11. Принцип абстракции. Дополнительные принципы ООП

Абстракция - упрощенное описание или изложение системы, при котором одни свойства и детали выделяются, а другие опускаются. Хорошей является абстракция, подчеркивающая детали, существенные для данной предметной области, и опускающая несущественные детали. Также абстракция позволяет отличать один объект от другого.

Принцип минимальных обязательств - интерфейс объекта должен описать только существенные аспекты его поведения;

Принцип наименьшего удивления - абстракция должна описывать только поведение объекта, ни больше, ни меньше.

Виды абстракций:

• абстракция сущности - объект представляет собой полезную модель некоторой сущности в предметной области ("Студент", "Преподаватель", "Аудитория");

• абстракция поведения - объект состоит из обобщенного множества операций ("Менеджер соединения с базой данных");

• абстракция виртуальной машины - объект группирует операции, которые вместе используются более высоким уровнем управления;

• произвольная абстракция - объект включает в себя набор операций, не имеющих друг с другом ничего общего.

Описывая поведение какого-либо объекта, например, автомобиля, мы строим его модель. Модель не может описать объект полностью, реальные объекты слишком сложны. Приходится отбирать только те характеристики объекта, которые важны для решения поставленной перед нами задачи.

Для описания грузоперевозок важной характеристикой будет грузоподъемность автомобиля, а для описания автомобильных гонок она не существенна. Но для моделирования гонок обязательно надо описать метод набора скорости данным автомобилем, а для грузоперевозок это не столь важно.

Для характеристики спортсмена обязательно надо указать его вес, рост, скорость реакции, спортивные достижения, а для ученого все эти качества несущественны, зато важно его квалификация, ученая степень, количество опубликованных научных работ и так далее.

Мы должны абстрагироваться от некоторых конкретных деталей объекта. Очень важно выбрать правильную степень абстракции. Слишком высокая степень даст только приблизительное описание объекта, не позволит правильно моделировать его поведение. Слишком низкая степень абстракции сделает модель очень сложной, перегруженной деталями, и поэтому непригодной.

При разработке программного обеспечения нам необходимо выбрать уровень абстракции, необходимый для правильного описания реального информационного процесса. Затем следует выделить объекты, принимающие участие в этом процессе, и установить связи между этими объектами.

Как это сделать? Можно воспользоваться следующей методикой: опишите процесс словами и проанализируйте получившиеся фразы. "Завод выпускает автомобили" - здесь два объекта: завод и автомобиль. Производственно-технические характеристики завода составят набор полей объекта "Завод", а процесс выпуска автомобиля будет описан в виде набора методов объекта "Завод".

Пример из другой области - "Преподаватель читает учебный курс". Полями объекта "Преподаватель" будут его фамилия, имя и отчество, научно-педагогический стаж, квалификация, ученая степень, выпущенные им учебники и методические пособия. Методами "Преподавателя" будут такие действия как "проводить лекцию", "повышать квалификацию", "проводить консультацию", "принимать зачет" и так далее.

Полями объекта "Учебный курс" будут его название, программа, количество часов, перечень учебных пособий. Будет ли объект "Учебный курс" обладать какими-то методами или в этом объекта будут только поля? Какие действия выполняет "Учебный курс"? По-видимому, единственным действием объекта "Учебный курс" будет предоставление своих полей другим объектам, значит, нужны методы доступа к полям объекта.

Очень упрощенно можно сказать, что если в словесном описании процесса вам потребовалось сформулировать какое-то понятие, то оно будет кандидатом на оформление его в виде класса. Существительные, описывающие это понятие, будут полями класса, а глаголы - методами будущего класса.

Дополнительные принципы ООП

Кроме основных принципов ООП, некоторые ученые и авторы выделяют дополнительные принципы ООП, соблюдение которых не обязательно для разработки объектно-ориентированного программного обеспечения. Выделим наиболее важные дополнительные свойства объектно-ориентированного программирования.

Модульность

Модульность - свойство системы, которая была разложена на внутренние связные, но слабо связанные между собой модули. Структура каждого модуля должна быть достаточно простой для понимания, допускать независимую реализацию других модулей и не влиять на поведение других модулей, а также позволять легкое изменение проектных решений.

Иерархия

Иерархия - ранжированная или упорядоченная система абстракций. Принцип иерархичности предполагает использование иерархий при разработке программных систем. В ООП используется два вида иерархии:

• иерархия "целое/часть" - показывает, что некоторые абстракции являются частями других абстракций. Например, лампа состоит из цоколя, нити накаливания и колбы;

• иерархия "общее/частное" - показывает, что некоторая абстракция является частным случаем другой абстракции. Например, "обеденный стол" - конкретный вид стола, а "стол" - конкретный вид мебели. Такая иерархия используется при разработке структуры классов, когда сложные классы строятся на базе более простых классов путем добавления к ним новых характеристик и, возможно, уточнения имеющихся. Реализуется с помощью иерархии наследования.

Типизация

Типизация - это ограничение, накладываемое на свойства объектов и препятствующее взаимозаменяемости абстракций различных типов. Язык Java имеет строгую типизацию, когда для каждого программного объекта (переменной, функции, аргумента и так далее) объявляется тип, который определяет множество операций над соответствующим программным объектом.

Устойчивость

Устойчивость - свойство абстракции существовать во времени (независимо от процесса, породившего данный программный объект) и в пространстве (перемещаясь из адресного пространства, в котором он был создан). Различают:

• временные объекты - хранят промежуточные результаты некоторых действий, например, вычислений;

• локальные объекты - существуют внутри методов, объект уничтожается после окончания работы метода;

• глобальные объекты - существуют, пока программа загружена в память;

• сохраняемые объекты - хранятся в файлах внешней памяти между сеансами работы программы.