Гради Буч - Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, страница 10

Основным элементом конструкции вуказанных языках служит модуль, составленный из логически связанных классов и объектов, а неподпрограмма, как в языках первого поколения.Рис. 2-3. Топология языков конца третьего поколенияДругими словами: «Если процедуры и функции — глаголы, а данные — существительные, топроцедурные программы строятся из глаголов, а объектно-ориентированные — из существительных» [б].По этой же причине структура программ малой и средней сложности при объектно-ориентированномподходе представляется графом, а не деревом, как в случае алгоритмических языков.

Кроме того,уменьшена или отсутствует область глобальных данных. Данные и действия организуются теперь такимобразом, что основными логическими строительными блоками наших систем становятся классы и объекты,а не алгоритмы.В настоящее время мы продвинулись много дальше программирования «в большом» и предсталиперед программированием «в огромном». Для очень сложных систем классы, объекты и модули являютсянеобходимыми, но не достаточными средствами абстракции.

К счастью, объектный подходмасштабируется и может быть применен на все более высоких уровнях. Кластеры абстракций в большихсистемах могут представляться в виде многослойной структуры. На каждом уровне можно выделитьгруппы объектов, тесно взаимодействующих для решения задачи более высокого уровня абстракции.Внутри каждого кластера мы неизбежно найдем такое же множество взаимодействующих абстракций(рис. 2-5). Это соответствует подходу к сложным системам, изложенному в главе 1.Основные положения объектной моделиМетоды структурного проектирования помогают упростить процесс разработки сложных систем засчет использования алгоритмов как готовых строительных блоков.

Аналогично, методы объектноориентированного проектирования созданы, чтобы помочь разработчикам применять мощныевыразительные средства объектного и объектно-ориентированного программирования, использующего вкачестве блоков классы и объекты.Но в объектной модели отражается и множество других факторов. Как показано во врезке ниже,объектный подход зарекомендовал себя как унифицирующая идея всей компьютерной науки, применимаяне только в программировании, но также в проектировании интерфейса пользователя, баз данных и дажеархитекту-Рис. 2-4. Топология малых и средних приложений в объектных и объектно-ориентированныхязыкахры компьютеров.

Причина такой широты в том, что ориентация на объекты позволяет нам справляться сосложностью систем самой разной природы.Объектно-ориентированный анализ и проектирование отражают эволюционное, а нереволюционное развитие проектирования; новая методология не порывает с прежними методами, астроится с учетом предшествующего опыта.

К сожалению, большинство программистов в настоящеевремя формально и неформально натренированы на применение только методов структурногопроектирования. Разумеется, многие хорошие проектировщики создали и продолжают совершенствоватьбольшое количество программных систем на основе этой методологии. Однако алгоритмическаядекомпозиция помогает только до определенного предела, и обращение к объектно-ориентированнойдекомпозиции необходимо.

Более того, при попытках использовать такие языки, как C++ или Ada, вкачестве традиционных, алгоритмически ориентированных, мы не только теряем их внутреннийпотенциал — скорее всего результат будет даже хуже, чем при использовании обычных языков С и Pascal.Дать электродрель плотнику, который не слышал об электричестве, значит использовать ее в качествемолотка. Он согнет несколько гвоздей и разобьет себе пальцы, потому что электродрель мало пригоднадля замены молотка.OOP, OOD и ООАУнаследовав от многих предшественников, объектный подход, к сожалению, перенял изапутанную терминологию. Программист в Smalltalk пользуется термином метод, в C++ — терминомвиртуальная функция, в CLOS — обобщенная функция.Рис. 2-5.Топология больших приложений в объектных и объектно-ориентированных языкахВ Object Pascal используется термин приведение типов, а в языке Ada то же самое называетсяпреобразование типов.

Чтобы уменьшить путаницу, следует определить, что является объектноориентированным, а что — нет. Определение наиболее употребительных терминов и понятий вы найдете вглоссарии в конце книги.Термин объектно-ориентированный, по мнению Бхаскара, «затаскан до потери смысла, как"материнство", "яблочный пирог" и "структурное программирование"» [7]. Можно согласиться, чтопонятие объекта является центральным во всем, что относится к объектно-ориентированной методологии.В главе 1 мы определили объект как осязаемую сущность, которая четко проявляет свое поведение.

Стефик и Бобров определяют объекты как «сущности, объединяющие процедуры и данные, так как онипроизводят вычисления и сохраняют свое локальное состояние» [8]. Определение объекта как сущности вкакой-то мере отвечает на вопрос, но все же главным в понятии объекта является объединение идейабстракции данных и алгоритмов. Джонс уточняет это понятие следующим образом: «В объектномподходе акцент переносится на конкретные характеристики физической или абстрактной системы,являющейся предметом программного моделирования... Объекты обладают целостностью, которая недолжна — а, в действительности, не может — быть нарушена.

Объект может только менять состояние,вести себя, управляться или становиться в определенное отношение к другим объектам. Иначе говоря,свойства, которые характеризуют объект и его поведение, остаются неизменными. Например, лифтхарактеризуется теми неизменными свойствами, что он может двигаться вверх и вниз, оставаясь впределах шахты...

Любая модель должна учитывать эти свойства лифта, так как они входят в егоопределение» [32].Основные положения объектной моделиЙонесава и Токоро свидетельствуют: «термин "объект" появился практически независимо в различныхобластях, связанных с компьютерами, и почти одновременно в начале 70-х годов для обозначения того, чтоможет иметь различные проявления, оставаясь целостным. Для того, чтобы уменьшить сложностьпрограммных систем, объектами назывались компоненты системы или фрагменты представляемых знании»[9].

