Организация играет решающую роль почти во всех процессах, от домашних обязанностей до управления проектами. Программирование ничем не отличается. Хотя цель программирования состоит в том, чтобы посылать инструкции машинам, делать это строка за строкой в последовательном порядке — не всегда лучший подход к такой задаче.
Осмысливая код с точки зрения объектов и классов, разработчики могут создавать программное обеспечение более гибко и интуитивно понятно, чем в противном случае. Этот метод организации долгое время использовался для написания чистого, поддерживаемого и, что наиболее важно, повторно используемого кода.
Что такое объектно-ориентированное программирование?
Объектно-ориентированное программирование (ООП) — это парадигма программирования, которая использует концепцию объектов для создания четко определенных фрагментов кода, которыми можно управлять. Парадигма программирования описывает способ организации программы. До появления ООП процедурное и структурное программирование были основными парадигмами программирования того времени.
- Процедурное программирование работает с помощью пошаговых инструкций. Структурированное программирование немного сложнее, оно использует потоки управления, такие как операторы if/then/else и циклы while/for.
Однако на сегодняшний день объектно-ориентированное программирование оказывает наибольшее влияние в среде программирования. Объектно-ориентированное программирование появилось в конце 1960-х годов с появлением раннего языка программирования Simula. Спустя годы Smalltalk усовершенствовал парадигму объектно-ориентированного программирования. Сейчас Java, C и C# входят в число самых популярных объектно-ориентированных языков современности. И ООП — самая популярная парадигма разработки.
Неотъемлемой частью ядра объектно-ориентированного программирования является манипулирование объектами. Объекты содержат данные и код, содержащие свойства, процедуры и функции. Чтобы проиллюстрировать интуитивный характер объектно-ориентированного программирования, сравните объект в программировании с объектом в реальной жизни.
Например, автомобиль — это объект с различимыми качествами, такими как цвет и тип. Автомобиль может ездить. Демонстрация поведения автомобиля в программе, использующей процедурное или структурное программирование, несомненно, будет сложной задачей. С помощью объектно-ориентированного программирования вы можете сгенерировать класс автомобиля и кодировать особенности объекта внутри класса. Хотя детали этого предприятия более растянуты, вы можете назначать определяющие аспекты автомобиля и управлять его поведением с помощью простого вызова функции.
4 основных строительных блока ООП
Четыре фундаментальных строительных блока охватывают принцип работы объектно-ориентированного программирования: классы, атрибуты, методы и объекты.
1. Классы
Классы предлагают шаблоны для лучшего описания объектов. По сути, классы служат чертежами для создания объектов. Внутри класса программисты должны определить переменные и методы, на которые могут ссылаться его соответствующие объекты. В примере с автомобилем класс будет обозначать свойства объекта автомобиля, заключать в себе функциональные возможности автомобиля, а также в первую очередь объявлять автомобиль как класс.
2. Атрибуты
Атрибуты (или переменные) относятся к характеристикам объекта. Внешний вид, состояние и другие качественные признаки являются общими атрибутами объекта. Атрибуты класса в сочетании с экземплярами объекта отличают объекты друг от друга. Следующая программа демонстрирует объявление класса в Python:
Класс Автомобиль:
def init (я, цвет, тип):
self.color = цвет
self.type = тип
Здесь «я» представляет экземпляр класса для будущих ссылок на атрибуты и методы объекта. А «цвет» и «тип» представляют собой атрибуты класса.
3. Методы
Программисты также должны определять методы вместе с атрибутами. Методы инкапсулируют функции, которые обрабатывают данные и поведение экземпляра объекта.
В автомобиле метод вождения может быть уместен. Вы можете определить такой метод прямо под определениями атрибутов автомобиля.
Хотя с помощью кода можно отобразить реальный автомобиль и смоделировать приложение для вождения, программирование этого метода немного сложнее, чем строки кода ниже.
защитный диск (сам)
print('Я за рулем' + self.color + self.type)
4. Объекты
Объекты существуют наряду с классами. По сути, это поля данных с четкой структурой, которую может определить программист. Как только вы вызываете объект, программа создает экземпляр. Экземпляр — это конкретный объект, сгенерированный из класса. Чтобы вызвать объект, вам нужно будет предоставить информацию, относящуюся к классу, например, конкретный цвет и тип автомобиля.
автомобиль = Автомобиль('красный', 'Седан')
Приведенный выше код формально установит конкретный экземпляр уникального автомобильного объекта.
