KursRab (Объектно-ориентированные языки програмирования), страница 2

- Модель реального мира или его части может быть описана как совокупность взаимодействующих между собой объектов.

- Объект описывается набором параметров, значения которых определяют состояние объекта, и набором операций (действий), которые может выполнять объект.

- Взаимодействие между объектами осуществляется посылкой специальных сообщений от одного объекта к другому. Сообщение, полученное объектом, может потребовать выполнения определенных действий, например, изменения состояния объекта.

- Объекты, описанные одним и тем же набором параметров и способные выполнять один и тот же набор действий представляют собой класс однотипных объектов.

С точки зрения языка программирования класс объектов можно рассматривать как тип данного, а отдельный объект - как данное этого типа. Определение программистом собственных классов объектов для конкретного набора задач должно позволить описывать отдельные задачи в терминах самого класса задач (при соответствующем выборе имен типов и имен объектов, их параметров и выполняемых действий).

Таким образом, объектно-ориентированный подход предполагает, что при разработке программы должны быть определены классы используемых в программе объектов и построены их описания, затем созданы экземпляры необходимых объектов и определено взаимодействие между ними.

Классы объектов часто удобно строить так, чтобы они образовывали иерархическую структуру. Например, класс “Студент”, описывающий абстрактного студента, может служить основой для построения классов “Студент 1 курса”, “Студент 2 курса” и т.д., которые обладают всеми свойствами студента вообще и некоторыми дополнительными свойствами, характеризующими студента конкретного курса. При разработке интерфейса с пользователем программы могут использовать объекты общего класса “Окно” и объекты классов специальных окон, например, окон информационных сообщений, окон ввода данных и т.п. В таких иерархических структурах один класс может рассматриваться как базовый для других, производных от него классов. Объект производного класса обладает всеми свойствами базового класса и некоторыми собственными свойствами, он может реагировать на те же типы сообщений от других объектов, что и объект базового класса и на сообщения, имеющие смысл только для производного класса. Обычно говорят, что объект производного класса наследует все свойства своего базового класса.

Некоторые параметры объекта могут быть локализованы внутри объекта и недоступны для прямого воздействия извне объекта. Например, во время движения объекта-автомобиля объект-водитель может воздействовать только на ограниченный набор органов управления (рулевое колесо, педали газа, сцепления и тормоза, рычаг переключения передач) и ему недоступен целый ряд параметров, характеризующих состояние двигателя и автомобиля в целом.

Очевидно, для того, чтобы продуктивно применять объектный подход для разработки программ, необходимы языки программирования, поддерживающие этот подход, т.е. позволяющие строить описание классов объектов, образовывать данные объектных типов, выполнять операции над объектами. Одним из первых таких языков стал язык SmallTalk в котором все данные являются объектами некоторых классов, а общая система классов строится как иерархическая структура на основе предопределенных базовых классов.

Опыт программирования показывает, что любой методический подход в технологии программирования не должен применяться слепо с игнорированием других подходов. Это относится и к объектно-ориентированному подходу. Существует ряд типовых проблем, для которых его полезность наиболее очевидна, к таким проблемам относятся, в частности, задачи имитационного моделирования, программирование диалогов с пользователем. Существуют и задачи, в которых применение объектного подхода ни к чему, кроме излишних затрат труда, не приведет. В связи с этим наибольшее распространение получили объектно-ориентированные языки программирования, позволяющие сочетать объектный подход с другими методологиями. В некоторых языках и системах программирования применение объектного подхода ограничивается средствами интерфейса с пользователем (например, Visual FoxPro ранних версий).

Наиболее используемыми в настоящее время объектно-ориентированными языками являются Паскаль с объектами и Си++, причем наиболее развитые средства для работы с объектами содержатся в Си++.

1. Объектно-ориентированные языки программирования.

2.1. SIMULA 67

Все объектно-ориентированные языки происходят от языка Симула, разработанного в начале 60-х гг. в Norwegian Computing Centre. Синтаксис языка взят из Алгола-60. Основными новшествами были понятия объекта, класса и наследования. Симула не навязывает строгую инкапсуляцию данных и не заботится о деталях реализации. Модули можно перекомпилировать по отдельности, не меняя внешние интерфейсы. Проверка типов осуществляется во время компиляции. Сборка мусора осуществляется системой поддержки работающей программы.

Объекты могут действовать независимо друг от друга, предоставляя возможность выполнения квазипараллельных вычислений. Действие объекта можно приостановить и возобновить позже. Встроенные классы добавляют в язык средства работы со списками, графику и моделирование дискретных событий.

