C#. урок 9. классы и объекты. начальное знакомство с ооп

В чем заключаются преимущества и недостатки объектно-ориентированного подхода в программировании?

Преимущества:

• Объектная модель вполне естественна, поскольку в первую очередь ориентирована на человеческое восприятие мира, а не на компьютерную реализацию.
• Классы позволяют проводить конструирование из полезных компонентов, обладающих простыми инструментами, что позволяет абстрагироваться от деталей реализации.
• Данные и операции над ними образуют определенную сущность, и они не разносятся по всей программе, как нередко бывает в случае процедурного программирования, а описываются вместе. Локализация кода и данных улучшает наглядность и удобство сопровождения программного обеспечения.
• Инкапсуляция позволяет привнести свойство модульности, что облегчает распараллеливание выполнения задачи между несколькими исполнителями и обновление версий отдельных компонентов.
• Возможность создавать расширяемые системы.
• Использование полиморфизма оказывается полезным при:
  • Обработке разнородных структур данных. Программы могут работать, не различая вида объектов, что существенно упрощает код. Новые виды могут быть добавлены в любой момент.
  • Изменении поведения во время исполнения. На этапе исполнения один объект может быть заменен другим, что позволяет легко, без изменения кода, адаптировать алгоритм в зависимости от того, какой используется объект.
  • Реализации работы с наследниками. Алгоритмы можно обобщить настолько, что они уже смогут работать более чем с одним видом объектов.
  • Возможности описать независимые от приложения части предметной области в виде набора универсальных классов, или фреймворка, который в дальнейшем будет расширен за счет добавления частей, специфичных для конкретного приложения.
• Повторное использование кода:
  • Сокращается время на разработку, которое может быть отдано другим задачам.
  • Компоненты многоразового использования обычно содержат гораздо меньше ошибок, чем вновь разработанные, ведь они уже не раз подвергались проверке.
  • Когда некий компонент используется сразу несколькими клиентами, улучшения, вносимые в его код, одновременно оказывают положительное влияние и на множество работающих с ним программ.
  • Если программа опирается на стандартные компоненты, ее структура и пользовательский интерфейс становятся более унифицированными, что облегчает ее понимание и упрощает использование.

Недостатки:

• В сложных иерархиях классов поля и методы обычно наследуются с разных уровней. И не всегда легко определить, какие поля и методы фактически относятся к данному классу.
• Код для обработки сообщения иногда «размазан» по многим методам (иначе говоря, обработка сообщения требует не одного, а многих методов, которые могут быть описаны в разных классах).
• Документирование классов — задача более трудная, чем это было в случае процедур и модулей. Поскольку любой метод может быть переопределен, в документации должно говориться не только о том, что делает данный метод, но и о том, в каком контексте он вызывается.
• Неэффективность и неэкономное распределения памяти на этапе выполнения (по причине издержек на динамическое связывание и проверки типов на этапе выполнения).
• Излишняя универсальность. Часто содержится больше методов, чем это реально необходимо текущей программе. А поскольку лишние методы не могут быть удалены, они становятся мертвым грузом.

Инкапсуляция

Инкапсуляция ограничивает доступ компонентов к другим, связывает данные с методами для обработки. Для инкапсуляции используется спецификатор доступа private.

Обычно понятия инкапсуляция и сокрытие отождествляются, но некоторые языки различают эти понятия. Другими словами, критичные для работы свойства защищаются, а их изменение становится невозможным.

class Animal {

private $name;

function __construct($name) {

$this->name = $name;

}

function getName() {

return $this->name;

}

}

Name принимается в качестве аргументов конструктора. Когда конструктор будет использован в других частях кода, ничто не сможет изменить элемент name. Как видим, он указывается внутри, для других частей кода он недоступен.

Ключевые принципы ООП

Объектно-ориентированное программирование исповедует ряд принципов, лежащих в основе правил создания и использования всех структурных элементов, включая классы, объекты, методы и прочие компоненты.

Инкапсуляция

Этот принцип гласит, что вся важная информация, необходимая для работы объекта, в нем же и хранится. И только определенные данные доступны для внешних функций и объектов. 

