Определение
Инкапсуляция это набор инструментов для управления доступом к данным или методам которые управляют этими данными. С детальным определением термина “инкапсуляция” можно ознакомиться в моей предыдущей публикации на Хабре по этой ссылке. Эта статья сфокусирована на примерах инкапсуляции в Си++ и Си.
Инкапсуляция в Си++
По умолчанию, в классе ( class ) данные и методы приватные ( private ); они могут быть прочитаны и изменены только классом к которому принадлежат. Уровень доступа может быть изменен при помощи соответствующих ключевых слов которые предоставляет Си++.
В Си++ доступно несколько спецификаторов, и они изменяют доступ к данным следующим образом:
- публичные ( public ) данные — доступны всем;
- защищенные ( protected ) — доступны только классу и дочерним классам;
- приватные ( private ) —доступны только классу которому они принадлежат.
Для краткости, только два уровня (приватный и публичный) будут освещены в примерах.
Пример инкапсуляции
В классе Contact , публичные переменные и методы доступны из основной программы ( main ). Приватные переменные и методы могут прочитаны, вызваны или изменены только самим классом.
Попытка напечатать или изменить приватную переменную mobile_number из основной программы ( main ) вызовет ошибку при компиляции потому как доступ к приватным данным в классе ограничен.
Нарушение инкапсуляции с Друзьями (Хорошая практика)
В Си++ присутствует ключевое слово “друг” ( friend ) которое позволяет добавить исключения в общие правила доступа к данным. Если функция или класс названы другом ( friend ) класса Contact — они получают свободный доступ к защищенным или приватным данным.
Существует два основных правила дружбы — дружба не наследуется и не взаимна. Также, наличие “друзей” не изменяет уровень защищенности данных — приватные данные остаются приватными с исключением в виде “друга”.
В этом примере, функция print_numbers() — обычная функция, не метод класса Contact . Объявление функции print_numbers() “другом” класса Contact — единственная причина по которой функция print_numbers() имеет доступ к приватным данным. Если убрать строку с определением друга — код не скомпилируется.
Примечание: друзьями лучше не злоупотреблять. Добавление друга стоит рассматривать как исключение, не как общую практику.
Нарушение инкапсуляции с Преобразованием типов и Указателями (Плохая практика)
Прежде всего, стоит заметить что использовать указатели и преобразование типов таким способом — плохая идея. Этот способ не гарантирует получения нужных данных. Он плохо читается и плохо поддерживается. Невзирая на это, он существует.
Си++ получил в наследство от Си множество инструментов, один из которых — преобразование типов ( typecasting ). По умолчанию, все переменные и методы в классе приватные. В то же время, стандартный уровень доступа к данным в структуре ( struct ) — публичный. Возможно создать структуру или полностью публичный класс в котором данные будут расположены идентично данным в классе Contact и используя преобразование типов получить доступ к приватным данным.
Приватные данные были прочитаны и изменены благодаря преобразованию типов
Инкапсуляция в Си
Традиционно считается что инкапсуляция — один из ключевых ООП принципов. Тем не менее, это не лимитирует использование этого принципа в процедурно-ориентированных языках. В Си, инкапсуляция используется давно, невзирая на отсутствие ключевых слов “приватный” и “публичный”.
Приватные переменные
В контексте инкапсуляции, все данные в Си могут быть рассмотрены как публичные по умолчанию. Уровень доступа к переменным в структурах ( struct ) может быть изменен на приватный если изолировать их определение от основной программы. Нужный эффект может быть достигнут при использовании отдельных заголовочных (header, .h) и исходных (source, .c) файлов.
В данном примере, структура была определена в отдельном исходном файле “private_var.c”. Поскольку инициализация структуры в Си требует выделения и освобождения памяти, несколько вспомогательных функций были добавлены.
В соответствующем заголовочном файле «private_var.h», структура Contact была объявлена, но ее содержание осталось скрытым для основной программы.
Таким образом, для “main.c” содержание структуры неизвестно и попытки прочитать или изменить приватные данные вызовут ошибку при компиляции.
Получение доступа к приватным переменным с Указателями
Преобразование типов может быть использовано для преодоления инкапсуляции в Си также как и в Си++, но данный подход уже был описан. Зная, что в структуре данные расположены в порядке их декларации, указатели и арифметика указателей подойдет для достижения цели.
