Objektově orientované programování

Co je to OOP?

• Objektově orientované programování (OOP, anglicky Object-Oriented Programming) je to metodika vývoje softwaru.
• Zároveň se jedná o paradigma: popisuje způsob vývoje a zápisu programu a způsob uvažování o problému.

Základní paradigma OOP

• Při řešení úlohy vytváříme model popisované reality
  • popisujeme entity
  • a interakci mezi entitami
• Abstrahujeme od nepodstatných detailů
  • při popisu/modelování entity vynecháváme nepodstatné vlastnosti entit
• Pro srovnání: strukturované programování
  • Řešení úlohy jako posloupnost příkazů, řídících struktur a volání metod.

Cíle

• Je vedeno snahou o znovupoužitelnost komponent.
• Rozkládá složitou úlohu na dílčí součásti, které jdou pokud možno řešit nezávisle.
• Přiblížení struktury řešení v počítači reálnému světu (komunikující objekty).
• Skrytí detailů implementace řešení před uživatelem řešení.

Model systému pohledem OOP (konstrukty OOP)

Objekt

• Základní pojem.
• Model světa pohledem OOP je množina objektů (entit), které si posílají zprávy.

Zpráva

• pokud chce objekt komunikovat s jiným objektem, posílá mu zprávu

Rozhraní objektu/třídy

• Množina zpráv, na kterou umí daný objekt reagovat.

Třída

• Třída je seskupení objektů stejného typu.
• Podchycuje na obecné úrovni podstatu všech objektů podobného typu
• Třída je „šablona“ pro vytváření objektů.

Instance

• Objekt dané třídy nazýváme někdy také instancí třídy.

Atributy

• Každá entita modelovaného světa má vlastnosti.
• Ty vlastnosti, které jsou pro náš model podstatné, zachycujeme pomocí atributů.

Stav objektu

• aktuální hodnoty jeho atributů.

Rysy OOP

Abstrakce (abstraction)

• objekt pracuje jako „černá skříňka“
• objekt můžeme používat aniž bychom znali detaily jeho fungování
• implementaci objektu lze změnit, pokud nezměníme rozhraní, zbytek kódu nemusíme měnit

Zapouzdření (encapsulation)

• objekt může přistupovat k atributům jiných objektů pouze pomocí zasílání zpráv!
• „data a funkce dohromady“

Polymorfismus (polymorphism)

• různé objekty mohou reagovat na stejnou zprávu různě
• „když dva dělají totéž, není to totéž“

Skládání (agregation)

• objekt může jako své součásti obsahovat jiné objekty

Delegování (delegation)

• pro provedení operace objekt část akce řeší voláním dalších objektů

Dědičnost (inheritance)

• pokud objekt sdílí a rozšiřuje rozhraní jiného objektu, popisujeme to dědičností
• dědičnost používáme pouze tehdy, kdy objekt přebírá (a případně rozšiřuje o nové zprávy) CELÉ rozhraní jiného objektu (jinak používáme skládání + delegování)
• potomek může zároveň kdykoli zastoupit předka

Použití konstruktů OOP v programovacích jazycích

Syntaxe Javy viz Java: Zápis tříd.

Objekty, třídy

• Každý objekt je instancí některé třídy
• Často bývá jedna třída univerzální předek (například v Javě třída Object), ostatní třídy jsou pak potomky této třídy nebo potomky jejích potomků.

Vytváření objektů (instancí třídy)

• Ve většině jazyků se používá operátor new.
• Při vytváření instance se volá konstruktor, který inicializuje hodnoty atributů.

Konstruktor

• Konstruktor se obvykle zapisuje podobně jako metoda, ale nemá uvedené jméno, návratovým typem je třída sama.
• Třída může mít více konstruktorů.
• Pokud neuvedeme konstruktor, vytváří se obvykle tzv. „implicitní konstruktor“. Ten nastaví hodnoty proměnných na úvodní hodnoty podle jejich typu

Zprávy → metody

• Reakci objektu na zprávu popisují metody:

Metoda má

• název
• parametry (mají typ a název)
• návratový typ (používá se klíčové slovo return)

Přetěžování metod (overloading)

• Jedna třída může mít více metod se stejným jménem.
• Metody se stejným jménem se musí lišit počtem parametrů, typem parametrů nebo obojím.

Překrývání metod (overlaying)

• souvisí s dědičností a polymorfismem
• potomek může na stejnou zprávu reagovat jinak, než předek
• pak říkáme, že metoda v potomkovi „překrývá“ metodu předka

Atomizace metod

• metoda by měla řešit jednu konkrétní věc
• pro dílčí podúkoly by měla delegovat volání na další metody či jiné objekty
• délka metody bez deklarace proměnných cca 5 řádků

Atributy → proměnné

• Atributy jsou realizovány proměnnými.

Instanční proměnné

• Každá instance má svoji vlastní hodnotu.

• Zabírají paměť tolikrát, kolik instancí třídy vytvoříme.

Třídní proměnné

• klíčové slovo static
• Hodnota je společná pro všechny instance dané třídy.

• Zabírají paměť jen jednou, bez ohledu na počet instancí.

Více o vztahu mezi instančními a třídními proměnnými viz: Platnost proměnných.

Přístupnost metod a proměnných

• Metody a proměnné mohou být přístupné:
  • pouze z dané třídy
  • pouze ze tříd ve stejném balíčku
  • navíc z potomků třídy
  • z libovolné třídy
• Přístupnost určují obvykle modifikátory (viz syntaxe v Javě v Java: Modifikátory přístupu).

Dědičnost

• V mnoha jazycích se omezuje dědičnost na dědění maximálně z jedné třídy. Tím se vyhneme některým problémům při implementaci.

Zastupitelnost tříd

• V jazycích, které vyžadují typovou kontrolu v době překladu, je často třeba předem uvést typ objektů, které budeme například vkládat do kontejneru.
• My ale často potřebujeme vkládat objekty různých tříd.
• K řešení můžeme využít:
  • rozhraní
  • abstraktní třídy
  • dědičnost

Abstraktní třída

• Některé metody jsou abstraktní:
  • nemají tělo
  • uvádíme pouze hlavičku
• Těla abstraktních metod budou doplněna v potomcích třídy.
• Nelze vytvořit instanci abstraktní třídy.
• Viz Java: Abstraktní třídy, dědičnost a rozhraní.

Rozhraní (interface)

• „Čistě abstraktní třída“.
• Všechny metody jsou abstraktní.
• Třída může implementovat více rozhraní.
• Viz Java: Abstraktní třídy, dědičnost a rozhraní

Operátory this a super

• this... odkaz na objekt, jehož metodu právě provádíme.
• super... odkaz na rodičovskou třídu (používáme typicky v konstruktoru nebo k volání překrytých metod).

Zdroje

• Wikipedia.org > Objektově orientované programování
• JakseNaucitProgramovat.py.cz > Cztutclass