Основы объектно-ориентированного программирования

• Автор: Мейер Бертран Название: Основы объектно-ориентирова...

• Лекция 1. Качество ПО
• Внешние и внутренние факторы
• Обзор внешних факторов
• Корректность (Correctness)
• Устойчивость (Robustness)
• Расширяемость (Extendibility)
• Повторное использование (Reusability)
• Совместимость (Compatibility)
• Эффективность (Efficiency)
• Переносимость (Portability)
• Простота использования (Easy of Use)
• Функциональность (Functionality)
• Своевременность (Timeliness)
• Другие качества
• О документации
• Компромиссы
• Ключевые вопросы
• О программном сопровождении
• Ключевые концепции

• Лекция 2. Критерии объектной ориентации
• О критериях
• До какой степени мы должны быть догматичными?
• Категории
• Метод и язык
• Бесшовность (seamlessness)
• Классы
• Утверждения (Assertions)
• Классы как модули
• Классы как типы
• Вычисления, основанные на компонентах
• Скрытие информации (information hiding)
• Обработка исключений (Exception handling)
• Статическая типизация (static typing)
• Универсальность (genericity)
• Единичное наследование (single inheritance)
• Множественное наследование (Multiple inheritance)
• Дублируемое наследование (Repeated inheritance)
• Ограниченная универсальность (Constrained genericity)
• Переопределение (redefinition)
• Полиморфизм
• Динамическое связывание
• Выяснение типа объекта в период выполнения
• Отложенные (deferred) свойства и классы
• Управление памятью (memory management) и сборка мусора (garbage collection)
• Реализация и среда
• Автоматическое обновление (automatic update)
• Быстрое обновление (fast update)
• Живучесть (persistence)
• Документация
• Быстрый просмотр (browsing)
• Библиотеки
• Базовые библиотеки
• Графика и пользовательские интерфейсы
• Механизмы эволюции библиотек
• Механизмы индексации в библиотеках
• Продолжение просмотра
• Библиографические ссылки и объектные ресурсы

• Лекция 3. Модульность
• Пять критериев
• Декомпозиция
• Модульная Композиция
• Модульная Понятность
• Модульная Непрерывность
• Модульная Защищенность
• Пять правил
• Прямое отображение
• Минимум интерфейсов
• Слабая связность интерфейсов
• Явные интерфейсы
• Скрытие информации
• Пять принципов
• Лингвистические Модульные Единицы
• Самодокументирование
• Унифицированный Доступ
• Открыт-Закрыт
• Единственный Выбор
• Ключевые концепции
• Библиографические замечания
• Упражнения
• У3.1 Модульность в языках программирования
• У3.2 Принцип Открыт-Закрыт (для программистов Lisp)
• У3.3 Ограничения на скрытие информации
• У3.4 Метрики для модульности (отчетная исследовательская работа)
• У3.5 Модульность существующих систем
• У3.6 Управление конфигурацией и наследование

• Лекция 4. Подходы к повторному использованию
• Цели повторного использования
• Ожидаемые преимущества
• Потребители и производители повторно используемых программ
• Что следует повторно использовать?
• Повторное использование персонала
• Повторное использование проектов и спецификаций
• Образцы проектов (design patterns)
• Повторное использование исходного текста
• Повторное использование абстрактных модулей
• Повторяемость при разработке ПО
• Нетехнические препятствия
• Синдром NIH
• Фирмы по разработке ПО и их стратегии
• Организация доступа к компонентам
• Несколько слов об индексировании компонентов
• Форматы для распространения повторно используемых компонентов
• Оценка
• Техническая проблема
• Изменения и постоянство
• Повторно использовать или переделать? (The reuse-redo dilemma)
• Пять требований к модульным структурам
• Изменчивость Типов (Type Variation)
• Группирование Подпрограмм (Routine Grouping)
• Изменчивость Реализаций (Implementation Variation)
• Независимость Представлений
• Факторизация Общего Поведения
• Традиционные модульные структуры
• Подпрограммы
• Пакеты
• Пакеты: оценка
• Перегрузка и универсальность
• Синтаксическая перегрузка
• Семантическая перегрузка (предварительное представление)
• Универсальность (genericity)
• Основные методы модульности: оценка
• Ключевые концепции
• Библиографические замечания

