Objektově orientované programování

Obsah 1 Co je to OOP? 2 Základní paradigma OOP 3 Cíle 4 Model systému pohledem OOP (konstrukty OOP) 5 Rysy OOP 6 Použití konstruktů OOP v programovacích jazycích 6.1 Objekty, třídy 6.2 Zprávy 6.3 Atributy 6.4 Dědičnost 6.5 Abstraktní třída 6.6 Rozhraní (interface) 6.7 Operátory this a super 7 Příklady použití rysů OOP v knihovnách Javy 8 Zdroje

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)

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

Vytváření objektů (instancí třídy)

• Ve většině jazyků je 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

• 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

• Atributy jsou realizovány proměnnými.

Instanční proměnné

• Každá instance má svoji vlastní hodnotu.

  Například třída UcebniSkupina může mít atribut počet žáků (kteří do dané skupiny chodí). Odpovídající proměnná musí být instanční, protože každá učební skupina může mít jiný počet žáků. (Je to vlastnost konkrétní skupiny.)

• Zabírají paměť tolikrát, kolik instancí třídy vytvoříme.

Třídní proměnné

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

  Například je-li maximální počet žáků v učební skupině dán zákonem (pro všechny učební skupiny stejný), pak tento atribut budeme realizovat třídní proměnnou třídy UcebniSkupina.

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

Přístupnost metod a atributů (určena modifikátory)

• pouze ze tříd v jednom balíčku
• navíc z potomků třídy
• z libovolné třídy

Syntaxe v Javě viz Java: Modifikátory přístupu.

Dědičnost

• Klíčové slovo extends.
• Třída může mít pouze jednu rodičovskou třídu!

Abstraktní třída

• Klíčové slovo abstract
• Některé metody jsou abstraktní:
  • nemají tělo
  • uvádíme pouze hlavičku
• Těla abstraktních metod budou doplněna v potomcích třídy.
• Nelze vytvořit instanci abstraktní třídy.

Rozhraní (interface)

• „Čistě abstraktní třída“.
• Všechny metody jsou abstraktní.
• Klíčové slovo implements.
• Třída může implementovat více 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).

Příklady použití rysů OOP v knihovnách Javy

Polymorfismus

• Component.paint()
  • každá komponenta reaguje jinak
  • některé komponenty delegují volání na další vnořené komponenty.

Skládání

• Čítač příchodů
  • Představme si, že máme již vytvořenou třídu Kalkulacka s metodou pricti(cislo)
  • Můžeme využít instanci třídy Kalkulacka jako atribut.
  • Metoda priselZakaznik() bude delegovat volání na kalkulacka.pricti(1).
  • Dědičnost by zde nebyla vhodná, ostatní metody třídy Kalkulacka nemají být součástí rozhraní třídy CitacPrichodu.

Zdroje

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