Лекція №4 Основні поняття об'єктно-орієнтованого програмування:інкапсуляція, успадкування і поліморфізм Основні поняття ООП
Лекція №4
Основні поняття об'єктно-орієнтованого програмування:інкапсуляція, успадкування і поліморфізм
Основні поняття ООП
Ми живемо у світі об'єктів. Стіл, автомобіль, ручка, класна дошка - все це об'єкти. Поряд з фізичними існують так само абстрактні об'єкти, типовими представниками яких є числа. Таким чином, об'єкт - це будь-яка фізична чи абстрактна сутність. Об'єкт - це загальнофілософське поняття, яке вивчалося філософами протягом тривалого часу.
Об'єкти характеризуються атрибутами. Так атрибутами автомобіля є максимальна швидкість, потужність двигуна, колір кузова й т.д. Атрибутами підсилювача є частотний діапазон, вихідна потужність, коефіцієнт нелінійних спотворень, рівень шуму і т. д.
Крім атрибутів об'єкти володіють деякими функціональними можливостями, які в об'єктно-орієнтованому програмуванні (ООП) називають операціями або методами. Так автомобіль може їздити, корабель - плавати, комп'ютер - робити обчислення.
Таким чином, об'єкт інкапсулює атрибути і методи, приховуючи від інших об'єктів взаємодіючих з ним і які використовують його функціональність, свою реалізацію. Так для того щоб переключити телевізійну програму нам достатньо на пульті дистанційного керування набрати її номер, що запустить складний механізм, який у результаті і призведе до бажаного результату. Нам абсолютно не обов'язково знати, що відбувається в пульті дистанційного керування і телевізорі, нам лише достатньо знати, що телевізор має такою можливість. Інкапсуляція або приховування реалізації є базовою властивістю ООП. Вона дозволяє створювати призначені для користувача об'єкти, що володіють необхідними методами і далі оперувати ними, не вдаючись у структуру цих об'єктів.
Об'єкт - це екземпляр деякого класу об'єктів або просто класу. Так автомобіль Audi 6 є екземпляром класу автомобілів даної моделі, приймач Sony SW-7600G так само буде представником класу однойменних приймачів. Таким чином, клас - це абстрактне поняття. Ставлення класу і об'єкту приблизно таке ж, як платонівські ідеї та об'єкти реального світу. На UML - уніфікованій мові моделювання - клас відображається у вигляді прямокутника, розділеного на три частини. У першій міститься ім'я класу, в другій - атрибути, в третій - методи (рис. 1, а).
Рис. 1. Зображення класу і відносин генералізації в UML: а - зображення класу; б - одиночне успадкування; с - множинне спадкування
Класи можуть бути пов'язані один з одним різними відносинами. Одним з основних таких відносин є ставлення клас - підклас, відомий в об'єктно-орієнтованому програмуванні як наслідування. Наприклад, клас автомобілів Audi 6 є підкласом легкових автомобілів, який в свою чергу входить у більший клас автомобілів, а останній є підкласом класу транспортних засобів, який крім автомобілів включає в себе літаки, кораблі поїзди і т. д. Прикладом подібних відносин, є системи класифікації в ботаніці та зоології. Ставленням, зворотним спадкоємству, є узагальнення або генералізація. Вона вказує, що якийсь клас, є більш загальним (узагальненим) класом іншого класу. Клас транспортних засобів, наприклад, є генералізацією класів автомобілів, літаків і кораблів. У UML прийнято користуватися саме поняттям генералізація, що відбилося і в символі, що представляє це ставлення: більш не зафарбована стрілка, спрямована на клас, що є узагальненням деяких класів (рис. 1, б).
При спадкуванні всі атрибути і методи батьківського класу успадковуються класом-нащадком. Спадкування може бути багаторівневим, і тоді класи, що знаходяться на нижніх рівнях ієрархії, успадкують всі властивості (атрибути і методи) всіх класів, прямими або непрямими нащадками яких вони є. Клас B успадкує атрибути і методи класу A і, отже, буде мати атрибутами A, B, C і D і методами A, B, C і D, а клас C - атрибутами A, B, C, E, F і методами A, B і E.
