Объекты. Определение, свойства и применение.

Объектная модель системы. Основные понятия

Объектная модель описывает структуру объектов, составляющих систему, их атрибуты, операции, взаимосвязи с другими объектами. В объектной модели должны быть отражены те понятия и объекты реального мира, которые важны для разрабатываемой системы. В объектной модели отражается прежде всего прагматика разрабатываемой системы, что выражается в использовании терминологии прикладной области, связанной с использованием разрабатываемой системы.

Абстракция

Абстрагирование — это способ выделить набор значимых характеристик объекта, исключая из рассмотрения незначимые. Соответственно, абстракция — это набор всех таких характеристик.[

Инкапсуляция

Инкапсуляция — это свойство системы, позволяющее объединить данные и методы, работающие с ними, в классе и скрыть детали реализации от пользователя.

Наследование

Наследование — это свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью. Класс, от которого производится наследование, называется базовым, родительским или суперклассом. Новый класс — потомком, наследником или производным классом.

Полиморфизм

Полиморфизм — это свойство системы использовать объекты с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта.[1]

Класс

Класс является описываемой на языке терминологии (пространства имён) исходного кода моделью ещё не существующей сущности (объекта). Фактически он описывает устройство объекта, являясь своего рода чертежом. Говорят, что объект — это экземпляр класса. При этом в некоторых исполняющих системах класс также может представляться некоторым объектом при выполнении программы посредством динамической идентификации типа данных. Обычно классы разрабатывают таким образом, чтобы их объекты соответствовали объектам предметной области.

Объект

Сущность в адресном пространстве вычислительной системы, появляющаяся при создании экземпляра класса или копирования прототипа (например, после запуска результатов компиляции и связывания исходного кода на выполнение).

Прототип

Прототип — это объект-образец, по образу и подобию которого создаются другие объекты. Объекты-копии могут сохранять связь с родительским объектом, автоматически наследуя изменения в прототипе; эта особенность определяется в рамках конкретного языка.

Объекты. Определение, свойства и применение.

По определению будем называть объектом понятие, абстракцию или любую вещь с четко очерченными границами, имеющую смысл в контексте рассматриваемой прикладной проблемы. Введение объектов преследует две цели:

• понимание прикладной задачи (проблемы);

• введение основы для реализации на компьютере.

Объекты могут быть

материальными (предметы и явления) и нематериальными (идеи и

образы), например, стол, стул, собака, сердце – это материальные

объекты; матрица, теория относительности, законы Ньютона,

философское учение Платона – примеры нематериальных объектов.

Отдельно можно выделить объекты, которые добавляются в процессе

программной реализации и не имеют никакого отношения к

окружающей нас реальности – вектор, динамический список, бинарное

дерево, хэш-таблица и пр.

Каждый объект характеризуется множеством свойств.

Информационная модель объекта выделяет из этого множества только

некоторые свойства, существенные для решения конкретной задачи,

позволяющие отделить этот объект от других. Объекты могут

находиться в различных состояниях. Состояние объекта

характеризуется перечнем всех его свойств и их текущими значениями.

Примеры объектов: форточка, Банк " Империал", Петр Сидоров, дело № 7461, сберкнижка и т.д.

Классы. Определение, свойства и методы. Примеры

Класс

Класс является описываемой на языке терминологии (пространства имён) исходного кода моделью ещё не существующей сущности (объекта). Фактически он описывает устройство объекта, являясь своего рода чертежом. Говорят, что объект — это экземпляр класса. При этом в некоторых исполняющих системах класс также может представляться некоторым объектом при выполнении программы посредством динамической идентификации типа данных. Обычно классы разрабатывают таким образом, чтобы их объекты соответствовали объектам предметной области.

Важнейшим свойством классов в ООП и их принципиальным отличием от абстрактных типов данных (встроенных в язык программирования) является наследование. Наследование — это отношение между классами, при котором один класс разделяет структуру или поведение одного или нескольких других классов.

Механизм наследования классов в ООП позволяет выделить общие части разных классов.

Атрибуты объектов. Виды атрибутов. Примеры

Атрибут - это значение, характеризующее объект в его классе. Примеры атрибутов: категория, баланс, кредит (атрибуты объектов класса счет); имя, возраст, вес (атрибуты объектов класса человек) и т.д.

Среди атрибутов различаются постоянные атрибуты (константы) и переменные атрибуты. Постоянные атрибуты характеризуют объект в его классе (например, номер счета, категория, имя человека и т.п.). Текущие значения переменных атрибутов характеризуют текущее состояние объекта (например, баланс счета, возраст человека и т.п.); изменяя значения этих атрибутов, мы изменяем состояние объекта.

