הגיוון של תחומי היישום של התכנות, הוליד סוגים שונים של שפות. במאמר זה נגלה מהי תכנות מונחה עצמים ומהם סוגי שפות התכנות מונחות האובייקטים הקיימות. העז להרחיב את הידע שלך!
תכנות מונחה עצמים
באופן כללי, התכנות דורשת ידע בשפה האחראית על העברת פקודות למחשב, ואלגוריתם שהומר לתוכנית, אך מהו תכנות?
תכנות הוא קבוצת פעולות המובילות לכתיבת קוד, המסוגלת להגשים את המטרה שלשמה הוא נוצר. מצידה, א קוד מקור הוא הייצוג הפנימי של תוכנית או תוכנה, ותוכנית היא קבוצת פקודות השולטות בפעולת המחשבים.
ביסודו של דבר, תוכנית עוברת שלושה שלבים: עריכת התוכנית בשפה מתאימה, הפיכת קוד המקור להוראות למכונה והקישור בין קודי האובייקט וספריות הפונקציות, וגורם לבסוף למה הוא ידוע בשם קוד הפעלה.
יש לכתוב תוכנית בשפת תכנות המובנת למשתמש. כדי שזה יקרה, על המתכנת לאמץ אחת משלל הפרדיגמות הקיימות הקיימות, הקובעות את החזון ולכן, את בחירת השיטות שיש לבצע בהן בניית אותן.
פרדיגמות תכנות
התקדמות התכנות והטכנולוגיה הולידו שיטות תכנות או פרדיגמות שונות. אלה, בתורם, הובילו לסגנונות תכנות שונים ולצורות שונות של פתרון בעיות. להלן הפרדיגמות הקיימות:
פרדיגמה ציווי
הוא קובע כי תוכניות הן רצף קפדני של הוראות מלמעלה למטה, אשר נקטע רק על ידי הכללת תוכנית משנה אי שם.
פרדיגמה מובנית
הוא אוכף מבני קוד המקובצים לפי בלוקים של נהלים ופונקציות. הקוד משוכפל בצורה של לולאה, הנשלטת על ידי סיבה הגיונית.
פרדיגמה הצהרתית
הוא אינו קובע את הצו לבצע בעת ביצוע הפעולות הדרושות לפתרון בעיה. בתוכה נבדלים שני סוגים: הפרדיגמה הפונקציונלית, שבה מתוארים הבעיה והפתרון כפונקציות, והפרדיגמה הלוגית, המבוססת על פרדיקט לוגי.
פרדיגמת תכנות לאירועים
הוא מבוסס על איטרציה אינסופית כדי לזהות את הבעיה ולקבוע כיצד לפתור אותה.
פרדיגמות מקבילות, מופצות ומקבילות
מימוש התוכנית דורש מספר יחידות חישוב. השגרה פועלת באופן עצמאי ביחידות מחשוב אחרות.
פרדיגמה מונחה עצמים
תכנות מסוג זה מבוסס על שלושה עקרונות בסיסיים: אנקפסולציה של נתונים, הפשטת אובייקטים ובדיקת סוגים בהתאם להיררכיה המעמדית.
חשוב לציין כי שפת תכנות אינה מגיבה בדרך כלל רק לפרדיגמה אחת, אלא יכולה להיות תוצאה של שילוב של מספר סוגים שלהן. עם זאת, להלן נתמסר בפירוט רק להגדרה מהי תכנות מונחה עצמים ומה השונים שפות תכנות מונחות עצמים שקיימים
איכויות
זוהי הפרדיגמה הנפוצה ביותר כיום, מכיוון שהיא מאפשרת ניהול טוב יותר של המורכבות במחיר סביר. באמצעותו מוצעת האפשרות לבנות בחלקים, כלומר חלוקת העבודה על בסיס רכיבים, מה שמביא ליישומים חזקים, ניידים וניתנים לשימוש חוזר, עם יתרונות ארוכי טווח.
בניגוד לסוגי תכנות אחרים, תכנות מונחה עצמים מחפש חלקים בישויות הנובעות מתחום הבעיה, ולא בתוך פתרון הבעיה עצמו. הדרישה העיקרית היא שכל רכיב יתנהג בצורה צפויה, כך שהפיתוח שלנו לא יושפע מהאופן שבו הוא מיושם, ושאנחנו יכולים לדעת אפריורי את התנאים המוצעים על ידי כל רכיב, כמו גם איך להתחבר. .
