Основные принципы объектно-ориентированного программирования. Инкапсуляция, полиморфизм, наследование. Реализация ООП в современных языках программирования

Инкапсуляция — свойство языка программирования, позволяющее пользователю не задумываться о сложности реализации программного компонента (внутренностей), а взаимодействовать с ним с помощью предоставляемого интерфейса (публичных методов и членов), а также объединить и защитить жизненно важные для компонента данные.

Инкапсуляция — один из четырёх важнейших механизмов объектно-ориентированного программирования (наряду с абстракцией, полиморфизмом и наследованием).

[Целью инкапсуляции является обеспечение согласованности внутреннего состояния объекта.] В C# для инкапсуляции используются публичные свойства и методы объекта. Переменные, за редким исключением, не должны быть публично доступными.

Модификатор — средство ограничения доступа к членам класса. В зависимости от того, какой уровень доступа нужно предоставлять члену класса, выделяют модификаторы:

• public — обеспечение доступа из любого места программы.

• internal — ограничение видимости внутри сборки (сборка — код программы после компиляции). // в C#

• protected — обеспечение доступа наследникам, но запрет доступа пользователю.

• private — обеспечение доступа только внутри класса.

Классы могут наследоваться друг от друга. Класс-наследник (потомок) — класс, включающий члены своего суперкласса (некоторые или все). Класс-родитель (базовый / суперкласс) — класс, на основе которого создаются другие классы.

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 2 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 (реализует) интерфейс, он должен реализовать все входящие в него методы. Использование интерфейсов предоставляет относительно дешёвую альтернативу множественному наследованию.

Взаимодействие объектов в большинстве случаев обеспечивается вызовом ими методов друг друга.

“Object” — исходный базовый класс всех классов. Класс без родителей наследует класс “Object”. Класс без конструкторов автоматически наследует конструктор класса “Object”.

Полиморфизм («поли» — много, «морф» — форма; многоформность) — возможность использования одинаковых (тождественных) имен для различных членов класса.

В ООП проявляется в 3 видах:

• Возможность использования тождественных имен в различных классах.

• Перегрузка. Возможность использования тождественных имен в рамках одного класса.

• Аппарат виртуальных методов. Переопределение виртуальных методов в наследниках.

Смысл полиморфизма: «один интерфейс — множество реализаций». Например, реализация суперкласса может быть изменена в его наследниках.

2. Функции и процедуры в языках программирования. Передача параметров по значению и по ссылке. Использование в различных языках программирования.

Процедура / функция — именованный фрагмент кода, который можно вызвать из другого места программы. Предполагается, что функция / процедура является атомарной частью программы (логически неделима и выполняет какое-либо законченное действие).

Сравнение процедур и функций. 1) Функция может возвращать значение, процедура чаще не возвращает ничего (в Си возвращает пустое значение). 2) В теле функции обязательно наличие оператора, возвращающего значение. 3) Процедура вызывается отдельным оператором, вызов функции возможен в составе выражений. 4) На блок-схеме процедура изображается в блоке «предопределенный процесс», функция — в блок «процесс» или «вывод».

Использование функций ведет к повышению степени абстракции программы и упрощению структуры программы; позволяет избежать избыточности кода, т. к. функцию записывают один раз, а вызвать ее выполнение можно многократно из различных точек программы.

Процесс отладки программы, содержащей функции, можно лучше структурировать. Часто используемые функции можно помещать в библиотеки.

Тип функции определяется типом возвращаемого значения и списком типов её формальных параметров.

Однако для того, чтобы компилятор мог осуществить проверку соответствия типов передаваемых фактических параметров типам формальных параметров до вызова функции нужно поместить объявление (прототип) функции.

<модификатор> <тип> <имя функции>

(<список формальных параметров>)

{

<тело функции>

}

Механизм параметров является основным способом обмена информацией между вызываемой и вызывающей функциями. Параметры в процедуры и функции можно передавать 2 способами — по значению и по ссылке. Отличия между этими двумя способами следующие — при передаче параметра по значению в процедуру (функцию) передается копия переменной, а при передаче по ссылке — оригинал (сама переменная).

