Объектно-ориентированное программирование
Структурное и модульное программирование
Императивное программирование – это исторически первая методология программирования, которой пользовался каждый программист, программирующий на любом из «массовых» языков программирования – Бейсик, Паскаль, Си. Она ориентирована на классическую фон Неймановскую модель, остававшуюся долгое время единственной аппаратной архитектурой. Методология императивного программирования характеризуется принципом последовательного изменения состояния вычислителя пошаговым образом.
Императивное программирование наиболее пригодно для решения задач, в которых последовательное исполнение каких-либо команд является естественным. Примером здесь может служить управление современными аппаратными средствами. Поскольку практически все современные компьютеры императивны, эта методология позволяет порождать достаточно эффективный исполняемый код.
Однако с ростом сложности задач программы становятся все более объёмными и менее читаемыми. Поэтому программирование и отладка больших программ, написанных исключительно на основе методологии императивного программирования, может затянуться на долгие годы.
Структурное программирование, являясь развитием императивной методологии, зиждется на двух основных принципах: последовательная декомпозиция алгоритма решения задачи и использование структурного кодирования. Идея структурного программирования заключается в том, что структура программы должна отражать структуру решаемой задачи, чтобы алгоритм решения был ясно виден из текста программы.
|
|
|
Последовательная декомпозиция алгоритма решения задачи представляет собой так называемое нисходящее проектирование («сверху вниз») и предполагает разложение общей функции обработки данных на более простые функциональные элементы, подзадачи, каждая из которых также разбивается на более детальные до тех пор, пока алгоритм решения всей задачи не будет реализован в терминах языка программирования.
Структурное кодирование заключается в использовании только трех основных управляющих алгоритмических конструкций, каждая из которых имеет по одному входу и выходу, и их суперпозиции. Оператор безусловного перехода (GOTO) в структурном программировании не используется, так как он порождает трудно отслеживаемые при отладке связи.
С целью уменьшения сложности разработки программного обеспечения в технологии структурного программирования вводится понятие подпрограммы (программы в программе) – набора операторов, выполняющих нужное действие и не зависящих от других частей программы. Подпрограммы бывают двух видов – процедуры и функции. Процедура выполняет группу операторов (над некоторыми операндами), а функция, кроме того, возвращает (то есть передаёт обратно) в точку вызова вычисленное значение определённого типа.
|
|
|
Данные передаются подпрограмме в виде параметров или аргументов. Параметры, которые указываются в тексте заголовка, называются формальными. Они нужны только для формального описания тела подпрограммы. При выполнении программы, в момент вызова подпрограммы, подставляются конкретные значения (или ссылки на значения – переменные) – фактические параметры (см. , в котором происходит слияние двух строк "qwe" и "asd"). Приведём код подпрограмм (модуль «Пример6_ПроцедураФункция»), вызов которых используется в этом примере:
Sub proc1()
Dim s$
'Вызов процедуры AcB с параметрами s, "qwe", "asd"
Call AсB(s, "qwe", "asd")
MsgBox s
End Sub
'Объявление процедуры AсB с параметрами c$, a$, b$
Sub AсB(c$, a$, b$)
c = a + b
End Sub
'Объявление функции AiB с параметрами a$, b$
Function AiB(a$, b$) As String
AiB = a + b
End Function
Sub proc2()
Dim s$
'Вызов функции AiB с параметрами "qwe", "asd"
s = AiB("qwe", "asd")
|
|
|
MsgBox s
End Sub
При выполнении первой подпрограммы (proc1) в этом примере происходит вызов процедуры (AcB). При выполнении второй подпрограммы (proc2) происходит вызов функции (AiB).На рисунке 12.1 представлено окно сообщения с результатом выполнения процедуры слияния двух строк "qwe" и "asd". Точно так же будет выглядеть окно с результатом вызова функции.
Рис. 12.1. Окно сообщения с результатом выполнения примера 6
Необходимость разработки больших программных систем привела к появлению модульного программирования. Это такой способ программирования, при котором вся программа (точнее, проект) разбивается на составные части, называемые модулями, причем каждый из них имеет свой контролируемый размер, четкое назначение и детально проработанный интерфейс с внешней средой. Единственная альтернатива модульности – монолитная программа, конечно же, может быть удобна только при решении достаточно простых задач.
Концепция модульного программирования является основой всех современных подходов к проектированию и реализации программных систем. В то же время суть ее проста и отражает широко известные научные и технические методы, заключающиеся в поиске и реализации некоторого базового набора элементов, комбинации которых дают решение всех задач из определенного круга.
|
|
|
С применением модульного программирования появляются возможности коллективной разработки программ как набора «независимых» частей, последовательного уменьшения сложности методом разбиения сложной задачи на более простые подзадачи и, наконец, возможности повторного использования созданного ранее кода, в том числе применение восходящего («снизу вверх») проектирования.
