Что такое ООП (объектно-ориентированное программирование)

Программирование бывает разным — всё зависит от задач, которые ставят перед собой девелоперы. Одним из подходов к написанию кода является ООП. О том, что такое объектно-ориентированное программирование и как оно работает, расскажем в этой статье.

Что такое ООП и для чего оно нужно

ООП (объектно-ориентированное программирование) — это одна из парадигм разработки, она направлена на организацию программного кода в виде объектов, которые взаимодействуют между собой.

ООП позволяет разбить программу на модули (классы), что значительно упрощает работу с кодом, особенно для сложных и активно обновляемых программ: интернет-магазинов, учебных онлайн-платформ, CPaaS-сервисов вроде Exolve и так далее.

ООП также полезно для совместной разработки, когда проекты делятся между командами девелоперов. Каждая группа отвечает за определённые аспекты проекта (интерфейс, бизнес-логику) или небольшие программные модули (классы).

Структура ООП

Объектно-ориентированное программирование состоит из четырёх основных блоков:

1. Классы

Этот шаблон используют для создания объектов, а также для определения их полей данных (атрибутов) и реализации функций (методов). Пример: класс «Продукт» для онлайн-магазина обозначает структуру каждой карточки товара.

Здесь Product представляет собой шаблон для различных товаров интернет-магазина.

Также в примере показаны два объекта класса Product с различными характеристиками: product1 (смартфон) и product2 (ноутбук).

В коде вызываются методы, которые позволяют отображать информацию о товарах, обновлять их стоимость и количество.

На примере показано, как классы могут служить шаблонами для создания объектов (в этом случае товаров) и как настраивать их методы и атрибуты.

2. Объекты

Это экземпляр класса с чётко обозначенными данными (свойства, поведение и т. д.). Например, отдельная карточка из каталога онлайн-магазина или опция «Купить».

Пример:

В исходном коде product_card — объект, созданный на основе класса Product. Он представляет собой карточку отдельного товара (ноутбук) и имеет собственные методы и атрибуты. По сути, это полностью самостоятельный элемент кода.

3. Атрибуты

Это данные, которые отражают характерные особенности объекта (цену, описание, количество конкретного товара и т. п.).

Пример:

Здесь получить доступ к данным объекта product_card можно через его атрибуты:

• product_card.name — имя товара («Ноутбук»)

• product_card.price — цена товара (1200 рублей)

• product_card.description — описание товара («Лёгкий и мощный…»)

• product_card.in_stock — информация о наличии товара (True)

4. Методы

Это функции, через которые выполняют действия с классами или объектами. В частности, вносят в карточку товара необходимую информацию, сравнивают несколько продуктов, предлагают дополнительные товары и т. д.

Пример:

В этой части кода с объектом можно провести такие манипуляции, как:

• product_card.display_info() — вывод информации о товаре

• product_card.update_price(1100) — обновление цены

• product_card.restock(5) — уточнение данных о наличии товара

Таким образом, классы, объекты, атрибуты и методы — это ключевые компоненты ООП, через них можно структурировать программы, создавать абстракции для моделирования реальных сущностей, а также упрощать разработку и управление кодом.

Принципы ООП

Существует четыре главных свойства объектно-ориентированного программирования:

1. Инкапсуляция

Это принцип, благодаря которому от внешнего мира скрывается внутренняя информация объектов, а допуск к ней открывается только через определённые интерфейсы (методы). Инкапсуляция обеспечивает безопасность и упрощает обслуживание кода.

Пример:

Здесь класс Product инкапсулирует информацию о товаре (название, цену), а класс ShoppingCart делает то же самое с информацией о корзине покупателя (предоставляя методы для добавления товаров и расчёта общей стоимости покупки).

Принцип инкапсуляции проявляется в том, что поля классов Product и ShoppingCart (__name, __price и __items) закрыты и открываются исключительно публичными методами (геттерами и сеттерами), что обеспечивает контроль доступа и упрощает обслуживание кода.

Особенности инкапсуляции:

• обеспечивает допуск к уровню без раскрытия его более сложных элементов

• уменьшает количество ошибок в коде

• упрощает понимание и обслуживание приложения

2. Абстракция

Это расширение инкапсуляции, которое показывает только важные атрибуты и скрывает детали их реализации. Так человек сможет сразу взаимодействовать с выводом программы, не тратя время на знакомство с её «рабочей» частью.

Пример: допустим, у нас есть класс «КофейныйАвтомат», который инкапсулирует в себе детали приготовления кофе. Абстракция может скрыть тонкости этого процесса и оставить лишь методы взаимодействия с кофемашиной:

В этом примере абстракция «опускает» тонкости приготовления кофе (количество воды или зёрен), и пользователь взаимодействует только с публичными методами (добавить_воду, добавить_кофе, приготовить_кофе).

Особенности абстракции:

• Может скрыть детали реализации и предоставляет только необходимые сведения, упрощая понимание и использование кода.

• Упрощает процесс проектирования и внедрения программного обеспечения.

• Позволяет объединить несколько связанных классов или объектов в группу или иерархию на более абстрактном уровне, что облегчает организацию и структурирование кода.

3. Полиформизм

Метод выполняет различные действия в зависимости от класса объекта, который его вызывает. Так, метод «Удалить», вызванный из корзины, уберёт товар только из неё. Если же повторить операцию в карточке товара — пропадёт сама страница.

Пример:

В этом примере есть три класса: Page, Cart и ProductPage. Класс Page представляет базовую страницу, а Cart и ProductPage — её наследников. В каждом из них определён метод delete, который выполняет различные действия в зависимости от класса объекта.

