Программирование - это процесс разработки решений «живых», динамичных задач в виде жёстких конструкций кода, данных, функций и алгоритмов. Процедура формирования строгого синтаксиса из неопределенной семантики. Реальные задачи - известная большая проблема в смысле алгоритмизации: чтобы достигнуть нужного решения, задачу нужно поместить в точные синтаксические конструкции.
ООП дважды делало попытку «сломать» эту древнюю концепцию программирования, но «оковы» классического стиля кодирования данных и алгоритмов все еще крепки.
Уровень и квалификация
Компьютерное дело началось с вычислений, но скорость, с какой нарастает ускорение движения в сферу обработки информации, еще недостаточно велика, чтобы классическое программирование стало невозможным и перестало существовать.
Объективно также и то, что разработчик не настаивает, а заказчик не требует реального решения реальных задач. Обе стороны привыкли ограничиваться доступными инструментами и привычными возможностями.
Формы полиморфизма ООП, идеи инкапсуляции кода и наследование свойств (методов) лежат в сфере программирования, но никак не в сфере решаемой задачи.
Показательный пример - библиотека PHPOffice/PHPWord. Для её использования нужна квалификация разработчика, нужно создавать собственную систему объектов, но текущий уровень заказчика (требования заказчика) - это тривиальная композиция, которую программист перекрывает своей разработкой (иначе требования не удовлетворить). Ситуация вроде такой:
В данном случае применение библиотеки - задача форматирования документов, например, диплом или диссертация должны быть оформлены по стандарту. Заказчик предъявил свои требования, а программист пошел своим путем гораздо дальше.
Выполнен полный разбор документа, его сборка в нужном формате, исполнена работа с таблицами любого уровня вложенности, слияние и разделение ячеек, печать в любом направлении и пр.
Полиморфизм и ООП
Лучшего определения для полиморфизма не придумать, как сослаться на историю развития идеи объектно-ориентированного программирования, столь популярную ныне, столь часто используемую, но нереализованную в сути своей до сих пор.
У каждого автора своя концепция начала и сущности ООП. Для каждого внимательного читателя эта концепция верна и объективна. Но по сей день все принимают как безоговорочную аксиому только три позиции:
- инкапсуляция;
- полиморфизм;
- наследование.
Некоторые добавляют ещё: абстракция, и чаще всего именно этот, причем действительно основной момент, используют как фундамент для описания сущности ООП.
Итак, мнения об ООП полиморфны: описывают одно, сконструированы по-разному, или, наоборот, описывают разное, но базируются на четырех одинаковых позициях.
Демократическое начало не свойственно области информационных технологий, но следует отдать должное: сочетание и совместное существование множества мнений об одном и том же - это реальный полиморфизм в действии.
Популярные определения полиморфизма
ООП - очередной этап развития информационных технологий. С этим мало кто спорит, но его основные аксиомы и положения так разнятся в части семантики, что не заслуживают внимания вне их совокупности.
- Полиморфизм в программировании - это способность предоставлять один и тот же интерфейс для различных базовых форм (типов данных).
- Полиморфизм - возможность объектов иметь различную реализацию.
- Полиморфизмом называется способность функции ...
- Классика (от создателя С/С++): «один интерфейс - много реализаций».
- Параметрический полиморфизм подразумевает ...
- Полиморфизм - положение теории типов ...
- Абстракция невозможна без инкапсуляции и наследования, как невозможен полиморфизм без наследования ...
Можно согласиться, что всё это относится к одному и тому же: но форма выражения мысли, сущность и содержание - не подобны. Но что-то общее всё же есть.
Сущность: разработчик - заказчик
Классическая разработка программ предполагает наличие программиста и задачи (клиент, заказчик). Программист исследует задачу, формализует её и делает код, который приводит к решению. Заказчик отрицает всё предложенное или только его часть, указывая на недоработки, и программист делает свою работу вновь.
