. Но помимо этого, у ООП есть ещё три характерные черты: инкапсуляция данных, наследование и полиморфизм.

Инкапсуляция данных — Encapsulation

Что означает слово Encapsulation? Корень — капсула. En — предлог в. Инкапсуляция — это буквально помещение в капсулу. Что помещается в капсулу? Данные и действия над ними: переменные и функции. Инкапсуляция — связывание данных и функций. Давайте ещё раз взглянем на класс Tank:

Собственно, здесь в класс Tank мы поместили переменную ammo и метод Attack. В методе Attack мы изменяем ammo. Это и есть инкапсуляция: члены класса (данные и методы) в одном месте.

В C++ есть ещё одно понятие, которое связано с инкапсуляцией — сокрытие данных. Сокрытие предполагает помещение данных (переменных класса) в область, в которой они не будут видимы в других частях программы. Для сокрытия используются спецификаторы доступа (access specifiers). Ключевые слова public и private и есть спецификаторы доступа. public говорит, что весь следующий блок будет видим за пределами определения класса. private говорит, что только методы класса имеют доступ к данным блока. Пример:

Здесь мы видим, что объект может получить доступ только к членам класса, находящимся в блоке public. При попытке обратиться к членам класса (и переменным, и методам) блока private, компилятор выдаст ошибку. При этом внутри любого метода класса мы можем обращаться к членам блока private. В методе Move мы изменяем скрытые переменные x и y.

Хороший стиль программирования в ООП предполагает сокрытие всех данных. Как тогда задавать значения скрытых данных и получать доступ к ним? Для этого используются методы setters и getters.

Setters and Getters

Setters и Getters сложно красиво перевести на русский. В своих уроках я буду использовать английские обозначения для них. Setter (set — установить) — это метод, который устанавливает значение переменной класса. Getter (get — получить) — метод, который возвращает значение переменной:

Имена не обязательно должны включать Set и Get. Использование setters и getters приводит к увеличению количества кода. Можно ли обойтись без инкапсуляции и объявить все данные в блоке public? Да, можно. Но данная экономия кода имеет свои негативные последствия. Мы будем подробно обсуждать данный вопрос, когда будем говорить об интерфейсах.

Следующая концепция ООП — наследование.

Наследование (Inheritance) в C++

Производный класс не может получить доступ к private членам. Поэтому в классе Unit используется спецификатор protected. Данный спецификатор разрешает доступ к данным внутри класса и внутри дочерних классов, private же разрешает доступ только в методах самого класса.

При наследовании производный класс имеет доступ ко всем членам (public и protected) базового класса. Именно поэтому мы можем вызвать метод Move для объекта типа Archer.

Обратите внимание, как происходит наследование. При определении дочернего класса, после имени ставится двоеточие, слово public и имя базового класса. В следущем уроке мы рассмотрим для чего здесь нужно слово public.

Полиморфизм (Polymorphism)

Наследование открывает доступ к полиморфизму. Poly — много, morph — форма. Это очень мощная техника, которую мы будем использовать постоянно.

Полиморфизм позволяет поместить в массив разные типы данных:

Мы создали массив указателей на Unit. Но C++ позволяет поместить в такой указатель и указатель на любой дочерний классс. Данная техника будет особенно полезна, когда мы изучим виртуальные функции.

Заключение

Классы позволяют легко моделировать лубую предметную область. Иногда лучше избежать использование ООП, но об этом мы поговорим в другой раз.

В следующем уроке мы познакомимся с более сложными концепциями, касающимися классов: виртуалье методы, шаблоны, статичные члены. Впоследствии мы увидим, как классы используютя в DirectX.

Единственное отличие между классом и структурой в C++: по умолчанию в структуре используется спецификатор доступа public, а в классе — private. Часто в коде вы будете видеть, что структуры используются без методов, чисто для описания каких-либо сущностей. Но это делать необязательно это всего лишь соглашение.

Объектно-ориентированное программирование (ООП): Мыслить в объектах!

Прежде чем начать изучение языка C#, попробуем разобраться немного в теории ООП. За семь десятилетий использования компьютеров существенно поменялась парадигма программирования (совокупность идей и понятий, определяющих стиль написания компьютерных программ).
Все начиналось с императивного программирования (языки машинных команд, Ассемблер, Алгол, Фортран, Бейсик, Паскаль, С, Ада), когда данные и операторы рассматривались отдельно. В 21 веке вам предлагается мыслить в стиле ООП, основным понятием которого являются объекты.
Считается, что главной причиной смены парадигмы программирования явились возросшие объемы и сложность современных программ и программных комплексов.