מנקודת מבט אחרת, אנו יכולים להזכיר שתכנות מונחה עצמים קשור לתורת הידע, הקובעת כי האדם מאחסן מידע על פי תוכניות שנקבעו מראש, תוצר של חוויותיו כאדם. בדרך זו, תכנות מסוג זה מאפשר לייצג ידע בצורה היוריסטית או תיאורטית, באמצעות התכניות הנפשיות של הפרט, תוך שימוש בידע קודם המאוחסן ביחידות מידע.
מקור
https://youtu.be/aESIbDclIzw?t=5
תכנות מונחה עצמים הוא טכניקה, סגנון או מתודולוגיה שפותחו בשנות השישים, כתוצאה מהמשבר שנוצר מחוסר האפשרות לשנות או לשנות תוכניות מורכבות. מצב שהלך ומחמיר בגלל היעדר כוח אדם מתמחה שמוכן לתת תחזוקה לתוכניות.
הפתרון הרגעי למשבר זה היה בידי תכנות מובנה, שכלל פירוק התוכניות להליכים בודדים שיבצעו משימות ספציפיות בנפרד. זה הביא איתו חסרונות אחרים, שנוצרו בעיקר בגלל הקושי להשיג תיאום בין המפתחים הרבים שהיו מעורבים בפרויקט, שכן ככל שמספר המשימות גדול יותר, כך מספר המתכנתים גדל.
ללא ספק, החיסרון העיקרי של תכנות מסוג זה היה הצורך להפריד רעיונית את הנתונים מהקודים. מצב שהוחמר ישירות מגודל התוכנית ומורכבותה.
כך, על מנת להפחית את מורכבות התוכניות, נולד תכנות מונחה עצמים. היתרון העיקרי שלה הוא בכך שהיא מאפשרת לבנות תוכניות מורכבות באמצעות אובייקטים פשוטים יותר. אובייקטים אלה מהווים את ישויות התוכנה המכוונות לפי מתודולוגיה זו. היכולת לרשת נתונים וקוד מאפליקציות קיימות משפרת את פריון המפתחים. באופן דומה, קל להרחיב ולהשתמש מחדש בשיעורים ביישומים אחרים, מבלי לשנות את הקוד המקורי במידה ניכרת.
תכונות
לתכנות מונחה עצמים יש תכונות רבות, להלן העיקריות:
- הבסיס לתכנות מונחה עצמים הוא שיעורים, לא אלגוריתמים. אלה מהווים אבני בניין לוגיות.
- כל אובייקט הוא מופע של מחלקה.
- תוכנית נתפסת כאמצעי לשלוח ולקבל הודעות, באמצעות קבוצת אובייקטים המגיבים זה לזה.
- כל אובייקט חייב לחפש את הדרך הטובה ביותר להגיב לכל הודעה שהתקבלה.
- כל אובייקט עשוי להגיב להודעות בדרכים שונות.
- זה מקל על שינוי התוכנה מכיוון שהרכיבים ניתנים להחלפה.
- שינויים חלקיים ופנימיים אינם משפיעים על התנהגות שאר המערכת.
- אם יעקבו אחר העקרונות הבסיסיים של תכנות מונחה עצמים, עלות בניית המערכת תהיה נמוכה יותר מאשר במקרים בהם החלקים תלויים זה בזה.
- יתכן כי שיעורים הנגזרים מאחרים יורשים את הידע והכישורים של קודמיהם. באמצעות ירושה, השיעורים קשורים זה לזה, ודרך העבודה מנוצלת ללא צורך בשכתוב הקוד.
- השיטות של כיתה יכולות לעשות דברים שונים, גם אם הם שומרים על אותו שם. כלומר, באמצעות פולימורפיזם, המתכנת יכול ליישם מספר צורות של אותה שיטה, בהתאם למעמד שעליו מתבצע היישום. המשמעות היא שניתן לגשת למספר שיטות באמצעות אותו שם או אמצעי גישה.
