Ильдар Хабибуллин - Java 7 [Наиболее полное руководство]

Сложность стоящих перед программистами задач проявилась и тут: программы стали содержать сотни процедур и опять оказались необозримыми. "Кирпичики" стали слишком маленькими. Потребовался новый стиль программирования.

В это же время обнаружилось, что удачная или неудачная структура исходных данных может сильно облегчить или усложнить их обработку. Одни исходные данные удобнее объединить в массив, для других больше подходит структура дерева или стека. Появилось множество исследований различных структур данных и рекомендаций по их применению. Никлаус Вирт, создатель языка Pascal, даже назвал одну из своих книг "Алгоритмы + структуры данных = программы".

Возникла идея объединить исходные данные и все процедуры их обработки в один модуль. Эта идея модульного программирования быстро завоевала умы и на некоторое время стала парадигмой. Программы составлялись из отдельных модулей, содержащих десяток-другой процедур и функций. Эффективность таких программ тем выше, чем меньше модули зависят друг от друга. Автономность модулей позволяет создавать и библиотеки модулей, чтобы потом использовать их в качестве строительных блоков для других программ.

Для того чтобы обеспечить максимальную независимость модулей друг от друга, надо четко отделить процедуры, которые будут использоваться другими модулями, — открытые (public) процедуры, от вспомогательных, которые обрабатывают данные, заключенные в этот модуль, — закрытых (private) процедур. Для этого модуль делится на две части. Открытые процедуры перечисляются в первой части модуля — интерфейсе (interface), вторые участвуют только во второй его части — реализации (implementation) модуля. Данные, занесенные в модуль, тоже делятся на открытые, указанные в интерфейсе и доступные для других модулей, и закрытые, доступные только для процедур того же модуля. В различных языках программирования это деление производится по-разному. В языке Turbo Pascal модуль специально делится на интерфейс и реализацию, в языке С интерфейс выносится в отдельные "головные" (header) файлы. В языке С++, кроме того, для описания интерфейса можно воспользоваться абстрактными классами. В языке Java есть специальная конструкция для описания интерфейсов, которая так и называется — interface, но можно написать и абстрактные классы.

Так возникла идея о скрытии, инкапсуляции (incapsulation) данных и методов их обработки. Подобные идеи периодически возникают в дизайне бытовой техники. То телевизоры испещряются кнопками и топорщатся ручками и движками на радость любознательному телезрителю, господствует так называемый "приборный" стиль, то вдруг все куда-то пропадает, а на панели управления остаются только кнопка включения телевизора и ручка громкости. Любознательный телезритель, привыкший самостоятельно настраивать свой телевизор, берется за отвертку и лезет внутрь.

Инкапсуляция, конечно, производится не для того, чтобы спрятать от другого модуля что-то любопытное. Здесь преследуются две основные цели. Первая — обеспечить безопасность использования модуля, вынести в интерфейс, сделать общедоступными только те методы обработки информации, которые не могут испортить или уничтожить исходные данные. Вторая цель — уменьшить сложность, скрыв от внешнего мира ненужные детали реализации.

Опять возник вопрос: каким образом разбить программу на модули? Тут кстати оказались методы решения старой задачи программирования — моделирования действий искусственных и природных объектов: роботов, станков с программным управлением, беспилотных самолетов; моделирования поведения людей, животных, растений, систем обеспечения жизнедеятельности, систем управления технологическими процессами.

В самом деле, каждый объект — робот, автомобиль, человек — обладает определенными характеристиками. Ими могут служить: вес, рост, максимальная скорость, угол поворота, грузоподъемность, фамилия, возраст. Объект способен выполнять какие-то действия: перемещаться в пространстве, поворачиваться, поднимать груз, копать котлован или траншею, расти или уменьшаться, есть, пить, рождаться и умирать, изменяя свои первоначальные характеристики. Удобно смоделировать объект в виде модуля. Его характеристики будут данными, постоянными или переменными, а действия — процедурами.

Оказалось удобным сделать и обратное — разбить программу на модули так, чтобы она превратилась в совокупность взаимодействующих объектов. Так возникло объектноориентированное программирование (object-oriented programming), сокращенно ООП (OOP) — современная парадигма программирования.

В начале работы программы создается один или несколько объектов. Объекты активны. Они выполняют свои методы обработки информации, сохраняя результаты обработки в своих полях, файлах, базах данных или в каких-то других хранилищах. По мере необходимости объекты обращаются к методам других объектов, передавая им нужные сведения. В процессе выполнения программы могут создаваться новые объекты и уничтожаться старые, ненужные объекты. Работа программы завершится, когда один из объектов выполнит метод завершения программы. Этот метод обычно сохраняет обработанную информацию в указанных ему хранилищах данных и удаляет все объекты, освобождая оперативную память и другие ресурсы, занятые объектами.

В виде объектов можно представить совсем неожиданные понятия. Например, окно на экране дисплея — это объект, имеющий ширину width и высоту height, определенное расположение на экране, описываемое обычно координатами (x, у) левого верхнего угла окна, а также шрифт, которым в окно выводится текст, скажем, Times New Roman, цвет фона color, несколько кнопок, полосы прокрутки и другие характеристики. Окно может перемещаться по экрану методом, описанным в какой-нибудь процедуре, скажем, move (), увеличиваться или уменьшаться в размерах каким-нибудь методом size(), сворачиваться в ярлык методом iconify(), как-то реагировать на действия мыши и нажатия клавиш. Это полноценный объект! Кнопки, полосы прокрутки и прочие элементы окна — это тоже объекты со своими характеристиками и действиями: размерами, шрифтами, перемещениями.

Разумеется, считать, что окно само "умеет" выполнять действия, а мы только даем ему поручения: "Свернись, развернись, передвинься", — это несколько неожиданный взгляд на вещи, но ведь сейчас можно подавать команды не только манипуляцией мышью и нажатием клавиш, но и голосом!

Идея объектно-ориентированного программирования оказалась очень плодотворной и стала активно развиваться. Выяснилось, что удобно ставить задачу сразу в виде совокупности действующих объектов — возник объектно-ориентированный анализ, ООА (object-oriented analysis, OOA). Решили проектировать сложные системы в виде объектов — появилось объектно-ориентированное проектирование, ООП (object-oriented design, OOD).