Бертран Мейер - Основы объектно-ориентированного программирования

• Название: Основы объектно-ориентированного программирования
• Автор: Бертран Мейер
• Жанр: Прочая околокомпьтерная литература

Фундаментальный учебник по основам объектно-ориентированного программирования и инженерии программ. В книге подробно излагаются основные понятия объектной технологии – классы, объекты, управление памятью, типизация, наследование, универсализация. Большое внимание уделяется проектированию по контракту и обработке исключений, как механизмам, обеспечивающим корректность и устойчивость программных систем.

В книге Бертрана Мейера рассматриваются основы объектно-ориентированного программирования. Изложение начинается с рассмотрения критериев качества программных систем и обоснования того, как объектная технология разработки может обеспечить требуемое качество. Основные понятия объектной технологии и соответствующая нотация появляются как результат тщательного анализа и обсуждений. Подробно рассматривается понятие класса - центральное понятие объектной технологии. Рассматривается абстрактный тип данных, лежащий в основе класса, совмещение классом роли типа данных и модуля и другие аспекты построения класса. Столь же подробно рассматриваются объекты и проблемы управления памятью. Большая часть книги уделена отношениям между классами – наследованию, универсализации и их роли в построении программных систем. Важную часть книги составляет введение понятия контракта, описание технологии проектирования по контракту, как механизма, обеспечивающего корректность создаваемых программ. Не обойдены вниманием и другие важные темы объектного программирования – скрытие информации, статическая типизация, динамическое связывание и обработка исключений. Глубина охвата рассматриваемых тем делает книгу Бертрана Мейера незаменимой для понимания основ объектного программирования.

---

[x]. Дублируемое наследование - мощная техника - возникает как результат множественного наследования, при котором один класс становится потомком другого несколькими способами.

[x]. При дублируемом наследовании компонент общего предка становится одним компонентом, если он наследуется под одним именем, и несколькими независимыми компонентами в противном случае.

[x]. Конкурирующие версии общего предка при динамическом связывании должна устраняться предложением select.

[x]. Механизм репликации при дублируемом наследовании не должен дублировать компоненты, включающие родовые параметры.

[x]. В ОО-среде семантическая перегрузка, поддерживаемая динамическим связыванием, более полезна, чем синтаксическая перегрузка.

Библиографические замечания

Механизм переименования, а также правила дублируемого наследования были разработаны при написании этой книги. Механизм отмены определений предложен Михаэлем Швайцером (Michael Schweitzer), механизм выбора- Джоном Поттером (John Potter).

Пример с выпадающим меню взят из книги [M 1988c].

Упражнения

У15.1 Окна как деревья

Класс WINDOW порожден от TREE [WINDOW]. Поясните суть родового параметра. Покажите, какое новое утверждение появится в связи с этим в инварианте класса.

У15.2 Является ли окно строкой?

Окно содержит ассоциированный с ним текст, представленный атрибутом text типа STRING. Стоит ли отказаться от атрибута и объявить WINDOW наследником класса STRING?

У15.3 Завершение строительства

Завершите проектирование класса WINDOW, показав точно, что необходимо от лежащего в основе механизма управления выводом?

У15.4 Итераторы фигур

При обсуждении COMPOSITE_FIGURE мы говорили о применении итераторов для выполнения операций над составными фигурами. Разработайте соответтсвующие классы итераторов. (Подсказка: в [M 1994a] приведены классы библиотеки итераторов, которые послужат основой вашей работы.)

У15.5 Связанные стеки

Основываясь на классах STACK и LINKED_LIST, постройте класс LINKED_STACK, описывающий реализацию стека как связного списка.

У15.6 Кольцевые списки и цепи

Объясните, почему LIST нельзя использовать для создания кольцевых списков. (Подсказка: в этом вам может помочь изучение формальных утверждений, обсуждение которых вы найдете в начале следующей лекции.) Опишите класс CHAIN, который может служить родителем как для LIST, так и для нового класса кольцевых списков CIRCULAR. Обновите класс LIST и, если нужно, его потомков. Дополните структуру класса, обеспечивающую разные варианты реализации кольцевых списков.

У15.7 Деревья

Согласно одной из интерпретаций, дерево - это рекурсивная структура, представляющая собой список деревьев. Замените приведенное в этой лекции описание класса TREE как наследника LINKED_LIST и LINKABLE новым вариантом

class TREE [G] inherit

LIST [TREE [G]]

feature ...end

Расширьте это описание до полнофункционального класса. Сравните это расширение с тем, что было описано в тексте данной лекции.