הבדלים: תכנות מובנה לעומת תכנות מונחה עצמים
כפי שכבר הזכרנו, תכנות מונחה עצמים מייצג את האבולוציה של תכנות מובנה, מה שלא אומר שהוא טוב ממנו, שכן לכל אחת יש את התועלת שלה בהתאם לסוג המערכת שתפותח. ההבדלים הבסיסיים הקיימים בין השניים נקבעים להלן:
תכנות מובנה פותר בעיות אלגוריתמיות, החל מהכנסת נתונים מסוימים נוצרת פלט. תכנות מונחה עצמים מבוסס על דוגמנות אובייקטים, שימושי מאוד בפיתוח יישומי אינטרנט.
הראשון מתמקד במבנה נתונים, ואילו השני מבוסס על אובייקטים, עם מצב והתנהגות משלו.
המידע בתוך תכנות מובנה זורם דרך מבנים וקריאות לפונקציות, בתכנות מונחה עצמים הוא תוצאה של האינטראקציה ביניהם, על ידי שליחה וקבלה של הודעות.
עקרונות בסיסיים
כתוצאה מהתפיסה של תכנות מונחה עצמים, עולים שלושה עקרונות בסיסיים של פרדיגמה זו. אלו הם:
אנקפסולציה של נתונים
כפי שכבר ציינו, מצופה מאובייקטים כיצד להגיב להודעות שהם מקבלים, ומראים התנהגות ספציפית. עם זאת, מה שאנחנו לא רוצים הוא שמי ששולח את המסר יודע איך הוא עושה את זה. השגת מטרה זו היא מה שמכונה אנקפסולציה של נתונים. במילים אחרות, מה שאתה רוצה הוא שכל חלק בתוכנית יודע רק מה שמעניין אותו, ובכך נמנע מהשפעות בטחונות הקשורות לאובייקטים אחרים.
בקיצור, עם אנקפסולציה של הנתונים הגישה למרכיבי האובייקטים בלתי אפשרית, כלומר אלה מוגנים בתוך יחידת תכנות אחת מוגדרת היטב, מכיוון שלכל אחד מהם יש מפרטי עיצוב שהופכים אותם ללא תלויים זה בזה.
הסיבה העיקרית לכך שאנו רוצים שאובייקט הלקוח לא יידע את דרך היישום היא שבדרך כלל יכולות להיות מספר חלופות לאותה פעולה. בנוסף, בעתיד נוכל להחליט לשנות מחלופה אחת לאחרת, מבלי שהלקוח יידע או יראה את מתן השירות מושפע.
הפשטת אובייקט
מאפיין חיוני של תכנות מונחה עצמים הוא שהוא מבקש לתקוף את הבעיה בחלקים. בדרך זו, הדבר הראשון שהוא עושה הוא למצוא את האובייקטים, ולאחר מכן לקבוע כיצד עליהם לקיים אינטראקציה ולבסוף ליישם את התנהגותם. כתוצאה מכך, יש לנו האובייקטים שאנו מוצאים הם אלה שיעזרו לנו לפתור את הבעיה.
הפשטה כוללת שני סוגים של ידע, נתונים או משתנים, המהווים את התוכנית המנטלית, ושיטות, פונקציות או פרוצדורות, הקשורות לתוכנית אחרת לתכניות שנקבעו מראש. כלומר, הודות להפשטת הנתונים, ניתן להגדיר את התחום ואת מבנה הנתונים, כמו גם לקבוע את שיטות הגישה אליהם. לבסוף, ההפשטה הופכת לסוג נתונים חדש שהוגדר על ידי המתכנת, המורכב מתכונות ושיטות החלות על הראשון.
בשל קיומן של מספר תוכניות נפשיות לאותה בעיה, כל מתכנת יכול לארגן את השיעורים בדרכים שונות, בהתאם לתפיסתו האישית. מה שהוא מתכוון הוא שהפשטת אובייקטים היא היכולת בתוך עיצוב התוכנית ליצור נתונים שהוגדרו על ידי המשתמש.
הקלד check בהתאם להיררכיה של הכיתה
זה כאשר אתה בוחר את השפה לביצוע בדיקות סוג. ישנן שפות שמחליטות לעשות זאת במהלך האוסף, ואחרות במהלך הביצוע. שפות אחרות אפילו לא מהדרות, מה שלא נותן לך אפשרות לבצע בדיקות מכל סוג שהוא, עד זמן ריצה.