• Лекция 5. К объектной технологии
• Ингредиенты вычисления
• Базисный треугольник
• Функциональная декомпозиция
• Непрерывность
• Проектирование сверху вниз
• Не только одна главная функция
• Обнаружение вершины
• Функции и эволюция
• Интерфейсы и проектирование ПО
• Преждевременное упорядочение
• Упорядочивание и ОО-разработка
• Возможность повторного использования
• Производство и описание
• Проектирование сверху вниз: общая оценка
• Декомпозиция, основанная на объектах
• Расширяемость
• Возможность повторного использования
• Совместимость
• Объектно-ориентированное конструирование ПО
• Вопросы
• Выявление типов объектов
• Описания типов и объектов
• Описание отношений и структурирование ПО
• Ключевые концепции
• Библиографические замечания

• Лекция 6. Абстрактные типы данных (АТД)
• Критерии
• Различные реализации
• Представления стеков
• Опасность излишней спецификации
• Какова длина второго имени?
• К абстрактному взгляду на объекты
• Использование операций
• Политика невмешательства в обществе модулей
• Согласованность имен
• Можно ли обойтись без абстракций?
• Формализация спецификаций
• Специфицирование типов
• Универсализация (Genericity)
• Перечисление функций
• Категории функций
• Раздел АКСИОМЫ
• Две или три вещи, которые мы знаем о стеках
• Частичные функции
• Предусловия
• Полная спецификация
• Ничего кроме правды
• От абстрактных типов данных к классам
• Классы
• Как создавать эффективный класс
• Роль отложенных классов
• Абстрактные типы данных и скрытие информации
• Переход к более императивной точке зрения
• Назад к тому, с чего начали?
• Конструирование объектно-ориентированного ПО
• За пределами программ
• Дополнительные темы
• Еще раз о неявности
• Соотношение спецификации и проектирования
• Соотношение классов и записей
• Альтернативы частичным функциям
• Полна ли моя спецификация?
• Доказательство достаточной полноты
• Ключевые концепции
• Библиографические замечания
• Упражнения
• У6.1 Точки
• У6.2 Боксеры
• У6.3 Банковские счета
• У6.4 Сообщения
• У6.5 Имена
• У6.6 Текст
• У6.7 Покупка дома
• У6.8 Дополнительные операции для стеков
• У6.9 Ограниченные стеки
• У6.10 Очереди
• У6.11 Распределители
• У6.12 Булевский -- BOOLEAN
• У6.13 Достаточная полнота
• У6.14 Непротиворечивость

• Лекция 7. Статические структуры: классы
• Классы, а не объекты - предмет обсуждения
• Устранение традиционной путаницы
• Роль классов
• Модули и типы
• Класс как модуль и как тип
• Унифицированная система типов
• Простой класс
• Компоненты
• Атрибуты и подпрограммы
• Унифицированный доступ
• Класс POINT
• Основные соглашения
• Распознавание вида компонент
• Тело подпрограммы и комментарии к заголовку
• Предложение indexing
• Обозначение результата функции
• Правила стиля
• Наследование функциональных возможностей общего характера
• Объектно-ориентированный стиль вычислений
• Текущий экземпляр
• Клиенты и поставщики
• Вызов компонента
• Принцип единственности цели
• Слияние понятий модуль и тип
• Роль объекта Current
• Квалифицированные и неквалифицированные вызовы
• Компоненты-операции
• Селективный экспорт и скрытие информации
• Неограниченный доступ
• Ограничение доступа клиентам
• Стиль объявления скрытых компонент
• "Внутренний" экспорт
• Собираем все вместе
• Общая относительность
• Большой Взрыв
• Системы
• Программа main отсутствует
• Компоновка системы
• Классическое "Hello"
• Структура и порядок: программист в роли поджигателя
• Обсуждение
• Форма объявлений
• Атрибуты или функции?
• Экспорт атрибутов
• Доступ клиентов к атрибутам
• Оптимизация вызовов
• Архитектурная роль селективного экспорта
• Импорт листингов
• Присваивание функции результата
• Дополнение: точное определение сущности
• Ключевые концепции
• Библиографические замечания
• Упражнения
• У7.1 POINT как абстрактный тип данных
• У7.2 Завершение реализации POINT
• У7.3 Полярные координаты

