Бертран Мейер - Основы объектно-ориентированного программирования

• Название: Основы объектно-ориентированного программирования
• Автор: Бертран Мейер
• Жанр: Прочая околокомпьтерная литература

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. Изложение начинается с рассмотрения критериев качества программных систем и обоснования того, как объектная технология разработки может обеспечить требуемое качество. Основные понятия объектной технологии и соответствующая нотация появляются как результат тщательного анализа и обсуждений. Подробно рассматривается понятие класса - центральное понятие объектной технологии. Рассматривается абстрактный тип данных, лежащий в основе класса, совмещение классом роли типа данных и модуля и другие аспекты построения класса. Столь же подробно рассматриваются объекты и проблемы управления памятью. Большая часть книги уделена отношениям между классами – наследованию, универсализации и их роли в построении программных систем. Важную часть книги составляет введение понятия контракта, описание технологии проектирования по контракту, как механизма, обеспечивающего корректность создаваемых программ. Не обойдены вниманием и другие важные темы объектного программирования – скрытие информации, статическая типизация, динамическое связывание и обработка исключений. Глубина охвата рассматриваемых тем делает книгу Бертрана Мейера незаменимой для понимания основ объектного программирования.

---

Последние два вида работ дают очень малую долю:

[x]. Первый - это улучшение эффективности; похоже, предполагается, что когда система работает, менеджеры проекта и программисты неохотно прерывают ее работу с целью улучшения производительности, предпочитая не трогать довольно хорошую систему. (При рассмотрении принципа "сначала сделай ее хорошо, а потом сделай ее быстрой" многие проекты, возможно, вполне довольствуются первым шагом.)

[x]. Небольшие средства тратятся и на "переход к новой аппаратной среде". Из-за отсутствия более детальных данных можно высказать лишь некоторое предположение. Все системы относятся к двум крайним случаям, промежуточные варианты практически отсутствуют. В первом случае системы изначально строятся как переносимые, и потому для них этот вид затрат невелик. Другие настолько тесно привязаны к своей первоначальной платформе и перенос был бы так труден, что разработчики даже не пытаются делать что-то в этом направлении.

Ключевые концепции

[x]. Целью программной инженерии является нахождение путей построения ПО высокого качества.

[x]. Качество ПО лучше всего видится как компромисс между целым рядом различных целей, а не как единый фактор.

[x]. Внешние факторы, понятные пользователям и клиентам, следует отличать от внутренних факторов, понятных проектировщикам и конструкторам.

[x]. Действительное значение имеют внешние факторы, но управление системой возможно только через внутренние факторы, благодаря которым достигается нужный эффект.

[x]. Список основных внешних факторов качества приведен выше. ОО-метод направлен на улучшение качества тех факторов, которые прежде всего нуждаются в лучших подходах. К ним относятся факторы корректности и устойчивости, связанные с безопасностью, вместе известные как надежность, и факторы, требующие децентрализованной архитектуры ПО, - повторное использование и расширяемость, вместе известные как модульность.

[x]. Сопровождение ПО, потребляющее большую долю его стоимости, находится в невыгодном положении из-за трудности реализации изменений в ПО и из-за слишком большой зависимости программ от физической структуры данных, которыми они манипулируют.

Лекция 2. Критерии объектной ориентации

В предыдущей лекции исследовались цели ОО-метода. Готовясь к чтению технических деталей метода в следующих лекциях, полезно быстро, но с широких позиций рассмотреть ключевые аспекты ОО-разработки ПО. Такова цель этой лекции. Прежде всего, здесь будет дано лаконичное пояснение того, что делает систему объектно-ориентированной. Уже в этом есть определенная польза, поскольку этот термин используется так неразборчиво, что необходим список точных свойств; имея их, мы сможем оценить метод, язык или инструмент, претендующие на звание объектно-ориентированных.

О критериях

Ограничимся минимумом объяснений, поэтому при первом чтении нельзя надеяться на понимание деталей всех перечисленных критериев; объяснение их - задача остальных разделов книги. Можно считать это обсуждение предваряющим просмотром - не настоящим кино, а анонсом. В отличие от анонса, эта лекция скорее является так называемым спойлером (spoiler) - она пересказывает сюжет, нарушая порой общий план книги. Этим она отличается от других лекций, в особенности лекций 3-6, терпеливо выстраивающих объектную технологию, рассматривающих проблему за проблемой на пути к получению и обоснованию решения. Если вам нравится идея обзора, предшествующая глубокому изучению вопросов, эта лекция для вас. Но если вы предпочитаете не портить удовольствия, открывая решения одно за другим, то просто пропустите ее.