כאשר הבדיקה מתבצעת בזמן הריצה, היא נקראת בדיקה דינאמית. לעומת זאת, כאשר הדבר נעשה בזמן הידור, הוא נקרא בדיקה סטטית.
בשל העובדה שבבדיקה הסטטית הטעויות נובעות מההתחלה, מבלי להגיע לרגע הביצוע, לעתים קרובות אומרים כי סוג בדיקה זה בטוח יותר. עם זאת, בדיקות דינאמיות מאפשרות יישומים חלקיים, ללא צורך בשכתוב הקוד שוב ושוב.
איך זה עובד?
הצעד הראשון לפתרון בעיה בפרדיגמה זו הוא למצוא את האובייקטים או הישויות של תחום הבעיה. לאחר מכן יש צורך למצוא את הדרך שבה ישויות אלה מתקיימות כדי לפתור את הבעיה, ולבסס את המסרים שהאובייקטים שולחים, באיזה סדר ובאילו תנאים. לבסוף, עליך ליישם את התנהגות האובייקטים, תוך התייחסות לתגובה שהם נותנים ביחס למסרים.
לסיכום, כאשר תוכנית מבוצעת תחת הפרדיגמה של תכנות מונחה עצמים, שלושה דברים קורים: אובייקטים נוצרים לפי הצורך, הודעות זורמות מאובייקט אחד למשנהו במקביל לעיבוד המידע על ידי התוכנית, וכאשר אובייקטים אינם נדרשים עוד, הם נמחקים כדי לפנות זיכרון במערכת.
מושגי מפתח
על מנת להבין קצת יותר אודות מהי תכנות מונחה עצמים, עלינו להזכיר את מושגי היסוד הבאים:
- אובייקט: הכוונה היא לישות שיכולה להיות מקבלת הודעות, בעוד שהיא יכולה להגיב להן ולשלוח הודעות לאובייקטים אחרים. הישות היא בעלת ההתנהגות.
- זהות: ההיבט הוא שמבדיל בין אובייקט אחד למשנהו.
- הודעה: זוהי האינטראקציה המתקבלת בין ישות המבקשת שירות לבין אחרת המספקת אותו.
- אובייקט לקוח: מי ששולח את ההודעה.
- אובייקט המקלט: זהו האובייקט שמקבל את ההודעה.
- משלחת: התייחסות לשליחת הודעות מאובייקט לאובייקטים אחרים. כאשר אובייקט צריך שיתוף פעולה של אחרים כדי להגיב להודעות.
- התנהגות: הן התגובות להודעות המתקבלות על ידי אובייקט מקבל.
- סטטוס: מתייחס למצב הנוכחי של כל אובייקט.
- אחריות: זהו האינטראקציה בין המצב להתנהגות אובייקט.
- שיטה: הכוונה ליישום התגובה שניתן על ידי אובייקט להודעה שהתקבלה.
- פולימורפיזם: זוהי היכולת של אובייקטים מסוימים להגיב לאותו מסר, אך בכמה דרכים שונות.
- כיתות: הם קבוצות של אובייקטים המתנהגים באותו אופן. הם יכולים להיות מוגדרים על ידי המתכנת. הם תוכניות מנטליות המאפשרות להפשטת אובייקטים ולקבוע כיצד להתייחס זה לזה.
- תכונה: הוא מתייחס למשתנה פנימי של האובייקט שנוצר כדי לאחסן חלק ממצבו.
- חוזה: מתייחס לידע של כל רכיב ומציע דרך להתחבר אליו.
פתרון בעיות המבוסס על תכנות מונחה עצמים
לאחר שזוהתה הבעיה והציע את הפתרון האפשרי, יש צורך לתמלל אותה לשפת תכנות כך שניתן יהיה לבצע אותה על ידי מחשב, באמצעות תוכנה. על פי המתודולוגיה של תכנות מונחה עצמים, מוגדרים השלבים הבאים:
- הגדרת התוכנית: היא עוסקת בתיאור הסכימטי של הבעיה, בצורה ברורה, מובנת ומוגדרת היטב. הוא כרוך בזיהוי המקור והיבט הנתונים לעיבוד, כמו גם תיאור התוצאות ואופן הצגתן.