Иногда указывается тип атрибутов (ведь каждый атрибут - это некоторое значение) и начальное значение переменных атрибутов (совокупность начальных значений этих атрибутов задает начальное состояние объекта).

Атрибуты связаны с особенностями общей реализации. Например, если известно, что будет использоваться база данных, в которой каждый объект имеет уникальный идентификатор, то включать этот идентификатор в число атрибутов объекта на данном этапе не следует. Дело в том, что, вводя такие атрибуты, мы ограничиваем возможности реализации системы. Так, вводя в качестве атрибута уникальный идентификатор объекта в базе данных, мы уже в самом начале проектирования отказываемся от использования СУБД, которые такой идентификатор не поддерживают.

Классы. Операции и методы. Использование и примеры

Класс в ООП — это в чистом виде абстрактный тип данных, создаваемый программистом. С этой точки зрения объекты являются значениями данного абстрактного типа, а определение класса задаёт внутреннюю структуру значений и набор операций, которые над этими значениями могут быть выполнены.

В современных объектно-ориентированных языках программирования каждый объект является значением, относящимся к определённому классу. Класс представляет собой объявленный программистом составной тип данных, имеющий в составе.

Классы могут наследоваться друг от друга. Класс-потомок получает все поля и методы класса-родителя, но может дополнять их собственными либо переопределять уже имеющиеся. Большинство языков программирования поддерживает только единичное наследование (класс может иметь только один класс-родитель), лишь в некоторых допускается множественное наследование — порождение класса от двух или более классов-родителей. Множественное наследование создаёт целый ряд проблем, как логических, так и чисто реализационных, поэтому в полном объёме его поддержка не распространена. Вместо этого в 1990-е годы появилось и стало активно вводиться в объектно-ориентированные языки понятие интерфейса. Интерфейс — это класс без полей и без реализации, включающий только заголовки методов. Если некий класс наследует (или, как говорят, реализует) интерфейс, он должен реализовать все входящие в него методы. Использование интерфейсов предоставляет относительно дешёвую альтернативу множественному наследованию.

Атрибуты зависимостей

Зависимости, как и классы, могут иметь атрибуты: например, при организации доступа пользователя к файлу разрешение_на_доступ является атрибутом зависимости доступен: атрибут зависимости обозначается прямоугольником, связанным дугой с прямой, изображающей зависимость. Такое обозначение атрибутов зависимостей принято в технологии OMT. Разрешение на доступ связано как с пользователем, так и с файлом, и не может быть атрибутом ни пользователя, ни файла в отдельности. Иногда зависимости, имеющие много атрибутов, представляют с помощью классов. Такие зависимости в базах данных представляются временными таблицами, организуемыми в процессе обращения с базой данных. Пример зависимости, представленной через класс, показан на рисунке, на котором представлена информация о регистрации пользователей на рабочих станциях.

Пользователь может быть зарегистрирован на нескольких рабочих станциях, каждая регистрация содержит приоритет пользователя и его привилегии доступа (атрибуты зависимости). Пользователь может иметь свою директорию для каждой зарегистрированной рабочей станции, но одна и та же директория может принадлежать одновременно нескольким пользователям или нескольким рабочим станциям.

Агрегация

Агрегация - это зависимость между классом составных объектов и классами, представляющими компоненты этих объектов (отношение " целое" -" часть" ). Агрегация обозначается ромбиком: на рисунке приведен пример агрегации; этот пример интерпретируется следующим образом: документ состоит из нескольких (нуля, или более) абзацев; каждый абзац состоит из нескольких (нуля, или более) предложений

Имена ролей, квалификаторы

Роль определяет одну сторону зависимости. В бинарной зависимости определены две роли. Имя роли однозначно определяет одну сторону зависимости. Роли дают возможность рассматривать бинарную зависимость как связь между объектом и множеством зависимых объектов: каждая роль является обозначением объекта или множества объектов, связанных зависимостью с объектом на другом конце зависимости. Имя роли можно рассматривать как производный атрибут, множеством значений которого является множество связанных с этой ролью объектов. В бинарной зависимости пара имен ролей может использоваться для идентификации этой зависимости. Пользователь может быть либо владельцем, либо зарегистрированным пользователем директории; директория может содержать в себе другие директории.

Имена ролей следует обязательно указывать в тех случаях, когда зависимость устанавливается между объектами одного и того же класса. Имена ролей должны быть уникальны, так как они используются для различения объектов, участвующих в зависимости.

