Методы программирования структурный модульный объектно ориентированный реферат

Обновлено: 07.07.2024

В этом состоит главное отличие объектно-ориентированного программирования от процедурного программирования, где отдельно определённые структуры данных передаются в процедуры (функции) в качестве параметров. Таким образом, объектно-ориентированная программа состоит из объектов – отдельных фрагментов кода, обрабатывающего данные, которые взаимодействуют друг с другом через определённые интерфейсы.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ………………………………………. ………………. …….3
Глава 1. История объектно-ориентированного программирования……4
Глава 2. Объекты в объектно-ориентированном программировании….9
Глава 3. Инкапсуляция в объектно-ориентированном программировании………………………………………………………………11
Глава 4. Наследование и виртуальные методы………………………. 12
Глава 5. Динамическое создание объектов и полиморфизм………………………………………………………….…………16
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………..…18
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ………………….……. 20

Прикрепленные файлы: 1 файл

РЕФЕРАТ объектно-ориентированное программирование.doc

Министерство образования Российской Федерации

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Иркутская государственная сельскохозяйственная академия

Кафедра информатики и математического моделирования

по дисциплине: Парадигмы программирования

на тему: Объектно-ориентированное программирование

Глава 1. История объектно-ориентированного программирования……4

Глава 2. Объекты в объектно-ориентированном программировании….9

Глава 3. Инкапсуляция в объектно-ориентированном программировании…………………………………… …………………………11

Глава 4. Наследование и виртуальные методы………………………. 12

Глава 5. Динамическое создание объектов и полиморфизм………………………………………………… ……….…………16

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ………………….……. 20

Объектно-ориентированный язык программирования должен обладать следующими свойствами:

1. абстракции – формальное о качествах или свойствах предмета путем мысленного удаления некоторых частностей или материальных объектов;

2. инкапсуляции – механизма, связывающего вмести код и данные, которыми он манипулирует, и защищающего их от внешних помех и некорректного использования;

3. наследования – процесса, с помощью которого один объект приобретает свойства другого, т.е. поддерживается иерархической классификации;

4. полиморфизма – свойства, позволяющего использовать один и тот же интерфейс для общего класса действий.

Разработка объектно-ориентированных программ состоит из следующих последовательных работ:

- определение основных объектов, необходимых для решения данной задачи;

- определение закрытых данных (данных состояния) для выбранных объектов;

- определение второстепенных объектов и их закрытых данных;

- определение иерархической системы классов, представляющих выбранные объекты;

- разработка последовательности выражений, которые позволяют решить поставленную задачу;

- очистка проекта, то есть устранение всех вспомогательных промежуточных материалов, использовавшихся при проектировании;

- кодирование, отладка, компоновка и тестирование.

Глава 1. История объектно-ориентированного программирования

Объектно-ориентированный подход в последнее десятилетие стал одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений в программировании и наиболее популярным средством разработки программного обеспечения.

Начало развитию объектно-ориентированного подхода положил язык Simula 67, который был разработан в конце 60-х гг. в Норвегии. Несмотря на то, что язык намного опередил свое время, современники (программисты 60-х гг.) оказались не готовы воспринять ценности языка Simula 67, и он не выдержал конкуренции с другими языками программирования (прежде всего, с языком Fortran).

Но достоинства языка Simula 67 были замечены некоторыми программистами, и в 70-е гг. было разработано большое число экспериментальных объектно-ориентированных языков программирования. В результате исследования этих языков были разработаны современные объектно-ориентированные языки программирования: C++, Ada, Smalltalk и др.

Наиболее распространенным объектно-ориентированным языком программирования является язык C++. Он возник на базе соединения языков С и Simula. С++ был разработан в начале 80-х Бьерном Страуструпом, сотрудником компании AT&T. Все эти годы язык интенсивно развивался, и, наконец, в августе 1998 г. был принят международный стандарт языка С++.

Разработка новых объектно-ориентированных языков программирования продолжается и в настоящее время. Например, с 1995 г. стал широко распространяться объектно-ориентированный язык программирования Java, ориентированный на сети компьютеров и, прежде всего, на Internet.

Вместе с развитием объектно-ориентированного программирования стали развиваться и объектно-ориентированные методы разработки программного обеспечения, охватывающие стадии анализа и проектирования. Среди общепризнанных объектно-ориентированных подходов к анализу и проектированию следует выделить методы Г. Буча, Д. Рамбо, А. Джекобсона, Шлеера-Меллора и Коуда-Йордона. В результате объединения усилий первых трех авторов появился на свет унифицированный язык моделирования UML, который в 1997 г. был принят в качестве стандарта консорциумом Object Management Group и получил широкое распространение в сфере производства программного обеспечения.

Основные идеи объектно-ориентированного подхода опираются на следующие положения:

– программа представляет собой модель некоторого реального процесса, части реального мира; модель содержит не все признаки и свойства представляемой ею части реального мира, а только те, которые существенны для разрабатываемой программной системы;

– модель реального мира или его части может быть описана как совокупность взаимодействующих между собой объектов;

– объект описывается набором атрибутов (свойств), значения которых определяют состояние объекта, и набором операций (действий), которые может выполнять объект;

– объекты, описанные одним и тем же набором атрибутов и способные выполнять один и тот же набор операций, представляют собой класс однотипных объектов.

С точки зрения языка программирования класс объектов можно рассматривать как тип данных, а отдельные объекты – как данные этого типа. Определение программистом собственных классов объектов должно позволить описывать конкретную задачу в терминах ее предметной области (при соответствующем выборе имен типов и имен объектов, их атрибутов и выполняемых действий).