Доступ к переменным в структуре ограничен. Тем не менее, спрятаны только переменные, не память в которой хранятся данные. Указатели можно рассматривать как ссылку на адрес памяти, и если эта память доступна программе — данные сохраненные в этой памяти можно прочитать и изменить. Если указатель назначен на память в которой структура хранит свои данные — их можно прочитать. Используя то же определение структуры (те же “.c” и “.h” файлы) и модифицированный “main.c” файл, ограничение доступа было преодолено.
Данные в структуре были прочитаны и модифицированы
Приватные функции
Функции, будучи внешними ( extern ) по умолчанию, видимы во всей так называемой единице трансляции ( translation unit ). Другими словами, если несколько файлов скомпилированы вместе в один объектный файл, любой из этих файлов сможет получить доступ к любой функции из любого другого файла. Использование ключевого слова “статический” ( static ) при создании функции ограничит ее видимость до файла в котором она была определена.Следовательно, для обеспечения приватности функции необходимо выполнить несколько шагов:
- функция должна быть объявлена статической ( static ) либо в исходном файле (.c), либо в соответствующем заголовочном файле (.h);
- определение функции должно находиться в отдельном исходном файле.
В данном примере, в файле “private_funct.c”, была определена статическая функция print_numbers() . К слову, функция delete_contact() успешно вызывает print_numbers() поскольку они находятся в одном файле.
В соответствующем заголовочном файле «private_funct.h», print_numbers() была декларирована как статическая функция.
Основная программа, “main.c”, успешно вызывает print_numbers() опосредовательно через delete_contact() , поскольку обе функции находятся в одном документе. Тем не менее, попытка вызвать print_numbers() из основной программы вызовет ошибку.
Получение доступа к приватным функциям
Вызвать функцию print_numbers() из основной программы возможно. Для этого можно использовать ключевое слово goto или передавать в main указатель на приватную функцию. Оба способа требуют изменений либо в исходном файле “private_funct.c”, либо непосредственно в теле самой функции. Поскольку эти методы не обходят инкапсуляцию а отменяют её, они выходят за рамки этой статьи.
Заключение
Инкапсуляция существует за пределами ООП языков. Современные ООП языки делают использование инкапсуляции удобным и естественным. Существует множество способов обойти инкапсуляцию и избежание сомнительных практик поможет ее сохранить как в Си, так и в Си++.
Урок №115. Инкапсуляция, Геттеры и Сеттеры
На предыдущем уроке мы узнали, что переменные-члены класса по умолчанию являются закрытыми. Новички, которые изучают объектно-ориентированное программирование, очень часто не понимают, почему всё обстоит именно так.
Зачем делать переменные-члены класса закрытыми?
В качестве ответа, воспользуемся аналогией. В современной жизни мы имеем доступ ко многим электронным устройствам. К телевизору есть пульт дистанционного управления, с помощью которого можно включать/выключать телевизор. Управление автомобилем позволяет в разы быстрее передвигаться между двумя точками. С помощью фотоаппарата можно делать снимки.
Все эти 3 вещи используют общий шаблон: они предоставляют вам простой интерфейс (кнопка, руль и т.д.) для выполнения определенного действия. Однако, то, как эти устройства фактически работают, скрыто от вас (как от пользователей). Для нажатия кнопки на пульте дистанционного управления вам не нужно знать, что выполняется «под капотом» пульта для взаимодействия с телевизором. Когда вы нажимаете на педаль газа в своем автомобиле, вам не нужно знать о том, как двигатель внутреннего сгорания приводит в движение колеса. Когда вы делаете снимок, вам не нужно знать, как датчики собирают свет в пиксельное изображение.
Такое разделение интерфейса и реализации чрезвычайно полезно, поскольку оно позволяет использовать объекты, без необходимости понимания их реализации. Это значительно снижает сложность использования этих устройств и значительно увеличивает их количество (устройства с которыми можно взаимодействовать).
По аналогичным причинам разделение реализации и интерфейса полезно и в программировании.
Инкапсуляция
В объектно-ориентированном программировании инкапсуляция (или «сокрытие информации») — это процесс скрытого хранения деталей реализации объекта. Пользователи обращаются к объекту через открытый интерфейс.
