Что такое класс в программировании с

Объектно-ориентированное программирование

Кроме использования встроенных типов, таких как int, double и т.д., мы можем определять свои собственные типы или классы . Класс представляет составной тип, который может использовать другие типы.

Класс предназначен для описания некоторого типа объектов. То есть по сути класс является планом объекта. А объект представляет конкретное воплощение класса, его реализацию. Можно еще провести следующую аналогию. У нас у всех есть некоторое представление о человеке, у которого есть имя, возраст, какие-то другие характеристики. То есть некоторый шаблон — этот шаблон можно назвать классом. Конкретное воплощение этого шаблона может отличаться, например, одни люди имеют одно имя, другие — другое имя. И реально существующий человек будет представлять объект или экземпляр этого класса.

Для определения класса применяется ключевое слово class , после которого идет имя класса:

class имя_класса < // компоненты класса >;

После названия класса в фигурных скобках располагаются компоненты класса. Причем после закрывающей фигурной скобки идет точка с запятой.

Например, определим простейший класс:

class Person < >; int main()

В данном случае класс называется Person. Как правило, названия классов начинаются с большой буквы. Допустим, данные класс представляет человека. Данный класс пуст, не содержит никаких компонентов, тем не менее он уже представляет новый тип. И после определения класса мы можем определять его переменные или константы:

class Person < >; int main()

Но данный класс мало что делает. Класс может определять переменные и константы для хранения состояния объекта и функции для определения поведения объекта. Поэтому добавим в класс Person некоторое состояние и поведение:

#include class Person < public: std::string name; unsigned age; void print() < std::cout >; int main() < Person person; // устанавливаем значения полей класса person.name = "Tom"; person.age = 38; // вызываем функцию класса person.print(); >

Теперь класс Person имеет две переменных name и age, которые предназначены для хранения имени и возраста человека соответственно. Переменные класса еще называют полями класса. Также класс определяет функцию print, которая выводит значения переменных класса на консоль. Также стоит обратить внимание на модификатор доступа public: , который указывает, что идущие после него переменные и функции будут доступны извне, из внешнего кода.

Затем в функции main создается один объект класса Person. Через точку мы можем обратиться к его переменным и функциям.

объект.компонент

Например, мы можем установить значения полей класса

person.name = "Tom"; person.age = 38;

Ну и также мы можем вызывать функции у объекта:

person.print();

Консольный вывод данной программы:

Name: Tom Age: 38

Подобным образом можно получать значения переменных объектов

#include class Person < public: std::string name; unsigned age; void print() < std::cout >; int main() < Person person; // устанавливаем значения полей класса person.name = "Bob"; person.age = 42; // получаем значения полей std::string username = person.name; unsigned userage = person.age; // выводим полученные данные на консоль std::cout

Также можно поля класса, как и обычные переменные, инициализировать некоторыми начальными значениями:

#include class Person < public: std::string name; unsigned age; void print() < std::cout >; int main() < Person person; person.print(); // Name: Undefined Age: 18 >

Указатели на объекты классов

На объекты классов, как и на объекты других типов, можно определять указатели. Затем через указатель можно обращаться к членам класса — переменным и методам. Однако если при обращении через обычную переменную используется символ точка, то для обращения к членам класса через указатель применяется стрелка (->):

#include class Person < public: std::string name; unsigned age; void print() < std::cout >; int main() < Person person; Person *ptr = &person; // обращаемся к полям и функции объекта через указатель ptr->name = «Tom»; ptr->age = 22; ptr->print(); // обращаемся к полям объекта std::cout

Изменения по указателю ptr в данном случае приведут к изменениям объекта person.

Что такое классы в объектно-ориентированном программировании

Обучение почти каждому языку программирования начинается с создания классов и объектов. Они помогают в работе с базами данных, в автоматическом тестировании, а также позволяют не писать много раз одинаковый код.

Рассказываем, что такое классы в объектно-ориентированных языках, по каким принципам работают и чем отличаются.