- ניתוח ועיצוב מונחה עצמים: מתייחס לזיהוי ותיאור אובייקטים בתחום הבעיה. לאחר מכן נקבעות התכונות, מערכות היחסים והשיטות להלן, זאת על מנת להגדיר את המחלקות שיושמו בשפת תכנות ספציפית.
- תכנות: ביסודו של דבר, הוא מתייחס לתמלול של התוכנית, הכולל כתיבה נכונה של הקוד בשפת תכנות, תוך שימוש בסגנון פיתוח המסוגל להבטיח את איכות המוצר, מה שיגרום לפתרון נכון של הבעיה. שלב זה כולל בניית אלגוריתמים, פיתוח תרשימי זרימה והתכנות הסופי, ביצוע בדיקות שולחן העבודה, קידוד, אוסף וביצוע התוכנית.
- תיעוד: הוא כולל תיאור של רצף השלבים הדרושים בכדי להגיע לפתרון בעיה. הוא כולל שילוב של שורות הערות המבהירות או מסבירות את משמעות שורות הקוד שעשויות לבלבל, במיוחד אלה המתייחסות למזהים ולמבני נתונים מוכרזים, מבני בקרה ושיטות ופרמטרים שלהם. שלב זה חיוני להצלחת המוצר הסופי, מכיוון שאם התיעוד נכשל, התוכנות קשות לקריאה ולניפוי באגים, ואף יותר מכך, שינוין ותחזוקתן הופכות כמעט בלתי אפשריות.
ברוח אחרת, אנו יכולים לומר כי הפונקציונאליות של שפות התכנות גדלה עם השנים, בעיקר בשל הופעתם של תחומי יישום חדשים ומגוונים. למרות שזה נכון שבתחילת הדרך שפות אלה שימשו, בעצם, לטיפול בכמויות גדולות של נתונים ולביצוע חישובים מספריים מסוימים.
כיום שפות תכנות משמשות כמעט בכל תחום בחברה הכולל ניהול מסדי נתונים, יצירת תמונות ואפילו בינה מלאכותית, בין היבטים רבים אחרים.
בעיקר, לידתן של טכנולוגיות הנדסת תוכנה חדשות גרמה לעליית שפות התכנות שנראה להלן.
שפות תכנות מונחות עצמים
הן שפות שנועדו לשלב נתונים ואפלטים במחלקות. אלה יכולים לרשת מאפיינים של קודים שהשתנו אחרים ולהוליד מאפיינים חדשים, המובילים גם למתודולוגיית תכנות חדשה.
מיון
כפי שנראה מאוחר יותר, ישנן מספר שפות תכנות המגיבות לפרדיגמה מוכוונת האובייקטים. על פי דרך היישום שלהם, הם מסווגים כ:
- כשהם מיישמים את ההתנהגות: היא מכסה את השפות המבוססות על מחלקות ועל אבות טיפוס או דוגמאות.
- כשהם מיישמים יצירת אובייקטים: הם מבוססים על זמן הביצוע באזור הזיכרון הדינאמי או על זמן האוסף של הערימה.
- על פי בדיקת סוגים: מתייחס לאימות זמן הידור או אימות בזמן ריצה.
בין השפות העיקריות מונחות האובייקטים יש לנו:
שיחות חולין
ניתן לתכנת אותו רק תחת הפרדיגמה של תכנות מונחה עצמים. זוהי שפה מבוססת כיתות, המעצבת אובייקטים באזור הזיכרון הדינמי בזמן ריצה. הוא מבצע בדיקות סוג רק בזמן ריצה, כלומר שפת בדיקה דינאמית.
Java
זוהי אחת השפות הנפוצות ביותר כיום, היא לגמרי מונחה עצמים, עם תחביר דומה ל- C ו- C ++. היא עצמאית בפלטפורמה.
כמו Smalltalk זוהי שפה מבוססת כיתות, היוצרת את האובייקטים באזור הזיכרון הדינאמי בזמן ריצה, אך אינה מבצעת בדיקות הקלדה בזמן ריצה, אלא בזמן הידור, בהבדל שהיא יוצרת קוד בינוני שאינו ניתן להפעלה, מגיע מרכיבה מוקדמת. זה הופך אותה לשפת בדיקה סטטית.