Объектно-ориентированный подход дает следующие основные преимущества:

– уменьшение сложности программного обеспечения;

– повышение его надежности;

– обеспечение возможности модификации отдельных компонент программ без изменения остальных компонент;

– обеспечение возможности повторного использования отдельных компонент программного обеспечения.

Систематическое применение объектно-ориентированного подхода позволяет разрабатывать хорошо структурированные, надежные в эксплуатации, достаточно просто модифицируемые программные системы. Этим объясняется интерес программистов к объектно-ориентированному подходу и объектно-ориентированным языкам программирования.

Объект можно сравнивать с черным ящиком. Фокусник кладет в него платочек, говорит заветное заклинание, и вытаскивает кролика. Так же и мы. Мы можем инициализировать объект, или он сам инициализируется значениями по умолчанию, вызвать нужный метод объекта, и получить результат. Нас мало интересует то, что в нем конкретно происходит, если объект уже достаточно хорошо отлажен. Основная идея объектно-ориентированного подхода заключается в наличие интерфейса, который служит для полиморфного обращения с объектом и его потомками. За счет наличия интерфейса легко достигается повторное использование кода. Многие программисты, переходящие от процедурного программирования к объектно-ориентированному программированию справедливо замечают, что они могут сделать все то же самое и без использования объектов. Объектно-ориентированное программирование - это всего лишь соглашение о правилах построения программ. Вся мощь объектной ориентации раскрывается в крупных проектах, или при написании большого количества однотипных программ, например программ, работающих с базами данных. За счет повторного использования кода достигается простота в работе программиста (накопление опыта), сокращается размер программы (методы объектов одного типа или методы, наследуемые от предков потомками существуют в единственном экземпляре), самодокументируемость, а значит и больше простоты при отладке (объекты описываются в определенном месте программы отдельно от реализации), простота сопровождения программы (не меняя интерфейс объекта, Вы можете изменить реализацию методов) и т.д. Но, это только в идеале. На самом деле достаточно просто извратить постулаты объектной ориентированности. Все зависит от правильности и лаконичности дерева наследования Вашей библиотеки объектов. Нам повезло, Мы можем использовать в своей работе последнее достижение в области объектно-ориентированного программирования - продукт компании Borland-Inprise Delphi.При дальнейшем чтении текста, если Вам будет сразу что-то непонятно, то продолжайте читать дальше. В такой сложной теме трудно последовательно изложить все по порядку, т.к. многие вопросы переплетаются с более сложными и наоборот. По ходу чтения текста, Вы составите полное представление о теме.

Объектно-ориентированное программирование.

Объект в Delphi представляет из себя специальную структуру, которая описывает поля, свойства и методы объекта - class. Предком для всех объектов служит class Tobject. Давайте рассмотрим простой объект.

AmyField: Integer; // Свойство

Procedure SetMyField(Val: Integer); // Процедуразаписисвойствакласса

Constructor Create; // Конструктор

Destructor Destroy; override; // Деструктор

Property MyField: Integer read AmyField write SetMyField; // Свойствокласса

Имена классов принято начинать с буквы T, но это просто соглашение, а не правило. Вы можете назвать Ваш объект как хотите. Однако, буква Т в начале имени класса - это правило хорошего тона. Далее, указывается, что этот класс является потомком от Tobject. Если Вы запишите TmyClass = class, то все равно ваш класс будет потомком от Tobject. Далее, идет закрытая часть интерфейса класса. Здесь объявляются свойства и методы класса, которые будут доступными только из методов этого же класса, и будут недоступными для других классовых методов и из других модулей программы. При наследовании класса, потомок тоже не будет иметь доступа к закрытой части интерфейса. Иногда, такое поведение класса неудобно. Например, при большом количестве обращений к списку данных одного класса из другого через открытую часть интерфейса, при каждом обращении, возможно, будут проверяться допустимые границы индекса списка. Это правильно, но может значительно замедлить работу программы, поэтому было бы неплохо иметь возможность для ограниченного числа классов или функций разрешить доступ к закрытой части, чтобы они могли обращаться к свойствам класса, объявленным в закрытой части. Возможно, Вы писали на С++ и знаете, что там такие классы и функции называются друзьями. В Delphi эта возможность реализуется через объявление дружественных классов и функций в одном модуле программы, т.е. все друзья должны быть объявлены в одном модуле. Далее, идет защищенная часть. Она отличается от закрытой тем, что из потомка класса, Вы можете иметь доступ к этой части. Далее, идет открытая часть интерфейса. Здесь Вы можете объявить свойства и методы класса, которые будут доступны для других классов, процедур и функций. Есть еще одна часть интерфейса - published (опубликованная). Эта часть имеет место у потомков от Tcomponent. Delphi использует эту часть интерфейса в инспекторе объектов. При доступе к классу во время выполнения программы, эта часть ничем не отличается от public. Здесь имеет смысл объявлять свойства и события класса. Все свойства и события будут доступны из инспектора объектов, и Вы сможете редактировать их во время разработки. Чтобы работать с классом, Вы должны объявить переменную объектного типа этого класса, затем инициализировать ее вызовом конструктора.

TmyClass = class(TObject) // Объявлениекласса

AmyClass: TmyClass; // Объявление переменной класса

AmyClass:=TmyClass.Create; // Вызов конструктора, обратите внимание на то, что вызывается конструктор// TmyClass.Create, а не AmyClass.Create

Классы в Delphi могут создаваться только в динамической памяти, поэтому все переменные объектного типа - это указатели на экземпляр класса в динамической памяти. Типичное имя конструктора - Create, типичное имя деструктора - Destroy. Придерживайтесь этого правила, если нет особой необходимости в обратном.

