Файл: Применение объектно-ориентированного подхода при проектировании информационной системы (Объектно-ориентированное проектирование).pdf

В общепонятных терминах можно дать следующее определение класса: группа, множество или вид с общими свойствами или общим свойством, разновидностями, отличиями по качеству, возможностями или условиями^[25]. В контексте объектно-ориентированного анализа дадим следующее определение класса:

Класс - это некое множество объектов, имеющих общую структуру и общее поведение.

Любой конкретный объект является просто экземпляром класса. Что же не является классом? Объект не является классом, хотя в дальнейшем мы увидим, что класс может быть объектом. Объекты, не связанные общностью структуры и поведения, нельзя объединить в класс, так как по определению они не связаны между собой ничем, кроме того, что все они объекты.

Важно отметить, что классы, как их понимают в большинстве существующих языков программирования, необходимы, но не достаточны для декомпозиции сложных систем. Некоторые абстракции так сложны, что не могут быть выражены в терминах простого описания класса. Например, на достаточно высоком уровне абстракции графический интерфейс пользователя, база данных или система учета как целое, это явные объекты, но не классы. Можно попытаться выразить такие абстракции одним классом, но повторной используемости и возможности наследования не получится. Иметь громоздкий интерфейс - плохая практика, так как большинство клиентов использует только малую его часть. Более того, изменение одной части этого гигантского интерфейса требует обновления каждого из клиентов, независимо от того, затронуло ли его это изменение, по сути. Вложенность классов не устраняет этих проблем, а только откладывает их. Лучше считать их некими совокупностями, по-другому кластерами, сотрудничающих классов^[26]. Такие кластеры можно назвать как компонентами, так и, по сути, категориями классов. Состояние объекта задается в его классе через определения констант или переменных, помещаемые в его защищенной или закрытой части. Тем самым они инкапсулированы, и их изменения не влияют на клиентов. В поведении простых классов можно разобраться, изучая операции их открытой части. Однако поведение более интересных классов, такое как перемещение объекта класса DisplayItem или составление расписания для экземпляра класса TemperatureController, включает взаимодействие разных операций, входящих в класс. Как уже говорилось выше, объекты таких классов действуют как маленькие машины, части которых взаимодействуют друг с другом, и так как все такие объекты имеют одно и то же поведение, можно использовать класс для описания их общей семантики, упорядоченной по времени и событиям. В целом мы можем описывать динамику поведения объектов, используя модель конечного автомата.

2.2 Основные принципы объектно-ориентированной модели

Программирование, прежде всего, подразумевает правильное и эффективное использование механизмов конкретных языков программирования. Проектирование, напротив, основное внимание уделяет правильному и эффективному структурированию сложных систем. Исходя из всего вышеперечисленного, можно определить объектно-ориентированное программирование как методологию проектирования, соединяющую в себе процесс объектной декомпозиции и приемы представления логической и физической, а также статической и динамической моделей проектируемой системы^[27].

Объектно-ориентированное проектирование - это методология проектирования, соединяющая в себе две важные части: объектно-ориентированное проектирование основывается на объектно-ориентированной декомпозиции и использует многообразие приемов представления моделей, отражающих логическую, а это классы и объекты, и физическую, в свою очередь представленную модулями и процессами, структуру системы, а также ее статические и динамические аспекты.

Именно объектно-ориентированная декомпозиция отличает объектно-ориентированное проектирование от структурного. В первом случае логическая структура системы отражается абстракциями в виде классов и объектов, во втором - алгоритмами.

Одним из основных методов решения сложных задач является абстрагирование. Хорошей является такая абстракция, которая подчеркивает детали, существенные для рассмотрения и использования, и опускает те, которые на данный момент несущественны. Абстракция выделяет существенные характеристики некоторого объекта, отличающие его от всех других видов объектов и, таким образом, четко определяет его концептуальные границы с точки зрения наблюдателя. Выбор правильного набора абстракций для заданной предметной области представляет собой главную задачу объектно-ориентированного проектирования.

Существует несколько типов абстракций, начиная с объектов, которые почти точно соответствуют реалиям предметной области, и кончая объектами, не имеющими право на существование. Имеет смысл подробнее остановиться на каждом основном типе абстракции^[28].

Абстракция сущности. Этот тип абстракции выражает объект, представляющий собой полезную модель некой сущности в предметной области.

Абстракция поведения. В данной абстракции объект состоит из обобщенного множества операций.

Абстракция виртуальной машины. Это уже более сложный тип абстракции, в котором объект группирует операции, которые вместе используются более высоким уровнем управления, либо сами используют определенный набор операций более низкого уровня.

И, наконец, произвольная абстракция, в которой объект включает в себя набор операций, друг с другом общего ничего не имеющих.

Основной идеей абстракции является понятие инварианта. Инвариант - это некоторое логическое условие, значение которого представлено, как правило, в виде «истина» или «ложь», должно сохраняться. Для каждой операции объекта можно задать предусловия, а именно инварианты предполагаемые операцией, и постусловия - инварианты, которым удовлетворяет операция. Изменение инварианта нарушает контракт, связанный с абстракцией. В частности, если нарушено предусловие, то клиент не соблюдает свои обязательства и сервер не может выполнить свою задачу правильно. Если же нарушено постусловие, то свои обязательства нарушил сервер, и клиент не может более ему доверять. В случае нарушения какого-либо условия возбуждается исключительная ситуация. Как мы увидим далее, некоторые языки имеют средства для работы с исключительными ситуациями: объекты могут возбуждать исключения, чтобы запретить дальнейшую обработку и предупредить о проблеме другие объекты, которые в свою очередь могут принять на себя перехват исключения и справиться с проблемой^[29].