При вызове метода delete из объекта Cart появится сообщение «Товар удалён из корзины». Когда метод delete вызывается из объекта ProductPage, возникнет сообщение «Товар удалён со страницы товара», тем самым удалится сама карточка.

Особенности полиформизма:

• помогает использовать программные коды повторно

• позволяет создавать универсальные функции и классы для работы с несколькими типами данных

• упрощает отладку кода

4. Наследование

Это механизм, с помощью которого один класс может перенять атрибуты (поля и методы) другого — проще говоря, формировать новые классы на основе уже существующих.

Пример:

На скриншоте показан базовый класс ClothingItem, который представляет общую информацию о товаре (одежде): имя, цену и размер. Есть и три подкласса: Outerwear (верхняя одежда), Underwear (нижнее бельё) и Footwear (обувь). Каждый подкласс добавляет собственные уникальные характеристики (например, сезон, материал или стиль) и переопределяет метод display_info для отображения информации, специфичной для этой категории одежды.

Особенности наследования:

• помогает сохранить согласованную функциональность для всех объектов одного типа, не переписывая код

• обеспечивает чёткую иерархическую структуру, модель можно разбить на простые и доступные компоненты

• из-за совместного использования общего кода несколькими подклассами позволяет уменьшить объём его дублирования

Преимущества ООП

С помощью объектно-ориентированного программирования создают крупные, масштабируемые и безопасные проекты за короткий промежуток времени. Это возможно благодаря следующим особенностям ООП:

• Повторное использование. Принцип наследования позволяет применять уже готовый код, не прибегая к созданию нового. Так можно формировать библиотеки и фреймворки, которые включают в себя готовые классы и методы под разные проекты, например, для работы с графикой, сетью, базами данных и другими общими задачами.
  
  Это существенно экономит время и ресурсы разработчиков.

• Упрощённое тестирование. При использовании парадигмы ООП разработчики проводят модульное тестирование — оценку отдельных модулей или классов без необходимости проверки всей программы сразу.
  
  Это позволяет выявлять и исправлять ошибки на ранних этапах, когда они ещё не привели к появлению критических проблем.

• Безопасность. Принцип инкапсуляции ООП помогает скрыть данные от внешнего вмешательства. То есть гарантирует, что другие методы по умолчанию не могут получить доступ к персональной информации.
  
  Это помогает избежать возможных и непреднамеренных ошибок в коде.

• Параллельная разработка. В ООП части программы разрабатываются отдельно и функционируют по объектно-ориентированным принципам.
  
  Это упрощает работу для масштабных групп разработчиков.

Такой код прост в обслуживании, так как большая его часть (если не вся) находится в одном месте и может использоваться повторно. Кроме того, одну модульную и полиморфную функцию исправить легче, чем сотню отдельных вызовов.

Недостатки ООП

Несмотря на свою практичность и удобство, ООП не лишено изъянов. Вот некоторые из них:

• Слишком громоздкое. ООП часто состоит из множества деталей и концептуальных структур, за которыми сложно уследить. Так, если для функционального программирования достаточно одной функции, для работы с ООП нужны классы, объекты, методы и атрибуты. Вот почему объектно-ориентированное программирование больше подходит для крупных проектов и менее полезно для маленьких программ.

• Плохая производительность. Созданные на ООП программы тратят больше памяти, чем объекты на функциональных языках. Это также приводит к снижению скорости компиляции.

• Обязательное планирование. Модальность ООП имеет свои минусы. К примеру, изначально неточное проектирование классов (и их взаимосвязей) может сделать код менее гибким, из-за чего добавить новую функцию или внести изменение в программу будет намного сложнее.

Популярные объектно-ориентированные языки программирования

• Python. Считается одним из самых популярных языков программирования. Его используют для создания приложений, автоматизации, анализа данных и так далее. Python прост в освоении, а также имеет множество встроенных пакетов, библиотек и плагинов, которые помогают программистам в процессе разработки или анализа кода. Он отлично применяется для машинного обучения, обработки данных и прочих операций. Поддерживает наследование, инкапсуляцию и прочие свойства ООП.
  

• Java. Чаще всего используется при разработке веб-приложений. Java — высокоуровневый, безопасный и быстрый язык программирования. Его код структурирован и может быть использован повторно. Java поддерживает параллелизм с помощью таких концепций, как многопоточность и многозадачность. Экосистема Java включает в себя Java Development Kit (JDK), среду выполнения Java (JRE) и виртуальную машину Java (JVM).

• C++. Мощный и гибкий язык программирования, который отлично справляется с разработкой браузеров, программных приложений, операционных систем, структур данных и т. д. C++ отличается поддержкой деструкторов, а также лямбда-выражений (анонимных функций). Чаще всего используется такими средами разработки, как Eclipse, Visual Studio Code и Dev-C++.

• JavaScript. Удобный язык программирования, на котором можно писать динамические веб-сайты, управлять мультимедиа, анимировать объекты и т. п. JavaScript позволяет пользователям хранить и извлекать данные с устройства с помощью IndexedDB или стандартов хранения. Через него также можно взаимодействовать с веб-страницами (формами данных, функциями кнопок, текстом при наведении курсора и др.). К плюсам JavaScript относятся его универсальность, расширенная функциональность, простота и скорость.

• PHP. Это серверный скриптовый язык, с помощью которого обычно создают веб-приложения, а также статические и динамические веб-сайты. С PHP можно добавлять, удалять и модифицировать данные на сервере, открывать, закрывать и шифровать файлы и многое другое. PHP работает на различных серверах, легко обновляется и имеет расширенную функциональность.

Заключение

Таким образом, ООП — методология программирования, с помощью которой можно разрабатывать сложные приложения, сайты и даже операционные системы. Поэтому подход подойдёт всем, кто создаёт рабочие логические модульные структуры.