Крім одиничного, існує і множинне спадкування, коли клас успадковує відразу кілька класів (рис. 1, с). При цьому він успадкує властивості всіх класів, нащадком яких він є. Проте в мові PHP таке спадкування не реалізовано.
При спадкуванні одні методи класу можуть заміщатися іншими. Так, клас транспортних засобів буде мати узагальнений метод руху. У класах-нащадках цей метод буде конкретизований: автомобіль буде їздити, літак - літати, корабель - плавати. Така зміна семантики методу називається поліморфізмом. Поліморфізм - це виконання методом з одним і тим же ім'ям різних дій залежно від контексту, зокрема, від приналежності того чи іншого класу. У різних мовах програмування поліморфізм реалізується різними способами.
Іншим основним видом відносин між класами та об'єктами є агрегація. Вона означає, що один клас містить в собі агрегати (складових частин, підсистем) інших класів. Так автомобіль складається з кузова, двигуна, трансмісії і т.п., а до складу приймально-передавального пристрою входять передавач, приймач і антенно-фідерний пристрій. У UML агрегації позначаються у вигляді лінії з зафарбовані ромбом на кінці. Агрегація має кратність. Так автомобіль зазвичай містить один двигун, який у свою чергу може належати тільки одному автомобілю. Автомобіль може звичайно містити від двох до п'яти дверей. У свою чергу кожні двері можуть належати лише одному автомобілю.
Щоб звернутися до атрибутів і методів агрегату, необхідно спочатку отримати вказівник на його власника, а потім вже вибрати необхідні атрибути і методи.
Хай об'єкт E має методи f1 () і f2 () (рис. 2). Щоб скористатися ними, треба спочатку отримати покажчик на кореневий об'єкт А, потім на об'єкт С, що в об'єктно-орієнтованому програмуванні зазвичай записується таким чином:
A.C
Далі отримуємо покажчик на D, так як він є агрегатом C, і, нарешті, викликаємо необхідні методи f1 () і f2 ():
A.C.D.f1 ()
A.C.D.f2 ()
Рис. 2. Ієрархічне представлення вкладених об'єктів
Композиція є ще одним відношенням, родини агрегації. Але якщо в агрегації агрегати належать класу чи об'єкту, то в композиції існує більш слабкий зв'язок. Так, студенти з вузом перебувають у відношенні композиції, тоді як факультети, які входять до складу вузу (тобто є його невід'ємною частиною або агрегатами), пов'язані з нею відношенням агрегації. На UML композиція позначається за допомогою незамальованих ромбів. Як і у випадку агрегації, ставлення композиції має кратність. Агрегація та композиція є підкласами класу відносин асоціації. Асоціація позначається у вигляді лінії без стрілок і ромбів та може приймати вигляд як агрегації, так і композиції. На ранніх етапах об'єктно-орієнтованого аналізу і проектування часто задаються відносини асоціацій, а свою конкретизацію у вигляді агрегацій і композицій вони отримують на більш пізніх етапах.
Існує хибна думка, що об'єктно-орієнтоване програмування є чимось складним і незрозумілим. Але об'єктна декомпозиція є нітрохи не менш природною і інтуїтивно зрозумілою, ніж алгоритмічна, яка неподільно панувала до появи ООП. У програмуванні основні поняття ООП перейшли з інших галузей знань, таких як філософія, логіка, математика і семіотика, причому, не зазнавши особливих змін, принаймні того, що стосується суті цих понять. Об'єктний спосіб декомпозиції (подання) є природним, і застосовується протягом багатьох століть. Тому не дивно, що в процесі еволюції технології програмування він зайняв належне місце і підтримується так чи інакше практично всіма сучасними алгоритмічними мовами.
Класи і об'єкти в PHP
Термінологія
Клас. Тип даних, який визначається програмістом, який включає локальні функції і локальні дані. Клас може розглядатися як шаблон для створення будь-якої кількості копій об'єкта одного і того ж типу (або класу).
