21. Objektově orientované programování

Popište základní principy objektově orientovaného jazyka. Uveďte příklady a diskutujte odchylky od důsledné implementace objektových principů. Posuďte vliv na efektivnost programátorské práce a kvalitu výsledného produktu.

Předpoklady: Pracujete na projektu vývoje IS objektově-orientovaným způsobem a právě tvoříte plán tohoto projektu. V rámci toho se rozhodujete o příslušném nástroji CASE. Zákazník požaduje, aby byla specifikace systému provedena jazykem UML, protože slyšel, že je to oborový standard. CASE, který podporuje Vaší metodiku, používá jinou notaci.

Zadání:

• Rozhodněte se, zda bude nutné změnit metodiku podle OMG, nebo se naopak přizpůsobit.
• Co sdělíte svému zákazníkovi?
• Proč, podle vašeho názoru, společnost OMG nechce přiznat specifikaci jazyka UML metodický obsah a tvrdí, že to není nic víc, nežli specifikace jazyka? Je vůbec možné úplně oddělit jazyk od metodiky?

• používání abstrakce - objekty v IS reprezentují zjednodušené objekty reality - mají pouze atributy a metody významné pro běh/používání toho IS. Rozdělení systému (aplikace) do různě abstraktních vrstev přispívá k mentální zvládnutelnosti problému.
• existence objektů - objekt je uzavřená struktura, má svojí z vnější neviditelnou paměť (atributy, data), své metody, které s tou pamětí vykonávají nějakou činnost, může obsahovat další objekty a umí přijímat a zpracovávat zprávy z vnějšku. Objekt má svou identitu, existenci (může existovat více objektů se stejnými hodnotami atributů a metodami, a přece jsou to dva odlišné objekty).
• definování tříd objektů - třída je abstrakcí objektů se stejnými vlastnostmi (atributy, metodami). Objekty téže třídy mají stejný sémantický význam. Třída je jakási šablona pro tvorbu objektů - hovoří se pak o objektu třídy, o instanci.
• zapouzdření - data a funkce jsou spojeny do jediné entity, jsou chráněna před zásahem zvenčí, a jejich vnitřní struktura tak navenek nikoho nezajímá (nemusí a nemůže zajímat).
• ukrývání implementace - tím, že jsou metody zapouzdřeny v objektu, lze měnit jejich implementaci bez dopadu na okolí, nebo třeba vytvořit třídy simulující určitou činnost. Příklad: třídě pro odesílání emailů řekneme co a kam má poslat, ale nezajímá nás, jakým způsobem a prostředky to udělá. Simulační třída může třeba maily jen ukládat do logu a nic ve skutečnosti neposílat.
• komunikace objektů - aby mohly objekty komunikovat musí na sebe mít referenci (ukazatel). I tak má přístup jen k rozhraní objektu, zbytek je díky zapouzdření a ukrytí implementace nedostupný. tedy Objekty zpřístupňují jen to, co je nezbytně nutné pro vzájemnou komunikaci.
• dědičnost - znovupoužitelnost na úrovni deklarace třídy. Tzv. dceřinná třída (nebo potomek) může dědit metody a atributy od své rodičovské třídy (předka). K tomu může přidat nové metody, nebo změnit metody od rodiče (překrytí, předefinování) - tzv. dynamická vazba (late binding), kdy se vazby (děděné metody, atributy) spojí až v okamžiku běhu aplikace. Lze tak znovu použít (svým způsobem centralizovat) chování, které je společné více třídám. Každý objekt zná svou třídu a předka (předkem všech bývá zpravidla třída Object).
• polymorfismus - různé třídy mají stejné metody, se stejnými parametry a stejným sémantickým smyslem, ovšem jinou implementací. Zjednodušuje a zpřehledňuje to pochopení a samotné programování. Například: File→delete(), Directory→delete(), Email→delete(), Note→Delete().

• Abstraktní metody - volat metody potomka předkem. Předek sám metodu neimplementuje, pouze předepisuje název metody, její parametry a návratovou hodnotu, které má potomek implementovat
• Abstraktní třídy - třída obsahující abstraktní metody (ne nutně všechny musí být abstraktní). od takové třídy nelze vytvořit instanci.
• Rozhraní - Rozhraní zaručuje uživateli, že všechny třídy, které jej implementují, obsahují implementované metody (dovednosti) tohoto rozhraní. Názvy většinou mají typu: Sortable, Comparable …
• Statické a dynamické metody a data – statické jsou spustitelné nezávisle od existence instance metody, dynamické nikoliv – je třeba vytvořit instanci. Např. v Javě mohou být součástí jedné třídy obě, ale nemohou si vzájemně sahat na data.
• Serializace objektů – vyjadřuje princip spojení kódu s daty. Pokud je objekt serializovatelný, „ví“ jakým způsobem uložit svůj stav a jak jej načíst zpět.