Все основанные на объектах языки (C#, Java, С++, Smalltalk, Visual Basic и т.п.) отвечают трем основным принципам объектно-ориентированного программирования, которые перечислены ниже:
Инкапсуляция отвечает на вопрос: Как данный язык скрывает детали внутренней реализации объектов и предохраняет целостность данных?
Наследование определяет: Как данный язык стимулирует многократное использование кода?
Полиморфизм поясняет: Как данный язык позволяет трактовать связанные объекты сходным образом?

Обсудим каждый принцип по отдельности.

Инкапсуляция — это механизм программирования, объединяющий вместе код и данные, которыми он манипулирует, исключая как вмешательство извне, так и неправильное использование данных.
В объектно-ориентированном языке данные и код могут быть объединены в автономный черный ящик. Внутри такого ящика находятся все необходимые данные и код. Когда код и данные связываются вместе подобным образом, создается объект.

Иными словами, объект — это элемент, поддерживающий инкапсуляцию. Инкапсуляция представляет собой способности языка скрывать излишние детали реализации от пользователя объекта.

Например, предположим, что используется класс по имени Math, содержащий две константы и несколько методов вычисления математических функций. Класс Math прячет внутренние детали всех вычислений. Нет необходимости беспокоиться о многочисленных строках кода, которые работают «за кулисами». Все, что требуется, это вызвать необходимую константу или математическую функцию: Math.PI (число пи), Math.Sin(x), Math.Abs(x) или Math.Min(x,y).

С идеей инкапсуляции программной логики тесно связана идея защиты данных. В идеале данные состояния объекта должны быть специфицированы с использованием ключевого слова private (или, возможно, protected – для последующего наследования). Таким образом, объекты других классов должны попросить, если захотят изменить или получить лежащее в основе значение. Это хороший принцип, поскольку общедоступные элементы данных можно легко повредить (даже нечаянно, а не преднамеренно).

Основной единицей инкапсуляции в C# является класс, который определяет форму объекта. Он описывает данные, а также код, который будет ими оперировать. В C# описание класса служит для построения объектов, которые являются экземплярами класса. Следовательно, класс, по существу, представляет собой ряд схематических описаний способа построения объекта.

Код и данные, составляющие вместе класс, называют членами. Данные, определяемые классом, называют полями, или переменными экземпляра. А код, оперирующий данными, содержится в функциях-членах, самым типичным представителем которых является метод. В C# метод служит в качестве аналога подпрограммы (к числу других функций-членов относятся свойства, события и конструкторы). Таким образом, методы класса содержат код, воздействующий на поля, определяемые этим классом.

Наследование, следующий принцип ООП, касается способности языка позволять строить новые определения классов на основе определений существующих классов. По сути, наследование позволяет расширять поведение базового (или родительского) класса, наследуя основную функциональность в производном подклассе (также именуемом дочерним классом).

То есть наследование представляет собой процесс, в ходе которого один объект приобретает свойства другого объекта. Это очень важный процесс, поскольку он обеспечивает принцип иерархической классификации.
Если вдуматься, то большая часть знаний поддается систематизации благодаря иерархической классификации по нисходящей. Если не пользоваться иерархиями, то для каждого объекта пришлось бы явно определять все его свойства.
А если воспользоваться наследованием, то достаточно определить лишь те свойства, которые делают объект особенным в его классе. Он может также наследовать общие свойства своего родителя.

Следовательно, благодаря механизму наследования один объект становится отдельным экземпляром более общего класса.

Полиморфизм, третий принцип ООП, обозначает способность языка трактовать связанные объекты в сходной манере. В частности, этот принцип ООП позволяет базовому классу определять набор членов (формально называемый полиморфным интерфейсом), которые доступны всем наследникам.
Полиморфный интерфейс класса конструируется с использованием любого количества виртуальных или абстрактных членов. По сути, виртуальный член — это член базового класса, определяющий реализацию по умолчанию, которая может быть изменена (или, говоря более формально, переопределена) в производном классе. В отличие от него, абстрактный (abstract) метод — это член базового класса, который не предусматривает реализации по умолчанию, а предлагает только сигнатуру.
Когда класс наследуется от базового класса, определяющего абстрактный метод, этот метод обязательно должен быть переопределен в производном классе. В любом случае, когда производные классы переопределяют члены, определенные в базовом классе, они по существу переопределяют свою реакцию на один и тот же запрос.
Понятие «виртуальный мир» в игре вам знакомо? Так и здесь: виртуальный метод (функция) — это метод, используемый вашим объектом заданного класса, метод (с тем же именем) объекта из класса-наследника может быть (но может и не быть) изменен (переопределен). Дальше поймете, насколько это удобно. Абстрактный метод задает только шаблон в базовом классе, его нельзя вызвать.
В более общем смысле полиморфизм подразумевает «одно наименование — множество методов». Это означает, что для группы взаимосвязанных действий можно разработать общий интерфейс.
Полиморфизм помогает упростить программу, позволяя использовать один и тот же интерфейс для описания общего класса действий. Выбрать конкретное действие (то есть метод) в каждом отдельном случае — это задача компилятора. Программисту не нужно делать это самому. Ему достаточно запомнить и правильно использовать общий интерфейс.