Данные конкретного объекта или класса хранятся в пределах этого объекта или класса. Вносить в них изменения, используя другие классы, нельзя. У окружения есть право только запрашивать «публичные» методы и атрибуты. 

Такой подход обеспечивает повышенный уровень безопасности, а также сокращает шансы на случайное повреждение данных внутри какого-то класса или объекта со стороны. 

Наследование

Это как раз основная суть взаимоотношений между классами и объектами, описанная выше. Чтобы не создавать кучу одинаковых объектов или классов, можно создать класс над классами с более общими характеристики и функциями, а потом постепенно наследовать от него те или иные возможности. Используя специальную конструкцию, программист может забрать из класса ряд атрибутов или методов, оставить их в прежнем виде и дополнить новыми или же слегка переосмыслить на свое усмотрение, а потом создать из них уникальный объект или подкласс для дальнейшего наследования опций. 

Это проще понять на примере со средствами передвижения:

• Берем абстрактный класс «Средство передвижения» с возможностью набирать скорость и перевозить людей.

• Из него формируем подкласс «Автобус», наследующий базовые характеристики и уточняющий их определенным количеством мест для людей и пределом скорости. 

• Затем создаем объект «Икарус» с более конкретной скоростью, планировкой, количеством дверей, типом сигнала и другими специфичными параметрами. 

Не нужно каждый раз создавать новый класс или объект с полным набором опций. Достаточно воспользоваться конструкцией в духе  и дополнить код конкретикой. 

Абстракция 

Каждый верхний слой над объектом (классы) более абстрактный, чем его «младшая версия». Это позволяет не переписывать по 10 раз один и тот же объект, указывая одни и те же атрибуты и методы. Напротив, абстрактные классы позволяют создавать все более конкретные классы и вытекающие из них объекты, не описывая реализацию функций заранее (в этом и суть абстракции), а оставляя исключительно базовый шаблон для дальнейших надстроек. 

Полиморфизм

Один из ключевых принципов ООП, позволяющий использовать одни и те же методы для обработки различных типов данных. Полиморфизм в разных языках программирования отличается: есть строго типизированные языки в духе C++, где задействуется «перегрузка», а есть такие языки, как JavaScript, где по умолчанию функции могут обрабатывать разные типы информации без необходимости указывать тип заранее. 

Полиморфизм позволяет с помощью идентичных методов обрабатывать разные типы данных, например двузначные числа и числа с плавающей точкой. Также полиморфизмом считается возможность переопределять методы в дочерних классах для обработки других видов данных или выполнения дополнительных действий при вызове аналогичного метода. 

Плюсы и минусы объектно-ориентированных языков программирования

Хотя языки ООП могут быть мощными, они полезны не для каждой ситуации и имеют некоторый багаж, который необходимо учитывать.

Плюсы

1. Возможность повторного использования

Объектно-ориентированный код имеет чрезвычайно модульную структуру. Благодаря полиморфизму и абстракции вы можете создать одну функцию, которую можно будет использовать снова и снова. Вы также можете скопировать информацию и функции, которые уже были написаны с помощью наследования. Это экономит время, снижает сложность, экономит место и упрощает программирование.

2. Параллельная разработка

Существует достаточно наработок для того, чтобы части программы разрабатывались отдельно друг от друга и при этом функционировали по объектно-ориентированным принципам. Это значительно упрощает параллельную разработку для более крупных команд разработчиков.

3. Обслуживание

Поскольку большая часть, если не весь, наш код находится в одном месте, вызывается и используется повторно, этот код намного проще поддерживать. Вместо того, чтобы по отдельности исправлять сотню различных случаев вызова функции, мы можем исправить одну модульную и полиморфную функцию.

4. Безопасность

Хотя большинство языков имеют некоторую безопасность, объектно-ориентированные языки удобны, поскольку безопасность встроена с инкапсуляцией. Другие методы и классы не могут получить доступ к личным данным по умолчанию, и программы, написанные на языках ООП, более безопасны для этого.

