Создание абстрактных типов данных.

Язык С++ позволяет создавать типы данных, которые ведут себя аналогично базовым типам языка Си. Такие типы обычно называют абстрактными типами данных (АТД). Для реализации АТД в языке Си используются структуры. Но использование данных структурного типа значительно ограничено по сравнению с использованием базовых типов данных. Например, структурные данные нельзя использовать как операнды в различных операциях (сложение, вычитание). Для манипуляции с подобными данными надо писать набор функций, выполняющих различные действия, и вместо операций вызывать эти функции.

Кроме того, элементы структуры никак не защищены от случайной модификации. То есть любая функция (даже не из набора средств манипуляции структурными данными) может обратиться к элементу структуры. Это противоречит одному из основных принципов объектно-ориентированного программирования — инкапсуляции данных: никакие другие функции, кроме специальных функций манипуляции этим типом данных, не должны иметь доступ к элементам данных.

Права доступа

Концепция структуры в языке С++ (в отличие от Си) позволяет членам структуры быть общими, частными или защищенными:
public–общие;
private –частные;
protected – защищенные.

Использование ключевого слова protected связано с понятием наследования.
Использование ключевого слова private ограничивает доступ к членам, которые следуют за этой конструкцией. Члены private могут использоваться только несколькими категориями функций, в привилегии которых входит доступ к этим членам. В основном это функции-члены той же структуры.
Ключевое слово public образует интерфейс к объекту структуры.

Стандартным является размещение член-данных в частной области (private), а функций-членов – в общей части (public) абстрактного типа данных. В этом случае закрытая (private) часть определяет данные объекта, а функции-члены общей части образуют методы работы с объектом.

Составление характеристики принципов объектно-ориентированного анализа: абстрагирование, инкапсуляция, наследование, полиморфизм, модульность, сохраняемость, параллелизм.

Объектно-ориентированная технология (парадигма) программирования наиболее распространена и востребована в настоящее время. При объектно-ориентированном подходе к программированию программа представляет собой совокупность взаимодействующих между собой данных – объектов. Функциональную возможность и структуру объектов задают классы – типы данных, определенные пользователем.

Каждый стиль программирования имеет свою концептуальную базу. Каждый стиль требует своего умонастроения и способа восприятия решаемой задачи. Для объектно-ориентированного стиля концептуальная база - это объектная модель.

Она имеет четыре главных элемента:

· абстрагирование;

· инкапсуляция;

· модульность;

· иерархия и наследование.

Эти элементы являются главными в том смысле, что без любого из них модель не будет объектно-ориентированной.

Кроме главных, имеются еще три дополнительных элемента:

· типизация и полиморфизм;

· параллелизм;

· сохраняемость.

Абстрагирование

Абстрагирование является одним из основных методов, используемых для решения сложных задач. Абстрагирование проявляется в нахождении сходств между определенными объектами, ситуациями или процессами реального мира, и в принятии решений на основе этих сходств, отвлекаясь на время от имеющихся различий. Абстрагирование концентрирует внимание на внешних особенностях объекта и позволяет отделить самые существенные особенности поведения от несущественных. Такое разделение смысла и реализации называется барьером абстракции, который основывается на принципе минимизации связей, когда интерфейс объекта содержит только существенные аспекты поведения и ничего больше.

Инкапсуляция есть объединение в единое целое данных и алгоритмов обработки этих данных. В рамках ООП данные называются полями объекта, а алгоритмы - объектными методами.

Инкапсуляция позволяет в максимальной степени изолировать объект от внешнего окружения. Она существенно повышает надежность разрабатываемых программ, т.к. локализованные в объекте алгоритмы обмениваются с программой сравнительно небольшими объемами данных, причем количество и тип этих данных обычно тщательно контролируются. В результате замена или модификация алгоритмов и данных, инкапсулированных в объект, как правило, не влечет за собой плохо прослеживаемых последствий для программы в целом (в целях повышения защищенности программ в ООП почти не используются глобальные переменные).

Другим немаловажным следствием инкапсуляции является легкость обмена объектами, переноса их из одной программы в другую. Можно сказать, что ООП «провоцирует» разработку библиотек объектов, таких как Turbo Vision.

Полиморфизм

Типизация - это способ защититься от использования объектов одного класса вместо другого. Для введения определения полиморфизма, рассмотрим два вида типизации - статическое и динамическое связывание. Сильная и статическая типизация - разные вещи. Строгая типизация следит за соответствием типов, а статическая типизация определяет время, когда имена связываются с типами. Статическая связь означает, что типы всех переменных и выражений известны во время компиляции; динамическое связывание (называемое также поздним связыванием) означает, что типы неизвестны до момента выполнения программы. Концепции типизации и связывания являются независимыми, поэтому в языке программирования может быть: типизация - сильная, связывание - статическое (Ada), типизация - сильная, связывание - динамическое (C++, Object Pascal), или и типов нет, и связывание динамическое (Smalltalk). Язык CLOS занимает промежуточное положение между C++ и Smalltalk. Определения типов, сделанные программистом, могут быть либо приняты во внимание, либо не приняты.

Модульность

Разделение программы на модули позволяет уменьшить ее сложность. Однако гораздо важнее тот факт, что внутри модульной программы создаются множества хорошо определенных и документированных интерфейсов. В некоторых языках программирования, например, в Smalltalk, модулей нет, и классы составляют единственную физическую основу декомпозиции. В других языках, включая Object Pascal, C++, Ada, CLOS, модуль - это самостоятельная языковая конструкция. В этих языках классы и объекты составляют логическую структуру системы, они помещаются в модули, образующие физическую структуру системы. Это свойство становится особенно полезным, когда система состоит из многих сотен классов.

Иерархия и наследование

Всегда, кроме самых простых ситуаций, число абстракций в системе намного превышает умственные возможности человека. Инкапсуляция позволяет в какой-то степени устранить это препятствие, убрав из поля зрения внутреннее содержание абстракций. Модульность также упрощает задачу, объединяя логически связанные абстракции в группы. Но этого оказывается недостаточно. Значительное упрощение в понимании сложных задач достигается за счет образования из абстракций иерархической структуры. Иерархия - это упорядочение абстракций, расположение их по уровням.

Полиморфизм

Типизация - это способ защититься от использования объектов одного класса вместо другого. Для введения определения полиморфизма, рассмотрим два вида типизации - статическое и динамическое связывание. Сильная и статическая типизация - разные вещи. Строгая типизация следит за соответствием типов, а статическая типизация определяет время, когда имена связываются с типами. Статическая связь означает, что типы всех переменных и выражений известны во время компиляции; динамическое связывание (называемое также поздним связыванием) означает, что типы неизвестны до момента выполнения программы. Концепции типизации и связывания являются независимыми, поэтому в языке программирования может быть: типизация - сильная, связывание - статическое (Ada), типизация - сильная, связывание - динамическое (C++, Object Pascal), или и типов нет, и связывание динамическое (Smalltalk). Язык CLOS занимает промежуточное положение между C++ и Smalltalk. Определения типов, сделанные программистом, могут быть либо приняты во внимание, либо не приняты.