This is an old revision of the document!
====== Εισαγωγή στον Αντικειμενοστραφή Προγραμματισμό ====== Κεντρικό στοιχείο του Αντικειμενοστραφούς Προγραμματισμού είναι η χρήση αντικειμένων. Τα αντικείμενα στον αντικειμενοστραφή προγραμματισμό τείνουν να προσομοιάσουν ευρύτερες έννοιες που υφίστανται στον πραγματικό κόσμο. Παραδείγματα αντικειμένων μπορεί να είναι τα ακόλουθα: * το αυτοκίνητο * το ποδήλατο * το τρένο Τα "αντικείμενα" στον πραγματικό κόσμο έχουν δύο βασικά χαρακτηριστικά: - **Κατάσταση (state):** Καθε αντικείμενο διέπεται από συγκεκριμένα χαρακτηριστικά που ορίζουν την κατάσταση του. Για παράδειγμα ένα αυτοκίνητο έχω συγκεκριμένο χρώμα, ανήκει σε συγκεκριμένο μοντέλο και κάθε χρονική στιγμή έχει μία ταχύτητα και μία κατεύθυνση κίνησης. Τα παραπάνω χαρακτηριστικά διέπουν όλα τα αυτοκίνητα, αλλά κάθε αυτοκίνητο έχει τις δικές του τιμές οι οποίες μπορεί να διαφέρουν από τις τιμές άλλων αυτοκινήτων. - **Συμπεριφορά (behaviour)**: Κάθε αντικείμενο διέπεται από συγκεκριμένους κανόνες συμπεριφοράς. Για παράδειγμα σε ένα αυτοκίνητο εάν στρίψουμε το τιμόνι στα αριστέρά το αυτοκίνητο κινείται αριστερά. __Ο παραπάνω γενκός κανόνας ισχύει για όλα τα αυτοκίνητα__. Η σχέση μεταξύ της γωνίας στροφής του τιμονιού του αντοκινήτου και της αλλαγή πορείας που αυτή συνεπάγεται μπορεί να διαφέρει μεταξύ διαφορετικών μοντέλων. Σε αναλογία των παραπάνω, τα αντικείμενα στον αντικειμενοστραφή προγραμματισμό διαθέτουν: * **Δεδομένα //(μεταβλητές)//:** Τα δεδομένα περιγράφουν την κατάσταση του κάθε αντικειμένου και μπορεί η τιμή τους να διαφέρει από αντικείμενο σε αντικείμενο. * **Μεθόδους //(συναρτήσεις)//:** Οι μέθοδοι περιγράφουν την συμπεριφορά του αντικειμένου και είναι κοινές για όλα τα αντικείμενα ενός συγκεκριμένου τύπου. Για παράδειγμα όλα τα αυτοκίνητα ενός συγκεκριμένου μοντέλου διέπονται απο΄την ίδια σχέση μεταξύ της γωνίας στροφής του τιμονιού και της γωνίας στροφής των δύο μπροστινών τροχών. ===== Η Κλάση ===== Τα αντικείμενα που περιγράψαμε παραπάνω αποτελούν (εναλλακτικές) υλοποιήσεις ενός βασικού σχεδίου. Για παράδειγμα, όταν παράγεται ένα αυτοκίνητο, αυτό αποτελεί υλοποίηση του βασικού σχεδίου του αυτοκινήτου, έτσι όπως αυτό υλοποιείται από το εργαστάσιο κατασκευής. Μέρος του **σχεδίου** είναι η ύπαρξη κάποιων παραμέτρων όπως το χρώμα ή το επίπεδο του εξοπλισμού. | Τον ρόλο του **σχεδίου** με την έννοια που αναφέρεται παραπάνω τον παίζει η **κλάση**. Η κλάση αποτελεί το σχέδιο με βάση το οποίο αντικείμενα του συγκεκριμένου τύπου της κλάσης υλοποιούνται σε ένα πρόγραμμα. Τα αντικείμενα μιας κλάσης διέπονται από τις ίδιες //εσωτερικές μεταβλητές// (δεδομένα) και από τις ίδιες //συμπεριφορές// (συναρτήσεις). Τα αντικείμενα της ίδιας κλάσης μπορεί να διαφέρουν ως προς το περιεχόμενο των //εσωτερικών τους μεταβλητών//. | {{ :oop:class-object.png ?200|}} | | Το διπλανό σχήμα απεικονίζει διαφορετικές υλοποιήσεις ενός αυτοκινήτου με βάση το αρχικό σχέδιο του συγκεκριμένου μοντέλου. Αντιστρέφοντας το παράδειγμα του αυτοκινήτου, όλα τα αυτοκίνητα του συγκεκριμένου μοντέλου αποτελούν υλοποιήσεις του ίδιου αρχικού σχεδίου. | {{:oop:astra-class-object.png?250 }} | ==== Κατασκευαστές της Κλάσης (Class Constructors) ==== Στον πραγματικό κόσμο μπορούμε να έχουμε διαφορετικές υλοποιήσεις ενός σχεδίου, διαφοροποιώντας κάποιες αρχικές παραμέτρους στο σχέδιο αυτό. Για παράδειγμα, μπορούμε να έχουμε διαφορετικές εκδόσεις για τα αυτοκίνητα ενός μοντέλου (π.χ. διαφοροποίηση στο επίπεδο του εξοπλισμού ή στο χρώμα). Ανάλογα, στον αντικειμενοστραφή προγραμματισμό, μία κλάση μπορεί να δώσει διαφοροποιημένα αντικείμενα. Κάθε αντικείμενο υλοποιείται από μία μέθοδο που καλείται κατασκευαστής (//constructor//). Ο κατασκευαστής της κλάσης υλοποιεί το κάθε αντικείμενο με βάση το σχέδιο της κλάσης μπορεί να κληθεί για διαφορετικά αντικείμενα με διαφορετικές παραμέτρους, οδηγώντας τελικά σε διαφοροποιημένα αντικείμενα ως προς τα χαρακτηριστικά τους. Mια κλάση μπορεί να έχει περισσότερους του ενός κατασκευαστές. Οι κατασκευαστές κάνουν τα εξής: * Δεσμεύουν την απαραίτητη μνήμη για το νέο αντικείμενο. * Αρχικοποιούν το αντικείμενο με βάση τις αρχικές τιμές των παραμέτρων με τις οποίες καλείται ο κατασκευαστής. ==== Περιεχόμενα της Κλάσης ==== Κάθε κλάση περιέχει κατά βάση τρία (3) πράγματα: - **Δεδομένα**. Τα δεδομένα διακρίνονται σε: * Βασικούς τύπους δεδομένων (Primitive Types), char, int, long, float, double, arrays κλπ * Σύνθετους τύπους δεδομένων (Reference Types), Strings, Arrays, Objects κλπ - **Kατασκευαστές αντικειμένων**. - **Μεθόδους** (το αντίστοιχο των συναρτήσεων στην γλώσσα C) ==== Κληρονομικότητα ==== Στον πραγματικό κόσμο πολλά πράγματα μοιράζονται κοινά χαρακτηριστικά. Για παράδειγμα: * Υπάρχουν επιμέρους τύποι ποδηλάτων, όπως mountain, street, bmx κλπ * Υπάρχουν επιμέρους τύποι αυτοκινήτων, sport, 4x4, sedan, coupe, supercars, luxury cars. Γενικά, μπορούμε να ορίσουμε κλάσεις που περιγράφουν γενικότερες έννοιες και στην συνέχεια να τις εξειδικεύσουμε περιγράφοντας έννοιες πιο ειδικές. Για παράδειγμα, για ένα τζιπ επιβατικό αυτοκίνητο μπορεί να οριστεί η παρακάτω ιεραρχία. //**Αυτοκινούμενο όχημα** --> **Τετράτροχο αυτοκινούμενο όχημα** --> **Επιβατικό τετράτροχο αυτοκινούμενο όχημα** -> **Επιβατικό τετράτροχο αυτοκινούμενο όχημα για χρήση εκτός δρόμου (τζιπ)** --> **Επιβατικό τετράτροχο αυτοκινούμενο όχημα για χρήση εκτός δρόμου (τζιπ) - συγκεκριμένο μοντέλο **//. Με βάση την παραπάνω ιεραρχία, μπορούμε να ορίσουμε την αρχική κλάση του αυτοκινούμενου οχήματος, την οποία στη συνέχεια να εξειδικεύσουμε σε πιο ειδικές κλάσεις. Οι γλώσσες αντικειμενοστραφούς προγραμματισμού δίνουν την δυνατότητα να δημιουργηθούν ιεραρχίες κλάσεων (//σχεδίων//), όπου οι πιο ειδικές κλάσεις (**υποκλάσεις - __Sub Classes__**) κληρονομούν τα χαρακτηριστικά των **γονικών (__Super Classes__)** κλάσεων, τα οποία εξειδικεύουν περαιτέρω. | Στο διπλανή εικόνα παρουσιάζεται το παράδειγμα κληρονομικότητας της κλάσης του ποδηλάτου. Από την γενική κλάση του ποδηλάτου προκύπτουν δύο επιμέρους κλάσεις **α)** το ποδήλατο για δύο επιβάτες **β)** το ποδήλατο με ταχύτητες. | {{:oop:bicycle-hierarchy.png?300 |}} | === Επαναχρησιμοποίηση κώδικα με βάση την ιδιότητα της κληρονομικότητας === Η ιδιότητα της κληρονομικότητας μας επιτρέπει να επαναχρησιμοποιούμε και να επεκτείνουμε υφιστάμενο κώδικα, δημιουργώντας πιο σύνθετες κλάσεις. Στο παράδειγμα του παραπάνω σχήματος η βασική κλάση του ποδηλάτου επεκτείνεται στην κλάση του ποδηλάτου με ταχύτητες προσθέτοντας - μία μεταβλητή που αποθηκεύει την τρέχουσα ταχύτητα του ποδηλάτου - και 3 μεθόδους: μία μέθοδο που αυξάνει την ταχύτητα του ποδηλάτου κατά μία θέση στο γρανάζι, μία μέθοδο που μειώνει την ταχύτητα ποδηλάτου κατά μία θέση στο γρανάζι και μία μέθοδο που επιστρέφει την τρέχουσα ταχύτητα ποδηλάτου. ==== Διεπαφές - Interfaces ==== Τα αντικείμενα στον πραγματικό κόσμο ορίζουν την διεπαφή τους με τον έξω κόσμο μέσα από συγκεκριμένα εργαλεία που καταλήγουν σε συγκεκριμένες πράξεις. Για παράδειγμα, * τα κουμπιά του υπολογιστή ή του κινητού τηλεφώνου ή της τηλεόρασης ορίζουν τις δυνατότητες αλληλεπίδρασης με την συσκευή. * το τιμόνι του ποδηλάτου ορίζει την πορεία του και η ταχύτητα κίνησης των πεταλιών ορίζει την ταχύτητα κίνησης του ποδηλάτου στον δρόμο. Ανάλογη είναι η λειτουργία της **διεπαφής** για τον αντικειμενοστραφή προγραμματισμό. Ορίζουμε μία **διεπαφή**, ως ένα σύνολο από μεθόδους, δίνοντας μόνο τους ορισμούς των μεθόδων, χωρίς την υλοποίηση τους. Εάν μία κλάση υλοποιεί ΟΛΕΣ τις μεθόδους μιας διεπαφής, τότε η κλάση είναι σύμφωνη με την συγκεκριμένη διαπεφή. Ο τρόπος που υλοποιεί κάθε κλάση τις μεθόδους της διεπαφής, είναι εσωτερικό θέμα της κλάσης και δεν ελέγχεται από την διεπαφή. Επιπλέον, μία κλάση μπορεί να υλοποιεί μία ή περισσότερες διεπαφές. <WRAP tip> Στη γλώσσα Java o μεταγλωτιστής απαιτεί τη υλοποίηση όλων των μεθόδων που ορίζει η διεπαφή από την κλάση που την υλοποιεί. </WRAP> Για παράδειγμα στη γλώσσα Java μπορεί να οριστεί η παρακάτω διεπαφή <code java> interface Bicycle { void changeCadence(int newValue); void changeGear(int newValue); void speedUp(int increment); void applyBrakes(int decrement); } </code> Η παρακάτω κλάση υλοποιεί το interface Bicycle ως εξής: <code java> class ACMEBicycle implements Bicycle { int cadence = 0; int speed = 0; int gear = 1; void changeCadence(int newValue) { cadence = newValue; } void changeGear(int newValue) { gear = newValue; } void speedUp(int increment) { speed = speed + increment; } void applyBrakes(int decrement) { speed = speed - decrement; } void printStates() { System.out.println("cadence:" + cadence + " speed:" + speed + " gear:" + gear); } } </code> ==== Πλεονεκτήματα του Αντικ/στραφούς Προγραμματισμού ==== * **Modularity:** O κώδικας μίας κλάσης μπορεί να σχεδιαστεί και να αναπτυχθεί εντελώς ανεξάρτητα από τον κώδικα άλλης κλάσης. Η υλοποίηση μίας κλάσης μπορεί να αλλάξει ριζικά χωρίς να επηρεαστεί ο κώδικας των κλάσεων που χρησιμοποιούν τη συγκεκριμένη κλάση. * **Απόκρυψη πληροφορίας:** Στον αντικειμενοστραφή προγραμματισμό δεν μας ενδιαφέρει η εσωτερική υλοποίηση κάθε κλάσης αλλά μόνο οι δημόσιες (public) μέθοδοι που υλοποιεί. * **Επαναχρησιμοποίση κώδικα:** Η κλάση σχεδιάζεται έτσι ώστε να μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί και σε άλλα προγράμματα. * **Επεκτασιμότητα:** Η κλάση μπορεί να επεκταθεί μέσω της κληρονομικότητας σε πιο ειδικές κλάσεις. * **Ευκολότερη αποσφαλμάτωση:** Κατά την αποσφαλμάτωση ο αρχικός έλεγχος μπορεί να γίνει σε επίπεδο κλάσης (**Unit testing**). Αλλαγές σε μία κλάση δεν συνεπάγονται αλλαγές και σε άλλα σημεία του προγράμματος που χρησιμοποιούν την κλάση αυτή. * **Μία ομάδα προγραμματιστών μπορεί να εργαστεί παράλληλα:** * Ορίζονται τα κατάλληλα interfaces που πρέπει να υλοποιηθούν * Κάθε προγραμματιστής ή ομάδα υλοποιεί τις επιμέρους κλάσεις που του/της ανατίθενται. * Ο έλεγχος και η αποσφαλμάτωση του κώδικα σε μεγάλο βαθμό γίνεται διακριτά ανά κλάση ή ομάδα κλάσεων. * Εάν μία κλάση δεν είναι καλά σχεδιασμένη ή υλοποιημένη μπορούμε να την ξαναγράψουμε από την αρχή χωρίς να επηρεαστεί ο υπόλοιπος κώδικας. * Στον αντικειμενοστραφή προγραμματισμό η φάση του σχεδιασμού είναι εξαιρετικά σημαντική. Καλός σχεδιασμός σημαίνει συντηρήσιμος, ευκολότερος στην ανάπτυξη κώδικας. | Επόμενο: [[:java:class | Η κλάση]]|
