Читаем Основы объектно-ориентированного программирования онлайн бесплатно
Основы объектно-ориентированного программирования
Фундаментальный учебник по основам объектно-ориентированного программирования и инженерии программ. В книге подробно излагаются основные понятия объектной технологии – классы, объекты, управление памятью, типизация, наследование, универсализация. Большое внимание уделяется проектированию по контракту и обработке исключений, как механизмам, обеспечивающим корректность и устойчивость программных систем. В книге Бертрана Мейера рассматриваются основы объектно-ориентированного программирования.
Компьютеры и Интернет / Зарубежная компьютерная, околокомпьютерная литература / Учебные пособия, самоучители / Прочая компьютерная литература / Книги по ITАвтор: Мейер Бертран
Название: Основы объектно-ориентированного программирования
Содержание
Лекция 2. Критерии объектной ориентации
Лекция 4. Подходы к повторному использованию
Лекция 5. К объектной технологии
Лекция 6. Абстрактные типы данных (АТД)
Лекция 7. Статические структуры: классы
Лекция 8. Динамические структуры: объекты
Лекция 11. Проектирование по контракту: построение надежного ПО
Лекция 12. Когда контракт нарушается: обработка исключений
Лекция 13. Поддерживающие механизмы
Лекция 14. Введение в наследование
Лекция 15. Множественное наследование
Лекция 16. Техника наследования
Лекция 18. Глобальные объекты и константы
Качество - это цель инженерной деятельности; построение качественного ПО (software) - цель программной инженерии (software engineering). В данной книге рассматриваются средства и технические приемы, позволяющие значительно улучшить качество ПО. Прежде чем приступить к изучению этих средств и приемов, следует хорошо представлять нашу цель. Качество ПО лучше всего описывается комбинацией ряда факторов. В этой лекции мы постараемся проанализировать некоторые из них, покажем, где необходимы улучшения, и укажем дорогу в дальнейшем путешествии по лекциям этого курса.
Все мы хотим, чтобы наше ПО было быстродействующим, надежным, легким в использовании, читаемым, модульным, структурным и т.д. Но эти определения описывают два разных типа качества. Наличие или отсутствие таких качеств, как скорость и простота использования ПО, может быть обнаружено его пользователями. Эти качества можно назвать внешними факторами качества.
| Под словом "пользователи" нужно понимать не только людей, взаимодействующих с конечным продуктом, но и тех, кто их закупает, занимается администрированием. Такое свойство, например, как легкость адаптации продуктов к изменениям спецификаций - далее определенная в нашей дискуссии как расширяемость - попадает в категорию внешних факторов, поскольку она может представлять интерес для администраторов, закупающих продукт, хотя и не важна для "конечных пользователей", непосредственно работающих с продуктом. |
Такие характеристики ПО, как модульность или читаемость, являются внутренними факторами, понятными только для профессионалов, имеющих доступ к тексту ПО.
В конечном счете, только внешние факторы имеют значение. Но ключ к достижению внешних факторов спрятан во внутренних факторах: для того, чтобы достичь видимого качества, проектировщики и конструкторы должны иметь внутренние приемы, позволяющие улучшать скрытые от пользователя качества.
Последующие лекции представляют описание набора современных технических средств достижения внутреннего качества. Однако за частностями не следует терять из вида общую картину; внутренние технические приемы не являются самоцелью - они лишь средство достижения внешних качеств нашего продукта.
Рассмотрим самые важные внешние факторы качества, стремление к которым есть центральная задача ОО-построения ПО.
Определение: корректность
Корректность - это способность ПО выполнять точные задачи так, как они определены их спецификацией.
Корректность является важнейшим качеством. Если система не делает того, что она должна делать, то все остальное - ее быстродействие, хороший пользовательский интерфейс - не имеет особого значения.
Но легче сказать, чем сделать. Даже первый шаг к корректности уже труден: необходимо в точной форме специфицировать технические требования к системе, что само по себе является тяжелой задачей.
Методы обеспечения корректности обычно условны. Серьезная система ПО, даже небольшая по нынешним меркам, использует столь многое, что невозможно гарантировать ее корректность, работая со всеми компонентами на одном уровне. Необходим многоуровневый подход:
Рис. 1.1. Слои в разработке ПО
В условном подходе к корректности мы заботимся только о том, чтобы обеспечить корректность каждого уровня, основываясь на предположении, что нижележащие уровни корректны. Это единственно реалистичный подход, поскольку он позволяет разделить проблему и на каждой ступени сконцентрироваться на ограниченном круге задач. Нельзя проверить, что программа на языке высокого уровня корректна, если не предположить, что используемый компилятор корректно реализует язык. Это не слепое доверие компилятору, а разделение проблемы на две: проверка корректности компилятора и проверка корректности программы относительно семантики языка.
В методе, описанном в нашей книге, слоев даже больше: разработка ПО будет основываться на библиотеках компонентов повторного использования, используемых во многих приложениях.
Рис. 1.2. Уровни в процессе разработки, включающем повторное использование
Здесь также применим условный подход: следует обеспечить корректность библиотек и корректность приложения при условии, что библиотеки корректны.