• Лекция 8. Динамические структуры: объекты
• Объекты
• Что такое объект?
• Базовая форма
• Простые поля
• Простое представление книги - класс BOOK
• Писатели
• Ссылки
• Идентичность объектов
• Объявление ссылок
• Ссылка на себя
• Взгляд на структуру объектов периода выполнения
• Объекты как средство моделирования
• Четыре мира программной разработки
• Реальность: "седьмая вода на киселе"
• Работа с объектами и ссылками
• Динамическое создание и повторное связывание
• Инструкция создания
• Общая картина
• Для чего необходимо явное создание объектов?
• Процедуры создания
• Перекрытие инициализации по умолчанию
• Статус экспорта процедур создания
• Правила, применимые к процедурам создания
• Процедуры создания и перегрузка
• Еще о ссылках
• Состояния ссылок
• Вызовы и пустые ссылки
• Операции над ссылками
• Присоединение ссылки к объекту
• Сравнение ссылок
• Значение void
• Клонирование и сравнение объектов
• Копирование объектов
• Глубокое клонирование и сравнение
• Глубокое хранилище: первый взгляд на сохраняемость
• Составные объекты и развернутые типы
• Ссылок не достаточно
• Развернутые типы
• Роль развернутых типов
• Агрегирование
• Свойства развернутых типов
• Недопустимость ссылок на подобъекты
• Присоединение: две семантики - ссылок и значений
• Присоединение
• Присоединение: ссылочное и копии
• Гибридное присоединение
• Проверка эквивалентности
• Работа со ссылками: преимущества и опасности
• Динамические псевдонимы
• Семантика использования псевдонимов
• Выработка соглашений для динамических псевдонимов
• Псевдонимы в ПО и за его пределами
• Инкапсуляция действий со ссылками
• Обсуждение
• Графические соглашения
• Ссылки и простые значения
• Форма операций клонирования и эквивалентности
• Статус универсальных операций
• Ключевые концепции
• Библиографические замечания
• Упражнения
• У8.1 Книги и авторы
• У8.2 Личности
• У8.3 Проектирование нотации

• Лекция 9. Управление памятью
• Что происходит с объектами
• Создание объектов
• Использование динамического режима
• Повторное использование памяти в трех режимах
• Отсоединение
• Недостижимые объекты
• Достижимые объекты в классическом подходе
• Достижимые объекты в ОО-модели
• Проблема управления памятью в ОО-модели
• Три ответа
• Несерьезный подход (тривиальный)
• Может ли быть оправдан несерьезный подход?
• Надо ли заботиться о памяти?
• Байт здесь, байт там, и реальные покойники
• Восстановление памяти: проблемы
• Удаление объектов, управляемое программистом
• Проблема надежности
• Проблема простоты разработки
• Подход на уровне компонентов
• Управление памятью связного списка
• Работа с утилизированными объектами
• Дискуссия
• Автоматическое управление памятью
• Необходимость автоматических методов
• Что в точности понимается под восстановлением?
• Подсчет ссылок
• Сборка мусора
• Механизм сборки мусора
• Основа сборки мусора
• Сборка по принципу "все-или-ничего"
• Продвинутый (Advanced) подход к сборке мусора
• Алгоритмы параллельной сборки мусора
• Практические проблемы сборки мусора
• Класс MEMORY
• Механизм освобождения
• Сборка мусора и внешние вызовы
• Среда с управлением памятью
• Основы
• Сложные проблемы
• Перемещение объектов
• Механизм сборки мусора
• Повышенное чувство голода и потеря аппетита (Bulimia and anorexia)
• Операции сборщика мусора
• Ключевые концепции
• Библиографические заметки
• Упражнения
• У9.1 Модели создания объектов
• У9.2 Какой уровень утилизации?
• У9.3 Совместное использование стека достижимых элементов
• У9.4 Совместное использование

