Объектно-ориентированное программирование VisualC#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист замечаний

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение

Язык С# как средство обучения программированию обладает рядом несомненных достоинств. Он хорошо организован, строг, большинство его конструкций логичны и удобны. Развитые средства диагностики и редактирования кода делают процесс программирования приятным и эффективным. Мощная библиотека классов платформы .NET берет на себя массу рутинных операций, что дает возможность решать более сложные задачи, используя готовые «строительные блоки». Все это позволяет расценивать С# как перспективную замену языков Паскаль, BASIC и С++ при обучении программированию. Немаловажно, что С# является не учебным, а профессиональным языком, предназначенным для решения широкого спектра задач, и в первую очередь — в быстро развивающейся области создания распределенных приложений. Поэтому базовый курс программирования, построенный на основе языка С#, позволит студентам быстрее стать востребованными специалистами-профессионалами. Мощь языка С# имеет и оборотную сторону: во-первых, он достаточно требователен к ресурсам компьютера, во-вторых, для осмысленного написания простейшей программы, вычисляющей, «сколько будет дважды два», требуется изучить достаточно много материала, но многочисленные достоинства языка и платформы .NET перевешивают все недостатки.

Принимая во внимание все выше перечисленное, объектом  данной курсовой работы является объектно-ориентированное программирование.

Предмет – интегрированная среда разработки VisualC#.

Цель: изучение объектно-ориентированного языка программирования VisualC#.

Для достижения цели курсовой работы требуется решение следующих задач:

1. изучение литературы по объектно-ориентированному программированию;
2. составление и решение задач по программированию в среде VisualC#;
3. изучение основных визуальных компонентов среды VisualC#.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Объектно-ориентированное программирование

 

Важнейшим шагом на пути к совершенствованию языков программирования стало появление объектно-ориентированного подхода к программированию (или, сокращенно, ООП) и соответствующего класса языков.

При объектно-ориентированном подходе программа представляет собой описание объектов, их свойств (или атрибутов), совокупностей (или классов), отношений между ними, способов их взаимодействия и операций над объектами (или методов).

При создании объектно-ориентированной программы предметная область представляется в виде совокупности объектов. Выполнение программы состоит в том, что объекты обмениваются сообщениями. Это позволяет использовать при программировании понятия, более адекватно отражающие предметную область.

Сложность адекватной (непротиворечивой и полной) формализации объектной теории порождает трудности тестирования и верификации созданного программного обеспечения. Пожалуй, это обстоятельство является одним из самых существенных недостатков объектно-ориентированного подхода к программированию.

Наиболее известным примером объектно-ориентированного языка программирования является язык C++, развившийся из императивного языка С. Его прямым потомком и логическим продолжением является язык С#, который изучается в данной работе.

Переход от структурно-процедурного подхода к объектно-ориентированному программированию, подобно переходу от низкоуровневых языков программирования к языкам высокого уровня, требует значительных затрат на обучение. Естественно, что платой за это является повышение производительности труда программистов при проектировании и реализации программного обеспечения. Другое преимущество ООП перед императивным подходом – более высокий процент повторного использования уже разработанного программного кода.

При этом в отличие от предыдущих подходов к программированию, объектно-ориентированный подход требует глубокого понимания основных принципов, или, иначе, концепций, на которых он базируется. К числу основополагающих понятий ООП обычно относят абстракцию данных, наследование, инкапсуляцию и полиморфизм.

В объектно-ориентированном программировании каждый объект представляет собой принципиально динамическую сущность, т.е. изменяется в зависимости от времени (а также от воздействия внешних по отношению к нему факторов). Иначе говоря, объект обладает тем или иным образом поведения.

Важным свойством объекта является его обособленность. Детали реализации объекта, то есть внутренние структуры данных и алгоритмы их обработки, скрыты от пользователя объекта и недоступны для непреднамеренных изменений. Объект используется через его интерфейс — совокупность правил доступа. Скрытие деталей реализации называется инкапсуляцией (от слова «капсула»). Ничего сложного в этом понятии нет: ведь и в обычной жизни мы пользуемся объектами через их интерфейсы.

Инкапсуляция позволяет использовать объект в другом окружении и быть уверенным, что он не испортит не принадлежащие ему области памяти, а также создавать библиотеки объектов для применения во многих программах. Каждый год в мире пишется огромное количество новых программ, и важнейшее значение приобретает возможность многократного использования кода. Преимущество объектно-ориентированного программирования состоит в том, что для объекта можно определить наследников, корректирующих или дополняющих его поведение. При этом нет необходимости не только повторять исходный код родительского объекта, но даже иметь к нему доступ.

Итак, к основным свойствам инкапсуляции относятся следующие возможности:

• совместное хранение данных и функций (т.е. свойств и методов) внутри объекта;
• сокрытие внутренней информации от пользователя (что обеспечивает большую безопасность приложения);
• изоляция пользователя от особенностей реализации (что обеспечивает независимость от машины и потенциально дружественный интерфейс приложений).

Другой фундаментальной составляющей концепции объектно-ориентированного программирования является интуитивно ясное понятие наследования.

В неформальной постановке под наследованием понимается свойство того или иного объекта, который является производным от некоего базового, сохранять поведение (а именно, атрибуты и операции над ними), характерное для родительского объекта.

С точки зрения языков программирования понятие наследования означает применимость всех или лишь некоторых свойств и методов базового (или родительского) класса для всех классов, производных от него. Кроме того, сохранение свойств и методов базового класса должно обеспечиваться и для всех конкретизаций (т.е. конкретных объектов) любого производного класса.

Наследование является мощнейшим инструментом ООП и применяется для следующих взаимосвязанных целей:

• исключения из программы повторяющихся фрагментов кода;
• упрощения модификации программы;
• упрощения создания новых программ на основе существующих.

Кроме того, только благодаря наследованию появляется возможность использовать объекты, исходный код которых недоступен, но в которые требуется внести изменения.

Наследование позволяет создавать иерархии объектов. Иерархия представляется в виде дерева, в котором более общие объекты располагаются ближе к корню, а более специализированные — на ветвях и листьях. Наследование облегчает использование библиотек объектов, поскольку программист может взять за основу объекты, разработанные кем-то другим, и создать наследников с требуемыми свойствами. Объект, на основании которого строится новый объект, называется родительским объектом, объектом-предком, базовым классом, или суперклассом, а унаследованный от него объект — потомком, подклассом, или производным классом.

ООП позволяет писать гибкие, расширяемые и читабельные программы. Во многом это обеспечивается благодаря полиморфизму, под которым понимается возможность во время выполнения программы с помощью одного и того же имени выполнять разные действия или обращаться к объектам разного типа. Чаще всего понятие полиморфизма связывают с механизмом виртуальных методов. Подводя итог сказанному, сформулирую достоинства ООП.

• использование при программировании понятий, близких к предметной области;
• возможность успешно управлять большими объемами исходного кода благодаря инкапсуляции, то есть скрытию деталей реализации объектов и упрощению структуры программы;
• возможность многократного использования кода за счет наследования;
• сравнительно простая возможность модификации программ;
• возможность создания и использования библиотек объектов.

Эти преимущества особенно явно проявляются при разработке программ большого объема и классов программ. Однако ничто не дается даром: создание объектно-ориентированной программы представляет собой весьма непростую задачу, поскольку требует разработки иерархии объектов, а плохо спроектированная иерархия может свести к нулю все преимущества объектно-ориентированного подхода.

Кроме того, идеи ООП не просты для понимания и в особенности для практического применения. Чтобы эффективно использовать готовые объекты из библиотек, необходимо освоить большой объем достаточно сложной информации. Неграмотное же применение ООП способно привести к созданию излишне сложных программ, которые невозможно отлаживать и усовершенствовать.

 

1.1 История языка Visual C#

История основной ветви языков программирования, которая привела к появлению C#, восходит к 60-м годам, а именно, ко времени возникновения языка Visual Basic . Последний является типичным представителем ранних императивных языков программирования. Язык Visual Basic был придуман в 1963 году творческим коллективом разработчиков, основным создателем языка принято считать К. Томпсона из Технологического университета Массачусетса (Ken Thompson, MIT). Основной целью разработки языка была реализация операционной системы UNIX. Уже существовавший язык PL/I, применявшийся в то время для мэйнфреймов производства компании IBM, был достаточно громоздким и меньше подходил для поставленной задачи, чем новое, оригинальное решение ученых-практиков.