3. Перегрузка операций и функций в языке С++.

Перегрузка операций. Например, класс, определяющий связанный список, может использовать оператор + для того, чтобы добавлять объект к списку. Другой класс может использовать оператор + совершенно иным способом. Когда оператор перегружен, ни одно из его исходных значений не теряет смысла. Просто для определенного класса объектов определен новый оператор. Поэтому перегрузка оператора + для того, чтобы обрабатывать связанный список, не изменяет его действия по отношению к целым числам.

const char operator +(const char left, const char right)

{

return strcat(left, right);

}

Перегружаемые функции имеют одинаковое имя, но разное количество или типы аргументов. Это разновидность статического полиморфизма, при которой вопрос о том, какую из функций вызвать, определяется по сигнатуре. Этот подход применяется в статически типизированных языках, которые проверяют типы аргументов при вызове функции. Перегруженная функция фактически представляет собой несколько разных функций, и выбор подходящей происходит на этапе компиляции.

main()

{

cout << volume(10);

cout << volume(2.5, 8);

cout << volume(100, 75, 15);

}

int volume(int s) // volume of a cube

{

return(s * s * s);

}

double volume(double r, int h) // volume of a cylinder

{

return(3.14 * r * r * h);

}

long volume(int a, int b, int h) // volume of a parallelepiped

{

return(a * b * h);

}

В приведенном выше примере, объем различных компонентов рассчитывается с использованием тех же вызов функции "volume", с аргументами, различающихся по типу данных или количеству.

4. Переменные в языках программирования. Имя, тип и значение переменной. Область видимости и время жизни переменной. Динамические переменные.

Переменная — это именованная область памяти, в которой хранятся данные определенного типа (с объектной точки зрения, переменная — экземпляр типа).

Значение — данные, хранимые в переменной. Имя — идентификатор переменной для доступа к области памяти, в которой хранится значение. Тип — множество допустимых значений, которое может принимать переменная.

Имя и тип задаются при объявлении переменной и остаются неизменными на все время ее жизни. Значение переменной может меняться в ходе выполнения программы, эта возможность вариации значений и дала имя понятию "переменная" (variable) в математике и программировании. Константа — переменная с неизменяемым значением.

Получение начального значения переменной называется ее инициализацией. В C# обязательна инициализация переменной до начала ее использования.

Область видимости — место в коде программы, где может использоваться переменная.

Время жизни переменной — период выполнения программы с момента выделения места в оперативной памяти для переменной до момента освобождения этой памяти.

По зоне видимости различают локальные и глобальные переменные. Первые доступны только конкретной подпрограмме, вторые — всей программе. С распространением модульного и объектного программирования, появились ещё и общие переменные (доступные для определённых уровней иерархии подпрограмм).

Ограничение зоны видимости придумали как для возможности использовать одинаковые имена переменных (что разумно, когда в разных подпрограммах переменные выполняют похожую функцию), так и для защиты от ошибок, связанных с неправомерным использованием переменных.

Тип Описание типа Размер(байты)

Integer Целое (со знаком) 4

Boolean Логический тип 1

Single Вещественный (дробный) 4

Double Вещественный (дробный) 8

Char Символ 1

String Строковый тип

Byte Однобайтовое поле знака 1

Динамические переменные — переменные, которые создаются (и уничтожаются) во время выполнения программы. В зависимости от того, кто отвечает за работу с такими переменными — компилятор или программист — различают языки с динамическим или статическим управлением памятью.

Pascal, С/С++ — статическое управление памятью. ALGOL-60, PL/I — динамическое управление памятью. В С/С++ динамические переменные должен создавать и следить за их корректным использованием и уничтожением программист.

Динамические переменные создаются в куче — структуре данных, с помощью которой реализована динамически распределяемая память.