• Лекция 10. Универсализация
• Горизонтальное и вертикальное обобщение типа
• Необходимость параметризованных классов
• Родовые АТД
• Проблема
• Роль типизации
• Родовые классы
• Объявление родового класса
• Использование родового класса
• Терминология
• Проверка типов
• Правило типизации
• Операции над сущностями родового типа
• Типы и классы
• Массивы
• Массивы как объекты
• Свойства массива
• Размышления об эффективности
• Синонимичная инфиксная операция
• Стоимость универсализации
• Обсуждение: что все-таки не сделано
• Ключевые концепции
• Библиографические замечания
• Упражнения
• У10.1 Ограниченная универсализация
• У10.2 Двумерные массивы
• У10.3 Использование своего формального родового параметра фактически как чужого

• Лекция 11. Проектирование по контракту: построение надежного ПО
• Базисные механизмы надежности
• О корректности ПО
• Выражение спецификаций
• Формула корректности
• Сильные и слабые условия
• Введение утверждений в программные тексты
• Предусловия и постусловия
• Класс стек
• Предусловия
• Постусловия
• Педагогическое замечание
• Контракты и надежность ПО
• Права и обязательства
• Интуиция (Дзен) и искусство программной надежности: больше гарантий и меньше проверок
• Утверждения не являются механизмом проверки вводимых данных
• Утверждения это не управляющие структуры
• Ошибки, дефекты и другие насекомые
• Работа с утверждениями
• Класс стек
• Императив и аппликатив (применимость)
• Замечание о пустоте структур
• Проектирование предусловий: толерантное или требовательное?
• Предусловия и статус экспорта
• Толерантные модули
• Инварианты класса
• Определение и пример
• Форма и свойства инвариантов класса
• Инвариант в момент изменения
• Кто должен обеспечить сохранность инвариантов
• Роль инвариантов класса в программной инженерии
• Инварианты и контракты
• Когда класс корректен?
• Корректность класса
• Роль процедур создания
• Ревизия массивов
• Связывание с АТД
• Не просто коллекция функций
• Компоненты класса и АТД функции
• Выражение аксиом
• Функция абстракции
• Инварианты реализации
• Инструкция утверждения
• Инварианты и варианты цикла
• Трудности циклов
• Сделаем циклы корректными
• Ингредиенты доказательства корректности цикла
• Синтаксис цикла
• Использование утверждений
• Утверждения как средство для написания корректного ПО
• Использование утверждений для документирования: краткая форма класса
• Мониторинг утверждений в период выполнения
• Каков оптимальный уровень мониторинга?
• Обсуждение
• Нужен ли мониторинг в период выполнения?
• Выразительная сила утверждений
• Включение функций в утверждения
• Инварианты класса и семантика ссылок
• Что дальше
• Ключевые концепции
• Библиографические замечания
• Упражнения
• У11.1 Комплексные числа
• У11.2 Класс и его АТД
• У11.3 Полные утверждения для стеков
• У11.4 Экспортирование размера
• У11.5 Инвариант реализации
• У11.6 Утверждения и экспорт
• У11.7 Поиск жучков (bugs)
• У11.8 Нарушение инварианта
• У11.9 Генерация случайных чисел
• У11.10 Модуль "очередь"
• У11.11 Модуль "множество"
• Постскриптум: Катастрофа Ариан 5

• Лекция 12. Когда контракт нарушается: обработка исключений
• Базисные концепции обработки исключений
• Отказы
• Исключения
• Источники исключений
• Ситуации отказа
• Обработка исключений
• Как не следует делать это - C-Unix пример
• Как не следует делать это - Ada пример
• Принципы обработки исключений
• Цепочка вызовов
• Механизм исключений
• Спаси и Повтори (Rescue и Retry)
• Как отказаться сразу
• Таблица истории исключений
• Примеры обработки исключений
• Поломки при вводе
• Восстановление при исключениях, сгенерированных операционной системой
• Повторение программы, толерантной к неисправностям
• N-версионное программирование
• Задача предложения rescue
• Корректность предложения rescue
• Четкое разделение ролей
• Когда нет предложения rescue
• Продвинутая обработка исключений
• Запросы при работе с классом EXCEPTIONS
• Какой должна быть степень контроля?
• Исключения разработчика
• Обсуждение
• Дисциплинированные исключения
• Должны ли исключения быть объектами?
• Методологическая перспектива
• Ключевые концепции
• Библиографические замечания
• Упражнения
• У12.1 Наибольшее целое
• У12.2 Объект Exception