Инициализация и разрушение объектов

Для объявления конструктора используется зарезервированное слово constructor, после которого идет имя конструктора и параметры, если необходимо. Конструктор возвращает указатель на экземпляр класса. У конструктора Tobject имя Create, поэтому у всех потомков этого класса есть конструктор Create, хотя, у некоторых классов есть и другие конструкторы с другими именами, например у обработчиков исключений. В теле конструктора Вы можете вызвать конструктор предка для инициализации закрытой части предка значениями по умолчанию, например:

constructor Create(AOwner: TComponent); override; // перегружаемконструкторпредка

Constructor TmyClass.Create(AOwner: TComponent);

Inherited Create(Aowner); // Вызов конструктора предка

… // Дальнейшая инициализация объекта

Если имя конструктора предка совпадает с именем потомка, то можно сократить запись при вызове конструктора предка в конструкторе потомка:

Constructor TmyClass.Create(AOwner: TComponent);

Inherited (Aowner); // Вызов конструктора предка

… // Дальнейшая инициализация объекта

Для уничтожение объекта служит деструктор. Деструктор объявляется с помощью зарезервированного слова destructor, после которого идет имя деструктора. Деструктор ничего не возвращает и не имеет параметров. Я советую Вам вместо прямого вызова деструктора использовать метод Free. Этот метод есть у всех классов в Delphi, т.к. наследуется от Tobject. Этот метод сначала проверяет неравенство указателя на класс nil, а затем только вызывает Destroy. Это более безопасный способ уничтожить объект.unit MyUnit;

constructor Create(AOwner: TComponent); override; // перегружаемконструкторпредка

destructor Destroy; override // Перегружаемдеструкторпредка

Inherited Destroy; // Вызов деструктора предка, для уничтожение закрытых полей предка

Инкапсуляция

Суть объектно-ориентированного подхода к программированию заключается в трех принципах: инкапсуляции, наследовании и полиморфизме. Для более надежной работы программы, Вы не должны напрямую обращаться к полям объекта. Вместо этого, Вы должны обращаться через специальные методы, которые могут проверить, например, на допустимость значения в заданном интервале или одновременно выполнить дополнительную работу по изменению состояния объекта, в зависимости от изменения значения поля - это и есть инкапсуляция. Такая возможность реализуется в классах через объявление свойств объекта. Свойство позволяет ограничить права на изменение значения поля и организует доступ к полю через методы. Вот пример описания класса со свойством:

AmyField: Integer; // Объявление поля целого типа

Procedure SetMyField(Val: Integer); virtual; // Объявление процедуры для записи значения свойства

Property MyField: Integer read AmyField write SetMyField; // объявлениесвойства

Здесь мы видим, что свойство MyField является целым типом. Оно доступно для чтения и записи, т.к. объявлены методы read и write. Процедура, организующая запись значения объявлена в секции protected для того, чтобы в случае необходимости, Вы могли перегрузить ее в потомке. На самом деле значение свойства хранится в поле AmyField класса. Если Вы не объявите метода write, то свойство станет доступным только по чтению, аналогично и с методом read. К слову говоря, поля для хранения значения свойства может и не быть, главное, чтобы были объявлены методы доступа к нему. Для примера, класс, реализующий интерфейс доступа к свойствам дисплея, мог бы иметь свойства ширина и высота в пикселях. Вам не обязательно хранить эти значения, т.к. можно вызвать стандартную функцию Windows и узнать ширину и высоту экрана, тем более, что в процессе работы эти значения могут меняться при переключении в другой режим. Методы записи и чтения свойства подчиняются жестким правилам. Так для чтения свойства, Вам необходимо объявить функцию без формальных параметров, возвращающую значение того же типа, что и свойство. Для записи значения, Вам необходимо объявить процедуру с одним параметром того же типа, что и свойство. Если в качестве метода для записи или чтения свойства Вы указываете имя поля для хранения значения свойства, то это аналогично прямому доступу к этому полю. При компиляции такого способа обращения к свойству, код будет оптимизирован, поэтому это не повлечет никаких дополнительных расходов ресурсов компьютера. Обычно, такой метод обращения к полю применяют для чтения. Методы доступа к полям класса могут выполнять дополнительную работу при переустановке значения поля класса. Так, при установке свойства Ttable.Active в true производится чтение данных из таблицы базы данных на жестком диске, несколько раз меняется состояние объекта, посылаются события связанным объектам, вызываются обработчики делегированных событий, которые пишет программист, и только потом переустанавливается значение свойства в true. Для присвоения свойству значения по умолчанию, используется ключевое слово default, например:

property Visible: boolean read Avisible write SetVisible default true;Это значит, что при запуске программы, компилятор установить это свойство в true. Однако я настоятельно рекомендую Вам устанавливать значение свойств по умолчанию в конструкторе класса.Вы можете иметь индексированные свойства. Вот пример реализации такого класса.

AmyList: Tlist; // Контейнеруказателей

Function GetMyList(Index: Integer): Pointer; // Функциядоступапочтению

Procedure SetMyList(Index: Integer; Val: Pointer); // Процедурадоступапозаписи

Property MyList[Index: Integer]: Pointer read GetMyList write SetMyList; // Объявлениеиндексированногосвойства

Здесь мы видим, что свойство MyList индексированно - это элемент списка указателей. В квадратных скобках Вам нужно указать список индексов и их типов. В общем случае, индексом может быть даже строка символов. Далее идет тип свойства и методы записи и чтения. Функция чтения должна иметь список формальных параметров со всеми индексами свойства и возвращать значение того же типа, что и свойство. Процедура записи должна иметь список формальных параметров со всеми индексами свойства и параметр для передачи устанавливаемого значения того же типа что и свойство. Большое значение имеет последовательность указания индексов и обязательность передачи значения свойства в процедуре записи последним в списке формальных параметров. Если индексированное свойство является основным и обращение именно к нему производится чаще остальных, то можно объявить его как default, тогда не нужно указывать имя свойство для доступа к нему, например:

AmyList: Tlist; // Контейнеруказателей

Function GetMyList(Index: Integer): Pointer; // Функциядоступапочтению

Procedure SetMyList(Index: Integer; Val: Pointer); // Процедурадоступапозаписи

Property MyList[Index: Integer]: Pointer read GetMyList write SetMyList; default; // Объявлениеиндексированногосвойствапоумолчанию

MyClass [3]:=AnyObject; // Аналогично MyClass.MyList[3] ]:=AnyObject;

Значение инкапсуляции в объектно-ориентированном программировании трудно переоценить. Чего стоит хотя бы то, что в Delphi к 100% полей классов доступ организован через свойства.

Наследование

Если Вы хотите изменить или дополнить поведение уже существующего класса, то нет никакой необходимости переписывать класс заново. Вам стоит воспользоваться наследованием. Вы должны объявить, что новый класс является потомком уже существующего и добавить в новый класс свойства и методы, которые Вам необходимы или перекрыть существующие методы и свойства:

Constructor Create(Val: Integer); virtual;

Constructor Create(Val: Integer); override; // Перегрузиликонструктор

Есть несколько правил области видимости объекта, которые помогут Вам разобраться со способами доступа к объектам и наследования объектов:

Поля, свойства и методы секции public не имеют ограничений на видимость.

Поля, свойства и методы секции private, доступны только в методах класса и в функциях, объявленных в том же модуле, где и класс.

Поля, свойства и методы секции protected тоже доступны только из методов класса и функций, объявленных в модуле, но они доступны в классах, являющихся потомками, в том числе и объявленных в других модулях.

При описании потомков, Вы можете изменять область видимости методов и свойств. Можно расширять область видимости, но не сужать. Т.е. если есть свойство в секции private, вы можете сделать его public, но не наоборот. Вот пример расширения области видимости:

property MyField: Integer read AmyField;

Property MyField; // Только упомянули его в другой секции и он поменял область видимости.

Унаследованные поля и методы потомка имеются и в предке. При совпадении имен предка и потомка говорят о перекрытии потомком полей или методов предка. По способу вызова методы класса можно разделить на статические, виртуальные, динамические, перегружаемые и абстрактные. Абстрактные методы не имеют реализации и должны быть обязательно перекрыты в потомках. Абстрактными могут быть только виртуальные и динамические методы, например :

procedure MyMethod(Val: Integer); virtual; abstract;

Статические методы и поля в объектах-потомках перекрываются одинаково: Вы можете без ограничений перекрывать старые имена и при этом изменять тип методов, т.к. при перекрытии будет создано новое поле или метод с тем же именем. Перекрытый метод предка доступен в потомке через зарезервированное слово inherited.Type

procedure MyMethod(Val: Integer);

…procedure TmySunClass.MyMethod(Val: Integer);begin

inherited MyMethod; // Метод предка без параметров, а метод потомка уже с параметром, т.е. мы поменяли тип процедуры.

По умолчанию все методы - статические, поэтому их адреса известны уже на стадии компиляции, они будут вызываться при выполнении программы самым быстрым способом. Виртуальные и динамические методы описываются с помощью специальных директив virtual или dynamic. Эти методы могут быть перекрыты в потомке одноименными методами, имеющими тот же тип.

И наконец, хочу сказать, что Delphi не поддерживает множественного наследования. Для достижения того же самого, Вам придется использовать простое наследование от одного из нужных классов, а второй класс добавить как поле, и организовать доступ к свойствам второго класса через свойства наследника. Так можно соединить несколько классов. Другой способ - это создать класс-контейнер, в котором в качестве полей будут нужные включенные классы, а интерфейс доступа к ним организовать через свойства контейнера.

Полиморфизм

Указателю на экземпляр объектного типа может быть присвоен адрес любого экземпляра любого из дочерних типов. При обращении к свойствам и методам через этот указатель будет доступен именно экземпляр, адрес которого был присвоен, а не предок. Это и есть полиморфизм. Т.е. Вы можете иметь доступ к потомку через указатель объектного типа предка. Рассмотримпример:

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

Факультет физико – математический

Кафедра информатики и вычислительной техники

Особенности объектно-ориентированных языков

Автор работы________________________________________ А. А. Кирсанова

Направления подготовки 44.03.05 Педагогическое образование

Профиль Математика. Информатика

Руководитель работы: канд. физико – матем. наук, доцент___________________________________________ Т. В. Кормилицына

Введение

В настоящее время насчитывается более двух тысяч языков программирования высокого уровня. Большинство этих языков возникло исходя из конкретных требований некоторой предметной области. Каждый новый язык позволял переходить ко все более и более сложным задачам. На каждом новом приложении разработчики языков что-то открывали для себя и изменяли свои представления о существенном и несущественном в языке. На развитие языков программирования значительное влияние оказали достижения теории вычислений, которые привели к формальному пониманию семантики операторов, модулей, абстрактных типов данных и процедур.

Языки программирования были сгруппированы в четыре поколения по признаку поддерживаемых ими абстракции: математические, алгоритмические, ориентированные на данные, объектно-ориентированные. Самые последние достижения в области развития языков программирования связаны с объектной моделью. К настоящему времени насчитывается более сотни различных объектных и объектно-ориентированных языков.

1 Объектно-ориентированное программирование

1.1 Технологии программирования

Технология программирования – это совокупность методов и средств разработки (написания) программ и порядок применения этих методов и средств.