Такой круговорот процесса решения задачи наводит на мысль, что здесь явно совмещены две совершенно разные сущности:
- компьютер не может сам решить задачу;
- нужна программа, чтобы компьютер мог «понять» и «решить» задачу.
Задача - сфера компетенции заказчика, программа - это алгоритм «адаптации» задачи к возможностям компьютера - сфера компетенции программиста. Роль последнего заключается в «адаптации» компьютера к требованиям задачи, а это лишнее!
Объектно-ориентированное программирование предлагает абстрагироваться. Есть объекты - это сфера заказчика; есть реализация объектов - это сфера программиста. Никакой «технологической» связи между заказчиком и разработчиком. Идея кардинальная, не реализованная по сей день, но что-то уже стабильно работает.
Окна, кнопки и другие объекты
История the Air Art Technology, Object Magazine, Turbo Vision, Graph Vision - это уже история. Мало кто помнит эти реализации ООП, они практически не используются и забыты, но оконный интерфейс Windows знаком миллионам пользователей, а объекты в средах PHP, JavaScript и других языках интернет-технологий применяются сотнями тысяч разработчиков кода, о них знают миллионы посетителей веб-ресурсов.
Вероятно, это единственно правильный путь, по которому должно было развиваться ООП: инкапсуляция, наследование, полиморфизм для разработчика, но не для пользователя. Характерно, что именно эта позиция была основной при разработке визуального оформления (интерфейса) программного обеспечения Windows, прикладных программ типа Turbo Vision и Graph Vision.
Концепция, положенная в основу продуктов типа the Air Art Technology и Object Magazine, существенно отличалась. Здесь абстрактный объект был самым первым предком информационной структуры, инкапсулировал на абстрактном уровне код обработки информации. Объекты окон, кнопок, элементов визуального оформления здесь были вторичны.
В первом варианте (Windows & etc.) парадигма ООП: инкапсуляция, наследование, полиморфизм обозначалась на уровне абстрактного предка, а реализация кода формировалась на уровне каждого конкретного потомка по ветке наследования согласно нужным структуре и содержанию.
Во втором варианте (the Air Art Technology и Object Magazine) важен уровень абстрактного объекта. Что будет у конкретного потомка - не суть, главное, чтобы его ветка наследования удовлетворяла требованиям всех родителей вниз до корневой абстракции.
Объект и система объектов: алгоритм
Идеальная объектно-ориентированная концепция может манипулировать только объектами и системами объектов.
В современных языках программирования под объектом (классом) обычно понимают описание объекта и экземпляр объекта, причем, чтобы воспользоваться описанием объекта, языки позволяют программисту работать со статическими объектами, в то время как динамический объект - это экземпляр описания, со своим уникальным содержанием и структурой, но использующий те же методы (свойства) описания.
Текущая практика относит понятие объекта к инструменту, то есть к языку программирования, интерфейсу, доступу к базе данных, соединению по сети, но нет ничего, что указывает на интересы заказчика, на решаемую задачу.
Это идеально для простого ООП: полиморфизм дает возможность делать, в частности, разнообразные элементы дизайна, но управлять ими одним и тем же кодом. Но здесь не идет речи об объектах задачи, которая вовсе не рассматривается как предмет для объектно-ориентированного анализа.
Программисты приняли ООП как средство для повышения качества и производительности своей работы, но не уступили ни капли «своей территории» заказчику. Основные понятия ООП - инкапсуляция, наследование, полиморфизм - остались в сфере разработки, а не трансплантировались в сферу задачи.
Объект и система объектов: задача и решение
Компьютер - программист - задача. Среднее звено лишнее. Идеально должно существовать только два, относительно зависимых, контура: (компьютер - программист) - задача. То есть, пользователь, заказчик или посетитель имеет инструмент для решения своей задачи. Как реализован инструмент, заказчика не волнует.
В идеале это просто компьютер, который способен понять, что хочет заказчик, и сделать то, что он хочет. Как это будет выглядеть: локальная программа или сайт, доступный через браузер, специальная программа распределенной обработки информации, информационная система для заказчика - не важно.
