🗊Презентация Объектно-ориентированное программирование. Язык программирования Java

Основные понятия и принципы объектно-ориентированного программирования Язык программирования Java

План лекции Введение в объектно-ориентированное программирование Общие сведения о Java Пакеты и имена в Java Описание классов в Java Реализация инкапсуляции

Этапы программного решения задачи Создание модели, определение данных для предстоящей обработки Разработка алгоритма: определение операций над данными и последовательности шагов по преобразованию текущего состояния модели в следующее Формулировка модели и алгоритма на языке программирования

Развитие подходов Инструкции Сплошные С операторами Процедуры Модули

Объектно-ориентированное программирование Объект имеет Состояние Поведение Уникальность

История ООП Около 1960 Появление близких к ООП идей в языках с другими парадигмами (Lisp, ALGOL) 1967 Simula – первый действительно объектно-ориентированный язык, типизация статическая 1969-1980 SmallTalk – динамическая типизация, рефлексия 1983 Objective-C, C++ – добавление идей ООП в язык C 1985 Eiffel – полностью объектно-ориентированный язык, взаимосвязанный с процессом разработки ПО

История ООП 1995 Delphi – язык Object Pascal, компонентная модель, визуальное программирование Java – кроссплатформенный язык, очень похожий на C++ 2000 C# - мультипарадигменный язык, составляющая платформы .Net

Откуда берутся объекты?.. Прототипное программирование Объект можно создать из ничего Объект можно создать клонированием существующих объектов Примеры языков: JavaScript, Perl Класс-ориентированное программирование Объект создаётся как экземпляр класса Примеры языков: С++, Java, C#

Класс Класс как сущность является объединением объектов с одинаковым набором свойств и общим поведением Класс как элемент программы описывает структуру состояния объектов и их поведение Поля класса описывают элементы состояния объекта, по сути являются переменными Методы класса описывают элементы поведения объекта, по сути являются функциями Объект принадлежит классу, является экземпляром класса Программа в ходе написания представляет собой набор классов

Обычные и статические элементы класса Описанные в классе элементы (поля и методы) принадлежат объекту (находятся в контексте объекта) У каждого объекта класса будет свой экземпляр поля Вызванный у объекта метод будет работать с данными именно этого объекта Статические элементы класса (поля и методы) принадлежат классу (находятся в контексте класса) Каждого статического поля существует ровно один экземпляр Статические методы находятся в классе, но не имеют объекта, с данными которого они работают

Конструкторы и деструкторы Конструктор Особый метод класса, создающий объект и подготавливающий его для использования Обычно имя совпадает с именем класса Фактически возвращаемый тип – сам класс, формально это часто даже не пишут Может иметь параметры для инициализации состояния объекта Деструктор Особый метод класса, вызывающийся при уничтожении объекта Предназначен для высвобождения ресурсов (выделенная память, открытые файлы и т.д.), занятых объектом, а также для изменения связей с другими объектами

Основные принципы ООП Инкапсуляция объединение данных и методов их обработки в одну сущность, приводящее к сокрытию реализации класса и отделению его внутреннего представления от внешнего Наследование отношение между классами, при котором один класс использует структуру или поведение другого (одиночное наследование) или других (множественное наследование) классов Полиморфизм способность объекта соответство- вать во время выполнения двум или более возможным типам

Достоинства ООП Упрощение разработки Разделение функциональности, локализация кода, инкапсуляция Возможность создания расширяемых систем Обработка разнородных структур данных, изменение поведения на этапе выполнения, работа с наследниками Легкость модернизации с сохранением совместимости

Недостатки ООП Неэффективность на этапе выполнения Неэффективность в смысле распределения памяти Излишняя избыточность Психологическая сложность проектирования Техническая сложность проектирования и документирования

Особенности Java Кросс-платформенность Объектная ориентированность Привычный синтаксис (С++) Встроенная модель безопасности Ориентация на интернет-задачи, распределенные приложения Динамичность, легкость развития Легкость в освоении

Разработка и запуск

Объектный язык Java Все сущности в Java являются объектами, классами либо интерфейсами Строгая реализация инкапсуляции Реализовано одиночное наследование от класса и множественное от интерфейсов

Понятие о пакетах Способ логической группировки классов Комплект ПО, могущий распространяться независимо и применяться в сочетании с другими пакетами Членами пакетов являются: классы интерфейсы вложенные пакеты дополнительные файлы ресурсов

