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.

---

На самом деле необходимость в ссылках, присоединении и разделении ссылок возникает и в не слишком сложных ситуациях. Вернемся к одному из вариантов класса описывающего книгу

class BOOK3 feature

... Остальные компоненты ...

author: WRITER

end

Здесь необходимость разделения ссылок обусловлена тем, что две книги или более могут быть написаны одним и тем же автором. Во многих примерах данной лекции подразумевается разделение, - так в случае PERSON у нескольких персон может быть один лендлорд. Это вопрос потребностей моделирования, а не реализации.

Если b1 и b2 два экземпляра BOOK3 одного автора, то b1.author и b2.author - псевдонимы, то есть ссылки, присоединенные к одному объекту, и использование любой из них в качестве цели вызова даст в точности одинаковый эффект. Рассмотренные в таком свете динамические псевдонимы выглядят скорее не как потенциально опасная возможность программирования, а как факт из реальной жизни. Это цена, которую необходимо заплатить за возможности использования нескольких имен при обращении к одному объекту.

Можно легко найти нарушения приведенного выше свойства "БЕЗ СЮРПРИЗОВ", не обращаясь к области ПО. Пусть для некоторой книги b определены следующие свойства и операции:

[x]. NOT_NOBEL (b) обозначает: "автор никогда не получал Нобелевскую премию".

[x]. NOBELIZE (b) обозначает: "Присудить Нобелевскую премию автору книги b".

Теперь предположим, что rb обозначает книгу "Красное и черное", а cp - "Пармская обитель". Последующие действия вполне корректны:

[СЮРПРИЗ В ОСЛО]

-- Предположим, что сейчас выполняется NOT_NOBEL(rb)

NOBELIZE(cp)

-- Теперь свойство NOT_NOBEL(rb) уже несправедливо!

Операция над cp изменяет свойство другой сущности rb, которая не упоминается в инструкции! Последствия могут быть весьма значительными (редкая книга Нобелевского лауреата будет переиздана, ее цена возрастет и т.д.). В данной ситуации, не связанной с ПО, произошло в точности то же, что и в предыдущем программном примере после операции x.set_true, повлиявшей на состояние y без упоминания y.

Таким образом, динамические псевдонимы вовсе не являются результатом гнусных трюков программистов со ссылками и указателями. Это следствие свойственного человеку стремления давать имена вещам ("объектам" в наиболее общем смысле этого слова), а иногда и несколько имен одному предмету. В классической риторике эти явления известны как полионимия (polyonymy), например, использование имен "Кибела" (Cybele), "Деметра" (Demeter) и "Церера" (Ceres) "для одной и той же богини, и антономазия (antonomasia) - возможность ссылаться на объект, косвенно именуя его, как, например, в фразе "прекрасная дочь Агамемнона", обращаясь к прекрасной Елене из Трои.

Инкапсуляция действий со ссылками

Теперь накоплено достаточно подтверждений того, что любая система моделирования и разработки ПО должна поддерживать понятие ссылки, а, следовательно, и динамические псевдонимы. Как теперь справиться с неприятными последствиями? Невозможность обеспечить свойство "БЕЗ СЮРПРИЗОВ" показывает, что ссылки и псевдонимы подвергают опасности саму возможность систематического рассмотрения ПО. Это означает, что, изучая исходный текст, нельзя надежно и просто сделать какие либо выводы о свойствах ПО времени выполнения.

Для поиска решения необходимо сначала понять, является ли данная проблема специфической для ОО-метода. Знакомство с другими языками программирования, такими как Pascal, C, PL/I, Ada и Lisp убеждает в том, что и там ведутся подобные дискуссии. Все языки располагают средствами динамического размещения объектов и разрешают объектам содержать ссылки на другие объекты. Существенно различаются лишь уровни абстракции: указатели C и PL/I фактически являются машинными адресами, а Pascal и Ada наряжают указатели в более респектабельные одежды, используя правила типизации.