Затем вы сможете увидеть, как метод привода работает в действии.
автомобиль.драйв()
4 столпа ООП В дополнение к фундаментальным строительным блокам объектно-ориентированного программирования, следующие технические принципы имеют решающее значение для любого подхода к объектно-ориентированному программированию.
1. Инкапсуляция
Инкапсуляция — это связывание состояния и поведения объекта вместе. Это происходит, когда атрибуты и методы заключены в единый модуль и/или класс. Из-за инкапсуляции поля класса недоступны для публики напрямую. Кроме того, инкапсуляция обеспечивает гибкость и удобство сопровождения. Например, в объекте автомобиля класс Car может быть скрыт от остальной части программы. Преимуществами являются возможность повторного использования без учета конкретных деталей, на которые опирается объект, и более чистый код в целом.
2. Абстракция
Абстракция имеет те же преимущества и происхождение, что и инкапсуляция. Принцип абстракции применяется, когда программа раскрывает пользователям только те данные, которые имеют отношение к объекту.
Конечно, абстракция играет роль в идее инкапсуляции. Объектно-ориентированное программирование гарантирует, что программы инкапсулируют объектные данные внутри класса, чтобы можно было абстрагироваться от сложных механизмов. Масштабируемость — главное преимущество абстракции и ООП в целом. Большие кодовые базы усложняют процесс внесения изменений и обслуживания. Благодаря совместной работе инкапсуляции и абстракции программисты могут вызывать объекты без необходимости доступа или открытия углубленных механизмов классов. В реальной жизни есть масса случаев, эквивалентных абстракции в программировании.
Во-первых, у смартфонов всего несколько значимых кнопок на самом устройстве. Эти кнопки позволяют пользователям выражать функциональные возможности, не увязая в сложности технологии. Точно так же объект — это абстракция чего-то скрытого за кулисами, что гораздо сложнее, чем кажется на первый взгляд .
3. Наследование
Когда в программе есть несколько классов со связанными свойствами, наследование может упростить ландшафт. В объектно-ориентированном программировании дочерние классы могут наследовать родительские классы и аналогичные функции. В качестве примера наследования рассмотрим, как класс Car может совместно использовать свойства с более крупной категорией, например с транспортными средствами.
«Автомобиль» в качестве родительского класса. «Автомобиль» и «Велосипед» — это дочерние классы, которые наследуют атрибуты родительского класса практически без усилий.
4. Полиморфизм
Полиморфизм — это состояние, при котором объект может принимать несколько форм. При этом полиморфизм может проявляться по-разному. Примеры полиморфизма включают:
Полиморфизм с наследованием
Методы в дочернем и родительском классах могут носить одно и то же имя, но иметь разное поведение. Благодаря инкапсуляции это не приведет ни к какой ошибке в программе. Программа по умолчанию будет использовать метод конкретного вызываемого объекта.
Полиморфизм с функциями и объектами . Вы можете определить функцию вне класса, которая зависит от методов и атрибутов класса. После создания экземпляра объекта вы можете использовать объект для развертывания функции.
Полиморфизм с методами класса
Два или более разных класса с одинаковыми именами методов используют полиморфизм для устранения несоответствий. Часто это выглядит как цикл for, в котором поток управления может перебирать кортеж объектов из каждого класса.
Каковы преимущества объектно-ориентированного программирования?
Объектно-ориентированное программирование так выгодно из-за его пластичности. Способность рассматривать структуры кода как объекты в среде программирования позволяет программистам свободно формировать программы.
Модульность влечет за собой способность ООП разделять код на части. Если вы когда-либо просматривали списки вакансий для разработчиков программного обеспечения, основное требование почти к каждому посту — это то, что кандидат знает, как писать «чистый, поддерживаемый код». Хотя испачкать текст на экране компьютера маловероятно, чем больше проект, тем страшнее может быть написание нескольких тысяч строк кода. Не говоря уже о том, что вам придется смотреть на чудовище каждый раз, когда вы пытаетесь что-то изменить. Объектно-ориентированное программирование инкапсулирует огромное количество информации в один класс. Возможно, ООП позволяет создавать программы буквально внутри программ, что упрощает процесс разработки в целом.