5. Модульность

В объектно-ориентированных языках программирования приложение разбивается на объекты и классы. Это полезно, потому что даёт вашему приложению более модульную структуру. Модульный код легче читать. Поэтому его легче обслуживать.

Минусы

1. Часто грязный

Поскольку объектно-ориентированные языки настолько настраиваемы и масштабируемы, можно легко потерять понимание того, как работает код. Код ООП может работать разными способами. Существует множество методологий программирования в ООП, которые не работают с другими методологиями, неэффективны или сложны в использовании.

2. Требуется больше планирования

Поскольку эти языки настолько модульны и масштабируемы, отказ от чёткой конструкции заранее — это рецепт катастрофы. Создание эффективной программы требует твёрдого плана в большей степени, чем при использовании других парадигм программирования.

3. Непрозрачность

Это как плюс, так и минус. Объекты и функции могут работать независимо. Они могут получать информацию и (обычно) возвращать надёжные результаты. В результате они могут оказаться чёрными ящиками, а это означает, что то, что они делают, не всегда очевидно. Хотя программист, вероятно, создал этот объект и знает, что он делает, языки ООП просто не так прозрачны, как другие языки.

4. Производительность

Объектно-ориентированные языки часто страдают от снижения производительности. Программы, написанные на языках ООП, часто больше и требуют больше вычислительных усилий для запуска, чем функциональные языки

Однако это не всегда так или важно. C ++ — язык ООП, но это один из самых быстрых доступных языков

В то же время скорость не всегда важна. Разница в скорости становится очевидной только при обработке огромных или сложных вычислений, или в случаях, когда требуется экстремальная скорость.

История развития

Основа ООП была заложена в начале 1960-х годов. Прорыв в использовании экземпляров и объектов был достигнут в MIT с PDP-1, и первым языком программирования для работы с объектами стал Simula 67. Он был разработан Кристен Найгаард и Оле-Джохан Даль в Норвегии с целью создания симуляторов. Они работали над симуляциями взрыва кораблей и поняли, что могут сгруппировать корабли в различные категории. Каждому типу судна было решено присвоить свой собственный класс, который должен содержать в себе набор уникальных характеристик и данных. Таким образом, Simula не только ввела понятие класса, но и представила рабочую модель.

Термин «объектно-ориентированное программирование» был впервые использован Xerox PARC в языке программирования Smalltalk. Понятие ООП использовалось для обозначения процесса использования объектов в качестве основы для расчетов. Команда разработчиков была вдохновлена проектом Simula 67, но они спроектировали свой язык так, чтобы он был динамичным. В Smalltalk объекты могут быть изменены, созданы или удалены, что отличает его от статических систем, которые обычно используются. Этот язык программирования также был первым, использовавшим концепцию наследования. Именно эта особенность позволила Smalltalk превзойти как Simula 67, так и аналоговые системы программирования.

Онлайн тесты

• Тест на знание основ HTML
• Тест на знание основ PHP
• Тест на знание ООП в PHP

Все тесты

Simula 67 стала новаторской системой, которая впоследствии стала основой для создания большого количества других языков программирования, в том числе Pascal и Lisp. В 1980-х годах объектно-ориентированное программирование приобрело огромную популярность, и основным фактором в этом стало появление языка С++

Концепция ООП также имела важное значение для разработки графических пользовательских интерфейсов. В качестве одного из самых ярких примеров можно привести структуру Cocoa, существующую в Mac OS X

Общие принципы модели стали применяться во многих современных языках программирования. Некоторые из них — Fortran, BASIC, Pascal. На тот момент многие программы не были разработаны с учетом ООП, что было причиной возникновения некоторых проблем совместимости. “Чистые” объектно-ориентированные языки программирования не обладали многими функциями, необходимыми программистам. Для решения этих проблем ряд исследователей предложили несколько новых языков программирования, созданных на основе принципов ООП с сохранением других, необходимых программистам, функций. Среди наиболее ярких примеров можно выделить Eiffel, Java, .NET. Даже в серьезных веб-разработках используются языки программирования, основанные на принципах ООП — PHP (у нас вы можете пройти курс ООП в PHP), Python, Ruby. По мнению экспертов, в ближайшие несколько десятилетий именно объектно-ориентированный подход будет оставаться основной парадигмой в развитии программирования.