Среда

Переносимая система Simula (S-Port) содержит независимый пакет, состоящий из компилятора, генерирующего промежуточный язык S-code, систему поддержки работающей программы и символьного отладчика. Также есть система, зависимая от целевой машины, содержащая компилятор, транслирующий S-code в целевой код, и набор программ интерфейса. Планируется создать дополнительные средства и библиотеку предопределенных модулей.

Поставщики

Первая реализации на Univac 1107 появилась в начале 70-х гг. С этих пор язык был реализован на большинстве платформ, от больших ЭВМ до персоналок. В настоящее время Simula развивается и выступает на рынке под названием Simula a.s., установленным норвежской фирмой в 1984 г.

Переносимая система Simula (S-Port) - является основой многочисленных версий, включая PC Simula. В табл. С2.1 приводятся основные реализации и поставщики. Системы DEC, Univac и IBM установлены в более, чем 300 точках Европы и Северной Америки.

Таблица С2.1а. Реализации языка Simula

Платформа	Поставщик
CDC 3300	Academy of Sciences, Budapest
CDC Cyber	Control Data a.s., Oslo, Norway
Cromemco под Cromix	Omnibus a.s., Sweden
Data General Eclipse	Lund Software, Sweden
DEC 10/20	Stockholm Computing Centre QZ, Sweden
IBM 370	Simula a.s., Oslo, Norway
ND 10/100	Norsk Data, Oslo, Norway
Siemens 75xx под BS2000/3000	Simula a.s., Oslo, Norway

Таблица С2.1b. Реализации переносимых систем Simula

Платформа	Поставщик
Apollo	Simprog AB, Stockholm, Sweden
HP 900/300	Simprog AB, Stockholm, Sweden
IBM PC/XT (AT)	Simula a.s., Oslo, Norway
ICL 2900	University of Edinburgh, Scotland
Mach-S	Simulation Technology, Oslo, Norway
Masscomp	Simprog AB, Stockholm, Sweden
ND 500	Norsk Data, Oslo, Norway
Prime	Prime Scandinavia, Stockholm, Sweden
Sperry 1100	Unisys Corp., USA
Sun	Simprog AB, Stockholm, Sweden
Vax под Unix	Simprog AB, Stockholm, Sweden
Vax под Ultrix	Simprog AB, Stockholm, Sweden
Vax под VMS	Stockholm Computing Centre QZ, Sweden

Сформированная в 1972 г. организация Simula Standards Group осуществляет контроль за развитием языка: самая последняя версия была выпущена в 1986г. Изменения в язык вносит Simula Developement Group. Кроме того, есть ассоциация пользователей языка Simula.

2.2. SMALLTALK

Smalltalk до последнего времени был наиболее предпочтительным языком при экспериментировании в технологии объектно-ориентированного программирования. В последние годы появился дешевый компилятор C++ для персоналок, который нарушил баланс в сторону C++ среди первых пользователей объектно-ориентированных систем. Smalltalk был разработан на фирме Xerox PARC в результате исследовательского проекта, воплотив в себе ряд идей о том, как человек может использовать компьютер наилучшим образом. Сюда относились использование персональных рабочих станций, интерактивных сред, графических интерфейсов, мыши и объектно-ориентированного программирования. Каждая из этих идей сама по себе имела большое значение, как внутри фирмы, так и во всей компьютерной индустрии. В 80-х гг. соединение этих мощных идей в языке и системе Smalltalk-80 было несоразмерно с малым числом фактических пользователей.

Язык

Основной чертой языка Smalltalk является его универсальность. История языка характеризуется тремя признаками:

• данные хранятся как объекты, которые освобождаются автоматически;

• выполнение действий осуществляется через посылку сообщений объектам;

• поведение объектов описано в классах.

В языке все является объектом. Все взаимодействия объектов осуществляются через посылки сообщений, даже сложение целых чисел: 1 +2. В этом языке 1 - это экземпляр класса целых чисел, + - имя метода, 2- аргумент. Объект 1 получает сообщение + 2 и возвращает результат 3.Состоятельность такого подхода гарантирует краткость языка и простой синтаксис. Но из-за этого увеличивается цена накладных расходов на

посылку сообщений: связывание производится целиком во время работы программы. Автоматическая сборка мусора тоже вызывает проблемы быстродействия. Smalltalk не поддерживает множественное наследование.

