В этой статье мы узнаем об отношениях между классами и познакомимся с третьим китом ОПП - наследование.
Типы отношений между классами
Любая программа, написанная на объектно-ориентированном языке, представляет собой некоторый набор классов, связанных между собой. Можно провести аналогию между строительством дома и написанием программы. Подобно тому, как здание строится из кирпичей, компьютерная программа с использованием ООП строится из классов. Причем эти классы должны знать друг о друге, для того чтобы взаимодействовать между собой и сообща выполнить поставленную задачу.
Возможны следующие связи между классами в рамках объектной модели:
- Агрегация (Aggregation)
- Ассоциация (Association)
- Наследование (Inheritance)
- Метаклассы (Metaclass)
Агрегация
Отношение между классами типа "содержит" или "состоит из" называется агрегацией или включением. Например, если аквариум наполнен водой и в нем плавают рыбки, то можно сказать, что аквариум агрегирует в себе воду и рыбок.
Объект класса Aquarium содержит несколько объектов Fish. В то же время каждая рыбка "знает", в каком именно аквариуме она живет. Факт участия класса в отношении изображается посредством роли.
В примере можно видеть роль "home" класса Aquarium (аквариум является домом для рыбок), а также роль "inhabitants" класса Fish (рыбки являются обитателями аквариума).
Название роли обычно совпадает с названием соответствующего поля в классе.
Код, описывающий рассмотренную модель и явление агрегации, может выглядеть, например, следующим образом:
// определение класса Fish
public class Fish {
// определения поля home (ссылка на объект Aquarium)
private Aquarium home;
public Fish() { }
}
// определение класса Aquarium
public class Aquarium {
// определения поля inhabitants (массив ссылок на объекты Fish)
private Fish inhabitants[];
public Aquarium() { }
}
Ассоциация
Если объекты одного класса ссылаются на один или более объектов другого класса, но ни в ту, ни в другую сторону отношение между объектами не носит характера "владения" или контейнеризации, то такое отношение называют ассоциацией (association).
В качестве примера можно рассмотреть программиста и его компьютер. Между этими двумя объектами нет агрегации, но существует четкая взаимосвязь. Так, всегда можно установить за какими компьютерами работает какой-либо программист, а также какие люди пользуются отдельно взятым компьютером. В рассмотренном примере имеет место ассоциация многие-ко-многим.
В данном случае между экземплярами классов Programmer и Computer в обе стороны используется отношение "0..n", т.к. программист теоретически может не пользоваться компьютером (если он теоретик или на пенсии). В свою очередь компьютер может никем не использоваться (если он новый и еще не установлен).
Код, соответствующий рассмотренному примеру, будет, например, следующим:
public class Programmer {
private Computer computers[];
public Programmer() { }
}
public class Computer {
private Programmer programmers[];
public Computer() { }
}
Наследование
Наследование (inheritance) - это отношение между классами, при котором класс использует структуру или поведение другого (одиночное наследование) или других (множественное наследование) классов.
Наследование вводит иерархию "общее/частное", в которой подкласс наследует от одного или нескольких более общих суперклассов. Подклассы обычно дополняют или переопределяют унаследованную структуру и поведение. В качестве примера можно рассмотреть задачу, в которой необходимо реализовать классы "Легковой автомобиль" и "Грузовой автомобиль". Очевидно, эти два класса имеют много общей функциональности. Так, оба они имеют 4 колеса, двигатель, могут перемещаться и т.д. Всеми этими свойствами обладает любой автомобиль, не зависимо от того грузовой он или легковой, 5- или 12-местный. Разумно вынести эти общие свойства и функциональность в отдельный класс, например "Автомобиль", и наследовать от него классы "Легковой автомобиль" и "Грузовой автомобиль" чтобы избежать повторного написания одного и того же кода в разных классах.
Использование наследования способствует уменьшению количества кода, написанного для описания схожих сущностей, а так же способствует написанию более эффективного и гибкого кода.
В рассмотренном примере применено одиночное наследование. Некоторый класс так же может наследовать свойства и поведение сразу нескольких классов. Наиболее популярным примером применения множественного наследования является проектирование системы учета товаров в зоомагазине.
Все животные в зоомагазине являются наследниками класса "Животное", а также наследниками класса "Товар". Т.е. все они имеют возраст, нуждаются в пище и воде, и в то же время имеют цену и могут быть проданы.
Множественное наследование на диаграмме изображается точно так же как и одиночное наследование за исключением того, что линии наследования соединяют класс-потомок сразу с несколькими суперклассами.
Не все объектно-ориентированные языки программирования содержат в себе языковые конструкции для описания множественного наследования.
Многие объектно-ориентированные языки программирования не поддерживают множественное наследование и не имеют синтаксических конструкций для его реализации.
Метаклассы
Итак, любой объект имеет структуру, состоящую из полей и методов. Объекты, имеющие одинаковую структуру и семантику, описываются одним классом, который и является, по сути, определением структуры объектов, порожденных от него.
В свою очередь каждый класс, или описание, всегда имеет строгий шаблон, задаваемый языком программирования или выбранной объектной моделью. Он определяет, например, допустимо ли множественное наследование, какие ограничения на именование классов, как описываются поля и методы, набор существующих типов данных и многое другое.
Таким образом, класс можно рассматривать как объект, у которого есть свойства.
Также класс может обладать поведением, то есть поддерживать методы. А раз для любого объекта существует шаблон, описывающий свойства и поведение этого объекта, то его можно определить и для класса. Такой шаблон, задающий различные классы, называется метакласс.
Чтобы легче представить себе, что такое метакласс, рассмотрим пример некой бюрократической организации. Будем считать, что все классы в такой системе - некоторые строгие инструкции, которые описывают, что нужно сделать, чтобы породить новый объект (например, нанять нового служащего или открыть новый отдел). Как и полагается классам, они описывают все свойства новых объектов (например, зарплату и профессиональный уровень для сотрудников, площадь и имущество для отделов) и их поведение (обязанности служащих и функции подразделений).
В свою очередь написание новой инструкции можно строго регламентировать. Скажем, необходимо использовать специальный бланк, придерживаться правил оформления и заполнить все обязательные поля (например, номер инструкции и фамилии ответственных работников). Такая "инструкция инструкций" и будет представлять собой метакласс в ООП.
Итак, объекты порождаются от классов, а классы - от метакласса. Он, как правило, в системе есть только один.
В языке Java это класс, который так и называется - Class (описывает классы) и располагается в основной библиотеке java.lang. Виртуальная машина использует его по прямому назначению. Когда загружается очередной .class-файл, содержащий описание нового класса, JVM порождает объект класса Class, который будет хранить его структуру. Таким образом, Java использует концепцию метакласса в самых практических целях. С помощью Class реализована поддержка статических (static) полей и методов. Наконец, этот класс содержит ряд методов, полезных для разработчиков.
Если статья была Вам полезна, ставьте пальцы вверх и подписывайтесь. Оставляйте свои пожелания и вопросы в комментариях, с удовольствием отвечу.
#it #программирование с нуля #курсы java #java