Если концепция структурного программирования предлагает некоторый универсальный алгоритмический базис, то модульное программирование состоит в разработке под конкретную задачу или круг задач (предметную область) собственного базиса в виде набора модулей, позволяющего наиболее эффективно по целому ряду критериев построить программный комплекс. Модули, входящие в базис, это целые программы (в отличие от «макрооператоров» структурного программирования – подпрограмм), решающие некоторые подзадачи и часто оформляемые в виде отдельных файлов, причём так называемые модули расширения, могут быть написаны на совершенно другом языке.
1.2 Рекурсивные алгоритмы *
Рекурсия – это одна из фундаментальных концепций в математике и программировании. Это одна из форм мышления, это мощное средство, позволяющее строить элегантные и выразительные алгоритмы. Объект называется рекурсивным, если он содержит сам себя или определен с помощью самого себя.
Если процедура р содержит явное обращение к самой себе, то она называется явно рекурсивной. Если процедура р содержит обращение к некоторой процедуре q, которая в свою очередь содержит прямое или косвенное обращение к р, то р называется косвенно рекурсивной.
Рекурсивная программа не может вызывать себя бесконечно, иначе она никогда не остановится, таким образом в программе (функции) должен присутствовать еще один важный элемент – так называемое терминальное условие, то есть условие при котором программа прекращает рекурсивный процесс.
Рекуррентность – это рекурсивное определение функции. Классический пример такого рода функций – факториал. Напомним, факториал нуля равен 1, а факториал натурального числа N определяется как произведение натуральных чисел от единицы до N, что выражается рекуррентной формулой: N!=N (N-1)!, для N>=1 и 0! = 1. То есть для определения факториала одного числа требуется знать или вычислить факториал другого, уменьшенного на единицу. А это, в свою очередь, может потребовать определения факториала ещё меньшего числа. И так далее, до единицы. Этому напрямую соответствует нижеследующая рекурсивная функция:
Function factorial(N As Integer) As Long
If N=0 Then factorial=1 Else factorial=N*factorial(N-1)
End Function
Многие алгоритмы можно легко реализовать с помощью рекурсивных программ, и многие разработчики алгоритмов предпочитают выражать алгоритмы рекурсивно. Но делать это нужно крайне осторожно. Например, вызов factorial(-1) приведет к бесконечному рекурсивному циклу (аварийная остановка, конечно, будет, связанная с переполнением стека или выходом значения аргумента за пределы диапазона). Поэтому перед вызовом данной функции нужно делать проверку условия неотрицательности аргумента.
Стоит также отметить, что не все языки допускают использование рекурсий. В таких случаях можно обойтись использованием обычных циклов. Например, ту же функцию факториал реализовать без использования рекурсии:
Function factorial(N As Integer) As Long
factorial=1
For Счётчик =1ToN
factorial=factorial*Счётчик
Next
End Function
Объектно-ориентированное программирование
С дальнейшим ростом сложности программных продуктов выяснилось, что возможности структурного и модульного программирования ограничены и зачастую уже не позволяют добиваться желаемого результата (либо ничего не работает, либо проект не укладывается в сроки, либо в бюджет, либо через год после написания программы выясняется, что ее невозможно модифицировать и т.д.). Эти ограничения в основном вызваны разобщённостью в программе данных и методов их обработки.
В начале 80-х годов ХХ века в программировании возникло новое направление, основанное на понятии объекта. Реальные объекты окружающего мира обладают тремя базовыми характеристиками: они имеют набор свойств, способны разными методами изменять эти свойства и реагировать на события, возникающие как в окружающем мире, так и внутри самого объекта.
Именно в таком виде в языках программирования и реализовано понятие объекта как совокупности свойств (структур данных, характерных для этого объекта), методов их обработки (подпрограмм изменения свойств) и событий, на которые данный объект может реагировать и которые приводят, как правило, к изменению свойств объекта.
Объектно-ориентированное программирование в некоторой степени решило большинство вышеописанных проблем. Появление возможности создания объектов в программах качественно повлияло на производительность труда программистов. Максимальный объем приложений, которые стали доступны для создания группой программистов из десяти человек, за несколько лет увеличился до миллионов строк кода. При этом одновременно удалось добиться высокой надежности программ и, что немаловажно, повторно использовать ранее созданные объекты в других задачах.
В отличие от рассмотренных ранее методологий, объектно-ориентированный подход работает уже на начальных стадиях программирования – анализа и проектирования. Объекты представляют собою упрощенное, идеализированное описание реальных сущностей предметной области. Если соответствующие модели адекватны решаемой задаче, то работать с ними оказывается намного удобнее, чем с низкоуровневым описанием всех возможных свойств и реакций объекта.
В объектно-ориентированном программировании (ООП) используются следующие базовые понятия:
Объект – совокупность свойств (параметров) определенных сущностей и методов их обработки (программных средств). То есть объект способен как хранить информацию, так и преобразовывать. Практически всё может быть представлено объектом, и очень часто одни объекты состоят из других. Приведём примеры стандартных объектов оконного интерфейса: формы, вкладки, надписи, текстовые поля, кнопки и др.
