Объектно-ориентированное программирование простым языком — объясняют эксперты

Самый простой способ объяснить и понять ООП — воспользоваться метафорой. Метафорой объекта в ООП является объект реального мира, например, человек. Объекты надо отличать между собой и у них есть что-то, что их определяет. Например, для человека это может быть имя, когда мы говорим про нашего знакомого Васю, и все понимают о ком речь. Люди неким образом похожи друг на друга. Подмножество людей, обладающих одинаковым набором свойств (имя, фамилия, возраст и т.д.) и общим поведением, будет называться класс. Возьмем для примера сотрудников нашей компании. Для каждого из нас определен департамент (я, например, в департаменте разработки ПО числюсь, ДРПО), должность, уровень зарплаты и т.д. Эти свойства обычно определяют в момент, когда в компанию приходит новый сотрудник. У человека можно запросить информацию по его навыкам или попросить помочь коллеге — это общее поведение для всех сотрудников.

Зарплату сотрудника знает он сам, его руководитель и бухгалтер, остальные — нет. Такое сокрытие данных называется инкапсуляция. Какие свойства и поведение будет доступно другим объектам обычно определяется на уровне класса. Руководитель отдела также является сотрудником, но он обладает рядом дополнительных свойств, например, у него есть подчиненные. Таким образом класс «руководитель», расширяет класс «сотрудник» или, другими словами, происходит наследование. При этом между классами устанавливается отношение «является» — то есть любой руководитель является сотрудником, но не наоборот — не каждый сотрудник является руководителем. Если у класса больше одного наследника, то образуется иерархия. Классы, которые являются родственниками в иерархии не связаны отношением «является», например, бухгалтер является сотрудником, но бухгалтер не является руководителем.

При помощи этих правил иерархию можно проверить на корректность. Если взять ведомость со списком всех сотрудников, в нее очевидным образом попадут и руководители, и бухгалтеры, но в общем списке они не будут отличаться от других сотрудников. Если мы захотим уточнить список подчиненных у каждого руководителя, то нам понадобится подготовить отдельную ведомость со свойствами, специфичными для класса «руководитель». Такое свойство объектов называется полиморфизмом, где состав свойств и поведение будет определяться классом, через который мы смотрим на объект: мы можем обращаться к объекту, как и к любому из предков его класса, но это не верно для потомков или других родственников.

Так мы рассмотрели, как связаны объекты и классы, и такие понятия, как: инкапсуляция, наследование и полиморфизм. Все это — базовые понятия ООП.

Объектно-ориентированное программирование – это подход, при котором вся программа рассматривается как набор взаимодействующих друг с другом объектов. При этом нам важно знать их характеристики.

У каждого объекта в системе есть свойства и поведение, как и у любого реального объекта. Например, рассмотрим объект «машина». У него есть свойства (цвет, вес, стоимость) и поведение (машина может ехать, сигналить, потреблять топливо).

Такой подход помогает строить сложные системы более просто и естественно благодаря тому, что вся предметная область разбивается на объекты и каждый из них слабо связан с другими объектами. Слабая связанность возникает вследствие соблюдения трех принципов: инкапсуляции, наследования и полиморфизма.

1. Инкапсуляция – сокрытие поведения объекта внутри него. Объекту «водитель» не нужно знать, что происходит в объекте «машина», чтобы она ехала. Это ключевой принцип ООП.
2. Наследование. Есть объекты «человек» и «водитель». У них есть явно что-то общее. Наследование позволяет выделить это общее в один объект (в данном случае более общим будет человек), а водителя — определить как человека, но с дополнительными свойствами и/или поведением. Например, у водителя есть водительские права, а у человека их может не быть.
3. Полиморфизм – это переопределение поведения. Можно снова рассмотреть «человека» и «водителя», но теперь добавить «пешехода». Человек умеет как-то передвигаться, но как именно, зависит от того, водитель он или пешеход. То есть у пешехода и водителя схожее поведение, но реализованное по-разному: один перемещается ногами, другой – на машине.

ООП позволяет упростить сложные объекты, составляя их из более маленьких и простых, поэтому над программой могут работать сотни разработчиков, каждый из которых занят своим блоком. Большинство современных языков программирования — объектно-ориентированные, и, однажды поняв суть, вы сможете освоить сразу несколько языков.

Методология объектно-ориентированного программирования (ООП) подразумевает представление всей программы или ее частей объектами. У каждого объекта есть тип — в ООП он называется классом. Классы можно объявлять или наследовать и создавать из них экземпляры. Собственно, объект — это и есть экземпляр класса.

Обычно объект объединяет в себе данные и методы для работы с ними. Представим, что у нас есть тип «Позвоночное существо», у которого есть свойство «Класс». У каждого из Позвоночных существ это свойство равно одному из пяти значений: Рыба, Земноводное, Птица, Пресмыкающееся, Млекопитающее. Добавим метод получить_класс — он будет возвращать это значение. Далее объявим тип «Человек», который наследует типу «Позвоночное существо». Создадим несколько экземпляров: Иван Иванов, Марина Иванова, Антон Антонов. Добавим присущие только Человеку свойства: Имя и Фамилию. У каждого из них будет метод получить_имя/получить_фамилию, а также перешедший от Позвоночного существа метод получить_класс.

Так можно продолжать сколь угодно долго: повторно описывать методы родительских классов нам не нужно, и любой экземпляр класса будет обладать заявленными свойствами.

Основные задачи ООП — структурировать код, повысить его читабельность и ускорить понимание логики программы. Косвенно выполняются и другие задачи: например, повышается безопасность кода и сокращается его дублирование.

Дело в том, что человеку гораздо удобнее работать с реальными объектами, чем отдельно с набором данных и функциями. Представляя данные в программе как свойства объекта, а функции по обработке данных — как возможные методы объекта, мы приближаем процесс программирования к процессу описания метода решения задачи. Это достигается за счет добавления знакомой человеку структуры абстракций: ведь даже язык, на котором мы говорим, следует принципам ООП. У каждой буквы есть произношение и написание, каждое слово включает буквы и имеет свое произношение и написание, то же верно и для предложений, и для более крупных конструкций. Все в этом мире — объект!

Главное, о чем не стоит забывать: ООП — это не единственная парадигма. У нее есть свои плюсы и минусы, для каких-то задач она подходит, для каких-то — нет. Например, ООП не даст особых преимуществ, если вы пишете «однострочники» и простые скрипты. Однако в больших проектах неразделенный на отдельные сущности код быстро превратится в «лапшу» и перестанет читаться, и ООП здесь сильно упростит работу.

Наиболее классическое определение, к которому прибегают при необходимости объяснить что такое ООП, это — «способ моделирования реального мира».‎ Можно предположить, что ООП делает код более простым и наглядным, однако такая формулировка слишком размыта и уклончива, она не открывает самой сути ООП.

ООП стоит на трёх китах:

• Инкапсуляция — способ спрятать сложную логику внутри класса, предоставив программисту лаконичный и понятный интерфейс для взаимодействия с сущностью.
• Наследование — способ легко и просто расширить существующий класс, дополнив его функциональностью.
• Полиморфизм — принцип «один интерфейс — множество реализаций». Например, метод print может вывести текст на экран, распечатать его на бумаге или вовсе записать в файл.

Если резюмировать: ООП даёт контроль над зависимостями в коде. Это способ сделать так, чтобы высокоуровневый код не зависел от низкоуровневой реализации. ООП позволяет вести разработку раздельно, поскольку взаимодействие между сущностями определено интерфейсами.

Суть ООП заключается в том, чтобы представить программу в виде объектов, которые каким-то образом взаимодействуют друг с другом.

Все, что угодно, можно представить в виде объекта: человека, воздушный шарик, сообщение в мессенджере. У объекта могут быть свойства, например, цвет – красный, размер – большой. Также у объекта могут быть методы для совершения операций. Например, если объект телевизор, вызываем метод «включить», и телевизор включается.

Объект — это экземпляр какого-то класса. Класс — это шаблон, в котором описаны все свойства будущего объекта и его методы. При этом если класс воздушного шарика определяет свойство цвет, то сам класс никакого значения цвета не имеет. Но экземпляры этого класса, которых, к слову, можно создавать сколько угодно, уже будут раскрашены в любые цвета.

Классы могут выстраиваться в хитрые витиеватые структуры. Чем структура хитрее, тем программа гибче, легче поддается изменениям и внедрениям нового функционала, но не обязательно. Такие слова как наследование, полиморфизм, инкапсуляция позволяют создавать структуры объектов еще витиеватее, при этом избавляют код от дублирования и делают его интуитивно понятным, но не всегда.

Понимание только лишь принципа работы объектов не сделает человека ООП-гуру. Суть мастерства ООП в умении конструировать многоуровневые структуры из классов, при этом оставляя код читаемым, надежным и гибким. Чтобы это постичь, потребуется пройти долгий и изнурительный путь, но в конечном итоге ООП станет лучше.

Часто статьи про ООП начинаются с кучи терминов, теории и сложных объяснений подходов и парадигм. В своем курсе программирования на Java для начинающих в Воронежском государственном университете я сначала объясняю на практике роль объектов, их связь и операции с ними, используя обычные слова, которые мы используем в повседневной жизни. Например, инкапсуляцию удобно объяснять с помощь магазина, где есть витрина, на которой все видно и красиво расставлено и есть склад, куда обычного покупателя не пускают.

Когда студенты начинают понимать и могут строить объектные модели, можно вводить первые термины, такие как: инкапсуляция, наследование и полиморфизм. Понимая работу ООП на практике, даже на совсем примитивном уровне, эти слова уже не кажутся такими страшными и непонятными. Дальше я ввожу больше теории и обязательно добавляю практические вещи, например, паттерны проектирования.

Проще говоря, преподавать ООП стоит от практики к теории. Очень много в этом процессе дают правильные примеры. В первое время они должны отражать окружающий нас мир и только потом трансформироваться в абстракции и переходить к языку программирования.