Что такое объектно-ориенированное программирование?

Уровень сложности: 

В Самоучителе C++, Герберта Шилдта, издательства bhv 1998 даются следующие понятия объектно-ориентированного программирования.

Объектно-ориентированное программирование - это новый подход к созданию программ. По мере развития вычислительной техники возникали разные методики программирования. На каждом этапе создавался новый подход, который позволял программистам справляться с растущим усложнением программ. Первые программы создавались посредством ключевых переключателей на передней панели компьютера. Очевидно, что такой способ подходит только для очень небольших программ. Затем был изобретён язык ассемблера, который позволял писать более длинные программы. Следующий шаг был сделан в 1950 году, когда был создан первый язык высокого уровня Фортран.

Используя язык высокого уровня, программисты могли писать программы до нескольких тысяч строк длиной. Для того времени указанный подход к программированию был наиболее перспективным. Однако язык программирования, легко понимаемый в коротких программах, когда дело касалось больших программ, становился нечитабельным (и не управляемым). Избавление от таких неструктурированных программ пришло после изобретения в 1960 году языков структурного программирования (structured programming language). К ним относятся языки Алгол, Паскаль и Си. Структурное программирование подразумевает точно обозначенные управляющие структуры, программные блоки, отсутствие (или, по крайней мере, минимальное использование) инструкций GOTO, автономные подпрограммы, в которых поддерживается рекурсия и локальные переменные. Сутью структурного программирования является возможность разбиения программы на составляющие её элементы. Используя структурное программирование, средний программист может создавать и поддерживать программы свыше 50000 строк длиной.

Хотя структурное программирование, при его использовании для написания умеренно сложных программ, принесло выдающиеся результаты. даже оно оказывалось несостоятельным тогда, когда программа достигала определённой длины. Чтобы написать более сложную программу, необхдим был новый подход к программированию. В итоге были разработаны принципы объектно-ориентированного программирования. OOP аккумулирует лучшие идеи, воплощённые в структурном программировании, и сочетает их с мощными новыми концепциями, которые позволяют оптимально организовывать ваши программы. Объектно-ориентированное программирование позволяет вам разложить проблему на составные части. Каждая состовляющая становится самостоятельным объектом, содержащим свои собственные коды и данные, которые относятся к этому объекту. В этом случае вся процедура в целом упрощается, и программист получает возможность оперировать с гораздо большими по объёму программами.

Все языки OOP, включая С++, основаны на трёх основополагающих концепциях, называемых инкапсуляцией, полиморфизмом и наследованием.

Инкапсуляция

Инкапсуляция (encaplsulation) - это механизм, который объединяет данные и код, манипулирующий с этими данными, а также защищает и то, и другое от внешнего вмешательства или неправильного использования. В объектно-ориентированном программировании код и данные могут быть объединены вместе; в этом случае говорят, что создаётся так называемый "чёрный ящик". Когда код и данные объединяются таким способом, создаётся объект (object). Другими словами, объект - это то, что поддерживает инкапсуляцию.

Внутри объекта коды и данные могут быть закрытыми (private). Закрытые коды или данные доступны только для других частей этого объекта. Таким образом, закрытые коды и данные недоступны для тех частей программы, которые существуют вне объекта. Если коды и данные являются открытыми, то, несмотря на то, что они заданы внутри объекта, они доступны и для других частей программы. Характерной является ситуация, когда открытая часть объекта используется для того, чтобы обеспечить контролируемый интерфейс закрытых элементов объекта.

На самом деле объект является переменной определённого пользователем типа. Может показаться странным, что объект, который объединяет коды и данные, можно рассматривать как переменную. Однако применительно к объектно-ориентированному программированию это именно так. Каждый элемент данных такого типа является составной переменной.

Полиморфизм

Полиморфизм (polymorphism) (от греческого polymorphos) - это свойство, которое позволяет одно и то же имя использовать для решения двух или более схожих, но технически разных задач. Целью полиморфизма, применительно к объектно-ориентированному программированию, является использование одного имени для задания общих для класса действий. Выполнение каждого конкретного действия будет определяться типом данных. Например для языка Си, в котором полиморфизм поддерживается недостаточно, нахождение абсолютной величины числа требует трёх различных функций: abs(), labs() и fabs(). Эти функции подсчитывают и возвращают абсолютную величину целых, длинных целых и чисел с плавающей точкой соответственно. В С++ каждая из этих функций может быть названа abs(). Тип данных, который используется при вызове функции, определяет, какая конкретная версия функции действительно выполняется. В С++ можно использовать одно имя функции для множества различных действий. Это называется перегрузкой функций (function overloading).

В более общем смысле, концепцией полиморфизма является идея "один интерфейс, множество методов". Это означает, что можно создать общий интерфейс для группы близких по смыслу действий. Преимуществом полиморфизма является то, что он помогает мнижать сложность программ, разрешая использование того же интерфейса для задания единого класса действий. Выбор же конкретного действия, в зависимости от ситуации, возлагается на компилятор. Вам, как программисту, не нужно делать этот выбор самому. Нужно только помнить и использовать общий интерфейс. Пример из предыдущего абзаца показывает, как, имея три имени для функции определения абсолютной величины числа вместо одного, обычная задача становится более сложной, чем это действительно необходимо.

Полиморфизм может применяться также и к операторам. Фактически во всех языках программирования ограниченно применяется полиморфизм, например, в арифметических операторах. Так, в Си, символ + используется для складывания целых, длинных целых, символьных переменных и чисел с плавающей точкой. В этом случае компилятор автоматически определяет, какой тип арифметики требуется. В С++ вы можете применить эту концепцию и к другим, заданным вами, типам данных. Такой тип полиморфизма называется перегрузкой операторов (operator overloading).

Ключевым в понимании полиморфизма является то, что он позволяет вам манипулировать объектами различной степени сложности путём создания общего для них стандартного интерфейса для реализации похожих действий.

Наследование

Наследование (inheritance) - это процесс, посредством которого один объект может приобретать свойства другого. Точнее, объект может наследовать основные свойства другого объекта и добавлять к ним черты, характерные только для него. Наследование является важным, поскольку оно позволяет поддерживать концепцию иерархии классов (hierarchical classification). Применение иерархии классов делает управляемыми большие потоки информации. Например, подумайте об описании жилого дома. Дом - это часть общего класса, называемого строением. С другой стороны, строение - это часть более общего класса - конструкции, который является частью ещё более общего класса объектов, который можно назвать созданием рук человека. В каждом случае порождённый класс наследует все, связанные с родителем, качества и добавляет к ним свои собственные определяющие характеристики. Без использования иерархии классов, для каждого объекта пришлось бы задать все характеристики, которые бы исчерпывающи его определяли. Однако при использовании наследования можно описать объект путём определения того общего класса (или классов), к которому он относится, с теми специальными чертами, которые делают объект уникальным. Наследование играет очень важную роль в OOP.