Об'єкт Окрема копія структури даних, визначається класом. Визначення класу формулюється тільки один раз, після чого створюються всі необхідні об'єкти, які до нього належать.
Властивість (називається також змінна класу, атрибутом або полем-членом). Один з іменованих компонентів опису даних у визначенні класу.
Метод (називається також функцією-членом). Компонент класу, який за своїм призначенням є функцією.
Абстракція - це надання об'єкту характеристик, які відрізняють його від усіх інших об'єктів, чітко визначаючи його концептуальні межі. Основна ідея полягає в тому, щоб відокремити спосіб використання складових об'єктів даних від деталей їх реалізації у вигляді більш простих об'єктів, подібно до того, як функціональна абстракція поділяє спосіб використання функції і деталей її реалізації в термінах більш примітивних функцій, таким чином, дані обробляються функцією високого рівня за допомогою виклику функцій низького рівня. Такий підхід є основою об'єктно-орієнтованого програмування. Це дозволяє працювати з об'єктами, не вдаючись в особливості їх реалізації. У кожному конкретному випадку застосовується той чи інший підхід: інкапсуляція, поліморфізм або успадкування. Наприклад, при необхідності звернутися до прихованих даних об'єкту, слід скористатися інкапсуляцією, створивши, так звану, функцію доступу або властивість.
Успадкування. Процес визначення класу на основі іншого класу. На новий (дочірній) клас за замовчуванням поширюються всі визначення змінних екземпляра і методів із старого (батьківського) класу, але можуть бути також визначені нові компоненти або «перевизначені» визначення батьківських функцій. Прийнято вважати, що клас А успадковує свої визначення від класу В, якщо клас А визначений на основі класу В зазначеним способом.
Поліморфізм - так називають явище, при якому функції (методу) з одним і тим же ім'ям відповідає різний програмний код (поліморфний код) в залежності від того, об'єкт якого класу використовується при виклику даного методу. Поліморфізм забезпечується тим, що в класі-нащадку змінюють реалізацію методу класу-предка з обов'язковим збереженням сигнатури методу. Це забезпечує збереження незмінного інтерфейсу класу-предка і дозволяє здійснити зв'язування імені методу в коді з різними класами - з об'єкта якого класу здійснюється виклик, з того класу і береться метод з такою назвою. Такий механізм називається динамічним зв'язуванням - на відміну від статичного зв'язування, здійснюваного на етапі компіляції.
Інкапсуляція - це принцип, згідно з яким будь-який клас повинен розглядатися як чорний ящик - користувач класу повинен бачити і використовувати тільки інтерфейсну частину класу (тобто список декларованих властивостей і методів класу) і не вникати в його внутрішню реалізацію. Тому дані прийнято інкапсулювати в класі таким чином, щоб доступ до них на читання чи запису здійснювався не безпосередньо, а за допомогою методів. Принцип інкапсуляції (теоретично) дозволяє мінімізувати кількість зв'язків між класами і, відповідно, спростити незалежну реалізацію та модифікацію класів.
Приховування даних - невіддільна частина ООП, керуюча областями видимості. Є логічним продовженням інкапсуляції. Метою приховування є неможливість для користувача дізнатися або зіпсувати внутрішній стан об'єкта.
Батьківський клас (або суперклас, або базовий клас). Клас, визначення якого успадковані іншим класом.
Дочірній клас (або підклас, або похідний клас). Клас, який успадковує свої визначення від іншого класу.
Конструктор - це той же метод об'єкта, який викликається автоматично при його створенні. Як правило, конструктори використовуються для присвоєння первинних значень властивостей об'єкта. В PHP4 ім'я конструктора повинно відповідати імені класу.
Деструктор - аналогічний конструктору за винятком того, що викликається при знищенні об'єкта. Наприклад в деструктор може бути вбудована функція розриву з'єднання з базою даних або збереження файлу. Деструктори не присутні в PHP4, але в 5 версії вони є. Ім'я методу деструктора заздалегідь визначено - __destructor.