В языке C++ инкапсуляция реализована через спецификаторы доступа. Как правило, все переменные-члены класса являются закрытыми (скрывая детали реализации), а большинство методов являются открытыми (с открытым интерфейсом для пользователя). Хотя требование к пользователям использовать публичный интерфейс может показаться более обременительным, нежели просто открыть доступ к переменным-членам, но на самом деле это предоставляет большое количество полезных преимуществ, которые улучшают возможность повторного использования кода и его поддержку.
Преимущество №1: Инкапсулированные классы проще в использовании и уменьшают сложность ваших программ.
С полностью инкапсулированным классом вам нужно знать только то, какие методы являются доступными для использования, какие аргументы они принимают и какие значения возвращают. Не нужно знать, как класс реализован изнутри. Например, класс, содержащий список имен, может быть реализован с использованием динамического массива, строк C-style, std::array, std::vector, std::map, std::list или любой другой структуры данных. Для использования этого класса, вам не нужно знать детали его реализации. Это значительно снижает сложность ваших программ, а также уменьшает количество возможных ошибок. Это является ключевым преимуществом инкапсуляции.
Все классы Стандартной библиотеки C++ инкапсулированы. Представьте, насколько сложнее был бы процесс изучения языка C++, если бы вам нужно было знать реализацию std::string, std::vector или std::cout (и других объектов) для того, чтобы их использовать!
Преимущество №2: Инкапсулированные классы помогают защитить ваши данные и предотвращают их неправильное использование.
Глобальные переменные опасны, так как нет строгого контроля над тем, кто имеет к ним доступ и как их используют. Классы с открытыми членами имеют ту же проблему, только в меньших масштабах. Например, допустим, что нам нужно написать строковый класс. Мы могли бы начать со следующего:
Объектно-ориентированное программирование для самых маленьких
Вы когда-нибудь замечали, что на собеседованиях задают одни и те же клишированные вопросы?
Уверен, вы поняли, что я имею ввиду.
Ну вот, к примеру:
Кем вы видите себя через 5 лет?
Боже, ответ на этот вопрос станет моим главным недостатком.
Конечно, эти вопросы до ужаса тривиальны и не вызывают ничего, кроме раздражения, но они помогают работодателям лучше вас понять. А именно — ваше текущее состояние, жизненную позицию, взгляд на будущее и т.д.
Отвечая на эти вопросы, вы должны быть очень осторожны, так как из-за невнимательность вы можете рассказать что-то такое, о чем позже пожалеете.
В сегодняшней статье я хочу разобрать похожий «клишированный» вопрос:
Каковы основные принципы объектно-ориентированного программирования?
Я был по обе стороны стола, когда звучал этот вопрос. Он звучит настолько часто, что не знать ответа на него — просто невозможно.
В 90% случаев его задают новичкам, потому что он помогает разъяснить три вопроса:
- Готовился ли кандидат к этому интервью?
Если ответ дается незамедлительно — кандидат ответственно подошел к делу. - Прошел ли кандидат начальный этап?
Понимание принципов объектно-ориентированного программирования (ООП) показывает, что кандидат прошел начальный этап — теперь он видит вещи с более продвинутой точки зрения. - Его понимание ООП находится на глубоком или поверхностном уровне?
Уровень компетентности по данному вопросу часто равен уровню компетентности по большинству других. Доверьтесь мне.
Пришло время озвучить 4 принципа ООП: инкапсуляция, абстракция, наследование и полиморфизм.
Для junior-разработчика слова могут показаться страшными и сложными. Вдобавок, при поиске ответа в Интернете, чрезмерно длинные объяснения в Википедии удваивают путаницу.
Вот почему я хочу дать простое, короткое и четкое объяснение для каждого из приведенных принципов. Может показаться, что они звучат чересчур просто, будто бы я разговариваю с маленьким ребенком, но именно такую формулировку я бы хотел услышать от кандидата на собеседовании.
Инкапсуляция
Допустим, у нас есть некая программа. У нее есть объекты, которые общаются между собой, в соответствии с правилами, установленными в программе.
Объект самостоятельно управляет своим внутренним состоянием, с помощью методов — и никто другой не может трогать его, если на это нет особого разрешения. Если другой захочет с ним взаимодействовать, ему нужно будет использовать разрешенные методы. Но (по умолчанию) менять внутреннее состояние нельзя.