Наследование[]

Наследование — один из четырёх важнейших механизмов объектно-ориентированного программирования (наряду с инкапсуляцией, полиморфизмом и абстракцией), позволяющий описать новый класс на основе уже существующего (родительского), при этом свойства и функциональность родительского класса заимствуются новым классом.

Другими словами, класс-наследник реализует спецификацию уже существующего класса (базовый класс). Это позволяет обращаться с объектами класса-наследника точно так же, как с объектами базового класса.

Простое наследование:

Класс, от которого произошло наследование, называется базовым или родительским (англ. base class). Классы, которые произошли от базового, называются потомками, наследниками или производными классами (англ. derived class).

В некоторых языках используются абстрактные классы. Абстрактный класс — это класс, содержащий хотя бы один абстрактный метод, он описан в программе, имеет поля, методы и не может использоваться для непосредственного создания объекта. То есть от абстрактного класса можно только наследовать. Объекты создаются только на основе производных классов, наследованных от абстрактного. Например, абстрактным классом может быть базовый класс «сотрудник вуза», от которого наследуются классы «аспирант», «профессор» и т. д. Так как производные классы имеют общие поля и функции (например, поле «год рождения»), то эти члены класса могут быть описаны в базовом классе. В программе создаются объекты на основе классов «аспирант», «профессор», но нет смысла создавать объект на основе класса «сотрудник вуза».

Множественное наследование

При множественном наследовании у класса может быть более одного предка. В этом случае класс наследует методы всех предков. Достоинства такого подхода в большей гибкости. Множественное наследование реализовано в C++. Из других языков, предоставляющих эту возможность, можно отметить Python и Эйфель. Множественное наследование поддерживается в языке UML.

Множественное наследование — потенциальный источник ошибок, которые могут возникнуть из-за наличия одинаковых имен методов в предках. В языках, которые позиционируются как наследники C++ (Java, C# и др.), от множественного наследования было решено отказаться в пользу интерфейсов. Практически всегда можно обойтись без использования данного механизма. Однако, если такая необходимость все-таки возникла, то, для разрешения конфликтов использования наследованных методов с одинаковыми именами, возможно, например, применить операцию расширения видимости — «::» — для вызова конкретного метода конкретного родителя.

Попытка решения проблемы наличия одинаковых имен методов в предках была предпринята в языке Эйфель, в котором при описании нового класса необходимо явно указывать импортируемые члены каждого из наследуемых классов и их именование в дочернем классе.

Большинство современных объектно-ориентированных языков программирования (C#, Java, Delphi и др.) поддерживают возможность одновременно наследоваться от класса-предка и реализовать методы нескольких интерфейсов одним и тем же классом. Этот механизм позволяет во многом заменить множественное наследование — методы интерфейсов необходимо переопределять явно, что исключает ошибки при наследовании функциональности одинаковых методов различных классов-предков.

Причины появления объектно-ориентированного программирования

Некоторые задаются вопросом, а почему вообще возник метод ООП? Вроде бы и работающие инструменты у программистов были, и процедурные языки, и методов реализации хватало.

Тем не менее пришло время, когда без ООП стало невозможно быстро и качественно решать поставленные задачи. Во многом это связано с усложнением этих самых задач. Усложнились типы данных, возникла необходимость делить задачу на части. В итоге программы стали представлять собой древа с кучей ветвлений и вариантов работы. Реализовать всё это, используя лишь процедурное программирование, стало весьма сложным и малореалистичным.

Абстракция, объект, класс, модули, иерархия, интерфейс, методы

Объекты могут быть абстрактными сущностями в программе, а могут олицетворять объекты физической среды. Бизнес-процессы тоже можно представить как взаимодействие и состояния объектов. Вы можете проводить разные аналогии с физическим и бизнесовым миром для тренировки объектного мышления. Можно встретить такие аналогии, как производство, устройство и вождение автомобиля, устройство города или дома и др. В мире мы повсюду видим классы объектов, и объекты как-то взаимодействуют в иерархии.

