Михаил Шохирев - Язык программирования Perl
Библиотеки, пакеты и модули, изученные в этой лекции, позволяют программисту рационально организовать собственные программы, когда они начинают разрастаться в объеме. А изученные приемы работы со стандартными библиотеками и дополнительными модулями помогут рационально воспользоваться компонентами, которые создали, отладили и протестировали другие разработчики.
Лекция 14. Объектное программирование
Лекция посвящена разработке программ на Perl с использованием объектного подхода. Это общепринятая современная технология программирования, позволяющая бороться со сложностью создаваемых программ путем классификации объектов и моделирования их поведения.
Цель лекции: научиться писать программы на Perl с применением технологии объектного программирования. Освоить способы описания классов и приемы работы с объектами, включая свойства и методы классов.
Технология объектно-ориентированного программирования представляет из себя современный подход к созданию информационных систем, основанный на применении программных объектов, моделирующих состояние и поведение реальных сущностей. Не углубляясь в теорию, можно дать такие неформальные определения основным терминам, применяемым в объектно-ориентированном программировании:
[x]. Класс (class) - это именованное описание для однотипных сущностей их неотъемлемых характеристик (атрибутов) и их поведения (методов). Примеры классов: "Личность", "Хоббит", "Маг".
[x]. Объект (object) - это сущность, относящаяся к определенному классу, хранящая набор конкретных значений данных и предоставляющая для их обработки методы, предусмотренные классом. Примеры объектов: "хоббит по имени Фродо Бэггинс", "маг по имени Гэндальф". Синоним термина "объект": экземпляр (instance) класса.
[x]. Атрибут (attribute) - описание характеристики объекта, значение которой будет храниться в объекте. Примеры атрибутов: "имя", "рост". Набор конкретных значений атрибутов является текущим состоянием (state) объекта. Пример значения атрибута: "имя - Гэндальф". Синонимы термина "атрибут": свойство (property), переменная объекта (object variable), переменная экземпляра (instance variable), данные-элементы (member data).
[x]. Метод (method) - это действие объекта, изменяющее его состояние или реализующее другое его поведение. Пример методов: "назвать свое имя", "стать невидимым". Синонимы термина "метод": операция (operation), функция-элемент (member function).
[x]. Инкапсуляция (encapsulation) - это (1) объединение в объекте набора данных и методов работы с ними; (2) принцип ограничения доступа к данным объекта, когда работать с ними можно только через его методы (скрытие данных).
[x]. Наследование (inheritance) - это создание нового класса на основе существующего с целью добавить к нему новые атрибуты или изменить его поведение. Пример наследования: на основании класса "Личность" создаются его подклассы "Хоббит", "Маг", "Эльф" и "Человек", каждый из которых обладает свойствами и поведением "Личности", но добавляет собственные свойства и меняет поведение.
[x]. Полиморфизм (polymorphism) - это различное поведение объектов, принадлежащих к различным классам, при обращении к одинаково названному методу. Пример полиморфизма: в ответ на призыв "К оружию!" гном схватит боевой топор, эльф приготовит лук и стрелы, а хоббит спрячется за дерево.
Но программистам, пишущим на Perl, можно не запоминать эти труднопроизносимые термины. Объектный подход к программированию реализуется в Perl изящно и легко - при помощи уже известных нам понятий и конструкций.
В нынешней версии Perl нет специальных синтаксических конструкций для выражения идей объектно-ориентированной технологии. Поэтому Perl нельзя назвать объектно-ориентированным языком, но он поддерживает объектный подход при разработке программ. Для создания программ с использованием объектов применяются имеющиеся в языке средства, которые сводятся к нескольким простым соглашениям:
[x]. Класс - это пакет, в котором описаны методы, реализующие поведение создаваемых объектов.
[x]. Объект - это переменная (или замыкание), на которую указывает ссылка, связанная с именем пакета.
[x]. Метод - это подпрограмма из пакета, доступ к которой происходит по ссылке на объект, которую он получает в качестве первого аргумента.
[x]. Атрибуты объекта хранятся в динамически создаваемых переменных, чаще всего - в анонимных хэшах.
[x]. Наследование - это поиск методов, не найденных в текущем пакете, в пакетах, перечисленных в специальном массиве @ISA.
Теперь рассмотрим примеры описания классов средствами языка Perl и приемы работы с объектами.
Класс описывается в виде одноименного пакета, в котором размещаются определения методов, реализующих поведение объектов этого класса. Описания одного или нескольких классов сохраняются в виде модуля. Как минимум один из методов класса отвечает за создание объектов класса. Такой метод называется конструктором (constructor) и обычно носит имя new (или его имя совпадает с именем класса). Для хранения атрибутов объекта очень часто применяется анонимный хэш, ключи которого задают имена атрибутов. Первым аргументом конструктор получает имя класса, которое он использует для преобразования ссылки на анонимный хэш в ссылку на объект указанного класса. Это "магическое" превращение выполняется с помощью встроенной функции bless ("благословить"), благодаря которой каждый созданный объект помечается принадлежащим к определенному классу. После этого при обращении к методам объекта они отыскиваются в пакете с таким же именем. Вот как происходит превращение объекта "ссылка" в объект определенного класса:
my $class = 'Hobbit'; # имя класса в виде строки my $object = { }; # ссылка на анонимный хэш, # где будут храниться данные объекта, bless($object, $class); # "благословляется" указывать # на объект класса $class
Для примера опишем класс "Личность" (Person), сохранив его в файле Person.pm. Начало описания класса будет выглядеть так:
package Person; # класс - это пакет sub new { # метод-конструктор объектов my $class = shift; # 1-й параметр ссылка на имя класса my $self = {}; # контейнер для атрибутов объекта $self->{name} = ''; # начальные значения атрибутов bless($self, $class); # "благословить" объект ссылки return $self; # вернуть ссылку на созданный объект }
Затем в описании класса обычно определяются методы для доступа к атрибутам объекта. Для примера определим метод для доступа (accessor) к атрибуту 'name' ("имя") и метод для изменения его значения (modifier).
sub say_name { # метод доступа (accessor) к атрибуту name my ($self) = @_; # получить ссылку на объект return $self->{name}; # вернуть значение атрибута } sub give_name { # метод изменения (modifier) атрибута name my $self = $_[0]; # 1-й аргумент: ссылка на объект $self->{name} = $_[1]; # 2-й аргумент: новое значение } 1; # истинное значение требуется для use __END__ # конец описания класса
В классе описываются методы для работы с атрибутами объектов класса, причем часто один метод используется для чтения и для изменения значения атрибута. В примере опишем метод для чтения и записи (mutator) свойства 'height' ("рост"):
sub height { # метод чтения и записи атрибута height my $self = shift; # извлечь ссылку на объект $self->{height} = shift # присвоить новое значение, if @_; # если передан аргумент return $self->{height}; # вернуть значение атрибута }
Обратите внимание, что описание класса значительно проще, чем описание традиционного модуля. Для работы с классом не требуется никаких списков экспортирования имен. Вместо этого описываются методы, которые можно рассматривать как сервисы, предоставляемые классом для взаимодействия с каждым из конкретных экземпляров класса. Набор методов для управления поведением объекта называют его интерфейсом. Для работы с объектами класса достаточно знать этот интерфейс, не вдаваясь в детали реализации поведения объектов.
В программе, в которой применяются объекты описанного класса, мы увидим вполне знакомую нотацию, когда подпрограммы вызываются при помощи ссылочных переменных и операции ->. В объектной терминологии это называется обращением к методам объектов (или отправка сообщения объекту). Приведем пример создания двух объектов одного класса, каждый из которых обладает собственными значениями свойств:
# способ обращения к методам через ссылки на объекты use Person; # будем использовать этот класс # создать объект класса, my $hobbit = Person->new(); # вызвав его конструктор # задать значение свойства, обратившись к методу объекта $hobbit->give_name('Фродо Бэггинс'); # создать другой объект my $dwarf = Person->new; # () не обязательны $dwarf->give_name('Гимли'); # задать значение свойства # запросить значения свойств, обратившись к методам print $hobbit->say_name(), ' ', $dwarf->say_name, "n";