• Лекция 13. Поддерживающие механизмы
• Взаимодействие с не объектным ПО
• Внешние программы
• Улучшенные варианты
• Использование внешних программ
• ОО-изменение архитектуры (re-architecturing)
• Вопрос совместимости: гибридный программный продукт или гибридные языки?
• Передача аргументов
• Инструкции
• Вызов процедуры
• Присваивание (Assignment)
• Создание (Creation)
• Условная Инструкция (Conditional)
• Множественный выбор
• Циклы
• Проверка
• Отладка
• Повторение вычислений
• Выражения
• Манифестные константы
• Вызовы функций
• Текущий объект
• Выражения с операторами
• Нестрогие булевы операторы
• Строки
• Ввод и вывод
• Лексические соглашения
• Ключевые концепции
• Упражнения
• У13.1 Внешние классы
• У13.2 Избегая нестрогих операторов

• Лекция 14. Введение в наследование
• Многоугольники и прямоугольники
• Многоугольники
• Прямоугольники
• Основные соглашения и терминология
• Наследование инварианта
• Наследование и конструкторы
• Пример иерархии
• Полиморфизм
• Полиморфное присоединение
• Что на самом деле происходит при полиморфном присоединении?
• Полиморфные структуры данных
• Типизация при наследовании
• Согласованность типов
• Пределы полиморфизма
• Экземпляры
• Статический тип, динамический тип
• Обоснованы ли ограничения?
• Может ли быть польза от неведения?
• Когда хочется задать тип принудительно
• Полиморфное создание
• Динамическое связывание
• Использование правильного варианта
• Переопределение и утверждения
• О реализации динамического связывания
• Отложенные компоненты и классы
• Движения произвольных фигур
• Отложенный компонент
• Эффективизация компонента
• Отложенные классы
• Соглашения о графических обозначениях
• Что делать с отложенными классами?
• Задание семантики отложенных компонентов и классов
• Способы изменения объявлений
• Повторное объявление функции как атрибута
• Обратного пути нет
• Использование исходной версии при переопределении
• Смысл наследования
• Двойственная перспектива
• Взгляд на класс как на модуль
• Взгляд на класс как на тип
• Наследование и децентрализация
• Независимость от представления
• Парадокс расширения-специализации
• Роль отложенных классов
• Назад к абстрактным типам данных
• Отложенные классы как частичные интерпретации: классы поведения
• Не вызывайте нас, мы вызовем вас
• Программы с дырами
• Роль отложенных классов при анализе и глобальном проектировании
• Обсуждение
• Явное переопределение
• Доступ к предшественнику процедуры
• Динамическое связывание и эффективность
• Оценка накладных расходов
• Статическое связывание как оптимизация
• Кнопка под другим именем: когда статическое связывание ошибочно
• Подход языка С++ к связыванию
• Ключевые концепции
• Библиографические замечания
• Упражнения
• У14.1 Многоугольники и прямоугольники
• У14.2 Многоугольник с малым числом вершин
• У14.3 Геометрические объекты с двумя координатами
• У14.4 Наследование без классов
• У14.5 Классы без объектов
• У14.6 Отложенные классы и прототип
• У14.7 Библиотека поиска в таблицах (семестровый проект)
• У14.8 Виды отложенных компонентов
• У14.9 Комплексные числа

• Лекция 15. Множественное наследование
• Примеры множественного наследования
• Пример, неподходящий для введения
• Может ли самолет быть имуществом?
• Числовые и сравнимые значения
• Окна - это деревья и прямоугольники
• Деревья - это списки и их элементы
• Составные фигуры
• Брак по расчету
• Структурное наследование
• Наследование функциональных возможностей
• Лунка и кнопка
• Оценка
• Переименование компонентов
• Конфликт имен
• Результат переименования
• Смена имен и переопределение
• Подбор локальных имен
• Играем в имена
• Использование родительской процедуры создания
• Плоские структуры
• Плоская форма класса
• Применение плоской формы
• Краткая плоская форма
• Дублируемое наследование
• Общие предки
• По обе стороны океана
• Совместное использование и репликация
• Ненавязчивое дублирующее наследование
• Правило переименования
• Конфликт переопределений
• Конфликт при совместном использовании: отмена определения и соединение компонентов
• Конфликты при репликации: выделение
• Выделение всех компонентов
• Сохранение исходной версии при переопределении
• Пример повышенной сложности
• Дублируемое наследование и универсальность
• Правила об именах
• Обсуждение
• Переименование
• ОО-разработка и перегрузка
• Ключевые концепции
• Библиографические замечания
• Упражнения
• У15.1 Окна как деревья
• У15.2 Является ли окно строкой?
• У15.3 Завершение строительства
• У15.4 Итераторы фигур
• У15.5 Связанные стеки
• У15.6 Кольцевые списки и цепи
• У15.7 Деревья
• У15.8 Каскадные или "шагающие" (walking) меню
• У15.9 Плоский precursor (предшественник)
• У15.10 Дублируемое наследование и репликация