Абстрагировать – это выделить значимые характеристики объектов, и в ООП важно выделить их правильно. Класс – это описание объектов, представителей класса: отличительные признаки, состояния, взаимодействия

Что это, из чего это состоит, что можно с этим делать и как именно? У классов и объектов есть атрибуты, данные (Data) и методы, то есть функции для управления данными

Класс – это описание объектов, представителей класса: отличительные признаки, состояния, взаимодействия. Что это, из чего это состоит, что можно с этим делать и как именно? У классов и объектов есть атрибуты, данные (Data) и методы, то есть функции для управления данными.

Намереваясь решить какую-то задачу, программист строит из модулей абстрактных объектов архитектуру исходного кода, в которой есть иерархия.

Иерархия: модули классов; базовый класс (класс описывает свойства объектов, содержит множество объектов, подклассов), производный класс (наследует свойства родительского класса и тоже содержит объекты); отдельно взятый объект (данные/Data, описывающие свойства объекта, + методы, то есть функции для работы с объектом, алгоритмы управления, действия, которые выполняет объект).

Методами в ООП называют функции для работы с объектами (что и как с этим делать, как и с чем это взаимодействует). Методы могут быть доступны другим классам и управлять их действиями, а могут быть действительны только внутри класса.

Совокупность тех методов класса, которые доступны и другим классам, называются интерфейсом. Чтобы тренировать объектное мышление, можно проводить аналогии с работой физических объектов и систем (с приборной доской в самолете, с пультом управления, с домофоном или лифтом в многоквартирном доме). Методы могут быть публичными и инкапсулированными, то есть скрытыми. По аналогии: панель управления в машине – на виду (интерфейс класса), а детали под капотом работают скрыто (так называемый «черный ящик»).

Что такое объектно-ориентированное программирование (ООП)

ООП — это подход к программированию, который распознает жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, как совокупность объектов, которые работают в тандеме друг с другом для решения конкретной проблемы под рукой. Главное, что нужно знать об ООП, — это инкапсуляция, то есть идея, что каждый объект, содержащий программу, самодостаточен, что означает, что все компоненты, составляющие объект, находятся внутри самого объекта. Теперь, поскольку каждый модуль в рамках этой парадигмы самодостаточен, объекты могут быть взяты из одной программы и использованы для решения другой имеющейся проблемы с небольшими изменениями или без изменений.Преимущества

• Благодаря модульности и инкапсуляции, ООП предлагает простоту управления
• ООП имитирует реальный мир, облегчая понимание
• Поскольку объекты являются цельными внутри себя, они могут использоваться в других программах

Недостатки

• Объектно-ориентированные программы, как правило, работают медленнее и занимают много памяти
• Чрезмерная обобщение
• Программы, созданные с использованием этой парадигмы, могут занять больше времени

Объектно-ориентированные языки

Все ООЯ полностью отвечают принципам ООП — элементы представляют собой объекты, у которых есть свойства. При этом, могут быть дополнительные средства.

ООЯ обязательно содержит набор следующих элементов:

• объявление классов с полями, методами;
• расширение за счет наследования функций;
• полиморфное поведение.

Кроме вышеперечисленного списка, могут быть добавлены дополнительные средства:

• конструктор, деструктор, финализаторы;
• свойства;
• индексаторы;
• модификаторы доступа.

Некоторые ООЯ отвечают всем основным элементам, другие — частично. Третьи являются гибридными, то есть совмещаются с подсистемами других парадигм. Как правило, принципы ООП могут применяться для необъектно-ориентированного языка тоже. Однако применение ООЯ еще не делает код объектно-ориентированным.

ЯП поддерживают больше, чем одну парадигму. Например, PHP или JavaScript поддерживают функциональное, процедурное, объектно-ориентированное программирование. Java работает с пятью парадигмами: объектно-ориентированной, обобщенной, процедурной, аспектно-ориентированной, конкурентной. C# считается одним из самых успешных примеров мультипарадигмальности. Он поддерживает те же подходы, что Java, к этому списку добавляется еще рефлексивная парадигма. Такой ЯП, как Oz, разработан для того, чтобы объединить все понятия, традиционно связанные с различными программными парадигмами.