Зачем нужны классы в программировании

ООП — это способ написания программ, где структуру создают из объектов, которые взаимодействуют между собой. На базе ООП построены языки Java, Swift, Python, PHP, JavaScript и Ruby.

Основа ООП — класс — способ отобразить предмет реального мира с помощью атрибутов. Например, множество классов используют как «чертежи» для компьютерного отображения домов, машин, деревьев, животных и любых других объектов, которые нужно смоделировать. Класс в программировании состоит из данных и кода. Данные отображают предметы или абстрактные понятия, а код ими управляет.

Класс ООП имеет набор атрибутов и характеристик. Каждая характеристика — это поле класса. Взаимодействовать с полями позволяют методы класса — операторы и функции для определенного действия.

Если в ООП есть задача описать реальный объект — например, книгу — вы должны задать ее характеристики (свойства объекта): цвет, размер, автор, год выпуска, жанр. У книги есть и функции: выдача текстовой или графической информации.

Задав программе характеристики и функции, мы обобщили данные и создали объект. Если мы знаем, что множество книг соответствует характеристикам, то можем использовать объект как шаблон для создания других. Шаблон, который задает начальные характеристики для объектов, — это и есть класс.

ООП позволяет разбить сложные задачи на простые и не прописывать функции для каждого объекта.

Как работают классы

ООП построен на четырех основных принципах: абстрагирование, полиморфизм, наследование и инкапсуляция.

Абстрагирование — это отсечение несущественных характеристик для класса и прописывание ключевых. Например, и для класса Car, и для класса Plane можно указать то, что они сделаны из металла, но это не ключевая характеристика, а вот способность ездить (для первого класса) и летать (для второго) — существенная. Идея абстрагирования в том, чтобы задать минимум полей для объекта, оставив важные.

Идея наследования состоит в передаче характеристик от одного класса к другому, у которого есть также и свои характеристики. Классы, на основе которых создаются другие, называются родительскими или суперклассами. Те, которые унаследовали характеристики, — классами-потомками или подклассами.

Например, компания собирается в 2022 году выпустить в производство новую серию ноутбуков с улучшенными видеокартами, процессорами и большим объемом памяти. Но разрабатывать модель с нуля долго. Если в компании уже есть линейка, которая отвечает запросам (суперкласс Laptops), то класс NewLaptops унаследует атрибуты суперкласса и к нему лишь добавят новые характеристики.

Для разграничения доступа к объектам используется инкапсуляция. Это способ объединения данных, который запрещает доступ части компонентов программы к другим ее фрагментам. Он позволяет работать с частью программы и не запускать ненужные в этом участке кода функции. Класс NewLaptops отображает для юзера пользовательский интерфейс ноутбука, но будет скрывать ненужные сведения. Например, как операционная система распределяет время процессора для решения задач.

Идею полиморфизма кратко описывают так: «один интерфейс — множество реализаций» — с помощью одной функции можно обработать данные, принадлежащие к разным классам. Если компания производит разную технику с видеокамерами, код, который описывает свойства камеры, будет подходить для нескольких классов. Например, NewLaptops и Phones.

курсы по теме:

Python для разработки и анализа данных

Класс (программирование)

Класс в программировании — набор методов и функций. Другие абстрактные типы данных — метаклассы, интерфейсы, структуры, перечисления — характеризуются какими-то своими, другими особенностями. Наряду с понятием «объекта» класс является ключевым понятием в ООП (хотя существуют и бесклассовые объектно-ориентированные языки, например, JavaScript; подробнее смотрите Прототипное программирование). Суть отличия классов от других абстрактных типов данных состоит в том, что при задании типа данных класс определяет одновременно и интерфейс, и реализацию для всех своих экземпляров, а вызов метода-конструктора обязателен. Точный смысл этой фразы будет раскрыт ниже.

