Style programowania - krótki przeglad

Style programowania - krótki przeglad
˛
Bogdan Kreczmer
ZPCiR IIAiR PWr
pokój 307 budynek C3
bogdan.kreczmer@pwr.wroc.pl
Copyright c○2005–2008 Bogdan Kreczmer ⋆
⋆ Niniejszy dokument zawiera materiały do wykładu na temat programowania obiektowego. Jest on udostępniony pod warunkiem
wykorzystania wyłacznie ˛ do własnych prywatnych potrzeb i może on być kopiowany wyłacznie ˛ w całości, razem z niniejsza˛
strona˛
tytułowa.
˛

Ważniejsze style programowania
1
• Programowanie proceduralne
Nacisk kładzie się na przetwarzanie, tzn. zbudowania algorytmu potrzebnego
do wykonania wymaganych obliczeń.
• Programowanie modularne
Uwypukla powiazanie ˛ danych z procedurami oraz ukrywa dane, które wykorzystywane
sa˛
tylko w pewnych blokach obliczeniowych reprezentowanych przez
moduły.
• Programowanie z abstrakcja˛
danych
Zakłada możliwość definiowania typów, które maja˛
te same własności jak typy
wbudowane.
• Programowanie obiektowe
Tworzenie struktur pochodnych poprzez dziedziczenie z możliwościa˛
modyfikacji
dzięki polimorfizmowi. Hermetyzacja wybranych struktur.
• Programowanie uogólnione
Umożliwia tworzenie parametryzowanych struktur i funkcji/procedur, dla których
parametrami jest typ danych.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie z wykorzystaniem podprogramów
2
Styl charakterystyczny dla przypadku wykorzystywania asemblera oraz wczesnej wersji Basic’a.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie z wykorzystaniem podprogramów
3
Wielość wzajemnych powiazań ˛ prowadzi do tworzenia się nieczytelnych konstrukcji programów.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie z wykorzystaniem podprogramów
4
Zmienne lokalne poprawiaja˛
wykorzystanie pamięci oraz czytelność programu.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie proceduralne
5
Paradygmat programowania proceduralnego:
Zdecyduj jakie chcesz mieć procedury;
stosuj najlepsze algorytmy jakie możesz znaleźć.
Przykład języków programowania wspierajacych ˛ ten paradygmat:
Pascal, C, Java, C++, Python, Perl itd.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie proceduralne
6
Podstawowe wady “czystego” programowania proceduralnego.
• Brak możliwości wyróżnienia powiazań ˛ między strukturami danych,
a procedurami operujacymi ˛ na nich.
• Konieczność stosowania różnych nazw procedur nawet w przypadku,
gdy wykonuja˛
te same operacje, a jedyna˛
różnica˛
jest typ
danych, na których wykonywana jest ta operacja.
• Umieszczanie wszystkich elementów w jednakowym obszarze zasięgu
ważności definicji uniemożliwia “hermetyzację” wybranych
partii programy i łatwego rozdzielenia całego zadania na poszczególne
podzadania.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie modularne
7
Zbiór powiazanych ˛ ze soba˛
procedur, struktur danych oraz zmiennych nazywamy modułem. W tym
sensie moduł realizuje centralizację struktur danych oraz procedur i funkcji obsługujacych ˛ wspomniane
struktury danych.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie modularne
8
Ten typ programowania pozwala ukryć pomocnicze funkcje i struktury danych. Możliwe jest dość
precyzyjne określenie co jest udostępniane na “zewnatrz” ˛ i z czego dany moduł korzysta. Pozwala
to ukryć ewentualne późniejsze modyfikacje struktur wewnętrznych.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie modularne
9
Paradygmat programowania modularnego:
Zdecyduj jakie chcesz mieć moduły;
podziel program w taki sposób, aby ukryć dane w
modułach.
Przykład języków programowania wspierajacych ˛ ten paradygmat:
Modula 2, Ada, C, Java, C++
Style programowania - krótki przeglad
˛