Существенно, что между задачей и компьютером нет лишнего звена, но первое понимаемо и решаемо вторым. Для достижения такой цели компьютер и заказчик должны быть связаны одной системой объектов, причем смысл, структуру и содержание каждого объекта определяет заказчик, а методы и свойства объектов реализует программист.
Идеально, когда работа заказчика по созданию нужной ему системы объектов и работа по реализации методов и свойств этих объектов разнесены во времени. Чем дальше отстоит реализация системы объектов (программист) от её смыслового наполнения (заказчик), тем качественнее процесс.
Ничто не мешает заказчику и программисту взаимодействовать в процессе решения задачи, но важно четкое разделение семантики. Каждый должен заниматься своим делом, программист не обязан осваивать область применения задачи, а заказчик не должен разбираться в коде и уж, тем более, стороны не должны давать друг другу советы в том, что их не касается.
Традиционное и объектное программирование
Базовые постулаты ООП: инкапсуляция, наследование, полиморфизм в том виде, в котором они стали привычны и востребованы, приводят к заметному улучшению качества и надежности кода, значительно ускоряют работу программиста и имеют массу других положительных качеств.
Но воз и ныне там: классическое программирование не уступает своих позиций, и многие объектно-ориентированные идеи реализованы классическим кодом.
Однако идеи ООП и рекурсия привели к адекватному влиянию на синтаксис классических операторов синтаксиса, на логику построения обычного кода, не имеющего никакого отношения к объектно-ориентированному стилю письма и мышления.
Списки и очереди преобразились, появилось понятие первого и последнего элемента массива, появились циклы «по каждому», а ссылочные варианты именования, использования и исполнения стали ещё более востребованными, чем раньше.
Собственно, сам факт, что переменные потеряли свое «чёткое» лицо (тип переменной может меняться по мере надобности, а описывать переменную вовсе нет необходимости) говорит, что классика, на самом деле, давно стала объектно-ориентированной и признала основные принципы ООП: инкапсуляция, наследование, полиморфизм как идеи, имеющие существенное значение.
Что в основе: объект или система
Абстракция, как основное концептуальное положение ООП, вне зависимости от того, где находится зона ответственности (реализация) объекта - на уровне первого абстрактного объекта или на уровне конкретного потомка, - оставляет открытым вопрос: с чего всё начинать, с объекта или с системы?
Если в основу положить объект, то он никогда не станет системой, поскольку система будет находиться внутри него, а сам он станет жёстким образом вполне конкретного начала. Здесь с абстракцией возникают проблемы: начальный объект точно фиксирует основное в решаемой задаче, то есть он уже не переносим на другую задачу.
Если в основу положить систему объектов, то получается система систем. Это трудно представить в отношении конкретной задачи, и с чего начинать разработку - тоже сложно понять. По большому счёту, полиморфизм ООП c его различиями в сущностях, формах реализации, количествах актуальных параметров в функциях даёт представление о системе, которая лежит в начале, как:
- о вариантах решения задачи (например, меню);
- о начальных условиях (применение задачи в разных условиях, данных);
- о режимах работы (тестирование, настройка, работа).
Но это и подобное ему не даёт никаких оснований ставить в основу решения задачи систему объектов. Часто достаточно определить один единственный начальный объект.
История процесса решения задачи
Важнейшие принципы ООП: полиморфизм и абстракция - определяют приоритетом начальный объект как систему объектов. В споре, что должно быть раньше, курица или яйцо, здесь победа достается курице.
Нет никаких сомнений в том, что всё должно начинаться с абстрактного объекта, а не с системы объектов. Но если учесть фактор времени и приложить его на уровне каждого объекта, начиная с самого первого абстрактного, то противоречивая мысль положить в начало решения и объект, и систему является единственно разумной.