С другой стороны, Smalltalk-80 совсем не маленький язык. Существует большая библиотека классов: более 250 классов и более 2000 методов. Работа с такой библиотекой составляет важную задачу при изучении языка, несмотря на то, что для просмотра методов и классов существуют специальные средства.

Среда

Smalltalk-80 тесно связан с развитой средой программирования. Пользовательский интерфейс состоит из набора экранных образов: это прямоугольные области, содержащие текст или графику, которые можно перемещать по экрану, изменять в размере, заменять меткой или закрывать. Образы могут перекрываться полностью или частично. Взаимодействие с системой осуществляется с помощью трехкнопочной мыши или с клавиатуры. Визуальные объекты для пользователя - это курсоры, высвечивание, меню, полоски сдвига и рамки с подсказкой.

Основные компоненты системы активизируются внутри экранных образов. Сюда

входят текстовый редактор, редактор формы и битовый редактор для создания рисунков, инспектор для проверки переменных объекта, окно просмотра системы для изучения классов и сообщений, метки окна для описания прерванного процесса и отладчики.

Smalltalk был разработан для индивидуальной работы программиста на персональной рабочей станции. Таким образом, эта система первоначально была доступна только как однопользовательская. Сейчас в ней уже есть средства поддержки коллективов программистов.

Поставщики

В 1981-82 гг. четырем фирмам предлагалось реализовать Smalltalk на своей аппаратуре. После этого эксперимента Smalltalk поставлялся университетам и исследовательским институтам как продукт без сопровождения. Кроме того, был выпущен ряд книг по языку и его реализации. Однако, язык не был запатентован фирмой Xerox вплоть до 1986 г. Эта фирма до сих пор контролирует рынок Smalltalk-80 с помощью отделения SIS и фирмы ParcPlace Systems. Другие продавцы имеют лицензию на продукт и его различные реализации. Исключением является фирма Digitalk, выпустившая свою собственную версию для PC - Smalltalk/V. В таблице С2.2 приведены доступные в настоящее время продукты Smalltalk.

Таблица C2.2 Продавцы и продукты языка Smalltalk

Продукт	Платформа	Продавец
Smalltalk-80	DEC Station 3100 под Ultrix	ParcPlace systems
	PC 80386 под MS-DOS
	Sun-3, 4, 386i
	Apple Macintosh II, Plus и SE
	HP 9000 series 300
	Apollo Series 3000, 4000
	Apollo DN570, 580, 590
Smalltalk-80	Tektronix 4315	Tektronix
Color Smalltalk-80	Tektronix 4316, 17 и 19	Tektronix
Smalltalk-80	Xerox 8010/1108 и 6085/1186	Xerox SIS
Smalltalk/V	IBM PC/XT/AT под MS-DOS	Digitalk
Smalltalk/V 286	286 и 386 PC под MS-DOS	Digitalk
Smalltalk/V Mac	Apple Macintosh II, PLUS и SE	Digitalk

Будущее языка Smalltalk волнует как пользователей, так и поставщиков. В августе 1987 г. была организована ассоциация разработчиков и прикладных пользователей Smalltalk - OOPSTAD. Она публикует новости HOOPLA (Hooray for Object-Oriented Languages). Работу по стандартизации взял на себя IEEE Microprocessor Standards Committee (P1152). Основное внимание он уделяет языку и базовым классам типа Number и Collection. Основные поставщики и ряд консультантов сформировали Консорциум Smalltalk в целях развития применения языка и среды и управления их технической эволюцией. Он является открытым для отдельных пользователей и корпораций.

2.3. ПРОДУКТЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЯЗЫКЕ СИ

В настоящее время объектно-ориентированные языки стремятся приблизиться к традиционным языкам (в основном к языку Си). Для этого есть ряд причин:

• уже можно воспользоваться накопленным опытом программирования;

• интерфейсы существующих систем намного проще;

• язык более приемлем в области управления;

• поставка может быть осуществлена на стандартных платформах;

• гарантия переносимости между платформами.

Наибольшим потенциалом для больших коммерческих организаций обладает язык C++ фирмы AT&T. Хотя он и не имеет пока большого количества средств сопровождения, некоторые коммерческие организации уже работают над созданием сред развития языка, а другие разрабатывают дополнительные инструменты и библиотеки классов. Кроме того, несколько компаний разработали языки и инструментальные средства, основанные на языке Си. В таблице C2.3 подводятся итоги доступных продуктов, основанных на Си.