Свойство – характеристика объекта, его параметр. Все объекты наделены определенными свойствами, которые в совокупности выделяют объект из множества других объектов. Набор свойств стандартных элементов графического интерфейса включает в себя размеры объекта, его положение на экране, эффекты отображения и др.
Метод – связанный с определенным объектом программный код, определяющий его возможное поведение или преобразование свойств. Объект может обладать набором заранее определенных встроенных методов обработки, либо созданных пользователем (а точнее – программистом) или заимствованных в стандартных библиотеках (аналогично стандартным подпрограммам обработки данных при структурном подходе).
Объекты могут объединяться в классы (группы, наборы, коллекции – в различных программных системах возможна другая терминология). Класс – совокупность объектов, характеризующихся общностью применяемых методов обработки или свойств. По сути, класс представляет собой описание структуры данных, в которую включено описание методов. Класс есть шаблон, на основе которого может быть создан конкретный программный объект – экземпляр. Объявление класса есть логическая абстракция, определяющая новый тип объекта, а определение объекта как экземпляра класса создает этот объект физически, т.е. размещает объект в памяти.
Программный продукт, созданный с помощью инструментальных средств объектно-ориентированного программирования, содержит объекты с их характерными свойствами, для которых разработан графический интерфейс пользователя. Как правило, работа с программным продуктом осуществляется с помощью экранной формы, с объектами управления, которые содержат методы обработки, вызываемые при наступлении определенных событий. Экранные формы также используются для выполнения заданий и перехода от одного компонента программного продукта к другому. Каждый объект управления обладает определенными свойствами, значения которых могут изменяться.
Формат записи для работы с объектами следующий: Имя_Объекта.Имя_Метода; или Имя_Объекта.Имя_Свойства. При этом вызов метода по сути аналогичен вызову процедуры, а работа со свойствами объектов практически не отличается от работы с переменными, однако отдельные свойства (например, имя объекта) могут быть доступны только для чтения.
Отметим, что мы уже познакомились с некоторыми возможностями ООП в среде VBA. Так, в рассмотренных ранее Примерах 2 и 3 с помощью свойства .Value текстового поля осуществлялся и ввод, и вывод данных. А в Примерах 4 и 5 использовался метод .AddItem для вывода текстовых строк в поле списка.
Один объект может выступать объединением вложенных в него по иерархии других объектов. И это может отражаться в тексте программы перечислением вложенных объектов через точку. Например, следующий фрагмент программы задаёт цвет формы «белый», а расположенной на ней кнопке – «чёрный»:
Форма.Цвет = "белый"
Форма.Кнопка.Цвет = "чёрный"
Существуют различные объектно-ориентированные технологии и методики проектирования программных продуктов, которые основываются на следующих принципах ООП – «китах»:
· инкапсуляция (встраивание, сокрытие);
· наследование (иерархия, агрегация);
· полиморфизм (изменчивость).
Инкапсуляция означает сочетание в одном объекте структур данных с методами их обработки, детальная реализация которых остается скрытой от пользователей.
Наследование позволяет создавать на основе существующих классов новые – подклассы. При построении подклассов осуществляется наследование данных и методов обработки объектов исходного родительского класса. Механизм наследования позволяет переопределить или добавить новые данные и методы их обработки, создать иерархию классов.
Полиморфизм (от греч. «многоликость») – способность объекта реагировать на запрос (вызов метода) сообразно своему типу, при этом одно и то же имя метода может использоваться для различных классов объектов.
Суть объектной декомпозиции* состоит в выделении в предметной области классов и объектов, а также связей между ними, и лишь потом – данных и алгоритмов, которыми характеризуется каждый класс. Таким образом, именно классы становятся основными «кирпичиками» в ООП, тогда как ранее таковыми блоками являлись алгоритмы.
С объектно-ориентированным программированием часто связывают событийно-ориентированное программирование, поскольку концепция объекта идеально подходит для работы с событиями. Событийно-ориентированное программирование является развитием идей нисходящего проектирования, когда постепенно определяются и детализируются реакции программ на различные события. Пользовательские события возникают в результате действий пользователя (нажатие клавиш, кнопок, выбор пунктов меню). Системные события возникают в операционной системе (сообщение от таймера, сигнал внешнего устройства). Программные события генерируются самой программой (например, получено ошибочное значение, и его нужно обработать). Структура главной части событийно-ориентированной программы представляет собой бесконечный цикл, следящий за появлением событий и вызывающий соответствующую программу обработки (пока не будет получена команда завершения работы).
Компонентное программирование* представляет собой развитие объектно-ориентированной технологии. В отличие от ООП введен следующий уровень абстракции, на котором классы объединяются в компоненты. Компонент – программный код в виде самостоятельного модуля, который может быть использован в неизменном виде, обладает поведением (функциональностью) и может допускать настройку.
Основной принцип компонентного программирования – сборка приложения из готовых компонентов, в общем случае написанных на разных языках. Компонентная программа – совокупность независимых компонентов, связанных друг с другом посредством интерфейсов.
Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 89; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!