Синтаксис
Опис класу і створення об'єкта
Синтаксис для створення класу досить простий: необхідно оголосити клас, використовуючи ключове слово class, за яким слідує назва класу і фігурні дужки ({}):
<? Php
class MyClass
{
// Методи класу
}
?>
Після створення класу, новий клас може бути створено та збережено у змінній за допомогою ключового слова new:
$Ob = new MyClass
Щоб побачити вміст класу, використовується функція var_dump ():
var_dump ($Ob);
Давайте зараз спробуємо з'єднати весь перерахований вище код і додати його до вашого test.php на вашому локальному сервері.
<? Php
class MyClass
{
// Методи класу
}
$Obj = new MyClass;
var_dump ($ obj);
?>
Завантажте сторінку в браузері за адресою http://localhost/test.php На дисплеї має висвітитися це:
object (MyClass) # 1 (0) {}
Можна сказати, що ми створили найпростішу програму використовуючи ООП
Визначення властивостей класу
Щоб додати до класу властивості, потрібно переробити наш клас приблизно так:
<? Php
class MyClass
{
public $prop1 = "I'm a class property!";
}
$ Obj = new MyClass;
var_dump ($obj);
?>
Властивості класу - це специфічні змінні, які пов'язані з об'єктом класу і можуть бути доступні виключно через клас.
public - це атрибут видимості даної змінної, про які ми поговоримо трохи пізніше. Після нього слідує змінна, якій присвоюється значення "I'm a class property!";
Для виведення даної властивості у вікно браузера, необхідно написати:
echo $obj-> prop1;
Оскільки може існувати кілька об'єктів класу, визначити до якого класу яка властивість відноситься можна за допомогою "->".
Давайте змінимо test.php замінивши попередній код на цей:
<? Php
class MyClass
{
public $ prop1 = "I'm a class property!";
}
$Obj = new MyClass;
echo $ obj-> prop1; // Output the property
?>
Тепер в браузері ми побачимо:
I'm a class property!
Псевдо-змінна $this
Псевдо-змінна $this доступна в тому випадку, коли метод був викликаний в контексті об'єкта. $this є посиланням на об'єкт, що викликається. Зазвичай це той об'єкт, якому належить викликаний метод, але може бути й інший об'єкт, якщо метод був викликаний статично з контексту іншого об'єкта. Це показано на наступних прикладах:
Приклад 1 змінна $this в об'єктно-орієнтованій мові
<? Php
class a
{
function foo ()
{
if (isset ($this)) {
echo '$this визначена (';
echo get_class ($this);
echo ") \ n";
} Else {
echo "\ $this не визначена. \ n";
}
}
}
class b
{
function bar ()
{
a:: foo ();
}
}
$a = new a ();
$a-> foo ();
a:: foo ();
$b = new b ();
$b-> bar ();
b::bar ();
?>
Результат виконання цього прикладу:
$this визначена (a)
$this не визначена.
$this визначена (b)
$this не визначена.
Визначення методів класу
Методи - це специфічні функції класу, які будуть виконувати деякі дії в класі.
Наприклад, для створення методів, які будуть встановлювати і отримувати значення властивостей класу $prop1, додайте наступні рядки до вашого коду:
<? Php
class MyClass
{
public $prop1 = "I'm a class property!";
public function setProperty ($newval)
{
$this-> prop1 = $newval;
}
public function getProperty ()
{
return $this-> prop1. "";
}
}
$ Obj = new MyClass;
echo $obj-> prop1;
?>
Примітка:
Для виклику методів класу не забувайте використовувати знак долара.
Приклад $ ob-> set ();
Тепер давайте спробуємо скористатися написаним вище класом шляхом модифікації файлу test.php:
<? Php
class MyClass
{
public $prop1 = "Я властивість класу!";
public function setProperty ($newval)
{
$this-> prop1 = $newval;
}
public function getProperty ()
{
return $this-> prop1. "";
}
}
$obj = new MyClass;
echo $obj-> getProperty (); // Дізнаємось значення властивості
$obj-> setProperty ("Я НОВА властивість класу!"); // Встановлюємо нове
echo $obj-> getProperty (); // Зчитуємо значення ще раз
?>
У браузері ви побачите:
Я властивість класу!