Квалификатором называется некоторый атрибут, который позволяет снизить эффективную кратность зависимости. Квалификаторы применяются в зависимостях типов " один-ко-многим" или " много-ко-многим. Квалификаторы указываются на схемах в прямоугольничках, пририсованных к прямоугольнику, изображающему соответствующий класс.

Обобщение и наследование.

Обобщение и наследование позволяют выявить аналогии между различными классами объектов, определяют многоуровневую классификацию объектов. Так, в графических системах могут существовать классы, определяющие обрисовку различных геометрических фигур: точек, линий, многоугольников, кругов и т.п.

Обобщение позволяет выделить класс одномерные фигуры и считать классы прямая, дуга и сплайн подклассами класса одномерные фигуры, а класс одномерные фигуры - суперклассом классов прямая, дуга и сплайн. Если при этом принять соглашение, что атрибуты и операции суперкласса действительны в каждом из его подклассов, то одинаковые атрибуты и операции классов прямая, дуга и сплайн (подклассов) могут быть вынесены в класс одномерные фигуры (суперкласс). Аналогично можно поступить и с двумерными фигурами, определив для классов многоугольник и круг суперкласс двумерная фигура. На схемах обобщение (наследование) изображается треугольничком ( рисунок ). Треугольничек следует ставить даже в том случае, когда суперкласс имеет всего один подкласс. Слово размерность, следующее за верхним треугольничком на рисунке, является дискриминатором.

Дискриминатор - это атрибут типа " перечисление", показывающий, по какому из свойств объектов сделано данное обобщение.

Абстрактные классы

Абстрактный класс не может иметь объектов, так как в нем не определены операции над объектами; объекты должны принадлежать конкретным подклассам абстрактного класса. Абстрактные классы используются для спецификации интерфейсов операций. Абстрактные классы удобны на фазе анализа требований к системе, так как они позволяют выявить аналогию в различных, на первый взгляд, операциях, определенных в анализируемой системе. Рассмотрим пример, представленный на рисунке. В нем рассмотрена операция подсчет выплат для различных категорий служащих фирмы: временных служащих с почасовой оплатой труда, постоянных служащих с понедельной оплатой труда и руководящих работников фирмы с помесячной оплатой. Каждая из категорий служащих представлена своим подклассом класса служащий, от которого они наследуют атрибут годовой_доход и операцию подсчет_выплат. Но подсчет выплат для каждой категории служащих производится по-своему, с учетом значений их собственных (неунаследованных) атрибутов; поэтому в каждом из подклассов операция подсчет_выплат переопределяется. Следовательно, в суперклассе операция подсчет_выплат может быть определена произвольным образом, так как она никогда не будет выполняться. В то же время сигнатуры всех операций подсчет_выплат в суперклассе и в подклассах должны быть одинаковыми (иначе это будут разные операции). Из сказанного следует, что в суперклассе можно задать только сигнатуру операции подсчет_выплат, это обеспечит одинаковые сигнатуры этой операции во всех подклассах. Методы, реализующие операцию подсчет_выплат, достаточно определить только в подклассах класса служащий. Суперкласс, в котором заданы только атрибуты и сигнатуры операций, но не определены методы, реализующие его операции, называется абстрактным классом. Методы, реализующие операции абстрактного класса, определяются в его подклассах, которые называются конкретными классами.

Множественное наследование

Множественное наследование позволяет классу иметь более одного суперкласса, наследуя свойства (атрибуты и операции) всех своих суперклассов. Класс, имеющий несколько суперклассов, называется объединенным классом. Свойства класса-предка, встречающегося более чем один раз, в графе наследования, наследуются только в одном экземпляре. Конфликты между параллельными определениями порождают двусмысленности, которые должны разрешаться во время реализации. На практике следует избегать таких двусмысленностей или плохого понимания даже в тех случаях, когда конкретный язык программирования, выбранный для реализации системы, предоставляет возможность их разрешения, используя приоритеты или какие-либо другие средства.

Пример множественного наследования приведен на рисунке, на котором рассмотрена классификация транспортных средств. Класс транспортное средство имеет два подкласса сухопутное_ТС и водное_ТС (зачерненный треугольник, используемый для обозначения наследования, означает, что подклассы имеют непустое пересечение). Класс амфибии имеет два суперкласса сухопутное_ТС и водное_ТС, наследуя все свойства (атрибуты и операции) как класса сухопутное_ТС, так и класса водное_ТС.