תכנות מונחה עצמים בג'אווה הם פועלים על מכונה וירטואלית המתמחה בשפה מסוג זה, שעובדת כאילו מדובר במחשב, ולכן מאפשרת את ביצועם ללא צורך לשנות אותם. סוג זה של מכונה הוא מה שנקרא מתורגמן.
JavaScript
שלא כמו Smalltalk וג'אווה, זוהי שפה הנשענת על טיפוס או דוגמאות. הוא מתפרש וללא סוגים, כלומר הוא אינו מבצע בדיקות טיפוס לא בזמן ריצה או בזמן הידור. יוצר אובייקטים באזור הזיכרון הדינמי בזמן ריצה. מכיוון שהוא חסר אוסף, היא הופכת לשפה שנבדקה באופן דינמי.
זוהי שפה עוצמתית, הודות לניידות והאינטגרציה שלה, כמו גם לטכניקות התכנות הסטנדרטיות והפשוטות שלה. במילים אחרות, JavaScript הוא קוד המוטמע בדף אינטרנט, שמטרתו לשפר את הדינמיות של אותו דף.
C + +
היא מהווה גידול לשפת C המסורתית, על ידי קליטת היתרונות של שפה זו ושילוב תומכים לאובייקטים. למרות שהיא מקיפה שלוש פרדיגמות תכנות שונות, כגון: תכנות מובנה, תכנות גנרי ותכנות מונחה עצמים, הוא זה שהוביל את המעבר מהפרדיגמה המובנית לפרדיגמה מונחת האובייקטים.
זוהי שפה רב תכליתית, המשמשת לעתים קרובות מאוד בקרב מתכנתים ליישומים, הן ב- Windows והן ב- GNU Linux. יוצר אובייקטים בזיכרון דינאמי בזמן ריצה. הוא מתמקד בעצם בביצועים, ניידות והפשטה. החיסרון העיקרי שלו הוא שכאשר מהדרים, נוצר קובץ הפעלה שהקוד שלו תקף רק לפלטפורמה שבה בוצע האוסף. מצד שני, בהיותה שפת הפעלה, היא אינה תלויה בפלטפורמה.
C#
זוהי שפת תכנות הפועלת בזמן ריצה ונכללת בפלטפורמת .NET, המאפשרת לך לשתף ולזהות את הספריות שלך. הוא לגמרי מונחה עצמים, מאפשר יצירת כל מיני יישומים.
היא מהווה אבולוציה של השפות C ו- C ++, ומבטלת את המורכבות של האחרונים, מכיוון שהיא קלה יותר לשימוש ומפחיתה את מרווח הטעויות במהלך פעולתה, בשל קבלת הידור מוקדם.
פיתון
זוהי שפה מרובת תבניות, בעיקר מונחה עצמים, אך מקיפה פרדיגמות אחרות כגון תכנות חובה, תכנות פונקציונלי ותכנות מונחה היבטים.
התחביר הנקי שלו, קרוב מאוד לשפה הטבעית, מעדיף את קריאת הקוד שלו. מומלץ מאוד להתחיל בעולם התכנות.
הוא מבוצע באמצעות תוכנית ביניים, כלומר באמצעות מתורגמן. מכיוון שזו שפה מפורשת למחצה, היא גמישה וניידת. הוא מודפס באופן דינמי, כלומר סוג הנתונים נקבע בזמן ריצה.
פסקל
נכון לעכשיו, זוהי השפה בה נעשה שימוש מצוין בהוראת התכנות. יש לו תחביר פשוט, עם שפה מובנית במיוחד, המאפשרת קריאה ופרשנות של התוכניות. האוסף שלה יכול להתבצע בכל מכונה שיש לה מהדר פסקל.
למרות היותה שפה מובנית, היא מאפשרת תכנות מונחה עצמים באמצעות גרסת טורבו פסקל שלה. יש לה סביבה משולבת, שממנה אפשר לכתוב את התוכניות ולבדוק אותן. בסופו של דבר, פסקל היא שפה למטרות כלליות.
אם הנושא שמעניין אותך קשור לתכנות, אני מזמין אותך לקרוא מהו אלגוריתם בתכנות?