10
Programowanie modularne (najważniejsze cechy)
• Ukrywanie funkcji, struktur danych oraz zmiennych majacych ˛ znacznie lokalne
w danym module
• Możliwość całkowitego ukrycia “udostępnianych” struktur danych. Na zewnatrz
˛ modułu widoczne sa˛
jedynie ich cechy i własności. Odwoływanie się
do konkretnego egzemplarza tworzonej struktury danych realizowane jest poprzez
deskryptory. Wada˛
tej techniki jest brak możliwości kontroli zgodności
typów na etapie kompilacji.
• Możliwość odizolowania się od nazw funkcji i zmiennych modułu używanych
w innych modułach.
• Możliwość precyzyjnego określenia co z danego modułu jest widoczne i udostępniane
na zewnatrz, ˛ a co nie. Mechanizm ten pozwala również określić
co dany moduł importuje z innych modułów.
• Łatwiejsza organizacja pracy zespołowej.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie modularne
11
Programowanie modularne umożliwia centralizację wszystkich danych jednego
typu pod kontrola˛
jednego modułu będacego ˛ zarzadc ˛ a˛
danego typu.
Daje to jednak wciaż ˛ znaczaco ˛ gorsze wsparcie niż dla typów wbudowanych.
Wady czystego programowania modularnego:
• brak możliwości stosowania operatorów,
• w przypadku stosowania deskryptorów brak możliwości ścisłej kontroli typów
na poziomie kompilacji,
• brak możliwości określenia dopuszczalności domyślnych konwersji oraz ich
zdefiniowania.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Abstrakcja typów danych
12
Podejście oparte na abstrakcji danych pozwala traktować na równi typy wbudowane i typy definiowane
przez programistę. Pozwala również bezpośrednio odwoływać się do struktur danych i dokonywanych
na nich operacji.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Abstrakcja typów danych
13
Paradygmat programowania z zastosowaniem abstrakcji danych:
Zdecyduj jakie chcesz mieć typy;
dla każdego typu dostarcz pełny zbiór operacji.
Przykład języków programowania wspierajacych ˛ ten paradygmat:
Ada, Clu, C++
Style programowania - krótki przeglad
˛

