Синтаксис создания классов

Базовые сведения об объектах и классах

Объектно-ориентированное программирование – это методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности взаимодействующих объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы являются членами определенной иерархии наследования.

Объект – структура, которая объединяет данные и методы, которые эти данные обрабатывают. Фактически, объект является основным строительным блоком объектно-ориентированных программ.

Об объектах можно думать как о полезных существах, которые "живут" в нашей программе и коллективно решают некоторую задачу. Наша обязанность заключается в том, чтобы создать эти существа, распределить между ними обязанности, регламентировать сценарий их поведения и взаимодействия при решении поставленной задачи.

Класс – шаблон для объектов. Каждый объект является экземпляром (instance) какого-либо класса («безклассовых» объектов не существует). В рамках класса задается общий шаблон, структура, на основании которой создаются объекты. Данные, относящиеся к классу, называются полями класса, а программный код для их обработки называется методами класса. Поля и методы называют общим термином – члены класса.

Разница между классом и объектом такая же, как между абстрактным понятием и реальным объектом.

Объект состоит из следующих частей:

  • имя объекта;

  • состояние (переменные состояния). Данные, содержащиеся в объекте, представляют его состояние. В терминологии ООП эти данные называются атрибутами. Например, атрибутами работника могут быть: имя, фамилия, пол, дата рождения, номер телефона. В разных объектах атрибуты имеют разное значение. Фактически, в объектах определяются конкретные значения тех переменных (полей класса), которые были заявлены при описании класса;

  • методы (операции) – применяются для выполнения операций с данными, а также для совершения других действий. Методы определяют, как объект взаимодействует с окружающим миром.

В теории ООП, объекты могут отправлять друг другу сообщения. В языках программирования этот механизм реализуется через вызов функции другого объекта. Понятие "сообщение" в ООП можно объяснить следующим образом: мы не можем напрямую изменить состояние объекта и должны как бы послать сообщение объекту, что мы хотим как-то изменить его состояние. Очень важно понять, что объект сам меняет свое состояние, а мы можем только попросить его об этом с помощью отсылки сообщения.

В объектно-ориентированной программе весь код должен находиться внутри классов!

В классе описываются, какого типа данные относятся к классу, а также то, какие методы применяются к этим данным. Затем, в программе на основе того или иного класса создается экземпляр класса (объект), в котором указываются конкретные значения полей и выполняются необходимые действия над ними.

Классы как абстрактные типы данных

В окончательном виде любая программа представляет собой набор инструкций процессора. Все, что написано на любом языке программирования - более удобная, упрощенная запись этого набора инструкций, облегчающая написание, отладку и последующую модификацию программы. Чем выше уровень языка, тем в более простой форме записываются одни и те же действия.

С ростом объема программы становится невозможным удерживать в памяти все детали, и становится необходимым структурировать информацию, выделять главное и отбрасывать несущественное. Этот процесс называется повышением степени абстракции программы.

Для языка высокого уровня первым шагом к повышению абстракции является использование функций, позволяющее после написания и отладки функции отвлечься от деталей ее реализации, поскольку для вызова функции требуется знать только ее интерфейс. Если глобальные переменные не используются, интерфейс полностью определяется заголовком функции.

Следующий шаг - описание собственных типов данных, позволяющих структурировать и группировать информацию, представляя ее в более естественном виде. Например, все разнородные сведения, относящиеся к одному виду товара на складе, можно представить с помощью одной структуры.

Для работы с собственными типами данных требуются специальные функции. Естественно сгруппировать их с описанием этих типов данных в одном месте программы, а также по возможности отделить от ее остальных частей. При этом для использования этих типов и функций не требуется полного знания того, как именно они написаны - необходимы только описания интерфейсов. Объединение в модули описаний типов данных и функций, предназначенных для работы с ними, со скрытием от пользователя модуля несущественных деталей является дальнейшим развитием структуризации программы.

Все три описанных выше метода повышения абстракции преследуют цель упростить структуру программы, то есть представить ее в виде меньшего количества более крупных блоков и минимизировать связи между ними. Это позволяет управлять большим объемом информации и, следовательно, успешно отлаживать более сложные программы.

Введение понятия класса является естественным развитием идей модульности. В классе структуры данных и функции их обработки объединяются. Класс используется только через его интерфейс - детали реализации для пользователя класса не существенны.