Я НОВА властивість класу!
Справжню силу ООП можна побачити при створенні декількох об'єктів одного і того ж класу.
<? Php
class MyClass
{
public $prop1 = "Я властивість класу!";
public function setProperty ($ newval)
{
$this-> prop1 = $newval;
}
public function getProperty ()
{
return $ this-> prop1. "";
}
}
// Створюємо два об’єкти
$obj = new MyClass;
$obj2 = new MyClass;
// Дізнаємося значення $prop1 з обох об’єктів
echo $obj-> getProperty ();
echo $obj2-> getProperty ();
// Встановлюємо нові значення
$ Obj-> setProperty ("Я нове значення!");
$ Obj2-> setProperty ("Я друге значення!");
// Виводимо $prop1 значення
echo $ obj-> getProperty ();
echo $ obj2-> getProperty ();
?>
Після заміни вмісту файлу test.php ми побачимо:
Я властивість класу!
Я властивість класу!
Я нове значення!
Я друге значення!
Використання конструкторів і деструкторів
До таких методів відноситься метод __construct (), що дозволяє задати будь-які дії при створенні об'єкта, і метод __destruct (), що дозволяє задати дії при видаленні об'єкта (наприклад: розірвати з'єднання з базою даних). Для наочності, візьмемо приклад:
<? Php
class MyClass
{
public $prop1 = "Я властивість класу!";
public function __construct ()
{
echo 'Клас "', __CLASS__, '" було створено!';
}
public function __destruct ()
{
echo 'Клас "', __CLASS__, '" було знищено.';
}
public function setProperty ($newval)
{
$this-> prop1 = $newval;
}
public function getProperty ()
{
return $this-> prop1. "";
}
}
// Створення нового об'єкта
$obj = new MyClass;
// Отримуємо значення $ prop1
echo $obj-> getProperty ();
// Виводимо повідомлення про закінчення файлу
echo "End of file.";
?>
Після виконання даного коду ми побачимо наступний результат:
Клас "MyClass" було створено!
Я властивість класу!
Кінець файлу.
Клас "MyClass" було знищено.
Хотілося б звернути вашу увагу, що після завершення виконання скрипта, PHP автоматично звільняє пам'ять.
Примітка:
Константа __CLASS__ використовується для отримання імені класу, в якому вона викликається.
Для того, щоб знищити об'єкт вручну, нам необхідно скористатися функцією unset ()
Невеликий приклад:
<? Php
class MyClass
{
public $prop1 = "Я властивість класу!";
public function __construct ()
{
echo 'Клас "', __CLASS__, '" було створено!';
}
public function __destruct ()
{
echo 'Клас "', __CLASS__, '" було знищено.';
}
public function setProperty ($newval)
{
$this-> prop1 = $ newval;
}
public function getProperty ()
{
return $this-> prop1. "";
}
}
// Створення об'єкта
$bj = new MyClass;
// Отримання значення $prop1
echo $obj-> getProperty ();
// Знищуємо об'єкт [/ b]
unset ($obj);
// Висновок повідомлення про закінчення файлу
echo "Кінець файлу.";
?>
Результат виконання скрипта буде наступним:
Клас "MyClass" було створено!
Я властивість класу!
Клас "MyClass" було знищено.
Кінець файлу.
Конструктори в класах-батьків не викликаються автоматично. Щоб викликати конструктор, оголошений в батьківському класі, слід звернутися до методу parent:: __construct ().
Успадкування
Успадкування - один з чотирьох найважливіших механізмів об'єктно-орієнтованого програмування (поряд з інкапсуляцією, поліморфізмом і абстракцією), що дозволяє описати новий клас на основі вже існуючого (батьківського), при цьому властивості і функціональність батьківського класу запозичуються новим класом.
