Objektově orientované programování

Objektově orientované programování (zkracováno na OOP, z anglického Object-oriented programming) je metodika vývoje softwaru, založená na následujících myšlenkách, koncepci:

Koncepce

Objekty – jednotlivé prvky modelované reality (jak data, tak související funkčnost) jsou v programu seskupeny do entit, nazývaných objekty. Objekty si pamatují svůj stav a navenek poskytují operace (přístupné jako metody pro volání).

Abstrakce – programátor, potažmo program, který vytváří, může abstrahovat od některých detailů práce jednotlivých objektů. Každý objekt pracuje jako černá skříňka, která dokáže provádět určené činnosti a komunikovat s okolím, aniž by vyžadovala znalost způsobu, kterým vnitřně pracuje.

Zapouzdření – zaručuje, že objekt nemůže přímo přistupovat k „vnitřnostem“ jiných objektů, což by mohlo vést k nekonzistenci. Každý objekt navenek zpřístupňuje rozhraní, pomocí kterého (a nijak jinak) se s objektem pracuje.

Skládání – Objekt může využívat služeb jiných objektů tak, že je požádá o provedení operace.

Dědičnost – objekty jsou organizovány stromovým způsobem, kdy objekty nějakého druhu mohou dědit z jiného druhu objektů, čímž přebírají jejich schopnosti, ke kterým pouze přidávají svoje vlastní rozšíření. Tato myšlenka se obvykle implementuje pomocí rozdělení objektů do tříd, přičemž každý objekt je instancí nějaké třídy. Každá třída pak může dědit od jiné třídy (v některých programovacích jazycích i z několika jiných tříd).

Polymorfismus – odkazovaný objekt se chová podle toho, jaký je jeho skutečný typ. Pokud několik objektů poskytuje stejné rozhraní, pracuje se s nimi stejným způsobem, ale jejich konkrétní chování se liší. V praxi se tato vlastnost projevuje např. tak, že na místo, kde je očekávána instance nějaké třídy, můžeme dosadit i instanci libovolné její podtřídy (třídy, která přímo či nepřímo z této třídy dědí), která se může chovat jinak, než by se chovala instance rodičovské třídy, ovšem v rámci mantinelů, daných popisem rozhraní.

Některé z těchto vlastností jsou pro OOP unikátní, jiné (např. abstrakce) jsou běžnou vlastností i jiných vývojových metodik. OOP je někdy označováno jako programátorské paradigma, neboť popisuje nejen způsob vývoje a zápisu programu, ale i způsob, jakým návrhář programu o problému přemýšlí.

Vztah k principům a fungování realného světa

Základním paradigmatem OOP je snaha modelovat při řešení úloh principy reálného světa v počítači pokud možno jedna ku jedné. V praktickém životě otevíráme dveře pořád stejně, bez ohledu na to, zda jsou dřevěné nebo laminované, zda mají kukátko, bezpečnostní vložku nebo řetízek navíc. Stejně tak se můžeme dívat na televizi, přepínat programy a docela dobře ji ovládat, přesto že nevíme vůbec nic o principech jejího fungování. Analogicky při vývoji složitých informačních systémů mohou vývojáři používat již vytvořené komponenty, podle potřeby si je trochu upravit nebo je používat jako stavebnici pro sestavování důmyslnějších a složiteších objektů.

Programovací jazyky

Existuje velké množství programovacích jazyků umožňujících objektově orientované programování, např. Smalltalk, Java, C++, Object Pascal, C#, Lisp, PHP, Python, Ruby...

Tyto jazyky můžeme je rozčlenit do mnoha skupin, jako např.

Tzv. čistě objektové jazyky, ve kterých se programuje pouze pomocí objektů. Sem patří např. Smalltalk.
Tzv. hybridní jazyky, ve kterých programátor může a nemusí dodržovat principy OOP. Mezi takové jazyky patří např. C++ a Python.
Objektová rozšíření původně neobjektových jazyků, např. Object Pascal, který vznikl jako rozšíření neobjektového jazyka Pascal.

Teorie objektů (object theory)

Kromě vlastních implementací objektů v nějakém programovacím jazyce, existuje i obecná teorie, jež se objekty a jejich vlastnostmi zajímá.

Základním pojmem je objekt. Objekt si „pamatuje“ svůj stav (v podobě dat čili atributů) a poskytuje rozhraní operací, aby se s ním mohlo pracovat (nazývané metody). Při používání objektu nás zajímá, jaké operace (služby) poskytuje, ale ne, jakým způsobem to provádí - to je princip zapouzdření. Jestli to provádí sám nebo využije služeb jiných objektů, je celkem jedno. Vlastní implementaci pak můžeme změnit (např. zefektivnit), aniž by se to dotklo všech, kteří objekt používají.