Функциональность пакетов Позволяют группировать взаимосвязанные классы и интерфейсы в единое целое Способствуют созданию пространств имен, позволяющих избежать конфликтов идентификаторов, относящихся к различным типам Обеспечивают дополнительные средства защиты элементов кода

Способы реализации и доступ к пакетам Пакеты могут быть реализованы: в виде структуры каталогов с файлами классов в виде jar-архива Путь к используемым пакетам указывается: непосредственно при запуске JVM с помощью ключей через переменную окружения CLASSPATH (по умолчанию CLASSPATH="")

Понятие имени Имена задаются посредством идентификаторов, указывают на компоненты программы Пространства имен пакеты типы поля методы локальные переменные и параметры метки Имена типов бывают составные (java.lang.Double) простые (Double)

Душераздирающий, но корректный код Пример зависимости имени от контекста

Понятие модуля компиляции Модуль компиляции хранится в .java файле и является единичной порцией входных данных для компилятора Состоит из: объявления пакета (указывает принадлежность типов в модуле к пакету) package mypackage; выражений импортирования (добавляют другие классы в область видимости) import java.net.Socket; import java.io.*; объявлений верхнего уровня (описания классов и интерфейсов)

Правила именования Пакеты java.lang, javax.swing, ru.ssau.tk Типы Student, ArrayIndexOutOfBoundException Cloneable, Runnable, Serializable Поля value, enabled, distanceFromShop Методы getValue, setValue, isEnabled, length, toString Поля-константы PI, SIZE_MIN, SIZE_MAX, SIZE_DEF Локальные переменные

Описание класса Класс может содержать: поля методы вложенные классы и интерфейсы

Модификаторы объявления класса public Признак общедоступности класса (класс виден вне пакета) abstract Признак абстрактности класса (класс не полностью реализует поведение) final Завершенность класса (класс не допускает наследования) strictfp Повышенные требования к операциям с плавающей точкой (результаты операций одинаковые на различных платформах)

Поля класса По сути являются переменными: обладают типом, именем и значением Объявление поля [модификаторы] <тип> {<имя> [= <инициализирующее выражение>]}; Примеры double sum = 2.5 + 3.7, a; public double val = sum + 2 * Math.sqrt(2); Если поле явно не инициализируются, ему присваивается значение по умолчанию его типа (0, false или null)

Модификаторы полей класса модификаторы доступа static поле статично (принадлежит контексту класса, а не объекта) final поле не может изменять свое значение после инициализации transient поле не сериализуется (влияет только на механизмы сериализации) volatile усиливает требования к работе с полем в многопоточных программах

Методы класса По сути являются функциями: обладают именем, параметрами и возвращаемым значением Объявление метода: [модификаторы] <тип> <сигнатура> [throws исключения] {<тело>} Тело метода состоит из набора инструкций

Модификаторы методов класса Модификаторы доступа abstract абстрактность метода (метод объявляется, но тело при этом не описывается) static статичность метода (метод принадлежит контексту класса, а не объекта) final завершенность метода (метод не может быть переопределен при наследовании)

Модификаторы методов класса synchronized синхронизированность метода (особенности вызова метода в многопоточных приложениях) native «нативность» метода (тело метода не описывается, при вызове вызывается метод из native-библиотеки) strictfp повышенные требования к операциям с плавающей точкой (результаты операций одинаковые на различных платформах)

Особенности методов Для нестатических методов вызов через ссылку на объект или в контексте объекта reference.method(); methodReturningReference().method(); Для статических методов вызов через имя типа, через ссылку на объект или в контексте класса ClassName.staticMethod(); reference.staticMethod(); staticMethodReturningReference().method(); Наличие круглых скобок при вызове обязательно, т.к. они являются оператором вызова метода

Особенности методов На время выполнения метода управление передается в тело метода Возвращается одно значение return someValue; Аргументы передаются по значению, т.е. значения параметров копируются в стек: для примитивных типов копируются сами значения для ссылочных типов копируется значение ссылки Перегруженными являются методы с одинаковыми именами и различными по типу списками параметров

Что можно делать в методе? Можно обращаться к данным Параметры метода Локальные переменные Поля объекта Статические поля классов Можно выполнять операции Можно объявлять переменные Можно создавать объекты Можно вызывать методы объектов и классов