На практике объектно-ориентированное программирование сводится к созданию некоторого набора классов, включая интерфейс и реализацию, и последующему их использованию. Графическое представление набора классов и связей между ними называется диаграммой классов. Объектно-ориентированный подход за время своего развития накопил множество рекомендаций (паттернов) по созданию классов и иерархий классов.

Идея классов пришла из работ по базам знаний, имеющих отношение к исследованиям по искусственному интеллекту. Используемые человеком классификации в зоологии, ботанике, химии, деталях машин, несут в себе основную идею, что любую вещь всегда можно представить частным случаем некоторого более общего понятия. Конкретное яблоко — это в целом некоторое яблоко, вообще яблоко, а любое вообще яблоко — фрукт. Именно поэтому примеры классов в учебных пособиях по объектно-ориентированному программированию так часто упоминают яблоки и груши.

Везде далее слова «класс», «объект», «интерфейс» и «структура» будут употребляться в своих специальных значениях, заданных в рамках ООП.

Классы и объекты, понятие экземпляра класса, понятие членов класса

В объектно-ориентированной программе с применением классов каждый объект является «экземпляром» некоторого конкретного класса, и других объектов не предусмотрено. То есть «экземпляр класса» в данном случае означает не «пример некоторого класса» или «отдельно взятый класс», а «объект, типом которого является какой-то класс». При этом в разных языках программирования допускается либо не допускается существование еще каких-то типов данных, экземпляры которых не являются объектами (то есть язык определяет, являются ли объектами такие вещи, как числа, массивы и указатели, или не являются, и, соответственно, есть ли такие классы как «число», «массив» или «указатель», экземплярами которых были бы каждое конкретное число, массив или указатель).

Например, абстрактный тип данных «строка текста» может быть оформлен в виде класса, и тогда все строки текста в программе будут являться объектами — экземплярами класса «строка текста».

При использовании классов все элементы кода программы, такие как переменные, константы, методы, процедуры и функции, могут принадлежать (а во многих языках обязаны принадлежать) тому или иному классу. Сам класс в итоге определяется как список своих членов, а именно полей (свойств) и методов/функций/процедур. В зависимости от языка программирования к этому списку могут добавиться константы, атрибуты и внешние определения.

Как и структуры, классы могут задавать поля — то есть переменные, принадлежащие либо непосредственно самому классу (статические), либо экземплярам класса (обычные). Статические поля существуют в одном экземпляре на всю программу (или, в более сложном варианте, — в одном экземпляре на процесс или на поток/нить). Обычные поля создаются по одной копии для каждого конкретного объекта — экземпляра класса. Например, общее количество строк текста, созданных в программе за время её работы, будет являться статическим полем класса «строка текста». А конкретный массив символов строки будет являться обычным полем экземпляра класса «строка текста», так же как переменная «фамилия», имеющая тип «строка текста», будет являться обычным полем каждого конкретного экземпляра класса «человек».

В ООП при использовании классов весь исполняемый код программы (алгоритмы) будет оформляться в виде так называемых «методов», «функций» или «процедур», что соответствует обычному структурному программированию, однако теперь они могут (а во многих языках обязаны) принадлежать тому или иному классу. Например, по возможности, класс «строка текста» будет содержать все основные методы/функции/процедуры, предназначенные для работы со строкой текста, такие как поиск в строке, вырезание части строки и т. д.

Как и поля, код в виде методов/функций/процедур, принадлежащих классу, может быть отнесен либо к самому классу, либо к экземплярам класса. Метод, принадлежащий классу и соотнесенный с классом (статический метод) может быть вызван сам по себе и имеет доступ к статическим переменным класса. Метод, соотнесенный с экземпляром класса (обычный метод), может быть вызван только у самого объекта, и имеет доступ как к статическим полям класса, так и к обычным полям конкретного объекта (при вызове этот объект передастся скрытым параметром метода). Например, общее количество созданных строк можно узнать из любого места программы, но длину конкретной строки можно узнать только указав, тем или иным образом, длину какой строки будем мерить.