Abstrakce objektu, která v architektuře programu podchycuje na obecné úrovni podstatu všech objektů podobného typu, se nazývá třída. Třída je předpis, jak vyrobit objekt daného typu. Například má sousedka (chápejme ji jako objekt) má nějaké jméno, je nějak vysoká, umí chodit a umí mluvit. Totéž platí i pro mne. Mohu tedy při modelování těchto dvou objektů, sousedky a mě, abstrahovat od nepodstatných dílčích odlišností a díky této abstrakci vytvořit obecnou třídu Člověk, která bude mít atributy jméno a příjmení (obojí je nějaký řetězec znamků) a metody chodit a mluvit.

Dědičnost

Při vytváření objektů pro chod programu, které budou odpovídat zmíněným dvěma reálným objektům, je třeba vytvořit dvě různé instance třídy Člověk, pro každý modelovaný reálný objekt jednu instanci (tedy jedna instance já a jedna sousedka). Hodnoty atributů jméno a příjmení se pochopitelně v našem případě budou lišit, nicméně obě instance jsou schopny chodit a mluvit díky tomu, že jsme tyto schopnosti obecně přiřadili třídě Člověk.

Představme si dále, že můj soused je svářeč. Stejně jako moje sousedka má jméno, příjmení a umí chodit, mluvit, navíc ovšem umí svářet. Při modelování můžeme využít toho, že svářeč má všechny vlastnosti třídy Člověk a něco navíc. Vytvořme třídu Svářeč jako potomka třídy Člověk. Třída svářeč tímto dědí všechny atributy i metody třídy Člověk (nemusíme je v kódu znovu psát a budeme je upravovat na jediném místě), navíc bude mít metodu svařit.

Metoda svařit může mít dva například parametry (argumenty), prvníKusKovu a druhýKusKovu, a návratovou hodnotu jedenKusKovu. Vím, že když dám sousedovi svářeči dva kusy kovu a požádám o jejich svaření, dostanu je zpátky jako jeden kus kovu a nemusím se starat o to, jak to dokázal. Stejně to bude fungovat v programu. Objekty si mezi sebou mohou posílat zprávy, v našem případě zpráva znamená, že jeden objekt spustí metodu svařit jiného objektu a využije vrácenou hodnotu (druhá zpráva). Tomuto způsobu komunikace mezi objekty, která skrývá konkrétní implementaci a stará se jen o zprávy, se v objektově orientovaném programování říká zapouzdření.

Představme si nyní, že potřebujeme vytvořit komplexnější model světa, ve kterém se já od své sousedky začnu lišit. Já umím programovat a ona umí účtovat. Protože nám zůstaly různé společné vlastnosti, ponechme původní třídu Člověk a vytvořme dvě třídy Programátor a Účetní, obě poděděné od třídy Člověk. Nyní však v modelu světa nebude existovat žádná instance třídy Člověk, budou existovat jen instance potomků třídy Člověk, tedy tříd od Člověka poděděných. Pokud skutečně chceme, aby v našem modelu existovali pouze svářeči, programátoři a účetní, ale žádní obecní lidé, kteřé by nespadali ani do jedné z těchto skupin, lze označit třídu Člověk jako abstraktní třídu, tedy takovou, od níž nelze tvořit žádné instance.

Rozhraní objektů

Zjistíme, že programátor umí psát na počítači a účetní také. Intuitivně cítíme, že nebudou mít mnoho dalších společných schopností a navíc tuto dovednost může mít napříč povoláními leckdo, proto nemá smysl tvořit třídu na způsob ČlovekPracujícíSPočítačem a od ní dědit Programátora a Účetní, ale je výhodnější například vytvořit rozhraní SchopenPsátNaPočítači s metodou napišNaPočítači a upravit třídy Programátor a Účetní tak, aby toto rozhraní implementovaly. V definici rozhraní zpravidla nemůže být obsažen kód (implementaci) dané metody, ale všechny třídy, které toto rozhraní implementují, musí být schopny se nějak vypořádat s příkazem napišNaPočítači.

Další důležitou vlastností objektů je polymorfismus. Stejná zpráva může být poslána různým nebo od různých objektů. Můžeme rozlišit, zda jde o polymorfismus nad dvěma různými objekty, nebo nad dvěma různými stavy téhož objektů a nebo zda zprávu posílají různé objekty.

Zapouzdření

Zapouzdření v objektech znamená, že k obsahu objektu se nedostane nikdo jiný, než sám vlastník. Navenek se objekt projeví jen svým rozhraním (operacemi, metodami).

Představte si sekretářku a ředitele jako dva objekty. Sekretářka umí rozhraní SchopenPsátNaPočítači, kde je např. operace napsatDopis, ale ředitel ho nemá (není to jeho starost). Ale může mít operaci napsatDopis, protože může požadavek předat jinému objektu - sekretářce. Udržování odkazů na jiné objekty a využívání jejich služeb se říká skládání objektů.

Atomizace metod

A konečně zodpovědnost objektu je to, co objekt umí, o co se stará. Objekt by neměl umět sám příliš mnoho a nemusí to dělat sám (viz skládání objektů). Znakem kvalitního návrhu softwaru je to, že třídy v projektu obsahují pokud možno atomické metody, které řeší pouze jeden konkrétní problém.

Viz též

Programování | Informatika

Gourt Home::Gourt :: Objektově orientované programování