Что тогда нового в ОО-разработке? Ответ связан не с теоретическими возможностями метода (за исключением важных отличий, связанных со сборкой мусора, ОО-структуры времени выполнения идентичны своим аналогам в Pascal и Ada), а в практике разработки ПО. ОО-разработка подразумевает повторное использование. В частности, любой проект, в котором многочисленные прикладные классы выполняют хитрые манипуляции со ссылками, является примером некорректного использования ОО-подхода. Такие операции должны быть включены в библиотечные классы.

Для любой системы подавляющее большинство объектных структур, требующих нетривиальных операций со ссылками, не зависит от области приложения и представляет хорошо известные и часто используемые структуры: списки всевозможных типов, деревья в различных представлениях, хэш-таблицы и некоторые другие. В хорошей ОО-среде разработки библиотека должна быть легко доступной и предоставлять реализации подобных структур. В качестве иллюстрации в приложении A приведен эскиз библиотеки Base. Классы в таких библиотеках могут содержать множество ссылочных операций. Примером могут служить действия над ссылками, необходимые для вставки и удаления элемента связного списка или узла дерева.

Если же при разработке приложения появится потребность в сложных объектных структурах, не представленных адекватно в имеющихся библиотеках, то это следует рассматривать как потребность в новых классах общего назначения. Их необходимо разработать, потратить необходимое время на их тщательное тестирование и затем включить в соответствующую библиотеку. Такая ситуация в терминах одной из предшествующих лекций является примером перехода с позиций потребителя по отношению к повторному использованию на позиции производителя.

Оставшиеся операции со ссылками в классах, зависимых от конкретного приложения, должны быть ограничены простыми и безопасными операциями. В библиографических заметках упомянута статья Suzuki, развивающая эту идею.

Обсуждение

В данной лекции введены некоторые правила и нотация для работы с объектами и соответствующими сущностями. Некоторые из этих соглашений могут вызвать удивление. Поэтому полезно завершить изучение объектов и их свойств рассмотрением спорных вопросов и доводов в пользу выбранных решений. Автор, естественно, надеется, что читатели полностью одобрят его выбор. Основная цель данной дискуссии - добиться полного понимания основополагающих проблем. В этом случае, если кто-то предпочитает другое решение, то сможет выбрать его вполне осознанно.

Графические соглашения

Для разминки начнем с небольшой проблемы, связанной с нотацией. Это конечно деталь, но из деталей складывается общая картина. Речь идет о наборе соглашений, используемых для графического представления классов и объектов.

В предшествующей лекции отмечалось насколько важно различать понятия класс и объект. Соответственно, должны отличаться и графические обозначения. Классы на диаграммах, представляющих системную архитектуру, представлены в виде эллипсов. Они соединяются стрелками для обозначения отношений между классами, обычными стрелками отмечаются отношения наследования и двойными - клиентские отношения.

Классы и объекты существуют в различных контекстах. Эллипсы классов являются частью диаграмм, представляющих структуру программной системы. Прямоугольники-объекты используются на моментальных снимках состояния системы в процессе выполнения. Поскольку указанные виды диаграмм имеют совершенно разное назначение, то в бумажном представлении, как в данной книге, они не появляются одновременно в одном контексте. Но для интерактивных CASE-средств ситуация принципиально меняется. В процессе отладки программной системы возникает необходимость отобразить объект, а затем - порождающий класс для изучения его компонент, родителей и других свойств.

Используемые для классов и объектов графические соглашения совместимы со стандартом, установленным методом BON (Nerson и Walden). В методе BON, (Business Object Notation) предназначенном для использования в интерактивных CASE-средствах и в документации, классы отображаются в виде пузырьков, растягиваемых по вертикали, показывающих компоненты класса, инварианты и другие свойства.(О BON см. библиографические заметки и лекцию 9 курса "Основы объектно-ориентированного проектирования")

В развитие нашего соглашения поля развернутых типов отличаются от ссылочных затенением, а подобъекты присутствуют в виде вложенных прямоугольников, содержащих собственные поля. Все эти соглашения вытекают из решения отображать объекты в виде прямоугольников.