Abstrakcja typów danych
14
Programowanie z wykorzystaniem abstrakcji danych pozwala na tworzenie
struktur, które moga˛
być dobrze izolowane od reszty programu. Zawieraja˛
one
zarówno odpowiednie pola danych, jak też zdefiniowane metody i operacje dokonywane
na nich.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Abstrakcja typów danych
14
Programowanie z wykorzystaniem abstrakcji danych pozwala na tworzenie
struktur, które moga˛
być dobrze izolowane od reszty programu. Zawieraja˛
one
zarówno odpowiednie pola danych, jak też zdefiniowane metody i operacje dokonywane
na nich.
Podstawowa˛
wada˛
jest brak elastyczności.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Abstrakcja typów danych
14
Programowanie z wykorzystaniem abstrakcji danych pozwala na tworzenie
struktur, które moga˛
być dobrze izolowane od reszty programu. Zawieraja˛
one
zarówno odpowiednie pola danych, jak też zdefiniowane metody i operacje dokonywane
na nich.
Podstawowa˛
wada˛
jest brak elastyczności.
Przykład:
Konstruujac ˛ typy MacierzWJ (transformacje wektorów wyrażonych
we współrzędnych jednorodnych) oraz Macierz4x4 należy zdefiniować
oddzielne struktury danych wraz z metodami i operacjami, choć
MacierzWJ jest jedynie uszczegółowieniem typu Macierz4x4.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie obiektowe
15
Podejście oparte na podejściu obiektowym umożliwia budowanie nowych typów danych na bazie
wcześniej zdefiniowanych struktur.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie obiektowe
16
Paradygmat programowania obiektowego:
Zdecyduj jakie chcesz mieć klasy;
dla każdej klasy dostarcz pełny zbiór operacji; korzystajac
˛ z mechanizmu dziedziczenia, jawnie wskaż
to, co jest wspólne.
Przykład języków programowania wspierajacych ˛ ten paradygmat:
C++, Java, Python
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie obiektowe
17
Podstawowe cechy programowania obiektowego:
dziedziczenie – możliwość tworzenia nowych struktur danych z wykorzystaniem
struktur wcześniej zdefiniowanych wraz ze wszystkimi
ich atrybutami i metodami.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie obiektowe
17
Podstawowe cechy programowania obiektowego:
dziedziczenie – możliwość tworzenia nowych struktur danych z wykorzystaniem
struktur wcześniej zdefiniowanych wraz ze wszystkimi
ich atrybutami i metodami.
hermetyzacja – możliwość ograniczanie dostępu do wybranych
struktur danych. Pozwala to definiować ściśle określony interfejs dostępu
do tych struktur.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie obiektowe
17
Podstawowe cechy programowania obiektowego:
dziedziczenie – możliwość tworzenia nowych struktur danych z wykorzystaniem
struktur wcześniej zdefiniowanych wraz ze wszystkimi
ich atrybutami i metodami.
hermetyzacja – możliwość ograniczanie dostępu do wybranych
struktur danych. Pozwala to definiować ściśle określony interfejs dostępu
do tych struktur.
polimorfizm – możliwość modyfikacji metod (określanych mianem
metod wirtualnych) w strukturach bazowych poprzez ich redefiniowanie
w strukturach pochodnych.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie obiektowe
18
Czy programowanie obiektowe może mieć jakieś wady ?
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie obiektowe
18
Czy programowanie obiektowe może mieć jakieś wady ?
Ależ tak ! Jest wciaż ˛ mało elastyczne !!!! :-0
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie obiektowe
18
Czy programowanie obiektowe może mieć jakieś wady ?
Ależ tak ! Jest wciaż ˛ mało elastyczne !!!! :-0
We wcześniejszym przykładzie typy Macierz4x4 i MacierzWJ
zostały zdefiniowane dla typu float. Aby zdefiniować je dla typu
double należy wszystko na nowo przepisać. :-(
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie obiektowe
18
Czy programowanie obiektowe może mieć jakieś wady ?
Ależ tak ! Jest wciaż ˛ mało elastyczne !!!! :-0
We wcześniejszym przykładzie typy Macierz4x4 i MacierzWJ
zostały zdefiniowane dla typu float. Aby zdefiniować je dla typu
double należy wszystko na nowo przepisać. :-(
Czy nie można byłoby stworzyć ogólnych mechanizmów nie
tylko definiowania struktur, ale również pisania funkcji, np. funkcji
umożliwiajacych ˛ sortowanie dowolnych struktur bez konieczności
dokonywania rzutowania lub konwersji typów?
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie uogólnione
19
Przykład z biblioteki C realizacji uogólnionych algorytmów dla tworzenia,
manipulowania i przeszukiwania struktury drzewa binarnego.
#include
void *tsearch(const void *key, void **rootp,
int(*compar)(const void *, const void *));
void *tfind(const void *key, const void **rootp,
int(*compar)(const void *, const void *));
void *tdelete(const void *key, void **rootp,
int(*compar)(const void *, const void *));
void twalk(const void *root, void(*action)(const void *nodep,
const VISIT which,
const int depth));
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie uogólnione
20
Programowanie uogólnione pozwala tworzyć uniwersalne struktury, w których nie ma (lub sa˛
one
zminimalizowane) ograniczeń na typ pól. Daje możliwość skoncentrowania się na ogólnych mechanizmach
manipulowania strukturami danych. Można stworzyć np. wzorzec listy.
Style programowania - krótki przeglad
˛

21
Programowanie uogólnione
Konkretyzacja typu następuje w momencie odwołania się do wzorca wraz ze wszystkimi parametrami.
Sa˛
one nazwami typów składowych. Odwołanie następuje wraz z deklaracja˛
obiektu danej
klasy. Nazwę typu można czynić bardziej wygodna˛
używajac ˛ typedef.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie uogólnione
22
Paradygmat programowania uogólnionego:
Zdecyduj jakie chcesz mieć algorytmy;
parametryzuj je w taki sposób, by działały dla różnych
typów i struktur.
Style programowania - krótki przeglad
˛

Programowanie uogólnione
22
Paradygmat programowania uogólnionego:
Zdecyduj jakie chcesz mieć algorytmy;
parametryzuj je w taki sposób, by działały dla różnych
typów i struktur.
Przykład języków programowania wspierajacych ˛ ten paradygmat:
C++
Programowanie uogólnione jest podstawowa˛
technika˛
programowania
użyta˛
przy tworzeniu standardowej biblioteki szablonów (STL),
która jest jednym z podstawowych składników ANSI/ISO C++.
Style programowania - krótki przeglad
˛