Многие практики полагают, что достижение корректности ПО связано с тестированием и исправлением ошибок. Мы же более амбициозны: в дальнейших лекциях исследуется ряд технических приемов, в частности типизация и метод утверждений, направленных на построение ПО, корректного с самого начала. Исправление ошибок и тестирование, конечно, остаются необходимыми как средства дополнительной проверки результата. Можно было бы пойти дальше и принять совсем формальный подход к построению ПО. Это не является целью наших лекций, как ясно из несколько "робких" терминов - "проверять", "гарантировать", "обеспечивать", используемых выше вместо слова "доказывать". Все же многие из описанных ниже технических приемов происходят непосредственно от математических методов формальной спецификации и верификации программ, проходя длинный путь к обеспечению идеала корректности.
Определение: устойчивость
Устойчивость - это способность ПО соответствующим образом реагировать на аварийные ситуации.
Устойчивость дополняет корректность. Корректность относится к поведению системы в случаях, определенных спецификацией; устойчивость характеризует то, что происходит за пределами этой спецификации.
Рис. 1.3. Устойчивость против корректности
Как видно из определения, устойчивость по своей природе более нечеткое понятие, чем корректность. Невозможно сказать, как в случае с корректностью, что в аварийных ситуациях система должна "выполнять свои задачи", поскольку ситуации выходят за пределы спецификации. Если бы эти задачи были известны, аварийный случай стал бы частью спецификации, и мы бы снова вернулись в область корректности.
| Это определение "аварийной ситуации" нам еще понадобится при изучении обработки исключений (Об исключительных ситуациях см. лекция 12). Оно подразумевает, что понятия нормальной и аварийной ситуации всегда относительны по отношению к заданной спецификации; ситуация аварийна, если она выходит за рамки спецификации. Если расширить спецификацию, аварийные случаи становятся нормальными - даже если они соответствуют таким нежелательным событиям, как, например, ошибочный ввод пользователя. |
Термин "нормальный" в этом смысле не означает "желательный", а просто "запланированный в проекте ПО". Хотя на первый взгляд может показаться парадоксальным, что ошибочный ввод может называться нормальным случаем, любой другой подход опирается на субъективные критерии и, таким образом, бесполезен.
Всегда будут существовать случаи, на которые спецификация явно не распространяется. Роль требования устойчивости - удостовериться, что и в таких случаях система не приводит к непоправимой ситуации; она должна выдать соответствующее сообщение об ошибке, гладко завершить работу или войти в так называемый режим "постепенного вывода из работы".
Определение: расширяемость
Расширяемость - это легкость адаптации ПО к изменениям спецификации.
Предполагается, что ПО должно быть гибким (soft) , и в принципе, оно такое и есть; ничего нет проще, чем изменить программу, если у вас есть доступ к ее исходному коду. Просто используйте свой любимый текстовый редактор.
Проблема расширяемости это проблема масштаба. Для маленьких программ изменение не является обычно большой проблемой, но по мере увеличения ПО адаптация становится все труднее. Большая программная система часто видится как огромный карточный дом, удаление одного элемента может привести к разрушению всего построения.
Нам нужна расширяемость, поскольку в основе ПО лежит человеческий феномен, склонный к изменчивости. Даже в научных расчетах, где можно ожидать, что законы физики неизменны, наше понимание этих законов и их моделирование будет изменяться.
Традиционные подходы к построению ПО не уделяли должного внимания изменениям. Они скорее исходили из идеального взгляда на жизненный цикл ПО, где требования замораживаются после завершения первоначальной ступени анализа. Последующий процесс посвящался проектированию и построению решения при фиксированных требованиях. Это вполне понятно: на том этапе развития дисциплины задача состояла в разработке надежных технических приемов для постановки и решения фиксированных проблем. Но сейчас стало возможным признать и рассмотреть центральный вопрос - что делать, если проблема изменяется в ходе ее решения. Изменения характерны для процесса разработки ПО: меняются требования, наше понимание требований, алгоритмы, представление данных, приемы реализации. Поддержка изменений является основной целью объектной технологии и постоянной темой нашей книги.
Хотя многие из технических приемов, улучшающих расширяемость, можно объяснить во вводных курсах и на небольших примерах, их значимость становится явной только для больших проектов. Для улучшения расширяемости важны два принципа:
[x]. Простота построения: простая архитектура легче адаптируется к изменениям, чем сложная.
[x]. Децентрализация: чем более автономны модули, тем выше вероятность того, что простое изменение затронет только один или небольшое количество модулей и не вызовет цепную реакцию изменений во всей системе.
ОО-метод - это, прежде всего, метод создания архитектуры системы, позволяющий проектировщику производить системы с простой и децентрализованной структурой даже для больших систем. Простота и децентрализация будут в следующих лекциях постоянными темами обсуждений, ведущих к ОО-принципам.
Определение: повторное использование
Повторное использование есть способность элементов ПО служить для построения многих различных приложений.
Необходимость и возможность повторного использования возникает из наблюдений сходства систем - системы ПО часто имеют похожую схему. Следует использовать это сходство и не изобретать велосипед заново. Понимание этой схемы даст возможность повторно применять созданный элемент ПО во многих других разработках.
Повторное использование влияет на все остальные аспекты качества ПО. Поскольку решение проблемы повторного использования в сущности означает, что нужно писать меньше программ, следовательно, можно прилагать больше усилий (при той же общей стоимости) к улучшению других факторов, таких как, например, корректность и устойчивость.
При создании индустрии ПО необходимость повторного использования становится насущной проблемой.
Повторное использование будет играть важную роль в обсуждениях в последующих лекциях, одна из которых (лекция 4) фактически полностью посвящена углубленному рассмотрению этого фактора качества, его конкретной пользе и связанным с ним возникающим проблемам.
Определение: совместимость
Совместимость - это легкость сочетания одних элементов ПО с другими.