У15.8 Каскадные или "шагающие" (walking) меню

Оконные системы вводят понятие меню, реализуемое классом MENU с запросом, возвращающим список элементов, и командами отображения, перехода к следующему элементу и т.д. Меню составлено из элементов, поэтому нам понадобится класс MENU_ENTRY с такими запросами, как parent_menu и operation (операция, выполняемая при выборе элемента) и такими командами, как execute (выполняет операцию operation).

Среди меню нередко встречаются каскадные, или шагающие меню (walking menu), где выбор элемента приводит к появлению подменю (submenu). На рисунке приведено шагающее меню среды Open Windows, созданной корпорацией Sun:

Рис. 15.25.  Выпадающее меню

Предложите описание класса SUBMENU. (Подсказка: подменю одновременно является меню и элементом меню, чья операция должна отображать подменю.) Можно ли это понятие с легкостью описать в языке без множественного наследования?

У15.9 Плоский precursor (предшественник)

Что должна показывать плоская форма класса при встрече с инструкцией, использующей Precursor?

У15.10 Дублируемое наследование и репликация

Напишите класс WINDOW_WITH_BORDER_AND_MENU без обращения к Precursor. Для доступа к родительскому варианту переопределенного компонента используйте репликацию при дублируемом наследовании. Убедитесь в том, что вы используете правильные предложения select и назначаете каждому компоненту правильный статус экспорта.

Лекция 16. Техника наследования

Наследование - ключевая составляющая ОО-подхода к повторному использованию и расширяемости. В этой лекции нам предстоит исследовать новые возможности, разнородные, но демонстрирующие замечательные следствия красоты базисных идей.

Наследование и утверждения

Следствия красоты базисных идей:

[x]. Связь наследования с утверждениями и Проектированием по Контракту.

[x]. Глобальная структура наследования, где все классы согласованы.

[x]. Замороженные компоненты, для которых не применим принцип Открыт-Закрыт.

[x]. Ограниченная универсальность: как задавать требования на родовые параметры.

[x]. Попытка присваивания: как безопасно приводить к типу.

[x]. Как и когда изменять свойства типа при повторных объявлениях.

[x]. Закрепленные объявления, помогающие избежать лавины переобъявлений.

[x]. Непростые отношения между наследованием и скрытием информации.

Вопросам наследования будут посвящены еще две лекции: обзор проблем типизации представлен в лекции 17, а подробное обсуждение методологии наследования - в лекции 6 курса "Основы объектно-ориентированного проектирования".

Большинство разделов этой лекции строится по единому принципу: экзаменуются следствия идей предыдущих двух лекций, обнаруживаются проблемы, они подробно анализируются, предлагается обоснованное решение. Ключевым является шаг анализа - как только проблема становится ясной, зачастую решение ее находится сразу же.

Обладая изрядной мощью, наследование может быть и опасным. Не будь механизма утверждений, создатели классов могли бы весьма "вероломно" пользоваться повторными объявлениями и динамическим связыванием для изменения семантики операций без возможности контроля со стороны клиента. Утверждения способны на большее: они дают нам боле глубокое понимание природы наследования. Не будет преувеличением сказать, что лишь понимание принципов Проектирования по Контракту позволяет в полной мере постичь сущность концепции наследования.

Вкратце мы уже очертили основные правила, управляющие взаимосвязью наследования и утверждений: все утверждения (предусловие и постусловия подпрограмм, инварианты классов), заданные в классах-родителях, остаются в силе и для их потомков. В этом разделе мы уточним эти правила и используем полученные результаты, чтобы дать новый взгляд на наследование как на субподряды (subcontracts).

Инварианты

С правилом об инвариантах класса мы встречались и прежде:

Правило родительских инвариантов

Инварианты всех родителей применимы и к самому классу.

Инварианты родителей добавляются к классу. Инварианты соединяются логической операцией and then. (Если у класса нет явного инварианта, то инвариант True играет эту роль.) По индукции в классе действуют инварианты всех его предков, как прямых, так и косвенных.

Как следствие, выписывать инварианты родителей в инварианте потомка еще раз не нужно (хотя семантически такая избыточность не вредит: a and then a есть то же самое, что a).

Полностью восстановленный инвариант класса можно найти в плоской и краткой плоской форме последнего (см. лекцию 15).