Теперь допустим, что мы играем в Sims. У нас есть семья из нескольких людей и кошки. Они общаются друг с другом. Мы хотим применить инкапсуляцию, поэтому инкапсулируем всю логику «cat» в класс Cat. Это выглядит следующим образом:
Здесь внутренним состоянием кошки являются частные(private) переменные: настроение(mood), голод(hungry) и энергия(energy). Она также имеет частный(private) метод meow (). Кошка может вызвать его в любой момент, когда захочет, другие классы не могут говорить кошке, когда ей можно мяукать.
То, что им можно делать, определяется в публичных(public) методах sleep (), play () и feed (). Каждый из них каким-то образом влияет на внутреннее состояние кошки и может вызвать meow (). Таким образом, устанавливается связь между внутренним состоянием объекта и публичными методами.
Вот что такое инкапсуляция.
Абстракция
В объектно-ориентированном программировании, зачастую, у программ очень большой объем, и объекты много общаются между собой. Как вы понимаете, поддерживать такую кодовую базу в течение долгих лет — с постоянными изменениями — трудно.
Абстракция нацелена на решение этой проблемы.
Применение абстракции означает, что нужно отбросить незначимые характеристики объекта и оставить только значимые. Данные обрабатываются функцией высокого уровня с помощью вызова функций низкого уровня.
Представьте кофеварку. Когда она варит кофе, под ее корпусом творится много вещей. Но от вас требуется лишь насыпать кофе и нажать кнопку.
Данный механизм должен быть неприхотлив в использовании, а также редко меняться со временем. Подумайте об этом, как о наборе публичных(public) методов, которые любой другой класс может вызывать, не “зная”, как они работают.
Хотите еще один пример? Возьмите свой смартфон.
Каждый день вы бесчисленное количество раз проводите пальцами по экрану. Что в этот момент происходит внутри смартфона? Рядовому пользователю не нужно это знать, так как ему дан определенный перечень действий для работы с гаджетом.
Наследование
Итак, мы разобрались с двумя принципами ООП, осталось еще два.
Наследование позволяет создать новый класс (производный класс) на основе уже существующего (родительский класс).
Производный класс берет все от родительского, но имеет дополнительные характеристики. Это нужно для того, чтобы просто немного улучшить старый класс, а не создавать с нуля новый.
На данном примере, «обычный» преподаватель делится на «частного» и «публичного». «Частный» работает индивидуально с каждым студентом, а «публичный» со всеми в одно время. Эти классы имеют новые уникальные характеристики, не присущие родительскому классу.
Полиморфизм
На греческом, полиморфизм означает «многообразие форм».
Мы с вами узнали, что такое наследование, и успешно применяем его на практике. Но возникает одна проблема.
Представим, что у нас есть родительский класс и несколько производных. Мы хотим использовать коллекцию или, по-другому, список, который содержит «микс» всех этих классов. Или у нас есть метод, осуществляемый для родительского класса, но мы бы хотели использовать его и для производного.
Эту проблему можно решить, используя полиморфизм.
Полиморфизм позволяет использовать объекты с одинаковыми характеристиками в разных направлениях.
Общие свойства объектов объединяются в систему, которую могут называть по-разному — интерфейс, класс.
Данный принцип позволяет повысить коэффициент повторного использования кода.
Взгляните на эскиз с геометрическими фигурами. Они повторно используют общий интерфейс для расчета площади поверхности и периметра:
Имея в распоряжении эти фигуры, наследующие интерфейс родительского класса, мы можем создать коллекцию (список) смешанных треугольников, окружностей и прямоугольников. И относиться к ним, как к одному и тому же типу объектов.
Затем, если потребуется вычислить площадь какого-либо элемента, эта коллекция (список) найдет и выполнит правильный метод. Если элемент является треугольником, выполняется метод CalculateSurface (). Если это круг, выполняется метод CalculateSurface (). И так далее.
Вместо того, чтобы писать класс для каждого конкретного типа следует создать типы, которые будут реализованы во время выполнения программы.
Надеюсь, мое «детское» объяснение вам помогло. Используйте его при прохождении собеседования и должность, фактически, вам обеспечена!
Что дальше?
Вы готовы к собеседованию, знаете ответ на любой вопрос, рубашка и пиджак поглажены, резюме сто раз перечитано и подкорректировано, но вот незадача — никто не звонит с предложением о работе.
В следующей статье мы поговорим о том, как выделиться из толпы и, что ожидает увидеть работодатель в junior-разработчике.