• dědičnost má pouze jednonásobnou - potomek může dědit pouze od jedné třídy
• další metody lze získat implementací libovolného počtu rozhraní
• zapouzdření je možné na více úrovních, viditelnost lze povolit
  • private - pouze pro třídu
  • protected - pro balíček (v rámci jednoho namespacu) a potomky
  • public - pro všechny.
• polymorfismus
  • overloading - přetěžování metod - více metod stejného jména v jedné třídě, ale s různými parametry a implementacemi
  • overwriting - překrývání metod - potomek nahradí metodu předka vlastní imlementací - metodou stejného jména, se stejnými parametry ve stejném pořadí a stejnou návratovou hodnotou

• díky zapouzdření může být objekt odpovědný za svůj vnitřní stav a hlídat jeho konzistenci (povolené stavy a jejich změny)
• znovupoužitelnost zdrojového kódu, ale i částí analýzy a návrhu - prostřednictvím instancí tříd, děděním, celými komponentami …
• znovupoužitelnost vede k úspoře při vývoji, změnách a opravách, zvyšuje přehlednost/srozumitelnost systému

Efektivnost programátorské práce v OOP je vysoká – problém se dá velmi dobře členit do samostatných jasně ohraničených součástí. Dá se používat jiných, už hotových částí kódu nebo je modifikovat (ve strukturovaném programování lze prakticky pouze využívat knihovní funkce – všechno nebo nic). Udržování vnitřní konzistence pomocí zapouzdření vede k omezení rizika chyb. Na druhou stranu mají objekty větší systémovou režii a to jak co do použití paměti, tak i do rychlosti zpracování.

Jednak existují metodiky, které UML využívají jako jazyk pro vyjádření svých postupů (UP, RUP), ale především UML je pouze syntaxe k vizualizaci nějakého stavu – i když každý její element obsahuje jisté metodické postupy. UML je ale nezávislé na metodice, pomocí které se modeluje.

• Zatímco funkce ve strukturovaném programování jsou bezestavové – závisí na vstupu a výstupu, objekty mají vlastní paměť a jsou stavové.

• Objektová architektura je úzce spjata s architekturou komponentní, nicméně nesouvisejí spolu přímo (komponenty mohou být používány i strukturovaně, i když je to trochu přes ruku.)

• Výjimky v objektovém přístupu – některé jazyky hybridní (ObjectPascal, PHP), některé se snaží o úplnou objektovost – Java, C#. Stejně se jim to moc nedaří – Java – existence primitivních typů, C# to samé + existence struktur, polí, logických a binárních operátorů.

• Rozhodněte se, zda bude nutné změnit metodiku podle OMG, nebo se naopak přizpůsobit.

Náš zákazník, náš pán - asi je snazší změnit notaci diagramů, než předělat vlastní firmu na jinou metodiku (která ovlivňuje způsob myšlení, postupy, výstupy …). otázka je také, zda bude UML kompatibilní s naší metodikou (jestli pomocí UML dokážu vyjádřit vše, co naše metodika žádá). Do budoucna zvážím studium UML.

• Co sdělíte svému zákazníkovi?

Pokusím se ho přesvědčit, že naše notace je pro daný účel vyhovující/dostačující. Vysvětlím mu, že bude lepší, když to nechá na nás, a UML se nechá vyrobit až nakonec z diagramů naší notace.

• Proč, podle vašeho názoru, společnost OMG nechce přiznat specifikaci jazyka UML metodický obsah a tvrdí, že to není nic víc, nežli specifikace jazyka? Je vůbec možné úplně oddělit jazyk od metodiky?

Protože metodik existuje velké množství, od různých skupin (firem, sdružení, univerzit), pro různé typy projektů a dost se od sebe liší. UML je především syntaxe diagramů, pomocí které lze modelovat cokoliv, třeba jen jeden diagram jedné konkrétní části systému - proč se kvůli tomu učit a omezovat nějakou konkrétní metodikou? Navíc se sešlo hodně společností a dalo jim dost práce se shodnout na jednotné notaci. Metodiky jsou o dost rozsáhlejší, komplikovanější a dosáhnout shody je obtížnější. Raději bych viděl metodiku/návod pro tvorbu UML diagramů, které jsou úplné, správně strukturované a vzájemně konzistentní - tedy spíš nějaké best practices.