Пока вам эти принципы могут показаться излишне заумными, но после приобретения навыков ООП и написания серьезных программ вы сможете оценить по достоинству красоту и силу этих принципов.

Впрочем, пока достаточно теории, переходим к практике программирования. Для этого необходимо на Вашем компьютере установить интегрированную среду программирования, и пусть это будет Visual Studio от Microsoft.

Объектно-ориентированное программирование

Объектно-ориентированное программирование (ООП) позволяет разложить проблему на составные части, каждая из которых становится самостоятельным объектом. Каждый из объектов содержит свой собственный код и данные, которые относятся к этому объекту.

Любая программа, написанная на языке ООП, отражает в своих данных состояние физических предметов либо абстрактных понятий – объектов программирования, для работы, с которыми она предназначена.

Все данные об объекте программирования и его связях с другими объектами можно объединить в одну структурированную переменную. В первом приближении ее можно назвать объектом.

С объектом связывается набор действий, иначе называемых методами . С точки зрения языка программирования набор действий или методов – это функции, получающие в качестве обязательного параметра указатель на объект и выполняющие определенные действия с данными объекта программирования. Технология ООП запрещает работать с объектом иначе, чем через методы, таким образом, внутренняя структура объекта скрыта от внешнего пользователя.

Описание множества однотипных объектов называется классом .
Объект – это структурированная переменная, содержащая всю информацию о некотором физическом предмете или реализуемом в программе понятии.

Класс – это описание множества объектов программирования (объектов) и выполняемых над ними действий.

Класс можно сравнить с чертежом, согласно которому создаются объекты. Обычно классы разрабатывают таким образом, чтобы их объекты соответствовали объектам предметной области решаемой задачи.

Основные понятия объектно-ориентированного программирования

Любая функция в программе представляет собой метод для объекта некоторого класса.

Класс должен формироваться в программе естественным образом, как только в ней возникает необходимость описания новых объектов программирования. Каждый новый шаг в разработке алгоритма должен представлять собой разработку нового класса на основе уже существующих.

Вся программа в таком виде представляет собой объект некоторого класса с единственным методом run (выполнить).

Программирование «от класса к классу» включает в себя ряд новых понятий. Основными понятиями ООП являются

Инкапсуляция данных (от «капсула») – это механизм, который объединяет данные и код, манипулирующий с этими данными, а также защищает и то, и другое от внешнего вмешательства или неправильного использования. В ООП код и данные могут быть объединены вместе (в так называемый «черный ящик») при создании объекта.

Внутри объекта коды и данные могут быть закрытыми или открытыми.

Закрытые коды или данные доступны только для других частей того же самого объекта и, соответственно, недоступны для тех частей программы, которые существуют вне объекта.

Открытые коды и данные, напротив, доступны для всех частей программы, в том числе и для других частей того же самого объекта.

Наследование . Новый, или производный класс может быть определен на основе уже имеющегося, или базового класса.

При этом новый класс сохраняет все свойства старого: данные объекта базового класса включаются в данные объекта производного, а методы базового класса могут быть вызваны для объекта производного класса, причем они будут выполняться над данными включенного в него объекта базового класса.

Иначе говоря, новый класс наследует как данные старого класса, так и методы их обработки.

Если объект наследует свои свойства от одного родителя, то говорят об одиночном наследовании . Если объект наследует данные и методы от нескольких базовых классов, то говорят о множественном наследовании .

Пример наследования – определение структуры, отдельный член которой является ранее определенной структурой.


Полиморфизм – это свойство, которое позволяет один и тот же идентификатор (одно и то же имя) использовать для решения двух и более схожих, но технически разных задач.

Целью полиморфизма, применительно к ООП, является использование одного имени для задания действий, общих для ряда классов объектов. Такой полиморфизм основывается на возможности включения в данные объекта также и информации о методах их обработки (в виде указателей на функции).

Будучи доступным в некоторой точке программы, объект , даже при отсутствии полной информации о его типе, всегда может корректно вызвать свойственные ему методы.
Полиморфная функция – это семейство функций с одним и тем же именем, но выполняющие различные действия в зависимости от условий вызова.

Например, нахождение абсолютной величины в языке Си требует трех разных функций с разными именами:

В C++ можно описать полиморфную функцию, которая будет иметь одинаковое имя и разные типы и наборы аргументов.

Читать еще:  Как программировать на vba
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector