Руководящая идея объектно-ориентированного программирования (ООП) заключается в стремлении связать данные с обрабатывающими эти данные процедурами в единое целое - объект.

Характерной чертой объектов является инкапсуляция (объединение) данных и алгоритмов их обработки, в результате чего и данные, и процедуры во многом теряют самостоятельное значение.

Фактически объектно-ориентированное программирование можно рассматривать как модульное программирование нового уровня, когда вместо во многом случайного, механического, объединения процедур и данных акцент делается на их смысловую связь.

Какими мощными средствами располагает объектно-ориентированное программирование, наглядно демонстрирует библиотека Turbo Vision, входящая в комплект поставки Турбо Паскаля

Объектно-ориентированное программирование основано на «трех китах» - трех важнейших принципах, придающих объектам новые свойства.

Этими принципами являются инкапсуляция, наследование и полиморфизм.

Инкапсуляция

Инкапсуляция - есть объединение в единое целое данных и алгоритмов обработки этих данных. В рамках ООП данные называются полями объекта, а алгоритмы - объектными методами.

Инкапсуляция позволяет в максимальной степени изолировать объект от внешнего окружения.

Она существенно повышает надежность разрабатываемых программ, т.к. локализованные в объекте алгоритмы обмениваются с программой сравнительно небольшими объемами данных, причем количество и тип этих данных обычно тщательно контролируются. В результате замена или модификация алгоритмов и данных, инкапсулированных в объект, как правило, не влечет за собой плохо прослеживаемых последствий для программы в целом (в целях повышения защищенности программ в ООП почти не используются глобальные переменные).

Другим немаловажным следствием инкапсуляции является легкость обмена объектами, переноса их из одной программы в другую. Можно сказать, что ООП «провоцирует» разработку библиотек объектов, таких как Turbo Vision.

Наследование

Наследование есть свойство объектов порождать своих потомков.

Объект-потомок автоматически наследует от родителя все поля и методы, может дополнять объекты новыми полями и заменять (перекрывать) методы родителя или дополнять их.

Принцип наследования решает проблему модификации свойств объекта и придает ООП в целом исключительную гибкость. При работе с объектами программист обычно подбирает объект, наиболее близкий по своим свойствам для решения конкретной задачи, и создает одного или нескольких потомков от него, которые «умеют» делать то, что не реализовано в родителе.

Последовательное проведение в жизнь принципа «наследуй и изменяй» хорошо согласуется с поэтапным подходом к разработке крупных программных проектов и во многом стимулирует такой подход.

Полиморфизм

Полиморфизм - это свойство родственных объектов (т.е. объектов, имеющих одного общего родителя) решать схожие по смыслу проблемы разными способами.

В рамках ООП поведенческие свойства объекта определяются набором входящих в него методов. Изменяя алгоритм того или иного метода в потомках объекта, программист может придавать этим потомкам отсутствующие у родителя специфические свойства. Для изменения метода необходимо перекрыть его в потомке, т.е. объявить в потомке одноименный метод и реализовать в нем нужные действия. В результате в объекте-родителе и объекте-потомке будут действовать два одноименных метода, имеющие разную алгоритмическую основу и, следовательно, придающие объектам разные свойства. Это и называется полиморфизмом объектов.

В Турбо Паскале полиморфизм достигается не только описанным выше механизмом наследования и перекрытия методов родителя, но и их виртуализацией (см. ниже), позволяющей родительским методам обращаться к методам потомков

Пример-лекция иллюстрирующий основные принципы

объектно-ориентированного программирования

(на примере двух работающих модулей и тексте программы)

Обработанный материал из учебного пособия Фаронов В.В. “Turbo Pascal 7.0” Учебное пособие. Начальный курс. Нолидж. Москва. 2001 г. (с.179-194)

Программа создает на экране ряд графических изображений (точки, окружность, линия, квадрат) и может перемещать эти изображения по экрану.

Вид создаваемого программой экрана.

Для перемещения изображений в программе будут использоваться:

клавиши управления курсором,
клавиши Ноте, End, PgUp, PgDn (для перемещения по диагональным направлениям),
клавиша Tab для выбора перемещаемого объекта.
Выход из программы - клавиша Esc.

Техническая реализация программы требует использования средств двух стандартных библиотек - CRT и GRAPH.

Для решения задачи создадим два модуля GraphObj и GraphApp.

В Модуле GraphObj описываются все используемые объекты. Модуль компилируется в библиотечный файл GraphObj.tpu.

Основная программа будет использовать модуль GraphObj с описанием объектов.(Далее текст рабочего модуля. Файл: GraphObj.pas. )

Unit GraphObj;

Interface

type

TGraphObj=object {объект – родитель в рамках которого инкапсулированы поля и методы, общие для всех остальных объектов<=Свойство объектов-инкапсуляция }

Private { Поля объекта будут скрыты от пользователя. Объект не может менять координаты реперной точки и цвет фигуры. Описания полей ничем не отличаются от описания обычных переменных.}

x,y:integer; {Координаты реперной точки}

color:word; {Цвет фигуры}

Public {Методы объекта будут доступны пользователю. Директива public отменяет действие директивы private. Для описания методов используются процедуры и функции, конструкторы и деструкторы.}

Constructor Init(aX,aY:integer; aColor:word); { Конструкторы предназначены для создания конкретного экземпляра объекта обращение к конструктору должно предшествовать обращению к любому виртуальному методу. Типичное действие, реализуемое конструктором, состоит в наполнении объектных полей конкретными значениями.}

Procedure Draw (aColor:word);virtual; {Вычерчивает объект заданным цветом aColor В объекте TGraphObj процедура Draw определена как виртуальная («воображаемая»). Абстрактный объект TGraphObj не предназначен для вывода на экран, однако наличие процедуры Draw в этом объекте говорит о том, что любой потомок TGraphObj должен иметь собственный метод Draw, с помощью которого он может показать себя на экране. (<=Свойство объектов – полиморфизм).При трансляции объекта, содержащего виртуальные методы, создается так называемая таблица виртуальных методов (ТВМ), количество элементов которой равно количеству виртуальных методов объекта. В этой таблице будут храниться адреса точек входа в каждый виртуальный метод. В нашем примере ТВМ объекта TGraphObj хранит единственный элемент - адрес метода Draw.}

Procedure Show; {Показывает объект - вычерчивает его цветом Color. Для реализации своих действий и Hide, и Show обращаются к виртуальному методу Draw.}

Procedure Hide; {Прячет объект - вычерчивает его цветом фона}

Procedure MoveTo (dX,dY:integer); {Перемещает объект в точку с координатами X+dX и Y+dY. Если потомок TGraphObj (например, TLine) хочет переместить себя на экране, он обращается к родительскому методу MoveTo.

В этом методе сначала с помощью Hide объект стирается с экрана, а затем с помощью Show показывается в другом месте.}

end; {Конец описания объекта TGraphObj}

{Далее мы создадим несколько потомков объекта TGraphObj. Каждый из них будет иметь собственный конструктор, с помощью которого ТВМ каждого потомка настраивается так, чтобы ее единственный элемент содержал адрес нужного метода Draw.

Такая процедура называется поздним связыванием объекта.

Позднее связывание позволяет методам родителя обращаться к виртуальным методам своих потомков и использовать их для реализации специфичных для потомков действий. (Это опять - полиморфизм)(В нашем примере она совпадает с координатами точки в описываемом ниже объекте TPoint, с центром окружности в объекте TCircle, первым концом прямой в объекте Liпе и с левым верхним углом прямоугольника в объекте TRect.)}

{Сначала описываются все объекты (совокупность полей и методов (данные и процедуры) присущих только данному объекту), а далее обычно в разделе Implementation объектного модуля описываются соответствующие объектам процедуры и функции (т.е. соответствующие методы (действия над объектами)}

TPoint = object(TGraphObj) {Описание объекта TPoint. Потомки объекта TGraphObj: TPoint, TLine, TCircle наследуют поля и методы родительского объекта. TRect – потомок объекта TLine <=Свойство объектов – наследование. }

Procedure Draw (aColor:word);virtual;

end;

TLine= object(TGraphObj)

dx,dy:integer; {Приращения координат второго конца}

Constructor Init(X1,Y1,X2,Y2:integer; aColor:word); {Инициализируется новый объект TLine который является наследником объекта TGraphObj,но скоро будет «отцом» объекта TRect,а новый обьект будет по прежнему использовать «дедовскую» виртуальную процедуру Draw. По-этому вместо слова Procedure пишем Constructor }

Procedure Draw (aColor:word);virtual;

end;

{Поскольку вызов MoveTo ,будет происходить в рамках объекта TLine, используется ТВМ этого объекта и вызывается его метод Draw, вычерчивающий прямую. Если бы перемещалась окружность, ТВМ содержала бы адрес метода Draw объекта TCircle и визуализация-стирание объекта осуществлялась бы с помощью этого метода. (Следует выполняется третье свойство объектов - полиморфизм)}

TCircle = object(TGraphObj)

r:integer; {вводится новое поле объекта, которое отсутствует у предка - радиус}

Constructor Init(aX,aY,aR:integer; aColor:word);{Перед использованием «виртуальной» процедуры Draw при инициализации нового объекта всегда заменяем слово Procedure на слово Constructor. Так как выводиться на экран будет новый объект. То есть меняем ссылку с указанием параметров вывода предыдущего объекта на новые. В данном случае на следующем шаге Draw выведет на экран – окружность. }

Procedure Draw (aColor:word);virtual;

end;

TRect= object(TLine) {TRect – потомок объекта TLine}

Procedure Draw (aColor:word);virtual;

end;

{Описание методов (- «телодвижений» объектов) производится обычным для Паскаля способом в любом месте раздела описаний (обычно в разделе Implementation объектного модуля), но после описания объекта.}

Implementation

{Исполняемая часть содержит описания всех объектных методов}

Uses Graph;

Constructor TGraphObj.Init; {Инициализируется родительский объект TGraphObj. Далее используется виртуальный метод Draw, по-этому вместо слова Procedure используется слово Constructor }