Что такое «абстракция»?

Абстрагирование – это способ выделить набор общих характеристик объекта, исключая из рассмотрения частные и незначимые. Соответственно, абстракция – это набор всех таких характеристик.

Пример:

// Abstract class
abstract class Animal {
    // Abstract method (does not have a body)
    public abstract void animalSound();

    // Regular method
    public void sleep() {
        System.out.println("Zzz");
    }
}

// Subclass (inherit from Animal)
class Pig extends Animal {
    public void animalSound() {
        // The body of animalSound() is provided here
        System.out.println("The pig says: wee wee");
    }
}

class MyMainClass {
    public static void main(String[] args) {
        Pig myPig = new Pig(); // Create a Pig object
        myPig.animalSound();
        myPig.sleep();
    }
}

Роль полиморфизма

Последний принцип ООП — полиморфизм. Он обозначает способность языка трактовать связанные объекты в сходной манере. В частности, этот принцип ООП позволяет базовому классу определять набор членов (формально называемый полиморфным
интерфейсом), которые доступны всем наследникам. Полиморфный интерфейс класса
конструируется с использованием любого количества виртуальных или абстрактных членов.

По сути, виртуальный член — это член базового класса, определяющий реализацию
по умолчанию, которая может быть изменена (или, говоря более формально, переопределена) в производном классе. В отличие от него, абстрактный метод — это член
базового класса, который не предусматривает реализации по умолчанию, а предлагает только сигнатуру. Когда класс наследуется от базового класса, определяющего абстрактный метод, этот метод обязательно должен быть переопределен в производном
классе. В любом случае, когда производные классы переопределяют члены, определенные в базовом классе, они по существу переопределяют свою реакцию на один и тот же
запрос.

Рассмотрим для примера стек, т.е. область памяти, функционирующую по принципу «последним
пришел — первым обслужен». Допустим, что в программе требуются три разных типа
стеков: один — для целых значений, другой — для значений с плавающей точкой, третий — для символьных значений. В данном примере алгоритм, реализующий все эти
стеки, остается неизменным, несмотря на то, что в них сохраняются разнотипные данные. В языке, не являющемся объектно-ориентированным, для этой цели пришлось бы
создать три разных набора стековых подпрограмм с разными именами. Но благодаря
полиморфизму для реализации всех трех типов стеков в C# достаточно создать лишь один общий набор подпрограмм. Зная, как пользоваться одним стеком, вы сумеете
воспользоваться и остальными.

В более общем смысле понятие полиморфизма нередко выражается следующим
образом: «один интерфейс — множество методов». Это означает, что для группы взаимосвязанных действий можно разработать общий интерфейс. Полиморфизм помогает
упростить программу, позволяя использовать один и тот же интерфейс для описания
общего класса действий. Выбрать конкретное действие (т.е. метод) в каждом отдельном
случае — это задача компилятора. Программисту не нужно делать это самому. Ему достаточно запомнить и правильно использовать общий интерфейс.

Особенности образовательной деятельности разных видов и культурных практик

•Образовательная деятельность и культурные практики, осуществляемые в утренний отрезок времени, включают:

 Пример: 

наблюдения — в уголке природы, за деятельностью взрослых (сервировка стола к завтраку);

 индивидуальные игры и игры с небольшими подгруппами детей (дидактические, развивающие, сюжетные, музыкальные, подвижные и пр.); 

создание практических, игровых, проблемных ситуаций и ситуаций общения, сотрудничества, гуманных проявлений, заботы о малышах в детском саду, проявлений эмоциональной отзывчивости ко взрослым и сверстникам; 

трудовые поручения (подготовка рабочего места к организованному виду деятельности,  уход за комнатными растениями и пр.); 

беседы и разговоры с детьми по их интересам;

 … 

•Образовательная деятельность и культурные практики, осуществляемые во время прогулки, включают: …

 •Образовательная деятельность и культурные практики, осуществляемые во второй половине дня, включают: …

 •Примерный перечень и количество видов непрерывной образовательной деятельности в течение недели