Сам класс не является объектом, однако, в зависимости от языка программирования и платформы, программисту могут быть доступны те или иные объекты, позволяющие получить информацию о классе — название, список членов, объем памяти, занимаемой классом или отдельным экземпляром. Например, может существовать специальный класс «тип данных», экземпляры которого описывают тот или иной конкретный класс, существующий в программе.

Интерфейс и реализация, наследование реализации

В программировании существует понятие программного интерфейса, означающего перечень возможных вычислений, которые может выполнить та или иная часть программы, включая описание того, какие аргументы и в каком порядке требуется передавать на вход алгоритмам из этого перечня, а также что и в каком виде они будут возвращать. Абстрактный тип данных интерфейс придуман для формализованного описания такого перечня. Сами алгоритмы, то есть действительный программный код, который будет выполнять все эти вычисления, интерфейсом не задаётся, программируется отдельно и называется реализацией интерфейса.

Программные интерфейсы, а также классы, могут расширяться путем наследования, которое является одним из важных средств повторного использования готового кода в ООП. Наследованный класс или интерфейс будет содержать в себе всё, что указано для всех его родительских классов (в зависимости от языка программирования и платформы, их может быть от нуля до бесконечности). Например, можно создать свой вариант текстовой строки путем наследования класса «моя строка текста» от уже существующего класса «строка текста», при этом предполагается, что программисту не придется заново переписывать алгоритмы поиска и прочее, так как они автоматически будут унаследованы от готового класса, и любой экземпляр класса «моя строка текста» может быть передан не только в готовые методы родительского класса «строка текста» для проведения нужных вычислений, но и вообще в любой алгоритм, способный работать с объектами типа «строка текста», так как экземпляры обоих классов совместимы по программным интерфейсам.

Класс позволяет задать не только программный интерфейс к самому себе и к своим экземплярам, но и в явном виде написать код, ответственный за вычисления. Если при создании своего нового типа данных наследовать интерфейс, то мы получим возможность передавать экземпляр своего типа данных в любой алгоритм, который умеет работать с этим интерфейсом. Однако нам придется самим написать реализацию интерфейса, то есть те алгоритмы, которыми будет пользоваться интересующий нас алгоритм для проведения вычислений с использованием нашего экземпляра. В то же время, наследуя класс, мы автоматически наследуем готовый код под интерфейс (это не всегда так, родительский класс может требовать реализации каких-то алгоритмов в дочернем классе в обязательном порядке). В этой возможности наследовать готовый код и проявляется то, что в объектно-ориентированной программе тип данных класс определяет одновременно и интерфейс, и реализацию для всех своих экземпляров.

Состояние объекта, понятие областей доступа, конструкторы

Одной из проблем структурного программирования, с которой борется ООП, является проблема поддержания правильного значения переменных программы. Часто разные переменные программы хранят логически связанные значения, и за поддержание этой логической связности несет ответственность программист, то есть автоматически связность не поддерживается. Примером могут служить флажки «уволен» и «ожидает премии по итогам года», когда по правилам отдела кадров человек может быть одновременно не уволенным и не ожидающим премии, не уволенным и ожидающим премии, уволенным и не ожидающим премии, но не может быть одновременно и уволенным, и ожидающим премии. То есть любая часть программы, которая проставляет флажок «уволен», всегда должна снимать флажок «ожидает премии по итогам года».

Хороший способ решить эту проблему — объявить флажок «уволен» недоступным к изменению для всех участков программы, кроме одного специально оговоренного. В этом специально оговоренном участке всё будет написано один раз и правильно, а все остальные должны будут обращаться к этому участку всегда, когда они хотят установить или снять флажок «уволен».