На ранних этапах развития программирования, когда программы писались в виде последовательностей машинных команд, какая-либо технология программирования отсутствовала. Первые шаги в разработке технологии состояли в представлении программы в виде последовательности операторов. Написанию последовательности машинных команд предшествовало составление операторной схемы, отражающей последовательность операторов и переходы между ними. Операторный подход позволил разработать первые программы для автоматизации составления программ так называемые составляющие программы.

В 1958 году были разработаны первые языки программирования, Фортран и Алгол-58. Программа на Фортране состояла из главной программы и некоторого количества процедур - подпрограмм и функций. Программа на Алголе-58 и его последующей версии Алголе-60 представляла собой единое целое, но имела блочную структуру, включающую главный блок и вложенные блоки подпрограмм и функций.

Процедурный подход потребовал структурирования будущей программы, разделения ее на отдельные процедуры. При разработке отдельной процедуры о других процедурах требовалось знать только их назначение и способ вызова. Появилась возможность перерабатывать отдельные процедуры, не затрагивая остальной части программы, сокращая при этом затраты труда и машинного времени на разработку и модернизацию программ.

Следующим шагом в углублении структурирования программ стало так называемое структурное программирование, при котором программа в целом и отдельные процедуры рассматривались как последовательности канонических структур: линейных участков, циклов и разветвлений. Появилась возможность читать и проверять программу как последовательный текст, что повысило производительность труда программистов при разработке и отладке программ.

Процедурное и структурное программирование затронули прежде всего процесс описания алгоритма как последовательности шагов, ведущих от варьируемых исходных данных к искомому результату. Для решения специальных задач стали разрабатываться языки программирования, ориентированные на конкретный класс задач: на системы управления базами данных, имитационное моделирование и т.д. При разработке трансляторов все больше внимания стало уделяться обнаружению ошибок в исходных текстах программ, обеспечивая этим сокращение затрат времени на отладку программ.

Применение программ в самых разных областях человеческой деятельности привело к необходимости повышения надежности всего программного обеспечения. Одним из направлений совершенствования языков программирования стало повышения уровня типизации данных. Стремление повысить уровень типизации языка программирования привело к появлению языка Паскаль, который считается строго типизированным языком, хотя и в нем разрешены некоторые неявные преобразования типов, например, целого в вещественное. Применение строго типизированного языка при написании программы позволяет еще при трансляции исходного текста выявить многие ошибки использования данных и этим повысить надежность программы. Вместе с тем строгая типизация сковывала свободу программиста, затрудняла применение некоторых приемов преобразования данных, часто используемых в системном программировании. Практически одновременно с Паскалем был разработан язык Си, в большей степени ориентированный на системное программирование и относящийся к слабо типизированным языкам.

Все универсальные языки программирования, несмотря на различия в синтаксисе и используемых ключевых словах, реализуют одни и те же канонические структуры: операторы присваивания, циклы и разветвления. Для арифметических данных разрешены обычные арифметические операции, для агрегатов данных обычно предусмотрена только операция присваивания и возможность обращения к элементам агрегата. Вместе с тем при разработке программы для решения конкретной прикладной задачи желательна возможно большая концептуальная близость текста программы к описанию задачи. Решение этой проблемы возможно несколькими путями:

– построением языка программирования, содержащего как можно больше типов данных, и выбором для каждого класса задач некоторого подмножества этого языка. Такой язык иногда называют языком-оболочкой. На роль языка-оболочки претендовал язык ПЛ/1, оказавшийся настолько сложным, что так и не удалось построить его формализованное описание. Отсутствие формализованного описания, однако, не помешало широкому применению ПЛ/1 как в Западной Европе, так и в СССР;

– построением расширяемого языка, содержащего небольшое ядро и допускающего расширение, дополняющее язык типами данных и операторами, отражающими концептуальную сущность конкретного класса задач. Такой язык называют языком-ядром. Как язык-ядро были разработаны языки Симула и Алгол-68, не получившие широкого распространения, но оказавшие большое влияние на разработку других языков программирования.

Дальнейшим развитием второго пути явился объектно-ориентированный подход к программированию.

1.2 Сущность объектно-ориентированного подхода к программированию

С точки зрения языка программирования класс объектов можно рассматривать как тип данного, а отдельный объект – как данное этого типа. Определение программистом собственных классов объектов для конкретного набора задач должно позволить описывать отдельные задачи в терминах самого класса задач (при соответствующем выборе имен типов и имен объектов, их параметров и выполняемых действий). Таким образом, объектно-ориентированный подход предполагает, что при разработке программы должны быть определены классы используемых в программе объектов и построены их описания, затем созданы экземпляры необходимых объектов и определено взаимодействие между ними.

Некоторые параметры объекта могут быть локализованы внутри объекта и недоступны для прямого воздействия извне объекта. Например, во время движения объекта-автомобиля объект-водитель может воздействовать только на ограниченный набор органов управления (рулевое колесо, педали газа, сцепления и тормоза, рычаг переключения передач) и ему недоступен целый ряд параметров, характеризующих состояние двигателя и автомобиля в целом.

Очевидно, для того, чтобы продуктивно применять объектный подход для разработки программ, необходимы языки программирования, поддерживающие этот подход, т.е. позволяющие строить описание классов объектов, образовывать данные объектных типов, выполнять операции над объектами. Опыт программирования показывает, что любой методический подход в технологии программирования не должен применяться слепо с игнорированием других подходов. Это относится и к объектно-ориентированному подходу. Существует ряд типовых проблем, для которых его полезность наиболее очевидна, к таким проблемам относятся, в частности, задачи имитационного моделирования, программирование диалогов с пользователем. Существуют и задачи, в которых применение объектного подхода ни к чему, кроме излишних затрат труда, не приведет. В связи с этим наибольшее распространение получили объектно-ориентированные языки программирования, позволяющие сочетать объектный подход с другими методологиями. В некоторых языках и системах программирования применение объектного подхода ограничивается средствами интерфейса с пользователем.