Рассмотрим выбор критериев, позволяющих оценить объектную ориентированность системы (objectness).

До какой степени мы должны быть догматичными?

Список, представленный ниже, включает все свойства, кажущиеся существенными для создания высококачественного ПО ОО-методом. Наш список может показаться бескомпромиссным и даже догматичным. Какие заключения следует делать, если среда удовлетворяет некоторым, но не всем этим критериям? Следует ли считать ее полностью неадекватной?

Только вы, мой читатель, можете ответить на этот вопрос применительно к собственному контексту. Вот несколько причин, по которым может быть необходим компромисс:

[x]. Быть ОО-системой - это не булево условие. Из двух сред А и В первая может быть более объектно-ориентированной, хотя и не является таковой на все 100%. Поэтому если внешние ограничения сводят ваш выбор только к А и В, следует выбрать А как наименьшее из двух зол.

[x]. Не каждому нужны всегда все свойства.

[x]. Объектная ориентация может быть просто одним из факторов, определяющих наше решение, поэтому придется соблюдать баланс между критериями, приведенными здесь, и другими соображениями.

Все это не меняет очевидного: для обоснованного выбора, даже если практические ограничения навязывают далеко не совершенные решения, необходимо видеть полную картину.

Категории

Набор критериев делится на три части:

[x]. Метод и язык (Method and Language) : эти два почти не различимые аспекта охватывают мыслительные процессы и нотацию, использующуюся для анализа, проектирования и программирования ПО. Заметьте, что (особенно в объектной технологии) термин "язык" относится не только к языку программирования в строгом смысле, но также и к языкам анализа и проектирования и используемой в них нотации, текстовой или графической.

[x]. Реализация (Implementation) и Среда (Environment) : критерии в этой категории описывают основные свойства инструментария, позволяющего разработчикам применять ОО-идеи.

[x]. Библиотеки (Libraries) : объектная технология основана на повторном использовании компонентов ПО. Критерии в этой категории описывают как наличие базовых библиотек, так и механизмы, необходимые для их использования и создания новых библиотек.

Такое деление удобно, но не абсолютно, поскольку некоторые критерии относятся к двум или трем категориям. Например критерий, помеченный "управление памятью", относится к категории языка, поскольку язык может поддерживать или не допускать автоматическую сборку мусора. Этот же критерий относится к категории реализации и среды.

Метод и язык

Первый набор критериев относится к методу и поддерживающей его нотации.

Бесшовность (seamlessness)

ОО-подход амбициозен: он включает весь жизненный цикл ПО. При рассмотрении ОО-решений следует проверить, что метод, язык и поддерживающие их инструменты применимы к анализу и проектированию, а также к реализации и сопровождению. Язык, в частности, должен служить средством мышления, помогающим на всех стадиях работы.

В результате получается бесшовный процесс разработки, где общность концепций и нотации помогает сгладить переходы между последовательными ступенями жизненного цикла.

Эти требования исключают два часто встречающихся случая - оба неудовлетворительных:

[x]. Использование ОО-концепций на этапе анализа и проектирования с такой нотацией, которая не может использоваться на этапе программирования.

[x]. Использование ОО-языка программирования, неподходящего для этапа анализа и проектирования.

ОО-язык и ОО-среда, вместе с поддерживающим их методом, должны быть применимы ко всему жизненному циклу, минимизируя сложность переходов между последовательными шагами.

Классы

ОО-метод основан на понятии класса. Неформально, класс - элемент ПО, описывающий абстрактный тип данных и его частичную или полную реализацию. Абстрактный тип данных - множество объектов, определяемое списком компонентов (features) - операций, применимых к этим объектам, и их свойств.

Понятие класса должно быть центральной концепцией метода и языка.

Утверждения (Assertions)

Компоненты абстрактного типа данных имеют формально специфицированные свойства, отражаемые в соответствующих классах.

Утверждения - предусловия и постусловия программ класса и инварианты классов - играют эту роль.

Утверждения имеют три основных применения: помогают создать надежное ПО, обеспечивают систематическую документацию и являются инструментом тестирования и отладки ПО.

Язык должен давать возможность: поставлять класс и его компоненты вместе с утверждениями (предусловиями, постусловиями и инвариантами); включать инструментарий для получения документации из этих утверждений; осуществлять мониторинг утверждений во время выполнения программы.