Инкапсуляция (программирование)
В языках программирования инкапсуля́ция имеет одно из следующих значений, либо их комбинацию:
- языковой механизм ограничения доступа к определённым компонентам объекта;
- языковая конструкция, способствующая объединению данных с методами (или другими функциями), обрабатывающими эти данные.
В то же время, в языках поддерживающих замыкания, инкапсуляция рассматривается как понятие не присущее исключительно объектно-ориентированному программированию. Также, реализации абстрактных типов данных (например, модули) предлагают схожую модель инкапсуляции.
Сокрытие реализации целесообразно применять в следующих целях:
- предельная локализация изменений при необходимости таких изменений,
- прогнозируемость изменений (какие изменения в коде нужно сделать для заданного изменения функциональности) и прогнозируемость последствий изменений.
Содержание
Примеры
Класс А инкапсулирует свойства Aa, Ab и метод DoSomething, представляя внешний интерфейс ReturnSomething, a, b.
Целью инкапсуляции является обеспечение согласованности внутреннего состояния объекта. В C# для инкапсуляции используются публичные свойства и методы объекта. Переменные, за редким исключением, не должны быть публично доступными. Проиллюстрировать инкапсуляцию можно на простом примере. Допустим, нам необходимо хранить вещественное значение и его строковое представление (например, для того, чтобы не производить каждый раз конвертацию в случае частого использования). Пример реализации без инкапсуляции таков:
При этом мы можем отдельно изменять как само значение Value, так и его строковое представление, и в некоторый момент может возникнуть их несоответствие (например, в результате исключения). Пример реализации с использованием инкапсуляции:
Здесь доступ к переменным valueDouble и valueString возможен только через свойства Value и ValueString. Если мы попытаемся присвоить свойству ValueString некорректную строку и возникнет исключение в момент конвертации, то внутренние переменные останутся в прежнем, согласованном состоянии, поскольку исключение вызывает выход из процедуры.
Delphi
В Delphi для создания скрытых полей или методов их достаточно объявить в секции private .
Для создания интерфейса доступа к скрытым полям в Delphi введены свойства.
В этом примере закрыты свойства $a и $b для класса A с целью предотвращения повреждения этих свойств другим кодом, которому необходимо предоставить только права на чтение.
JavaScript
См. также
- Инкапсуляция (программирование)
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое «Инкапсуляция (программирование)» в других словарях:
Инкапсуляция — (лат. in в, capsula коробочка ; итал. incapsulare закупоривать) 1. Изоляция, закрытие чего либо мешающего, ненужного, вредного с целью исключения отрицательного влияния на окружающее. (Поместить радиоактивные отходы в капсулу, закрыть… … Википедия
Инкапсуляция — в объектно ориентированном программировании сокрытие внутренней структуры данных и реализации методов объекта от остальной программы. Другим объектам доступен только интерфейс объекта, через который осуществляется все взаимодействие с ним. По… … Финансовый словарь
Инкапсуляция (в объектно-ориентированном программировании) — Инкапсуляция свойство языка программирования, позволяющее объединить данные и код в объект и скрыть реализацию объекта от пользователя. При этом пользователю предоставляется только спецификация (интерфейс) объекта. Пользователь может… … Википедия
Интерфейс (объектно-ориентированное программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Интерфейс (значения). Интерфейс (от лат. inter «между», и face «поверхность») семантическая и синтаксическая конструкция в коде программы, используемая для специфицирования… … Википедия
Полиморфизм (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Полиморфизм. Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью … Википедия
Контейнер (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Контейнер. Контейнер в программировании структура (АТД), позволяющая инкапсулировать в себя объекты разных типов. Среди «широких масс» программистов наиболее известны контейнеры, построенные … Википедия
Уровень абстракции (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Абстракция (значения). Типичное представление архитектуры компьютера в … Википедия
Объектно-ориентированное программирование — Эта статья во многом или полностью опирается на неавторитетные источники. Информация из таких источников не соответствует требованию проверяемости представленной информации, и такие ссылки не показывают значимость темы статьи. Статью можно… … Википедия
Объектно-ориентированное программирование на Python — Объектно ориентированное программирование на Python программирование на Python с использованием парадигмы ООП: с самого начала Python проектировался как объектно ориентированный язык программирования[1]. Содержание 1 Введение 1.1 … Википедия
Объектно-ориентированное программирование на Питоне — С самого начала Питон проектировался как объектно ориентированный язык программирования [1]. Содержание 1 Введение 1.1 Принципы ООП … Википедия