1.3 Принципы объектно-ориентированного программирования

В основу ООП положены следующие принципы:

Применяемая абстракция реального предмета существенно зависит от решаемой задачи: в одном случае нас будет интересовать форма предмета, в другом вес, в третьем – материалы, из которых он сделан, в четвертом – закон движения предмета и т.д.

Современный уровень абстракции предполагает объединение всех свойств абстракции (как касающихся состояния анализируемого объекта, так и определяющих его поведение) в единую программную единицу некий абстрактный тип (класс).

Ограничение доступа – сокрытие отдельных элементов реализации абстракции, не затрагивающих существенных характеристик ее как целого.

Необходимость ограничения доступа предполагает разграничение двух частей в описании абстракции:

1) интерфейс – совокупность доступных извне элементов реализации абстракции (основные характеристики состояния и поведения);

2) реализация – совокупность недоступных извне элементов реализации абстракции (внутренняя организация абстракции и механизмы реализации ее поведения).

Ограничение доступа в ООП позволяет разработчику:

– выполнять конструирование системы поэтапно, не отвлекаясь на особенности реализации используемых абстракций;

– легко модифицировать реализацию отдельных объектов, что в правильно организованной системе не потребует изменения других объектов.

Сочетание объединения всех свойств предмета (составляющих его состояния и поведения) в единую абстракцию и ограничения доступа к реализации этих свойств получило название инкапсуляции.

Модульность – принцип разработки программной системы, предполагающий реализацию ее в виде отдельных частей (модулей). При выполнении декомпозиции системы на модули желательно объединять логически связанные части, по возможности обеспечивая сокращение количества внешних связей между модулями.

Иерархия – ранжированная или упорядоченная система абстракций. Принцип иерархичности предполагает использование иерархий при разработке программных систем.

В ООП используются два вида иерархии:

Один из важнейших механизмов ООП – наследование свойств в иерархии общее/частное. Наследование – такое соотношение между абстракциями, когда одна из них использует структурную или функциональную часть другой или нескольких других абстракций (соответственно простое и множественное наследование).

Типизация – ограничение, накладываемое на свойства объектов и препятствующее взаимозаменяемости абстракций различных типов (или сильно сужающее возможность такой замены).

Использование принципа типизации обеспечивает:

– раннее обнаружение ошибок, связанных с недопустимыми операциями над программными объектами (ошибки обнаруживаются на этапе компиляции программы при проверке допустимости выполнения данной операции над программным объектом);

– возможность генерации более эффективного кода.

Тип может связываться с программным объектом статически (тип объекта определен на этапе компиляции – раннее связывание) и динамически (тип объекта определяется только во время выполнения программы – позднее связывание). Реализация позднего связывания в языке программирования позволяет создавать переменные-указатели на объекты, принадлежащие различным классам (полиморфные объекты), что существенно расширяет возможности языка.

Параллелизм – свойство нескольких абстракций одновременно находиться в активном состоянии, т.е. выполнять некоторые операции.

Существует целый ряд задач, решение которых требует одновременного выполнения некоторых последовательностей действий. К таким задачам, например, относятся задачи автоматического управления несколькими процессами.

Реальный параллелизм достигается только при реализации задач такого типа на многопроцессорных системах, когда имеется возможность выполнения каждого процесса отдельным процессором. Системы с одним процессором имитируют параллелизм за счет разделения времени процессора между задачами управления различными процессами.

Устойчивость – свойство абстракции существовать во времени независимо от процесса, породившего данный программный объект, и/или в пространстве, перемещаясь из адресного пространства, в котором он был создан.

– временные объекты, хранящие промежуточные результаты некоторых действий, например, вычислений;

– локальные объекты, существующие внутри подпрограмм, время жизни которых исчисляется от вызова подпрограммы до ее завершения;

– глобальные объекты, существующие пока программа загружена в память;

– сохраняемые объекты, данные которых хранятся в файлах внешней памяти между сеансами работы программы.

Все указанные выше принципы в той или иной степени реализованы в различных версиях объектно-ориентированных языков.

Язык считается объектно-ориентированным, если в нем реализованы первые четыре из рассмотренных семи принципов.

2 Особенности объектно-ориентированных языков программирования

Объектно-ориентированный язык программирования (ОО-язык) – язык, построенный на принципах объектно-ориентированного программирования.

Объектно-ориентированные языки программирования пользуются в последнее время большой популярностью среди программистов, так как они позволяют использовать преимущества объектно-ориентированного подхода не только на этапах проектирования и конструирования программных систем, но и на этапах их реализации, тестирования и сопровождения.

Первый объектно-ориентированный язык программирования Simula 67 был разработан в конце 60-х годов в Норвегии. Авторы этого языка очень точно угадали перспективы развития программирования: их язык намного опередил свое время.

Однако современники (программисты 60-х годов) оказались не готовы воспринять ценности языка Simula 67, и он не выдержал конкуренции с другими языками программирования (прежде всего, с языком Fortran).

Прохладному отношению к языку Simula 67 способствовало и то обстоятельство, что он был реализован как интерпретируемый (а не компилируемый) язык, что было совершенно неприемлемым в 60-е годы, так как интерпретация связана со снижением эффективности (скорости выполнения) программ.

Но достоинства языка Simula 67 были замечены некоторыми программистами, и в 70-е годы было разработано большое число экспериментальных объектно-ориентированных языков программирования: например, языки CLU, Alphard, Pascal и др. Эти языки так и остались экспериментальными, но в результате их исследования были разработаны современные объектно-ориентированные языки программирования: C++, Smalltalk, Eiffel и др.

