Программирование на основе классов или, чаще, ориентация на классы — это стиль объектно-ориентированного программирования (ООП), в котором наследование происходит посредством определения классов объектов , а не только через объекты (сравните программирование на основе прототипов ).
Наиболее популярной и развитой моделью ООП является модель на основе классов, а не модель на основе объектов. В этой модели объекты — это сущности, которые сочетают в себе состояние (т. е. данные), поведение (т. е. процедуры или методы ) и идентичность (уникальное существование среди всех других объектов). Структура и поведение объекта определяются классом , который является определением или проектом всех объектов определенного типа. Объект должен быть явно создан на основе класса, и созданный таким образом объект считается экземпляром этого класса. Объект похож на структуру с добавлением указателей методов, контроля доступа к членам и неявного элемента данных, который определяет местонахождение экземпляров класса (т. е. объектов класса) в иерархии классов (что важно для функций наследования во время выполнения).
Инкапсуляция не позволяет пользователям нарушать инварианты класса, что полезно, поскольку позволяет изменять реализацию класса объектов для аспектов, не представленных в интерфейсе, без воздействия на пользовательский код. Определения инкапсуляции сосредоточены на группировке и упаковке связанной информации ( связности ), а не на вопросах безопасности.
В программировании на основе классов наследование осуществляется путем определения новых классов как расширений существующих классов: существующий класс является родительским классом , а новый класс — дочерним . Если дочерний класс имеет только один родительский класс, это называется одиночным наследованием , а если дочерний класс может иметь более одного родительского класса, это называется множественным наследованием . Это организует классы в иерархию : дерево (при одиночном наследовании) или решетку (при множественном наследовании).
Определяющей особенностью наследования является то, что наследуются и интерфейс, и реализация; если наследуется только интерфейс, это называется наследованием или подтипированием интерфейса . Наследование также может осуществляться без классов, как в программировании на основе прототипов .
Языки, основанные на классах, или, если быть более точным, типизированные языки , где создание подклассов является единственным способом создания подтипов , подвергались критике за смешение реализаций и интерфейсов — важнейший принцип объектно-ориентированного программирования. Критики говорят, что можно создать класс-мешок, в котором будет храниться набор объектов, а затем расширить его, чтобы создать новый класс, называемый классом-множеством, в котором дублирование объектов будет устранено. [1] [2] Теперь функция, которая принимает объект класса сумки, может ожидать, что добавление двух объектов увеличит размер сумки на два, но если один из них передает объект заданного класса, то добавление двух объектов может или не может увеличивать размер сумки вдвое. Проблема возникает именно потому, что создание подклассов подразумевает создание подтипов даже в тех случаях, когда принцип подтипирования, известный как принцип подстановки Лискова , не выполняется. Барбара Лисков и Жаннетт Винг кратко сформулировали этот принцип в статье 1994 года следующим образом:
Требование к подтипу : пусть это доказуемое свойство объектов данного типа . Тогда должно быть верно для объектов типа где является подтипом .
Таким образом, обычно необходимо различать подтипы и подклассы. Большинство современных объектно-ориентированных языков различают подтипы и подклассы, однако некоторые подходы к проектированию этого не делают.
Кроме того, еще одним распространенным примером является то, что объект человека, созданный из дочернего класса, не может стать объектом родительского класса , поскольку дочерний класс и родительский класс наследуют класс человека, но языки на основе классов в большинстве случаев не позволяют изменять тип класса. объект во время выполнения. Для языков, основанных на классах, это ограничение важно для сохранения единого представления о классе для его пользователей. Пользователям не нужно беспокоиться о том, приведет ли одна из реализаций метода к изменениям, нарушающим инварианты класса . Такие изменения можно внести, уничтожив объект и построив на его месте другой. Полиморфизм можно использовать для сохранения соответствующих интерфейсов даже после внесения таких изменений, поскольку объекты рассматриваются как абстракции «черного ящика», и доступ к ним осуществляется через идентификатор объекта . Однако обычно значение объектных ссылок, ссылающихся на объект, изменяется, что влияет на клиентский код.
Хотя в Simula введена абстракция классов, каноническим примером языка, основанного на классах, является Smalltalk . Другие включают PHP , C++ , Java , C# и Objective-C .