Ограничения

Ограничения - это функциональные зависимости между сущностями объектной модели. Под термином сущности подразумеваются объекты, классы, атрибуты, связи и зависимости. Ограничение сокращает количество возможных значений, которые может принимать некоторая сущность.

На рисунке представлены ограничения, накладываемые на объекты:

(а) зарплата служащего не может превышать зарплаты его начальника (ограничение на значения одного атрибута разных объектов);

(б) никакое окно (на экране дисплея) не может иметь отношение длины к ширине, не лежащее в интервале от 0.8 до 1.5 (ограничение на значения разных атрибутов одного объекта);

(в) возраст человека не может убывать (ограничение на изменение значения атрибута во времени).

Ограничения указываются в фигурных скобках под изображением соответствующего класса на объектной диаграмме (они относятся ко всем объектам этого класса). Обычно ограничения могут быть выражены в виде логических функций (предикатов), которые и представляют их в программе. Ограничения дают один из критериев качества объектной модели: " хорошая" объектная модель обычно содержит много ограничений.

Ограничения на зависимости сокращают количество объектов, связанных с данным объектом (соответствующие обозначения уже рассматривались нами ранее.

Рисунок 1

Рисунок 2

Гомоморфизм между двумя зависимостями. Определение, использование и примеры.

Гомоморфизм - это отображение между двумя зависимостями.Например, деталь, описанная в каталоге деталей автомобиля, может содержать в себе другие детали (составная деталь), также описанные в этом каталоге. Каждая позиция каталога снабжена номером модели; каждая деталь характеризуется своим серийным номером, причем каждая составная деталь содержит в себе соответствующие детали, также имеющие свои серийные номера.

На рисунке 1. показаны классы, соответствующие физическим деталям (класс деталь) и их описаниям в каталоге (класс модель_детали), а также зависимости между такими классами (поскольку речь идет о сложных деталях, эти зависимости являются агрегациями зависимости содержит). На рисунке 1. показано отображение диаграмм объектных моделей, соответствующих физическим деталям, в диаграмму объектной модели, соответствующей каталогу. При этом следует иметь в виду, что поскольку разным физическим деталям одного вида (номенклатуры) соответствует одно описание в каталоге, рассматриваемое отображение как бы " склеивает" все диаграммы объектных моделей, соответствующих физическим деталям, в одну диаграмму объектной модели, соответствующей каталогу. Описанное отображение есть один из наиболее типичных примеров гомоморфизма. Общий случай гомоморфизма показан на рисунке 2. Гомоморфизм отображает связи, определяемые зависимостью u, в связи, определяемые зависимостью t, являясь отображением типа " много-в-один". Гоморфизмы обычно используются при изучении связей между метаобъектами и порождаемыми ими объектами (описание детали в каталоге может рассматриваться как метадеталь)

Принципы и методика определения классов

Анализ внешних требований к проектируемой прикладной системе позволяет определить объекты и классы объектов, связанные с прикладной проблемой, которую должна решать эта система. Все классы должны быть осмыслены в рассматриваемой прикладной области; классов, связанных с компьютерной реализацией, как например список, стэк и т.п. на этом этапе вводить не следует.

Начать нужно с выделения возможных классов из письменной постановки прикладной задачи (технического задания и другой документации, предоставленной заказчиком). Следует иметь в виду, что это очень сложный и ответственный этап разработки, так как от него во многом зависит дальнейшая судьба проекта.

При определении возможных классов нужно постараться выделить как можно больше классов, выписывая имя каждого класса, который приходит на ум. В частности, каждому существительному, встречающемуся в предварительной постановке задачи, может соответствовать класс. Поэтому при выделении возможных классов каждому такому существительному обычно сопоставляется возможный класс.

Далее список возможных классов должен быть проанализирован с целью исключения из него ненужных классов. Такими классами являются:

· избыточные классы: если два или несколько классов выражают одинаковую информацию, следует сохранить только один из них;

· нерелевантные (не имеющие прямого отношения к проблеме) классы: для каждого имени возможного класса оценивается, насколько он необходим в будущей системе (оценить это часто бывает весьма непросто); нерелевантные классы исключаются;

· нечетко определенные (с точки зрения рассматриваемой проблемы) классы (см. примеры таких классов в п. 2.3.1);

· атрибуты: некоторым существительным больше соответствуют не классы, а атрибуты; такие существительные, как правило, описывают свойства объектов (например, имя, возраст, вес, адрес и т.п.);

· операции: некоторым существительным больше соответствуют не классы, а имена операций (например, телефонный_вызов вряд ли означает какой-либо класс);

· роли: некоторые существительные определяют имена ролей в объектной модели (например, владелец, водитель, начальник, служащий; все эти имена связаны с ролями в различных зависимостях объектов класса человек);

· реализационные конструкции: именам, больше связанным с программированием и компьютерной аппаратурой, не следует на данном этапе сопоставлять классов, так как они не отражают особенностей проектируемой прикладной системы; примеры таких имен: подпрограмма, процесс, алгоритм, прерывание и т.п.