В объектно-ориентированной программе флажок «уволен» будет объявлен приватным членом некоторого класса, а для чтения и изменения его будут написаны соответствующие публичные методы. Правила, определяющие возможность или невозможность напрямую изменять какие-либо переменные, называются правилами задания областей доступа. Слова «приватный» и «публичный» в данном случае являются так называемыми «модификаторами доступа». Они называются модификаторами потому, что в некоторых языках они используются для изменения ранее установленных прав при наследовании класса. Совместно классы и модификаторы доступа задают область доступа, то есть у каждого участка кода, в зависимости от того, какому классу он принадлежит, будет своя область доступа относительно тех или иных элементов (членов) своего класса и других классов, включая переменные, методы, функции, константы и т. д. Существует основное правило: ничто в одном классе не может видеть приватных элементов другого класса. Относительно других, более сложных правил, в различных языках существуют другие модификаторы доступа и правила их взаимодействия с классами.

Почти каждому члену класса можно установить модификатор доступа (за исключением статических конструкторов и некоторых других вещей). В большинстве объектно-ориентированных языков программирования поддерживаются следующие модификаторы доступа:

• private (закрытый, внутренний член класса) — обращения к члену допускаются только из методов того класса, в котором этот член определён. Любые наследники класса уже не смогут получить доступ к этому члену. Наследование по типу private делает все public и protected члены родительского класса private-членами класса-наследника (С++);
• protected (защищённый, внутренний член иерархии классов) — обращения к члену допускаются из методов того класса, в котором этот член определён, а также из любых методов его классов-наследников. Наследование по типу protected делает все public-члены родительского класса protected-членами класса-наследника (С++);
• public (открытый член класса) — обращения к члену допускаются из любого кода. Наследование по типу public не меняет модификаторов родительского класса (С++);

Проблема поддержания правильного состояния переменных актуальна и для самого первого момента выставления начальных значений. Для этого в классах предусмотрены специальные методы/функции, называемые конструкторами. Ни один объект (экземпляр класса) не может быть создан иначе, как путем вызова на исполнение кода конструктора, который вернет вызывающей стороне созданный и правильно заполненный экземпляр класса. Во многих языках программирования тип данных «структура», как и класс, может содержать переменные и методы, но экземпляры структур, оставаясь просто размеченным участком оперативной памяти, могут создаваться в обход конструкторов, что запрещено для экземпляров классов (за исключением специальных исключительных методов обхода всех подобных правил ООП, предусмотренных в некоторых языках и платформах). В этом проявляется отличие классов от других типов данных — вызов конструктора обязателен.

Практический подход

В современных объектно-ориентированных языках программирования (в том числе в php, Java, C++, Oberon, Python, Ruby, Smalltalk, Object Pascal) создание класса сводится к написанию некоторой структуры, содержащей набор полей и методов (среди последних особую роль играют конструкторы, деструкторы, финализаторы). Практически класс может пониматься как некий шаблон, по которому создаются объекты — экземпляры данного класса. Все экземпляры одного класса созданы по одному шаблону, поэтому имеют один и тот же набор полей и методов.

Отношения между классами

• Наследование (Генерализация) — объекты дочернего класса наследуют все свойства родительского класса.
• Ассоциация — объекты классов вступают во взаимодействие между собой.
• Агрегация — объекты одного класса входят в объекты другого.
• Композиция — объекты одного класса входят в объекты другого и зависят друг от друга по времени жизни.
• Класс-Метакласс — отношение, при котором экземплярами одного класса являются другие классы.

Виды классов

• Базовый (родительский) класс
• Производный класс (наследник, потомок)
• Абстрактный класс
• Интерфейс

Область видимости

Область видимости членов класса (то есть область кода, из которой к ним можно обращаться по неквалифицированному имени — без указания имени класса или объекта) не зависит от их области доступа, и всегда совпадает с кодом методов класса.

Область видимости самого класса по-разному определяется в разных языках программирования. В одних языках (таких как Delphi) все классы имеют глобальную видимость (с учётом видимости модуля), в других (таких как Java) область видимости класса связана с содержащей его единицей компиляции (в Java — с пакетом), в третьих (таких как C++ и C#) область видимости класса определяется пространствами имён (namespaces), которые задаются программистом явно и могут совпадать или не совпадать с единицами компиляции.