Создание объектов Объявление переменной и создание объекта – различные операции Используется оператор new, он возвращает ссылку на объект После оператора указывается имя конструктора и его параметры

Конструкторы Память для объекта выделяет оператор new Конструкторы предназначены для формирования начального состояния объекта Правила написания конструктора сходны с правилами написания методов Имя конструктора совпадает с именем класса

Особенности конструкторов Для конструкторов разрешено использование только модификаторов доступа При написании конструктор не имеет возвращаемого типа Оператор возврата return прекращает выполнение текущего конструктора Конструкторы могут быть перегружены Конструкторы могут вызывать друг друга с помощью ключевого слова this в первой строке конструктора

Особенности конструкторов Если в классе явно не описан ни один конструктор, автоматически создается т.н. конструктор по умолчанию, не имеющий параметров Если в классе описан хотя бы один конструктор, то автоматически конструктор по умолчанию не создается Также конструктором по умолчанию называют конструктор, не имеющий параметров

Конструкторы

Деструкторы? Явное уничтожение объектов является серьёзным источником ошибок: если после вызова деструктора где-то осталась ссылка (указатель) на объект, ее использование и приведет к возникновению ошибки В Java деструкторов нет, вместо них применяется механизм автоматической сборки мусора Задачу высвобождения ресурсов обычно выполняет простой метод объекта с говорящим названием (close(), dispose() и т.д.)

Автоматическая сборка мусора В случае нехватки памяти для создания очередного объекта виртуальная машина находит недостижимые объекты и удаляет их Процесс сборки мусора можно инициировать принудительно Для явного удаления объекта следует утратить все ссылки на этот объект и инициировать сбор мусора Взаимодействие со сборщиком осуществляется через системные классы java.lang.System и java.lang.Runtime

Блоки инициализации Если некоторые действия по инициализации должны выполняться в любом варианте создания объекта, удобнее использовать блоки инициализации Тело блока инициализации заключается в фигурные скобки и располагается на одном уровне с полями и методами При создании объекта сначала выполняются инициализирующие выражения полей и блоки инициализации (в порядке их описания в теле класса), а потом тело конструктора

Блоки инициализации

Статическая инициализация Статический блок инициализации выполняет инициализацию контекста класса Вызов статического блока инициализации происходит в процессе загрузки класса в виртуальную машину

Точка входа программы Метод Статический Доступный

Модификаторы доступа Ключевые слова языка Определяют видимость (область доступа) элементов класса Являются средством обеспечения инкапсуляции В разных языках могут присутствовать в разном количестве В разных языках один и тот же модификатор может обозначать разные вещи

Модификаторы доступа private Доступ только в контексте класса (package, default, none) Доступ для самого класса и классов в том же пакете protected Доступ в пределах самого класса, классов-наследников и классов пакета public Доступ есть всегда, когда доступен сам класс

Реализация инкапсуляции Значения публичных полей могут быть изменены извне объекта без его контроля Само по себе публичное поле – не нарушение инкапсуляции, пока… С его элементом состояния не связано поведение На значение не накладываются ограничения Его значение не связано со значениями других полей

Реализация инкапсуляции Приватные поля Публичные методы доступа Разделение внутреннего состояния и внешнего представления Сокрытие реализации (например, поля area может и не быть, а площадь может вычисляться прямо в методе getArea())

Спасибо за внимание!

Дополнительные источники Object-oriented programming [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://en.wikipedia.org/wiki/Object-oriented_programming, дата доступа: 08.02.13. Арнолд, К. Язык программирования Java [Текст] / Кен Арнолд, Джеймс Гослинг, Дэвид Холмс. – М. : Издательский дом «Вильямс», 2001. – 624 с. Вязовик, Н.А. Программирование на Java. Курс лекций [Текст] / Н.А. Вязовик. – М. : Интернет-университет информационных технологий, 2003. – 592 с. Хорстманн, К. Java 2. Библиотека профессионала. Том 1. Основы [Текст] / Кей Хорстманн, Гари Корнелл. – М. : Издательский дом «Вильямс», 2010 г. – 816 с. Эккель, Б. Философия Java [Текст] / Брюс Эккель. – СПб. : Питер, 2011. – 640 с. JavaSE at a Glance [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/overview/index.html, дата доступа: 08.02.2013. JavaSE APIs & Documentation [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/documentation/api-jsp-136079.html, дата доступа: 08.02.2013.