После исключения имен всех ненужных (лишних) возможных классов будет получен предварительный список классов, составляющих проектируемую систему.

Определение зависимостей. Методика и примеры.

Прежде всего из классов исключаются атрибуты, являющиеся явными ссылками на другие классы; такие атрибуты заменяются зависимостями. Смысл такой замены в том, что зависимости представляют собой абстракцию того же уровня, что и классы, и потому не оказывают непосредственного влияния на будущую реализацию (ссылка на класс лишь один из способов реализации зависимостей). Затем нужно исключать зависимости, которые можно выразить через другие зависимости, так как они избыточны. При исключении избыточных (производных) зависимостей нужно быть особенно осторожным, так как не все дублирующие одна другую зависимости между классами избыточны; в некоторых случаях другие зависимости позволяют установить только существование еще одной производной зависимости, но не позволяют установить кратность этой зависимости; например, в случае, представленном на рисунке, фирма имеет много служащих и владеет многими компьютерами; каждому служащему предоставлено для персонального использования несколько компьютеров, кроме того, имеются компьютеры общего пользования; кратность зависимости предоставлен_для_использования не может быть выведена из зависимостей служит и владеет; хотя производные зависимости и не добавляют новой информации, они часто бывают удобны; в этих случаях их можно указывать на диаграмме, пометив косой чертой.

Удалив избыточные зависимости, нужно уточнить семантику оставшихся зависимостей следующим образом:

· неверно названные зависимости: их следует переименовать, чтобы смысл их стал понятен;

· имена ролей: нужно добавить имена ролей там, где это необходимо; имя роли описывает роль, которую играет соответствующий класс в данной зависимости с точки зрения другого класса, участвующего в этой зависимости; если имя роли ясно из имени класса, его можно не указывать;

· квалификаторы: добавляя квалификаторы там, где это необходимо, мы вносим элементы контекста, что позволяет добиться однозначной идентификации объектов; квалификаторы позволяют также упростить некоторые зависимости, понизив их кратность;

· неучтенные зависимости должны быть выявлены и добавлены в модель.

Объектная модель системы. Основные понятия

Абстракция

Инкапсуляция

Наследование

Полиморфизм

Класс

Объект

Прототип

Объекты. Определение, свойства и применение.

• понимание прикладной задачи (проблемы);

• введение основы для реализации на компьютере.

Объекты могут быть

материальными (предметы и явления) и нематериальными (идеи и

образы), например, стол, стул, собака, сердце – это материальные

объекты; матрица, теория относительности, законы Ньютона,

философское учение Платона – примеры нематериальных объектов.

Отдельно можно выделить объекты, которые добавляются в процессе

программной реализации и не имеют никакого отношения к

окружающей нас реальности – вектор, динамический список, бинарное

дерево, хэш-таблица и пр.

Каждый объект характеризуется множеством свойств.

Информационная модель объекта выделяет из этого множества только

некоторые свойства, существенные для решения конкретной задачи,

позволяющие отделить этот объект от других. Объекты могут

находиться в различных состояниях. Состояние объекта

характеризуется перечнем всех его свойств и их текущими значениями.

Примеры объектов: форточка, Банк " Империал", Петр Сидоров, дело № 7461, сберкнижка и т.д.

Классы. Определение, свойства и методы. Примеры

Класс

Класс является описываемой на языке терминологии (пространства имён) исходного кода моделью ещё не существующей сущности (объекта). Фактически он описывает устройство объекта, являясь своего рода чертежом. Говорят, что объект — это экземпляр класса. При этом в некоторых исполняющих системах класс также может представляться некоторым объектом при выполнении программы посредством динамической идентификации типа данных. Обычно классы разрабатывают таким образом, чтобы их объекты соответствовали объектам предметной области.

Механизм наследования классов в ООП позволяет выделить общие части разных классов.

Атрибуты объектов. Виды атрибутов. Примеры

Классы. Операции и методы. Использование и примеры

12 3 Следующая ⇒