Однако стоит заметить, что понятия операция, метод и функция-член происходят от различных традиций программирования, реализованных в таких языках как Ada, Smalltalk и C++ соответственно. Фактически они обозначают одно и то же и в дальнейшем будут взаимозаменяемы.

Все абстракции обладают как статическими, так и динамическими свойствами. Например, файл как объект требует определенного объема памяти на конкретном устройстве, имеет имя и содержание. Эти атрибуты являются статическими свойствами. Конкретные же значения каждого из перечисленных свойств динамичны и изменяются в процессе использования объекта, а именно, файл можно увеличить или уменьшить, изменить его имя и содержимое. В процедурном стиле программирования действия, изменяющие динамические характеристики объектов, составляют суть программы. Любые события связаны с вызовом подпрограмм и с выполнением операторов. Стиль программирования, ориентированный на правила, характеризуется тем, что под влиянием определенных условий активизируются определенные правила, которые в свою очередь вызывают другие правила, и так далее. Объектно-ориентированный стиль программирования связан с воздействием на объекты, например в терминах Smalltalk с передачей объектам сообщений. Так, операция над объектом порождает некоторую реакцию этого объекта. Операции, которые можно выполнить по отношению к данному объекту, и реакция объекта на внешние воздействия определяют поведение этого объекта^[30].

Абстракция - вещь полезная, но всегда, кроме самых простых ситуаций, число абстракций в системе намного превышает наши умственные возможности. 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. Основными видами иерархических структур применительно к сложным системам являются структура классов, а именно иерархия «is-a», и структура объектов - иерархия «part of».

Как уже говорилось выше, объектная модель принципиально отличается от моделей, которые связаны с более традиционными методами структурного анализа, проектирования и программирования. Это не означает, что объектная модель требует отказа от всех ранее найденных и испытанных временем методов и приемов. Скорее, она вносит некоторые новые элементы, которые добавляются к предшествующему опыту. Объектный подход обеспечивает ряд существенных удобств, которые другими моделями не предусматривались. Наиболее важно, что объектный подход позволяет создавать системы, которые удовлетворяют пяти признакам хорошо структурированных сложных систем. Согласно нашему опыту, есть еще пять преимуществ, которые дает объектная модель^[31].

Во-первых, объектная модель позволяет в полной мере использовать выразительные возможности объектных и объектно-ориентированных языков программирования. Не всегда очевидно, как в полной мере использовать преимущества такого языка, как C++. Существенно повысить эффективность и качество кода можно просто за счет использования C++ в качестве «улучшенного С» с элементами абстракции данных. Однако гораздо более значительным достижением является введение иерархии классов в процессе проектирования. Именно это называется ООП, и именно здесь преимущества C++ демонстрируются наилучшим образом. Опыт показал, что при использовании таких языков, как Smalltalk, Object Pascal, C++, CLOS и Ada вне объектной модели, их наиболее сильные стороны либо игнорируются, либо применяются неправильно.

Во-вторых, использование объектного подхода существенно повышает уровень унификации разработки и пригодность для повторного использования не только программ, но и проектов, что в конце концов ведет к созданию среды разработки. Объектно-ориентированные системы часто получаются более компактными, чем их не объектно-ориентированные эквиваленты. А это означает не только уменьшение объема кода программ, но и удешевление проекта за счет использования предыдущих разработок, что дает выигрыш в стоимости и времени.

В-третьих, использование объектной модели приводит к построению систем на основе стабильных промежуточных описаний, что упрощает процесс внесения изменений. Это дает системе возможность развиваться постепенно и не приводит к полной ее переработке даже в случае существенных изменений исходных требований.

В-четвертых, объектная модель уменьшает риск разработки сложных систем, прежде всего потому, что процесс интеграции растягивается на все время разработки, а не превращается в единовременное событие. Объектный подход состоит из ряда хорошо продуманных этапов проектирования, что также уменьшает степень риска и повышает уверенность в правильности принимаемых решений.

Наконец, объектная модель ориентирована на человеческое восприятие мира, или, многие люди, не имеющие понятия о том, как работает компьютер, находят вполне естественным объектно-ориентированный подход к системам^[32].

В настоящее время объектно-ориентированное проектирование - единственная методология, позволяющая справиться со сложностью, присущей очень большим системам. Однако, следует заметить, что иногда применение ООП может оказаться нецелесообразным, например, из-за неподготовленности персонала или отсутствия подходящих средств разработки.

Заключение

В наше время, как говорилось выше, все больше и больше аспектов повседневной жизни человека становятся зависимыми от информационных технологий. Соответственно все больше людей помимо своей воли становятся зависимыми от того, насколько качественно будет спроектирована определенная информационная система, причем люди эти могут довольно сильно отличаться друг от друга по многим показателям. Главной задачей современного разработчика является доступность и понятность производимого им продукта для разного типа пользователей, а это не так то и просто, ведь в разные моменты функционирования одного и того же ПО может понадобиться разный уровень взаимодействия с определенным пользователем. Анализируя вышеизложенный материал смело можно сказать, что объектно-ориентированный подход является оптимальным для разработки сложных информационных систем, ведь он позволяет создать систему фактически любой сложности, а учитывая, что потребности современного общества растут, то и сложность систем и ПО так же стремиться вверх.