Идея классов отражает строение объектов реального мира - ведь каждый предмет или процесс обладает набором характеристик или отличительных черт, иными словами, свойствами и поведением. Программы в основном предназначены для моделирования предметов, процессов и явлений реального мира, поэтому удобно иметь в языке программирования адекватный инструмент для представления моделей.

Класс является типом данных, определяемым пользователем. В классе задаются свойства и поведение какого-либо предмета или процесса в виде полей данных (аналогично структуре) и функций для работы с ними. Создаваемый тип данных обладает практически теми же свойствами, что и стандартные (примитивные) типы (тип задает внутреннее представление данных в памяти компьютера, множество значений, которое могут принимать величины этого типа, а также операции и функции, применяемые к этим величинам).

Пользовательские типы данных принято называть абстрактными типами данных

Существенным свойством класса является то, что детали его реализации скрыты от пользователей класса за интерфейсом. Интерфейсом класса являются заголовки его открытых методов. Таким образом, класс как модель объекта реального мира является черным ящиком, замкнутым по отношению к внешнему миру.

Конкретные переменные типа данных "класс" называются экземплярами класса, или объектами. Объекты взаимодействуют между собой, посылая и получая сообщения. Сообщение - это запрос на выполнение действия, содержащий набор необходимых параметров. Механизм сообщений реализуется с помощью вызова соответствующих функций.

Пример использования объектного подхода

Создадим класс Box, который описывает контейнер, допустим, на каком-то складе.

Box.java
public class Box {
    
    double width;
    double height;
    double depth;
    
}

Класс Box определяет три переменные экземпляра: width (ширина), height (высота) и depth (глубина). В настоящий момент класс Box не содержит никаких методов.

Как мы уже говорили, класс определяет новый тип данных. В данном случае новый тип данных называется Box. Это имя будет использоваться для объявления объектов типа Box. Не следует забывать, что объявление class создает только шаблон, но не конкретный объект. Таким образом, приведенный выше код не приводит к появлению каких-нибудь объектов типа Box.

Чтобы действительно создать объект класса Box, нужно воспользоваться оператором new

Main.java
public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        Box myBox = new Box();
    }
}

После выполнения этого оператора объект myBox станет экземпляром класса Box. Таким образом, он обретет "физическое" существование.

Также следует напомнить, что каждый объект содержит собственную копию переменной экземпляра, которая определена в классе. Каждый объект типа Boxбудет содержать собственные копии переменных width, height и depth(рис. 4.2).

Изменения в переменных экземпляра одного объекта не влияют на переменные экземпляра другого объекта. Таким образом, каждый объект класса Box будет содержать собственные копии переменных width, height и depth. Для доступа к этим переменным служит оператор-точка (.). Эта операция связывает имя объекта с именем переменной экземпляра. Например, чтобы присвоить переменной width экземпляра myBox значение 100, нужно выполнить следующий оператор:

myBox.width = 100;

Этот оператор предписывает компилятору, что копии переменной width, хранящейся в объектe myBox, требуется присвоить значение 100. В общем, операция-точка служит для доступа как к переменным экземпляра, так и к методам в пределах объекта.

Ниже приведет пример программы, в которой используется класс Box

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        // Создаем объект типа Box
        Box myBox = new Box();

        // Присваиваем значения переменным экземпляра myBox
        myBox.width = 10;
        myBox.height = 20;
        myBox.depth = 15;

        // Рассчитываем объем коробки
        double volume = myBox.width * myBox.height * myBox.depth;

        System.out.println("Объем равен: " + volume);
    }
}

Как пояснялось ранее, каждый объект содержит собственные копии переменных экземпляра. Это означает, что при наличии двух объектов класса Box каждый из них будет содержать собственные копии переменных width, height и depth. Следует, однако, иметь ввиду, что изменения в переменных экземпляра одного объекта не влияют на переменные экземпляра другого. Например, в следующей программе объявлены два объекта класса Box:

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        Box myBox1 = new Box();
        Box myBox2 = new Box();

        // Присваиваем значения для mybox1
        myBox1.width = 10;
        myBox1.height = 20;
        myBox1.depth = 15;

        // Присваиваем значения для mybox2
        myBox2.width = 3;
        myBox2.height = 6;
        myBox2.depth = 9;

        double volume;

        // объем первой коробки
        volume = myBox1.width * myBox1.height * myBox1.depth;
        // будет выведено 3000
        System.out.println("Объем равен: " + volume);

        // объем второй коробки
        volume = myBox2.width * myBox2.height * myBox2.depth;
        // будет выведено 162
        System.out.println("Объем равен: " + volume);
    }
}

Программа выводит следующий результат:

Объем равен: 3000.0
Объем равен: 162.0

Как видите, данные из объекта myBox1 полностью изолированы от данных, содержащихся в объекте myBox2.