• Лекция 16. Техника наследования
• Наследование и утверждения
• Инварианты
• Предусловия и постусловия при наличии динамического связывания
• Как обмануть клиентов
• Как быть честным
• Пример
• Устранение посредника
• Субподряды
• Абстрактные предусловия
• Правило языка
• Повторное объявление функции как атрибута
• Замечание математического характера
• Глобальная структура наследования
• Универсальные классы
• Нижняя часть иерархии
• Универсальные компоненты
• Замороженные компоненты
• Запрет повторного объявления
• Фиксированная семантика компонентов copy, clone и equality
• Не злоупотребляйте замораживанием
• Ограниченная универсальность
• Вектора, допускающие сложение
• Не ОО-подход
• Ограничение родового параметра
• Игра в рекурсию
• И снова неограниченная универсальность
• Попытка присваивания
• Когда правила типов становятся несносными
• Проблема
• Механизм решения
• Правильное использование попытки присваивания
• Типизация и повторное объявление
• Устройства и принтеры
• Одно- и двусвязные элементы
• Правило повторного объявления типов
• Закрепленные объявления
• Несогласованность типов
• Примеры из практики
• Серьезное затруднение
• Понятие опорного элемента
• Опорный элемент Current
• Еще раз о базовых классах
• Правила о закрепленных типах
• Когда не используются закрепленные объявления
• Статический механизм
• Наследование и скрытие информации
• Кое-что о политике
• Применение
• Зачем нужна такая гибкость?
• Интерфейс и повторное использование реализаций
• Слово в защиту реализаций
• Два стиля
• Выборочный экспорт
• Ключевые концепции
• Библиографические замечания
• Упражнения
• У16.1 Наследование: простота и эффективность
• У16.2 Векторы
• У16.3 Экстракт?

• Лекция 17. Типизация
• Проблема типизации
• Базисная конструкция
• Статическая и динамическая типизация
• Правила типизации
• Реализм
• Пессимизм
• Статическая типизация: как и почему
• Преимущества
• Аргументы в пользу динамической типизации
• Типизация: слагаемые успеха
• "Типизирована ли кроха"?
• Типизация и связывание
• Ковариантность и скрытие потомком
• Ковариантность
• Параллельные иерархии
• Своенравие полиморфизма
• Скрытие потомком
• Корректность систем и классов
• Практический аспект
• Корректность систем: первое приближение
• Контравариантность и безвариантность
• Использование родовых параметров
• Типовые переменные
• Полагаясь на закрепление типов
• Глобальный анализ
• Остерегайтесь полиморфных кэтколлов!
• Назад, в Ялту
• Одно правило и несколько определений
• Оценка
• Полное соответствие
• Ключевые концепции
• Библиографические замечания

• Лекция 18. Глобальные объекты и константы
• Константы базовых типов
• Атрибуты-константы
• Использование констант
• Константы пользовательских классов
• Константы с манифестом для этого непригодны
• Однократные функции
• Применение однократных подпрограмм
• Разделяемые объекты
• Однократные функции с результатами базовых типов
• Однократные процедуры
• Параметры
• Однократные функции, закрепление и универсальность
• Константы строковых типов
• Unique-значения
• Обсуждение
• Инициализация: подходы языков программирования
• Строковые константы
• Unique-значения и перечислимые типы
• Ключевые концепции
• Библиографические замечания
• Упражнения
• У18.1 Эмуляция перечислимых типов однократными функциями
• У18.2 Однократные функции для эмуляции unique-значений
• У18.3 Однократные функции в родовых классах
• У18.4 Однократные атрибуты?