- Возможность повторного использования
Вы можете использовать и повторно использовать объекты снова и снова в вашей программе. Более того, вы даже можете импортировать объекты извне программы. Снова сосредоточившись на Python, один из его главных модулей — черепаха. Turtle — это библиотека Python, которая расширяет инструменты рисования для программистов Python. Но Turtle — это не просто инструмент для рисования, а предопределенный объект, демонстрирующий грандиозный потенциал ООП. Объект Черепаха по сути является маркерным инструментом. Используя модуль Turtle, вы можете назвать свой объект Turtle, раскрасить его и направить. Повторяющиеся движения, любезно предоставленные объектными методами, позволяют пользователям рисовать сложные формы. Актуальность всего этого заключается в простом удобстве возможности вызывать экземпляр класса и полностью использовать его возможности. Нет необходимости в предварительном контексте объекта, чтобы использовать его мастерство.
Повторное использование — это расширение подключаемости, еще одно полезное преимущество объектно-ориентированного программирования. Вы уже знаете, что можете вставлять объекты в свою программу в любое время и в любом месте. Но подключаемость дает дополнительные преимущества, о которых вы, возможно, не подозреваете. В частности, если какой-то объект вызывает проблемы в процессе отладки, его можно просто удалить. Добавьте другой объект по своему желанию. Объекты в реальном мире имеют сходство. Когда что-то ломается, вам нужно всего лишь заменить несколько винтов, чтобы перевернуть и зафиксировать всю машину.
Объявления классов могут быть полностью скрыты от посторонних глаз. Хотя объектно-ориентированное программирование не означает скрытности, сокрытие информации может быть чрезвычайно выгодным. Помимо самого процесса написания кода, визуализация и контекстуализация огромной массы кода может быть умственно утомительной. Скрывая внутреннюю работу объекта внутри объявления класса, вам нужно взаимодействовать только с методами объекта.
Какие проблемы связаны с объектно-ориентированным программированием? Откровенно говоря, у ООП не так много недостатков. Но выполнение огромного количества кода, скрытого под одной сущностью, может оказаться сложной задачей для любой машины.
Более крупные программы также являются естественным следствием использования принципов объектно-ориентированного программирования. Если у вас есть возможность сжать код, в целом получается больше кода. Другими словами, самый главный недостаток объектно-ориентированного программирования заключается в сложности его компиляции.
В то же время масштабируемость имеет первостепенное значение для любого бизнеса в сфере разработки программного обеспечения. А этого редко можно добиться без объектно-ориентированного программирования.
5 лучших объектно-ориентированных языков программирования Языки объектно-ориентированного программирования предоставляют разработчикам синтаксис и внутренние меры для использования ООП по своему желанию. Вот самые популярные и высокопроизводительные объектно-ориентированные языки программирования.
1. Питон
Python — это интерпретируемый язык программирования высокого уровня общего назначения. Разработчики выбирают Python для различных вариантов использования. Приложения Python варьируются от разработки игр до науки о данных и машинного обучения.
2. Java
Как язык программирования, основанный на классах, Java спроектирован так, чтобы иметь мало зависимостей; таким образом, разработчики Java могут рассчитывать на непрерывное повторное использование. Java известен как официальный язык программирования для Android-разработки .
3. Руби
Ruby выделяется среди других объектно-ориентированных языков программирования тем, что его цель — воспринимать практически все, что написано на языке, как объект. Юкихиро «Мац» Мацумото, разработчик Ruby, создал язык, когда почувствовал, что альтернативные языки ООП, такие как Python, не были по-настоящему объектно-ориентированными. Ruby on Rails — популярный веб-фреймворк, основанный на языке Ruby.
4. С++
C++, или C с классами, — это объектно-ориентированное расширение C. C — это классический язык программирования, который до сих пор занимает высокие позиции в индексе TIOBE. Тем не менее, его расширение C++ работает исключительно хорошо при работе со встроенными системами, такими как смарт-часы и медицинские машины.
5. С#
C# — это язык .NET Framework, продукт Microsoft, который помогает разработчикам создавать приложения. Как и C++, C# также является языком промежуточного программного обеспечения, который может тесно взаимодействовать с аппаратным обеспечением. C# в основном используется для разработки игр в Unity .
Объектно-ориентированное программирование — ценный подход к разработке программного обеспечения, который не следует принимать как должное. Вполне вероятно, что разработчики в вашей команде уже хорошо знакомы с принципами ООП и используют их каждый день для оптимизации ваших процессов. Чтобы полностью понять, как ООП может быть полезен для процесса разработки программного обеспечения, вы должны обратить внимание на такие концепции программирования, как инкапсуляция, абстракция, полиморфизм и наследование. Эти основы ООП дают много преимуществ для общей программы, гибкость и согласованность являются всеобъемлющими преимуществами.