Методы класса

Как упоминалось ранее, классы состоят из двух компонентов: переменных экземпляра и методов. Общая форма метода выглядит следующим образом:

[возвращаемый тип] имя ([список параметров]) {
    [тело метода]
}

где возвращаемый тип означает конкретный тип данных, возвращаемый методом. Он может быть любым допустимым типом данных, в том числе и типом созданного класса. Если метод не возвращает значение, то его возвращаемым типом должен быть void. В качестве имени методов может быть любой допустимый идентификатор, кроме тех, которые уже используются другими элементами кода в текущей области действия. А список параметров обозначает последовательность пар "тип-идентификатор", разделенных запятыми. По существу, параметры - это переменные, которые принимают значения аргументов, передаваемых методу во время его вызова. Если у метода отсутствуют параметры, то список параметров оказывается пустым. Методы, возвращаемый тип которых отличается от void, возвращают значение вызывающей части программы с помощью оператора return.

Вернемся к нашему примеру с классом Box. Было бы логично, если бы расчет объема коробки выполнялся в классе Box, поскольку объем коробки зависит от ее размеров. Для этого добавим в класс Box метод getVolume()

Box.java
class Box {

    double width;
    double height;
    double depth;
    
    void getVolume() {
        System.out.print("Объем коробки равен ");
        System.out.println(width * height * depth);
    }
}

Внимательно рассмотрим две следующие строки кода

mybox1.volume();
mybox2.volume();

В первой строке вызывается метод volume() для объекта myBox1. Следовательно, метод volume() вызывается по отношению к объекту myBox1, для чего было указано имя объекта, а вслед за ним - операция-точка. Таким образом, в результате вызова метода myBox1.volume() выводится объем коробки, определяемого объектом myBox1, а в результате вызова метода myBox2.volume() - объем коробки, определяемого объектом myBox2.

При вызове метода myBox1.volume() исполняющая система Jаvа передает управление коду, определенному в теле метода volume(). По окончании выполнения всех операторов в теле метода управление возвращается вызывающей части программы и далее ее выполнение продолжается со строки кода, следующей за вызовом метода. В самом общем смысле метод - это способ реализации подпрограмм в Java.

В методе volume() следует обратить внимание на еще одну очень важную особенность: ссылка на переменные экземпляра width, height и depth делается непосредственно без указания перед ними имени объекта или операции-точки. Когда в методе используется переменная экземпляра, определенная в его же классе, это делается непосредственно, без указания явной ссылки на объект и применения операции-точки . Это становится понятным, если немного подумать. Метод всегда вызывается по отношению к какому-то объекту его класса. Как только этот вызов сделан, объект известен. Таким образом, в теле метода вторичное указание объекта совершенно излишне. Это означает, что переменные экземпляра width, height и depth неявно ссылаются на копии этих переменных, хранящиеся в объекте, который вызывает метод volume().

Подведем краткие итоги. Когда доступ к переменной экземпляра выполняется из кода, не входящего в класс, где определена переменная экземпляра, следует непременно указать объект с помощью операции-точки. Но когда такой доступ осуществляется из кода, входящего в класс, где определена переменная экземпляра, ссылка на переменную может делаться непосредственно. Эти же правила относятся и к методам.

Следует обратить внимание, что метод getVolume() возвращает значение 3000, и это значение рассчитанного объема сохраняется в переменной vol. При обращении с возвращаемыми значениями следует принимать во внимание два важных обстоятельства:

  • тип данных, возвращаемых методом, должен быть совместим с возвращаемым типом, указанным в методе. Так, если какой-нибудь метод должен возвращать логический тип boolean, то возвратить из него целочисленное значение нельзя;

  • переменная, принимающая возвращаемое методом значение (например, vol), также должна быть совместима с возвращаемым типом, указанным для метода.

PreviousЛабораторная работа 2NextЗадание на лабораторную работу

Last updated