Использование ЭВМ в кардиологии (стр. 4 из 11)
Глава 2. Основные принципы и методы объектно-ориентированного программирования
Проблемы при решении сложных задач
Проблемы, которые мы пытаемся решить с помощью разрабатываемого программного обеспечения, часто неизбежно содержат сложные элементы, к которым предъявляется множество различных, нередко противоположных требований.
Основная задача разработчиков состоит в создании иллюзии простоты, защищающей пользователей от сложности описываемого предмета или процесса. Размер программы отнюдь не входит в число ее достоинств. Внутри прикладной программы могут существовать сотни, и даже тысячи переменных. Как же мы можем изменить эту ситуацию? Для этого необходимо изучить структуру сложных систем. Если объединить понятия структуры классов и структуры объектов со всеми признаками сложных систем, то получим, что практически все сложные системы можно представить одной канонической формой, представленной ниже на рис. 2.1.
Рис. 4.1. Каноническая форма сложной декомпозиции.
В самом деле, правильная декомпозиция непосредственно определяет сложность, присущую программной системе, обеспечивая разделение пространства состояний системы. На рис. 2.2 мы разделили подсистему, выбрав в качестве критерия декомпозиции принадлежность ее элементов к различным абстракциям данной предметной области.
Рис. 2.2. Объектно-ориентированная декомпозиция.
В основе объектно-ориентированного проектирования (ООП) лежит объектный подход. Основными принципами являются: абстрагирование, ограничение доступа, модульность, иерархичность, типизация, параллелизм и устойчивость. Эти принципы не новы, однако, именно в объектном подходе они объединены для решения общей задачи.
Объектно-ориентированное проектирование принципиально отличается от традиционных подходов структурного проектирования, так как подразумевает другой подход к процессу декомпозиции, а получаемый программный продукт по архитектуре в значительной степени выходит за рамки традиционных представлений.
Начиная с FORTRANII и позднее, для решения задач программирования на более высоком уровне стали возникать новые существенные механизмы структурирования. Это привело к реализации механизма раздельной компиляции модулей, которые были чем-то большим, чем случайный набор данных и подпрограмм.
Рис. 2.3. Архитектура языков программирования третьего поколения.
Объектный подход может быть осуществлен на более высоких уровнях абстракций. Группы абстракций в больших системах могут представляться в виде многослойной структуры. Группы объектов существуют на каждом уровне и тесно взаимодействуют между собой. Внутри каждой группы мы видим то же взаимодействие.
Рис. 2.4. Архитектура программных систем большой сложности на основе объектных и объектно-ориентированных языков программирования.
Методы структурного проектирования имели своей целью упростить процесс разработки сложных систем, на основе алгоритмического подхода. Методы объектно-ориентированного проектирования созданы в свою очередь для помощи разработчикам, использующим мощные выразительные средства объектного и объектно-ориентированного программирования, основанного на описании классов и объектов. Смысл такого подхода состоит в том, что он позволяет применить объектную ориентацию для решения всего круга проблем, связанных со сложными системами.
Объектно-ориентированное программирование (ООП) - это методология программирования, которая основана на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является реализацией определенного класса, а классы образуют иерархию на принципах наследуемости.
В данном определении можно выделить три части:
-ООП использует в качестве элементов конструкции объекты, а не алгоритмы.
-Каждый объект является реализацией какого-либо определенного класса.
-Классы организованы иерархически.
Программа будет объектно-ориентированной только при соблюдении этих трех требований.
Объектно-ориентированное проектирование
Методы программирования подразумевают правильное эффективное использование механизмов языков программирования. Методы проектирования, напротив, основное внимание направляют на структурирование сложных систем.
Определим объектно-ориентированное структурирование следующим образом:
Объектно-ориентированное структурирование (ООС)– это методология проектирования, соединяющая в себе процесс объектной декомпозиции и приемы представления как логической и физической, так статической и динамической моделей проектируемой системы.
В данном определении содержатся две важные части:
-OOС ведет к объектно-ориентированной декомпозиции
-Используется многообразие представления моделей, отражающих логическую и физическую системы.
Объектно-ориентированный анализ
Объектно-ориентированный анализ (ООА) направлен на создание моделей, более близких к реальности, с использованием объектно-ориентированного подхода; это методология, при которой требования формируются на основе понятий классов и объектов, составляющих словарь предметной области.
На результатах ООА формируются модели, на которых основывается ООС; ООС в свою очередь создает основу для окончательной реализации системы с использованием методологии ООП.
Способы программирования и компоненты объектного подхода
Каждый стиль программирования имеет свою концептуальную основу, требует различного подхода к решаемой задаче. Для объектно-ориентированного стиля концептуальная основа состоит в объектном подходе. Этому подходу соответствуют четыре главных элемента:
-абстрагирование
-ограничение доступа
-модульность
-иерархия
Эти элементы являются главными в том смысле, что без любого из них подход не будет объектно-ориентированным. Кроме главных имеются еще три дополнительных элементов:
-типизация
-параллелизм
-устойчивость
Эти элементы являются полезными, но не обязательными в объектном подходе.
Рассмотрим эти элементы более подробно.
Абстрагирование
Абстрагирование является одним из главных способов, используемых для решения сложных задач. По одному из определений это упрощенное описание или изложение системы, при котором одни свойства и детали выделяются, а другие опускаются. Хорошей является такая абстракция, при которой подчеркиваются существенные для рассмотрения и использования детали, и опускаются те, которые на данный момент несущественны или отвлекают внимание.
Определение абстракции: Абстракция – это такие существенные характеристики некоторого объекта, которые отличают его от всех других видов объектов и, таким образом четко определяют особенности данного объекта с точки зрения дальнейшего рассмотрения и анализа.
Абстрагирование концентрирует внимание на внешних особенностях объекта и позволяет отделить самые существенные особенности поведения от деталей их осуществления. Полезным является еще один принцип, называемым принципом наименьшей выразительности, по которому абстракция должна охватывать лишь самую суть объекта, не больше, но и не меньше.
Существует целый спектр абстракций, начиная с объектов, которые приблизительно соответствуют сущности предметной области, кончая объектами, не имеющими реальных аналогий в жизни:
-Абстракция сущности объекта - объект представляет собой модель существенных сторон предметной области.
-Абстракция поведения – объект состоит из обобщенного множества операций, каждая из которых выполняет определенную функцию
-Абстрагирование в виде виртуальной машины – объект объединяет группы операций виртуальной машины, которые используются либо для управления объектом, либо соответствуют функциям нижнего уровня
Произвольная абстракция – объект включает в себя набор независимых по отношению друг к другу операций
Наиболее интересны для нас абстракции сущности объектов, так как они соответствуют словарю предметной области.
Все абстракции обладают как статическими, так и динамическими свойствами. Например, объект-файл требует определенного объема памяти, имеет имя и содержание. Эти атрибуты являются статическими. Конкретные значения каждого из перечисленных свойств являются динамическими, изменяющимися в процессе использования объекта: файл можно изменять свои размеры, имя и содержимое.