По мнению Леви, объектно-ориентированный подход был связан со следующими событиями:•«прогресс в области архитектуры ЭВМ•развитие языков программирования, таких как Simula, Smalltalk, CLU, Ada•развитие методологии программирования, включая принципы модульности и скрытия данных»[10].К этому еще следует добавить три момента, оказавшие влияние на становление объектного подхода:•развитие теории баз данных•исследования в области искусственного интеллекта•достижения философии и теории познания.Понятие «объект» впервые было использовано более 20 лет назад при конструировании компьютеров сdescriptor-based и capability-based архитектурами [ 11 ]. В этих работах делались попытки отойти оттрадиционной архитектуры фон Неймана и преодолеть барьер между высоким уровнем программнойабстракции и низким уровнем ЭВМ [12]. По мнению сторонников этих подходов, тогда были созданы болеекачественные средства, обеспечивающие: лучшее выявление ошибок, большую эффективность реализациипрограмм, сокращение набора инструкций, упрощение компиляции, снижение объема требуемой памяти.Ряд компьютеров имеет объектно-ориентированную архитектуру: Burroughs 5000, Plessey 250, CambridgeCAP [13], SWARD [14], Intel 432 [15], Caltech's СОМ [16], IBM System/38 [17], Rational R1000, BiiN 40 и 60.С объектно-ориентированной архитектурой тесно связаны объектно-ориентированные операционныесистемы (ОС).

Дейкстра, работая над мультипрограммной системой THE, впервые ввел понятие машины суровнями состояния в качестве средства построения системы [18]. Среди первых объектноориентированных ОС следует отметить: Plessey/System 250 (для мультипроцессора Plessey 250), Hydra (дляCMU C.mmp), CALTSS (для CDC 6400), CAP (для компьютера Cambridge CAP), UCLA Secure UNIX (дляPDP 11/45 и 11/70), StarOS (для CMU Cm*), Medusa (также для CMU Cm*) и iMAX (для Intel 432) [19].Следующее поколение операционных систем, таких, как Microsoft Cairo и Taligent Pink, будет, по всейвидимости, объектно-ориентированным.Наиболее значительный вклад в объектный подход внесен объектными и объектно-ориентированнымиязыками программирования. Впервые понятия классов и объектов введены в языке Simula 67.

Система Flexи последовавшие за ней диалекты Smalltalk-72, -74, -76 и, наконец, -80, взяв за основу методы Simula, довелиих до логического завершения, выполняя все действия на основе классов. В 1970-х годах создан ряд языков,реализующих идею абстракции данных: Alphard, CLU, Euclid, Gypsy, Mesa и Modula. Затем методы,используемые в языках Simula и Smalltalk, были использованы в традиционных языках высокого уровня.Внесение объектно-ориентированного подхода в С привело к возникновению языков C++ и Objective С. Наоснове языка Pascal возникли Object Pascal, Eiffel и Ada.

Появились диалекты LISP, такие, как Flavors,LOOPS и CLOS (Common LISP Object System), с возможностями языков Simula и Smalltalk. Более подробноособенности этих языков изложены в приложении.Первым, кто указал на необходимость построения систем в виде структурированных абстракций, былДейкстра.

Позднее Парнас ввел идею скрытия информации [20], а в 70-х годах ряд исследователей, главнымобразом Лисков и Жиль [21], Гуттаг [22], и Шоу [23], разработал механизмы абстрактных типов данных.Хоар дополнил эти подходы теорией типов и подклассов [24].Развивавшиеся достаточно независимо технологии построения баз данных также оказали влияние наобъектный подход [25], в первую очередь благодаря так называемой модели «сущность-отношение» (ER,entity-relationship) [26]. В моделях ER, впервые предложенных Ченом [27], моделирование происходит втерминах сущностей, их атрибутов и взаимоотношений.Разработчики способов представления данных в области искусственного интеллекта также внесли свойвклад в понимание объектно-ориентированных абстракций.

В 1975 г. Мински выдвинул теорию фреймовдля представления реальных объектов в системах распознавания образов и естественных языков [28].Фреймы стали использоваться в качестве архитектурной основы в различных интеллектуальных системах.Объектный подход известен еще издавна. Грекам принадлежит идея о том, что мир можно рассматривать втерминах как объектов, так и событий. А в XVII веке Декарт отмечал, что люди обычно имеют объектноориентированный взгляд на мир [29]. В XX веке эту тему развивала Рэнд в своей философииобъективистской эпистемоло-гии [30]. Позднее Мински предложил модель человеческого мышления, вкоторой разум человека рассматривается как общность различно мыслящих агентов [31]. Он доказывает, чтотолько совместное действие таких агентов приводит к осмысленному поведению человека.Объектно-ориентированное программирование.

Что же такое объектно-ориентированное программирование (object-oriented programming, OOP)? Мы определяем его следующимобразом:Объектно-ориентированное программирование — это методология программирования,основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которыхявляется экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования.В данном определении можно выделить три части: 1) OOP использует в качестве базовыхэлементов объекты, а не алгоритмы (иерархия «быть частью», которая была определена в главе1); 2) каждый объект является экземпляром какого-либо определенного класса; 3) классыорганизованы иерархически (см. понятие об иерархии «is а» там же). Программа будет объектноориентированной только при соблюдении всех трех указанных требований.