Если классическая концепция программирования в ходе решения задачи меняет данные, содержимое базы данных, изменяет файлы и пр., то в концепции ООП полиморфизм, инкапсуляция и фактор времени меняют содержание, структуру и свойства системы объектов решаемой задачи.
Программиста в ООП меньше всего интересует понятие файл, база данных, алгоритм, - это частности, здесь программист мыслит объектами, но объекты существуют во времени и изменяются в ходе достижения желаемого.
Таким образом, в начале лежит объект как система объектов и логика этой системы - шкала времени: запуск задачи, формирование первого объекта, ввод или сбор данных, формирование следующего объекта, но ничто не мешает первому объекту приступить к следующему решению.
Каждый уровень объектов выступает как самостоятельная система объектов, то есть, это один объект, но в контексте начавшегося процесса и значения времени - это система объектов на шкале времени. Для полноценной реализации ООП полиморфизм, наследование и фактор времени в совокупности обеспечивают динамику первого, то есть объект может не только меняться с течением времени, но и порождать объекты, не предусмотренные разработчиком, порожденные исполнением задачи по ходу процесса, проектируемые заказчиком.
Реальный полиморфизм ООП, пример
Сложность задач, которая по силам ООП, не сравнима с той, что доступна классическому варианту написания программ. Конечно, решить любую задачу всегда доступно обычным образом, но вопрос, сколько это будет «стоить» времени и сил, часто делает результат бесполезным.
Не так давно была разработана библиотека PHPOffice/PHPWord, но для того чтобы использовать её возможности, практически всегда приходится создавать собственную систему объектов. Например, простой файл *.docx:
представляет собой zip-архив множества файлов и папок в формате Office Open XML (OpenXML, OOXML). Каждый файл записан в тегами XML, причём при добавлении, изменении и удалении букв, слов, таблиц, списков и пр. элементов содержимое файлов начинает представлять собой последовательность тегов, которые не всегда содержат полные элементы, часто один элемент записывается множеством тегов.
Если представить этот файл в виде последовательности тегов, получится интересная картинка:
Легко заметить, что первый и единственный абзац документа представлен множеством тегов. Что касается таблицы и встроенных в неё таблиц, то объём описания всех элементов не поддается восприятию, но доступен объектно-ориентированному приложению.
На самом деле, на рисунке зеленое - это тестовый вывод тегов, желтое - параметры и тип тега, бежевое - содержание. Созданные объекты ориентированы на машинную обработку. Для человека становятся доступны только операции открытия файла документа, его форматирование и запись.
Решение простое и практичное, а вот реализация ориентирована больше на компьютер, нежели на человека, по причине объемности выполняемого функционала и сложных взаимосвязей между объектами.
Состояние области ООП
Развитие систем управления сайтами, технологий настройки и управления серверами, опыт разработки динамичных сайтов сделали объектно-ориентированное программирование доступным каждому. Проблема в том, как изменить свое мышление и привыкнуть мыслить на уровне объектов, а не в контексте последовательно исполняемого кода.
Обычно переход от классического программирования к объектно-ориентированному занимает два-три месяца, но затраты окупаются с лихвой. Потенциал современных языков программирования, в первую очередь PHP и JavaScript, удовлетворит самого искушенного разработчика.
Современное ООП - полиморфизм, наследование и возможности формирования свойств объектов - удобны и практичны, синтаксис языков и вспомогательные инструменты обеспечивают комфорт в работе и эффективность кода.
Перспективы объектной идеи
Сколько продержится классическое программирование и как будет развиваться ООП - сказать достаточно сложно. Судя по всему, разработчики инструментальных средств не планируют рассматривать контекст потребителя (пользователя, заказчика).
Инструментарий ООП - полиморфизм, наследование, инкапсуляция и абстракция - ориентируются на разработчика.
Современные информационные системы и веб-ресурсы стремятся отражать реальную действительность, обеспечивать функционирование реальных объектов и создавать среду для их функционирования, настолько простую, что она будет доступна потребителю, далекому от программирования, полностью погруженному в сферу своей компетенции.