Наиболее распространенным объектно-ориентированным языком программирования безусловно является C++. Свободно распространяемые коммерческие системы программирования C++ существуют практически на любой платформе. Широко известна свободно распространяемая система программирования G++, которая дает возможность всем желающим разобрать достаточно хорошо и подробно прокомментированный исходный текст одного из образцовых компиляторов языка C++. Завершается работа по стандартизации языка C++: последний Draft стандарта C++ выпущен в июне 1995 г. (он доступен по Internet).

Разработка новых объектно-ориентированных языков программирования продолжается. С 1995 года стал широко распространяться новый объектно-ориентированный язык программирования Java, ориентированный на сети компьютеров и, прежде всего, на Internet. Синтаксис этого языка напоминает синтаксис языка C++, однако эти языки имеют мало общего. Java интерпретируемый язык: для него определены внутреннее представление (bytecode) и интерпретатор этого представления, которые уже сейчас реализованы на большинстве платформ. Интерпретатор упрощает отладку программ, написанных на языке Java, обеспечивает их переносимость на новые платформы и адаптируемость к новым окружениям. Он позволяет исключить влияние программ, написанных на языке Java, на другие программы и файлы, имеющиеся на новой платформе, и тем самым обеспечить безопасность при выполнении этих программ. Эти свойства языка Java позволяют использовать его как основной язык программирования для программ, распространяемых по сетям (в частности, по сети Internet).

3 Обзор объектно-ориентированных языков программирования

Язык Smalltalk был разработан командой Xerox Palo Alto Research Center Learning Research Group как программная часть Dynabook – фантастического проекта Алана Кея. В основу были положены идеи Simula. Smalltalk является одновременно и языком программирования, и средой разработки программ. Это чисто объектно-ориентированный язык, в котором абсолютно все рассматривается как объекты; даже целые числа - это классы. Вслед за Simula, Smalltalk является важнейшим объектно-ориентированным языком, поскольку он не только оказал влияние на последующие поколения языков программирования, но и заложил основы современного графического интерфейса пользователя, на которых непосредственно базируются интерфейсы Macintosh, Windows и Motif.

В основу языка положены две простые идеи:

– все является объектами;

В таблице 1 приведены характеристики языка Smalltalk с точки зрения семи основных элементов объектного подхода.

Большим недостатком Smalltalk являются большие требования к памяти и низкая производительность полученных программ. Это связано с не очень удачной реализацией объектно-ориентированных особенностей.

На заре развития программирования компьютерная программа рассматривалась как результат научного творчества и искусства. Программистов было совсем немного, а их труд считался сродни волшебству. В настоящее время ситуация изменилась: к программе подходят к результату сложного технологического процесса, а программисты – это прежде всего настоящие профессионалы своего дела, искусные, т.е. квалифицированные, мастера.

В курсовой работе поставлена задача, рассмотреть в теоретической части разработку программных средств для решения экономических задач, а именно рассмотреть модульное и объектно-ориентированное программирование, рассмотреть функции и назначения каждого из типа программирования. В практической части поставлены следующие задачи:

1. Построить таблицы по приведенным данным.

2. Выполнить расчет отклонения фактических показателей от плановых в абсолютной и относительной форме, подвести итоги.

3. Результаты вычислений представить в виде консолидированной таблицы, содержащей сводные данные о выпущенной продукции.

4. Сформулировать и заполнить форму сводной ведомости по учету выпущенной продукции за квартал.

5. Результаты плановых и фактических показателей выпуска продукции за квартал по каждой бригаде представить в графическом виде.

Объектом изучения является модульное и объектно-ориентированное программирование.

Объектом изучения теоретической части курсовой работы является программирование, как процесс подготовки задач для их решения с помощью компьютера.

Предметом изучения является, непосредственно, модульное программирование, как метод разработки программ, предполагающий разбиение программы на независимые модули и объектно-ориентированное программирование, как методика разработки программ, в основе которой лежит понятие объекта как некоторой структуры, описывающей объект реального мира, его поведение.

Теоретическая часть

Введение

В основе того или иного языка программирования лежит некоторая руководящая идея, оказывающая существенное влияние на стиль соответствующих программ.

Исторически первой была идея процедурного структурирования программ, в соответствии с которой программист должен был решить, какие именно процедуры он будет использовать в своей программе, а затем выбрать наилучшие алгоритмы для реализации этих процедур. Появление этой идеи было следствием недостаточной изученности алгоритмической стороны вычислительных процессов, столь характерной для ранних программных разработок.

Языки высокого уровня появились в 60-е годы. Ресурсы ЭВМ были недостаточны, поэтому программисты вынуждены были писать программы весьма “хитроумно” с использованием оператора безусловного перехода. Программа получалась запутанной, имела структуру “блюдо спагетти”. Так как область применения ЭВМ расширялась, программное обеспечение усложнялось [2,c.15]. Программисты, решающие сложные задачи, столкнулись с проблемой разрастания количества и размера программ до такой степени, что дальнейший процесс разработки становился практически неуправляемым, и никто из разработчиков не мог с уверенностью сказать, что созданный программный продукт всегда выполняет то, что требуется, и что он не выполняет ничего такого, что не требуется. Поэтому возникла необходимость в новой методологии разработки программных проектов. В 1968–1969 гг. состоялись конференции по программированию. На второй из них Эдсгер Дийкстра предложил принципиально новый способ создания программ – структурное программирование.

