Основные понятия ООП

Основные парадигмы программирования
Процедурное (структурное) программирование – программа представляет собой последовательность инструкций (процедур).
Объектно-ориентированное программирование – программа представляет собой совокупность взаимодействующих между собой объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования.
Функциональное программирование – все вычисления в программе осуществляются через вызовы функций.
Логическое программирование – вычисления описываются с помощью формальной логики (через набор высказываний), т.е. описывается сама задача, а не способ ее решения.

Классификация языков программирования
По парадигме:
Процедурные (императивные) – FORTRAN, C, Pascal
Объектно-ориентированные – C++, C#, Java, Kotlin, Python, JavaScript, Go, Swift, Ruby, PHP и др.
Функциональные – Lisp, R, Python, Kotlin
Логические (декларативные) – Prolog
Дополнительная классификация:
Языки разметки – HTML, CSS
Скриптовые – JavaScript, PHP
Универсальные (мультипарадигменные) – Python, Kotlin, F#

Концепция локальных и глобальных данных в процедурном программировании
Проблема: число возможных связей между глобальными переменными и функциями может быть очень велико.
Следствия: - усложняется структура программы;
- в программу становится трудно вносить изменения.

Основные проблемы процедурного подхода
неограниченный доступ функций к глобальным данным
разделение данных и функций – такой подход плохо отображает картину реального мира, поскольку данные существуют сами по себе, функции - сами по себе.

Основная идея объектно-ориентированного подхода
объединение данных и функций
Результат: при решении задачи в стиле ООП вместо проблемы разбиения ее на функции программист решает проблему разбиения ее на объекты.

Свойства программных объектов
каждый программный объект моделирует некоторый объект реального мира (самолет, автомобиль, файл, список сотрудников, геометрическую фигуру);
каждый программный объект обладает собственным набором свойств (атрибутов) (автомобили одной марки могут иметь разный цвет кузова, файлы могут быть разного типа);
все однотипные объекты принадлежат одному классу;
все объекты одного класса обладают схожим поведением, т.е. имеют один и тот же набор функций (методов) (автомобиль любого цвета при нажатии на педаль тормоза остановится, файлы разного типа можно перемещать, копировать, переименовывать, удалять).

Общая схема объектно-ориентированного подхода

Пример: класс Кот
UML-диаграмма класса Cat

Объекты – это экземпляры классов
Главное: класс – это своеобразный «чертеж», по которому создаются объекты – экземпляры этого класса.

Иерархия классов
Для отработки отношений иерархии в объектном подходе используется механизм наследования: все общие свойства различных сущностей объединены в некотором базовом (родительском) классе, а производные классы наследуют все его свойства, добавляя свои собственные свойства и поведение.

Пример наследования
UML-диаграмма иерархии классов

Пример наследования
Главное:
наследование – это возможность создания новых классов на основе существующих;
производные классы могут переопределять методы базовых классов; при этом они могут как полностью заменить поведение метода базового класса, так и просто что-то добавить к нему.

Особенности наследования
механизм наследования работает только в одну сторону, а именно от производного класса к базовому. Пример: инженер – это человек. Обратное же неверно: человек – это необязательно инженер.
назначение наследования в объектно-ориентированном программировании такое же, как и у функций в процедурном программировании – сократить размер кода и упростить связи между элементами программы.
разработанный класс может быть использован в других программах. Это свойство называется возможностью повторного использования кода. Аналогичным свойством в процедурном программировании обладают библиотеки функций, которые можно включать в различные программные проекты.

Плюсы и минусы наследования
Главная польза от наследования – возможность повторного использования существующего кода.
Пример. Постоянные обновления версий различного ПО напрямую связаны с использованием механизма наследования. Вносить так часто изменения в таких количествах в процедурную программу без нарушения ее работоспособности было бы очень проблематично.
Главная «расплата» за наследование – производные классы наследуют все свойства и методы базового класса, т.е. нельзя исключить из производного класса метод базового класса (если, например, он там не нужен).

Ложные аналогии
Отношения «класс – объект» и «базовый класс – производный класс» – это «две большие разницы».
Объекты класса представляют собой воплощение свойств и методов, присущих классу, к которому они принадлежат.
Производные классы имеют свойства как унаследованные от базового класса, так и свои собственные.

Множественное наследование
Множественное наследование – это разновидность наследования, когда производный класс наследуется от нескольких базовых классов.
Важно! Концепция множественного наследования поддерживается не всеми языками программирования. Например, в Java вместо множественного наследования используется такая конструкция, как интерфейс.

Краеугольные камни ООП

Абстракция
Программные объекты не повторяют в точности их реальные аналоги, они только моделируют свойства и поведение реальных объектов, важные в конкретном контексте, а остальные – игнорируют.
Абстракция – это модель некоего объекта или явления реального мира, в которой опущены незначительные детали, не играющие существенной роли в данном контексте.
Главная задача ООП – выбор правильного набора абстракций (классов и объектов) для заданной предметной области.

Инкапсуляция
Инкапсуляция – это способность объектов скрывать часть своего состояния и поведения от других объектов, предоставляя внешнему миру только определенный интерфейс (публичная часть объекта) для взаимодействия с собой.
Инкапсуляция означает, что получить доступ к данным (свойствам) объекта можно только с помощью каких-либо его методов, т.е. прямой доступ к данным объекта закрыт.
Фактически, объект класса для окружающей среды (операционной системы, объектов других классов) представляет собой аналог «чёрного ящика»: он может принимать входные воздействия и выдавать в качестве реакции на них выходные, но при этом он никак не проявляет свою внутреннюю структуру.

Интерфейс интерфейсу рознь
Словом интерфейс называют как публичную часть объекта, так и конструкцию interface во многих языках программирования (например, в Java).
interface – это контракт,
в рамках которого части
программы взаимодействуют
между собой. Это позволяет
создавать модульные
конструкции, в которых для
изменения одного элемента
не нужно трогать остальные.