Классы в языке Object Pascal (среда Delphi)

На языке Delphi класс описывается следующим образом:

TMyClass = class(TObject) private  protected public published end; 

• TMyClass — имя класса;
• class — ключевое слово, начинающее определение класса;
• TObject — класс-предок, если есть наследование;
• private, protected, public, published — ключевые слова, обозначающие секции областей доступа.

Создается экземпляр (объект) класса так:

MyClass := TMyClass.Create; 

Классы и объекты в программировании

Понятие класса связано с типом. Тип – это область определения некой величины, т.е множество её возможных значений и набор применяемых операций. Когда в программировании говорят о классе, то это значит имеют ввиду создание нового типа.

Класс — это набор переменных (различных типов), скомбинированный с набором связанных функций для обработки заданных переменных.

Класс – это механизм для создания объектов.

Синтаксис объявления класса похож на синтаксис объявления структуры.

class имя_класса

public:

открытые переменные и функции класса;

Класс объявляется с помощью ключевого слова class. Сlass – это тип.

Имя класса – это имя нового типа данных, которое используется для объявления объектов класса.

Переменные и функции, объявленные внутри класса, являются элементами этого класса. Имеют два спецификатора: закрытый (private) и открытый (public).

По умолчанию все переменные и функции, объявленные в классе, становятся закрытыми для класса. Это означает, что они доступны только для других элементов того же класса. Для объявления открытых элементов класса используется спецификатор public. Эти данные доступны как для других элементов класса, так и для любой другой части программы, в которой находится этот класс.

Пример объявления класса:

class mclass

public:

void set(int n);

int get();

Этот класс имеет одну закрытую переменную а и две открытые функции, set() и get(). Поскольку а является закрытой переменной класса, она недоступна для любой функции вне mclass. Однако поскольку set() и get() являются элементами mclass, они имеют доступ к а. Более того, set() и get(), открытыми функциями mclass, могут вызываться из любой части программы, использующей mclass.

Функции set() и get() объявлены в классе mclass, но они еще не определены. Для определения функций используется оператор расширения области видимости (::).

Синтаксис оператора расширения области видимости:

Тип_возвр_значения имя_класса :: имя_функции(список формальных параметров)

…….. // тело функции;

Имя_класса – это имя того класса, которому принадлежит определяемая функция.

Для функций set() и get() используется оператор расширения области видимости:

void mclass :: set (int n)

int mclass :: get()

return n;

Объявление класса mclass не задает ни одного объекта типа mclass, оно определяет только тип объекта, который будет создан при его фактическом объявлении. Чтобы создать объект, используется имя класса, как спецификатор типа данных.

Например, объявляется два объекта типа

mclass: mclass ob1, ob2;

Объявление класса является логической абстракцией, которая задает новый тип объекта. Объявление же объекта создаёт физическую сущность объекта такого типа. То есть, объект занимает память, а задание типа нет.

После того как объект класса создан, можно обращаться к открытым элементам класса, используя оператор точка (.), аналогично тому, как осуществляется доступ к элементам структуры. Для объявленных объектов ob1 и ob2 используем функцию set (int n).

ob1.set( 10 ); // установка версии а объекта ob1 равной 10

ob2.set( 99 ); // установка версии а объекта ob2 равной 99

Каждый объект содержит собственную копию всех данных, объявленных в классе. Это значит, что а в ob1 отлично от а в ob2

Каждый объект класса имеет собственную копию всех переменных, объявленных внутри класса.

Пример класса(Решение задачи можно посмотреть, скачав файл «Задача-19»):

Напишите программу преобразования футов в дюймы. Для этой цели создайте класс, который хранит число футов и его эквивалент в дюймах.

#include
#include
class myClass
public:
float get_d ();
void preobraz (float f1);
>;

void myClass :: preobraz (float f1)
d=f1*12;
>
float myClass :: get_d()