Говорячи простими словами спадкування, це такий механізм, який дозволяє розширювати клас за рахунок методів іншого класу. Для того, щоб додати методи і властивості іншого класу, необхідно скористатися словом extends. Наприклад, щоб створити другий клас, який розширює MyClass і додає методи, ви повинні додати наступні рядки в наш тестовий файл:
<? Php
class MyClass
{
public $prop1 = "Я властивість класу!";
public function __construct ()
{
echo 'Клас "', __CLASS__, '" було створено!';
}
public function __destruct ()
{
echo 'Клас "', __CLASS__, '" було знищено.';
}
public function __toString ()
{
echo "Використовуємо метод toString:";
return $this-> getProperty ();
}
public function setProperty ($newval)
{
$this-> prop1 = $newval;
}
public function getProperty ()
{
return $this-> prop1. "";
}
}
class MyOtherClass extends MyClass
{
public function newMethod ()
{
echo "Із нового методу з". __CLASS__. ".";
}
}
// Створення об'єкта
$newobj = new MyOtherClass;
// Виводимо об'єкт
echo $newobj-> newMethod ();
// Використання методу батьківського класу
echo $newobj-> getProperty ();
?>
Заміна успадкованих методів і властивостей
Для того, щоб замінити успадкований метод батьківського класу в новому класі, необхідно просто замінити цей метод в новому класі. При цьому необхідно використовувати те ж ім'я, яке було в батьківському класі:
<? Php
class MyClass
{
public $prop1 = "Я метод класу!";
public function __construct ()
{
echo 'Клас "', __CLASS__, '" було створено!';
}
public function __destruct ()
{
echo 'Клас "', __CLASS__, '" було знищено.';
}
public function __toString ()
{
echo "Використовуємо метод toString:";
return $this-> getProperty ();
}
public function setProperty ($newval)
{
$this-> prop1 = $newval;
}
public function getProperty ()
{
return $this-> prop1. "";
}
}
class MyOtherClass extends MyClass
{
public function __construct ()
{
echo "Новий конструктор в ". __CLASS__. ".";
}
public function newMethod ()
{
echo "Із нового методу ". __CLASS__. ".";
}
}
// Створення об'єкта
$newobj = new MyOtherClass;
// Виводимо об'єкт
echo $newobj-> newMethod ();
// Використання методу батьківського класу
echo $newobj-> getProperty ();
?>
У результаті ми отримаємо:
Новий конструктор MyOtherClass.
З нового методу MyOtherClass.
Я властивість класу!
Клас "MyClass" було знищено.
Існують ситуації, коли необхідно замінивши метод у новому класі, викликати цей же метод, але тільки в батьківському класі. У таких випадках використовується оператор parent::
Приклад:
<? Php
class MyClass
{
public $prop1 = "Я властивість класу!";
public function __construct ()
{
echo 'Клас "', __CLASS__, '" було створено!';
}
public function __destruct ()
{
echo 'Клас "', __CLASS__, '" було знищено.';
}
public function __toString ()
{
echo "Using the toString method:";
return $this-> getProperty ();
}
public function setProperty ($newval)
{
$this-> prop1 = $newval;
}
public function getProperty ()
{
return $this-> prop1. "";
}
}
class MyOtherClass extends MyClass
{
public function __construct ()
{
parent:: __construct (); // Виклик конструктора батьківського класу
echo "Новий конструктор". __CLASS__. ".";
}
public function newMethod ()
{
echo "З нового методу класу". __CLASS__. ".";
}
}
// Створюємо об'єкт
$ Newobj = new MyOtherClass;
// Виводимо об'єкт
echo $newobj-> newMethod ();
// Використання методу батьківського класу
echo $ newobj-> getProperty ();
?>
У результаті у вікні браузера можна спостерігати:
Коас "MyClass" було створено!
Новий конструктор в MyOtherClass.
З нового методу в MyOtherClass.
Я властивість класу!
Клас "MyClass" було знищено.