1.1. Модульное программирование

Модульное программирование – это организация программы как совокупности небольших независимых блоков, называемых модулями, структура и поведение которых подчиняется определенным правилам. Модуль – это автономно компилируемая программная единица, включающая в себя различные компоненты раздела описаний (типы, константы, переменные, процедуры, функции) и, возможно, некоторые исполняемые операторы инициирующей части [3].

Использование модулей – прекрасный инструмент для разработки библиотек прикладных программ и мощное средство модульного программирования.

Концепцию модульного программирования можно сформулировать в виде нескольких понятий и положений:

Функциональная декомпозиция задачи - разбиение большой задачи на ряд более мелких, функционально самостоятельных подзадач - модулей. Модули связаны между собой только по входным и выходным данным.
Модуль - основа концепции модульного программирования. Каждый модуль в функциональной декомпозиции представляет собой "черный ящик" содним входом и одним выходам. Модульный подход позволяет безболезненно производить модернизацию программы в процессе ее эксплуатации и облегчает ее сопровождение. Дополнительно модульный подход позволяет разрабатывать части программ одного проекта на разных языках программирования, после чего с помощью компоновочных средств объединять их в единый загрузочный модуль.
Реализуемые решения должны быть простыми и ясными. Если назначение модуля непонятно, то это говорит о том, что декомпозиция начальной или промежуточной задачи была проведена недостаточно качественно. В этом случае необходимо еще раз проанализировать задачу и, возможно, провести дополнительное разбиение на подзадачи. При наличии сложных мест в проекте их нужно подробнее документировать с помощью продуманной системы комментариев. Этот процесс нужно продолжать до тех пор, пока вы действительно не добьетесь ясного понимания назначения всех модулей задачи и их оптимального сочетания.
Назначение всех переменных модуля должно быть описано с помощью комментариев по мере их определения [1,.57].

Количество модулей в проекте должно определяться декомпозицией поставленной задачи на независимые подзадачи. В предельном случае модуль может использоваться даже для заключения в него всего лишь одной процедуры, если необходимо, чтобы выполняемое ей локальное действие было гарантировано независимым от влияния других частей программы при любых изменениях в коде проекта. В частности, такое использование модуля характерно для класса задач реального времени, в которых критерий надежности и предсказуемости поведения программы является ключевым.

1.2. Объектно – ориентированное программирование

Объектно-ориентированное программирование является в настоящее время наиболее популярной технологией программирования. Объектно-ориентированными языками программирования являются Visual Basic, Visual Basic for Application (VBA), Delphi и др. Идея объектно-ориентированного программирования (ООП) заключается в стремлении связать данные с обрабатывающими эти данные процедурами в единое целое - объект. ООП основано на трех важнейших принципах, придающих объектам новые свойства.

1) Инкапсуляция. Комбинирование записей с процедурами и функциями, манипулирующими полями этих записей, формирует новый тип данных – объект. Инкапсуляция является важнейшим свойством объектов, на котором строится объектно-ориентированное программирование. Инкапсуляция заключается в том, что объект скрывает в себе детали, которые несущественны для использования объекта. В традиционном подходе к программированию с использованием глобальных переменных программист не был застрахован от ошибок, связанных с использованием процедур, не предназначенных для обработки данных, связанных с этими переменными.

3) Полиморфизм. Присваивание действию одного имени, которое затем совместно используется вниз и вверх по иерархии объектов, причем каждый объект иерархии выполняет это действие способом, именно ему подходящим. Полиморфизм заключается в том, что одно и то же имя может соответствовать различным действиям в зависимости от типа объекта. [3].

В основу ООП положен принцип абстрагирования.

Абстрагирование – процесс выделения абстракций в предметной области задачи. Абстракция – совокупность существенных характеристик некоторого объекта, которые отличают его от всех других видов объектов и, таким образом, чётко определяют особенности данного объекта с точки зрения дальнейшего рассмотрения и анализа решаемой задачи. В соответствии с определением применяемая абстракция реального предмета существенно зависит от решаемой задачи: в одном случае нас будет интересовать форма предмета, в другом – вес, в третьем – материалы, из которых он сделан, в четвёртом – закон движения предмета и т.д. ООП предполагает объединение всех свойств абстракции (как касающихся состояния анализируемого объекта, так и определяющих его поведение) в единую программную единицу – некий абстрактный тип (класс).

Руководящая идея объектно-ориентированного программирования заключается в стремлении связать данные с обрабатывающими эти данные процедурами в единое целое – объект. Характерной чертой объектов является инкапсуляция данных и алгоритмов их обработки, в результате чего и данные, и процедуры во многом теряют самостоятельное значение. Фактически объектно-ориентированное программирование можно рассматривать как модульное программирование нового уровня, когда во многом место случайного, механического объединения процедур и данных акцент делает на их смысловую связь. [4].

Заключение

В курсовой работе я постаралась раскрыть такие понятия как модульное и объектно-ориентированное программирование, и пришла к выводу, что объектно-ориентированное программирование имеет целый ряд преимуществ:

- четко выраженная модульность построения программ и использование абстрактных типов данных.

- динамическая связь между программными модулями увеличивает гибкость языка программирования и позволяет вводить (определять) новые типы данных без необходимости модификации всей программы.

- возможность многократного использования одних и тех же модулей.

Вместе с тем объектно-ориентированному программированию присущи и некоторые недостатки. Одним из наиболее существенных недостатков является замедление выполнения программ, обусловленное механизмом динамической связи. Это вызвано активным обменом информацией между программными модулями. Другим недостатком является сложность разработки соответствующих трансляторов по сравнению с трансляторами традиционных языков программирования. Однако преимущества объектно-ориентированного программирования, несомненно, перевешивают недостатки, что делает его перспективным средством разработки сложных программных систем.

Практическая часть

Читайте также: