Хэл Фултон - Программирование на языке Ruby
Одна из наиболее далеко идущих идей — концепция объектно-ориентированного программирования (ООП). Многие скажут, что значимость ООП имеет скорее эволюционный, нежели революционный характер, но никто не возразит против того, что оно оказало огромное влияние на индустрию. Двадцать пять лет назад объектная ориентированность представляла в основном академический интерес; сегодня это универсально принятая парадигма.
Вездесущность ООП породила много «рекламной чепухи» в индустрии. В классической работе, написанной в конце 1980-х годов, Роджер Кинг отметил: «Если вы хотите продать кошку специалисту по компьютерам, скажите, что она объектно-ориентированная». Мнения по поводу того, что на самом деле представляет собой ООП, весьма неоднородны, и даже среди тех, кто разделяет общую точку зрения, имеются разногласия относительно терминологии.
Мы не ставим себе целью поучаствовать в спорах. Мы согласны, что ООП — полезный инструмент и ценная методология решения задач; мы не утверждаем, что она способна излечить рак.
Что касается истинной природы ООП, то у нас есть любимые определения и термины, но мы пользуемся ими лишь для эффективного общения, так что пререкаться по поводу смысла слов не станем.
Обо всем этом пришлось сказать лишь потому, что знакомство с основами ООП необходимо для чтения этой книги и понимания примеров и подходов. Что бы ни говорили о Ruby, он безусловно является объектно-ориентированным языком.
1.1. Введение в объектно-ориентированное программирование
Прежде чем начать разговор о самом языке Ruby, неплохо было бы потолковать об объектно-ориентированном программировании вообще. Поэтому сейчас мы вкратце рассмотрим общие идеи, лишь слегка касаясь Ruby.
1.1.1. Что такое объект
В объектно-ориентированном программировании объект — фундаментальное понятие. Объект — это сущность, служащая контейнером для данных и управляющая доступом к этим данным. С объектом связан набор атрибутов, которые в сущности представляют собой просто переменные, принадлежащие объекту. (В этой книге мы будем без стеснения употреблять привычный термин «переменная» в применении к атрибутам.) Кроме того, с объектом ассоциирован набор функций, предоставляющих интерфейс к функциональным возможностям объекта. Эти функции называются методами.
Важно отметить, что любой объектно-ориентированный язык предоставляет механизм инкапсуляции. В общепринятом смысле это означает, во-первых, что атрибуты и методы объекта ассоциированы именно с этим объектом, а во-вторых, что область видимости атрибутов и методов по умолчанию ограничена самим объектом (применение принципа сокрытия информации).
Объект считается экземпляром класса объекта (обычно он называется просто классом). Класс можно представлять себе как чертеж или образец, а объект — как вещь, изготовленную по этому чертежу. Также класс часто называют абстрактным типом, то есть типом более сложным, нежели целое или строка символов.
Создание объекта (экземпляра класса) называют инстанцированием. В некоторых языках имеются явные конструкторы и деструкторы — функции, выполняющие действия, необходимые соответственно для инициализации и уничтожения объекта. Отметим попутно, что в Ruby есть нечто, что можно назвать конструктором, но никакого аналога деструктора не существует (благодаря наличию механизма сборки мусора).
Иногда возникает ситуация, когда некоторые данные имеют широкую область видимости, не ограниченную одним объектом, и помещать копию такого атрибута в каждый экземпляр класса неправильно. Рассмотрим, к примеру, класс MyDogs и три объекта этого класса: fido, rover и spot. У каждой собаки могут быть такие атрибуты, как возраст и дата вакцинации. Предположим, однако, что нужно сохранить еще и имя владельца всех собак. Можно, конечно, поместить его в каждый объект, но это пустая трата памяти, к тому же искажающая смысл дизайна. Ясно, что атрибут «имя владельца» принадлежит не отдельному объекту, а классу в целом. Такие атрибуты (синтаксис их определения в разных языках различен) называются атрибутами класса (или переменными класса).