Следующим шагом в "алфавите" языков программирования, ведущем к языку C#, стал язык C, который был изобретен на основе языка B в 1972 году. Авторами нового языка программирования стали К.Томпсон и Д.Ритчи (Dennis Ritchie), которые работали в исследовательской лаборатории компании AT&T (AT&T Bell Telephone Laboratories). В варианте C язык B расширился за счет явного использования типов, структур и ряда новых операций. Дальнейшее развитие языка происходило в той же организации. И снова примерно через 10 лет, в 1984 году, Б. Страуструп (Bjarne Stroustrup, Bell Labs) выступил с проектом языка С++ – ООП-расширения языка C, в котором вводится понятие класса как объекта данных.

Название C++ для нового языка предложил Р.Маскитти (Rics Mascitti, Bell Labs).

Наконец, уже в 2000 году, то есть более чем через 15 лет, корпорация Microsoft выпустила в свет C++ нового поколения под названием C# ("Си шарп"), основным постулатом которого является высказывание: "всякая сущность есть объект". Язык основан на строгой компонентной архитектуре и реализует передовые механизмы обеспечения безопасности кода.

Создателем языка является сотрудник Microsoft Андреас Хейлсберг. Он стал известным в мире программистов задолго до того, как пришел в Microsoft. Хейлсберг входил в число ведущих разработчиков одной из самых популярных сред разработки - Delphi. В Microsoft он участвовал в создании версии Java, так что опыта в написании языков и сред программирования ему не занимать. Как отмечал сам Андреас Хейлсберг, C# создавался как язык компонентного программирования, и в этом одно из главных достоинств языка, направленное на возможность повторного использования созданных компонентов.

Как уже отмечалось, язык программирования C# объединил лучшие черты целого ряда предшественников. Кроме упомянутой ранее ветви языков B-C-C++, необходимо указать еще несколько знаковых для настоящего времени языков программирования, а именно, Java и Visual Basic.

Несмотря на весьма существенные различия между компонентной объектной моделью COM (основного стандарта Microsoft для компонентного проектирования и реализации программного обеспечения) и моделью Java Beans, базовым стандартом Sun Microsystems для компонент (зависимой от языка реализации), язык программирования C# имеет довольно много общего с языком Java. Естественно, немало черт язык программирования C# унаследовал и от своего предшественника, созданного корпорацией Microsoft, языка Visual Basic.

Как уже отмечалось, язык программирования C# основан на строгой компонентной архитектуре и реализует передовые механизмы обеспечения безопасности кода.

От своего прямого предшественника, языка программирования C++, языком C# унаследованы следующие механизмы: "перегруженные" операторы, небезопасные арифметические операции с плавающей точкой, а также ряд других особенностей синтаксиса. Но, несмотря на то, что целый ряд конструктивных синтаксических механизмов и особенностей реализации унаследован языком программирования C# от прародителей (C++, Visual Basic и Java), возможности этого нового языка программирования не ограничиваются суммой возможностей его исторических предшественников.

К числу принципиально важных решений, которые реализованы корпорацией Microsoft в языке программирования C#, можно отнести следующие:

• компонентно-ориентированный подход к программированию (который характерен и для идеологии Microsoft .NET в целом);
• свойства как средство инкапсуляции данных (характерно также в целом для ООП);
• обработка событий (имеются расширения, в том числе в части обработки исключений, в частности, оператор try);
• унифицированная система типизации (соответствует идеологии Microsoft .NET в целом);
• делегаты (delegate – развитие указателя на функцию в языках C и C++);
• индексаторы (indexer – операторы индекса для обращения к элементам класса-контейнера);
• перегруженные операторы (развитие ООП);
• оператор foreach (обработка всех элементов классов-коллекций, аналог Visual Basic);
• механизмы boxing и unboxing для преобразования типов;
• атрибуты (средство оперирования метаданными в COM-модели);
• прямоугольные массивы (набор элементов с доступом по номеру индекса и одинаковым количеством столбцов и строк).