Есть немало ситуаций, в которых может понадобиться переменная класса. Допустим, например, что нужно знать, сколько всего было создано объектов некоторого класса. Можно было бы завести переменную класса, инициализировать ее нулем и увеличивать на единицу при создании каждого объекта. Эта переменная ассоциирована именно с классом, а не с каким-то конкретным объектом. С точки зрения области видимости она не отличается от любого другого атрибута, но существует лишь одна ее копия для всего множества объектов данного класса.
Чтобы отличить атрибуты класса от обыкновенных атрибутов, последние часто называют атрибутами объекта (или атрибутами экземпляра). Условимся, что в этой книге под словом «атрибут» понимается атрибут экземпляра, если явно не оговорено, что это атрибут класса.
Точно так же методы объекта служат для управления доступом к его атрибутам и предоставляют четко определенный интерфейс для этой цели. Но иногда желательно или даже необходимо определить метод, ассоциированный с самим классом. Неудивительно, что метод класса управляет доступом к переменным класса, кроме того, выполняя действия, распространяющиеся на весь класс, а не на какой-то конкретный объект. Как и в случае с атрибутами, мы будем считать, что метод принадлежит объекту, если явно не оговорено противное.
Стоит отметить, что в некотором смысле все методы являются методами класса. Не нужно думать, что, создав сто объектов, мы породили сотню копий кода методов! Однако правила ограничения области видимости гласят, что метод каждого объекта оперирует данными только того объекта, от имени которого вызван. Тем самым у нас создается иллюзия, будто методы объекта ассоциированы с самими объектами.
1.1.2. Наследование
Мы подходим к одной из самых сильных сторон ООП — наследованию. Наследование —- это механизм, позволяющий расширять ранее определенную сущность путем добавления новых возможностей. Короче говоря, наследование - это способ повторного использования кода. (Простой и эффективный механизм повторного использования долго был Святым Граалем в информатике. Много десятилетий назад его поиски привели к изобретению параметризованных процедур и библиотек. ООП - лишь одна из последних попыток реализации искомого.)
Обычно наследование рассматривается на уровне класса. Если нам необходим какой-то класс, а в наличии имеется более общий, то можно определить свой класс так, чтобы он наследовал поведение уже существующего. Предположим, например, что есть класс Polygon, описывающий выпуклые многоугольники. Тогда класс прямоугольника Rectangle можно унаследовать от Polygon. При этом Rectangle будет иметь все атрибуты и методы класса Polygon. Так, может уже быть написан метод, вычисляющий периметр путем суммирования длин всех сторон. Если все было реализовано правильно, этот метод автоматически будет работать и для нового класса; переписывать код не придется.
Если класс B наследует классу A, мы говорим, что B является подклассом A, а A — суперкласс B. По-другому говорят, что А — базовый или родительский класс, а B — производный или дочерний класс.
Как мы видели, производный класс может трактовать методы своего базового класса как свои собственные. С другой стороны, он может переопределить метод базового класса, предоставив иную его реализацию. Кроме того, в большинстве языков есть возможность вызвать из переопределенного метода метод базового класса с тем же именем. Иными словами, метод fоо класса B знает, как вызвать метод foo класса A. (Любой язык, не предоставляющий такого механизма, можно заподозрить в отсутствии истинной объектной ориентированности.) То же верно и в отношении атрибутов.
Отношение между классом и его суперклассом интересно и важно, обычно его называют отношением «является». Действительно, квадрат Square «является» прямоугольником Rectangle, а прямоугольник Rectangle «является» многоугольником Polygon и т.д. Поэтому, рассматривая иерархию наследования (а такие иерархии в том или ином виде присутствуют в любом объектно-ориентированном языке), мы видим, что в любой ее точке специализированные сущности «являются» подклассами более общих. Отметим, что это отношение транзитивно, — если обратиться к предыдущему примеру, то квадрат «является» многоугольником. Однако отношение «является» не коммутативно — каждый прямоугольник есть многоугольник, но не каждый многоугольник — прямоугольник.
