Objektid, klassid, pärimine

Vajadus objektorienteeritud lähenemise järele

• modulaarsus
•  "kihilisus"
• toetus sõltumatute rühmade koostööks
• vigade võimalikult varajane avastamine

Objekti kõige üldisemas tähenduses kirjeldavad

1. Olek
2. Käitumine
3. Identiteet

Kapseldus (ingl.k. encapsulation)

• Objekt (OOP mõttes) sisldab individuaalseid andmeid (objekti olek) ning meetodeid sedalaadi objektidega manipuleerimiseks (objekti käitumine).

• Objekti oleku kirjeldamisel kasutatakse ka termineid atribuut - ingl.k. attribute, omadus -ingl.k. property, (isendi)väli - ingl.k. (instance) field, (isendi)muutuja - ingl.k. (instance) variable, ...  Olek ongi määratud objekti (ehk isendi) atribuutide väärtustega (vrd. kirje Pascalis, struktuur C-s).

• Objekti olekut ei saa muuta suvaliselt, andmeid (olekut) ja lubatud operatsioone (meetodeid) vaadeldakse ühtse tervikuna ("kapsel") - iga objektide klassi jaoks on omad meetodid selle klassi isenditega töötamiseks (vrd. abstraktsed andmetüübid).

• Objekti andmeid muudetakse objekti meetodite aktiviseerimise teel, aktiviseerimiseks saadetakse objektile teade (ingl.k. message). Teadete edastamise ja töötlemise mehhanismid on erinevates süsteemides erinevad (vrd. funktsioonide väljakutsumine).

• Objekti käitumine ei pruugi piirduda ainult selle objekti oleku muutmisega, see kirjeldab ka suhtlemist teiste objektidega ning muid reaktsioone/interaktsioone.

• Nii oleku kui ka käitumise juures eristame avalikke (ingl.k. public) ning privaatseid (ingl.k. private) aspekte - avalik liides on "teistele kasutamiseks", privaatsed muutujad/meetodid on realisatsiooni "eraasi" ja peidetud. Reeglina on isendimuutujad privaatsed ja meetodid avalikud - nii on tagatud andmete kaitse.

• Kaks erinevat objekti võivad (juhuslikult) olla samas olekus - nende eristamiseks on vajalik objekti identiteet (näit. osuti [ingl.k. reference] konkreetses keskkonnas, mis on igal objektil erinev).

Klass

• Reaalse maailma objektid on tugeva identiteediga, nende klassifitseerimine on abstraktsioon (näit. Miisu, "kass", "imetaja"). Objektorienteeritud lähenemisel me soovimegi võimalikult kõrget abstraktsioonitaset - sel teel saab kirjutada lihtsamaid/vähemvigaseid programme ja neid otstarbekalt taaskasutada (ingl.k. reuse).

• Iga objekt kuulub mingisse klassi; ta on selle klassi isend (ingl.k. instance), vahel on kasutatud ka termineid eksemplar, esindaja (näit. isend Miisu kuulub klassi "kass").

• Sama klassi isenditel on samad isendimuutujad(ingl.k.instance variables) ja isendimeetodid (ingl.k. instance methods), isendimuutujate väärtused (olek) on üldjuhul erinevad (kui langevadki kokku, siis määrab isendi tema identiteet).

• Klass võib sisaldada ka muutujaid ja meetodeid, mis ei ole seotud isenditega, nn. klassimuutujad (ingl.k. class variables, ka klassiväljad, ingl.k. class fields, staatilised muutujad) ja klassimeetodid (ingl.k. class methods, ka staatilised meetodid). Klassimuutujad on ühised kõigile isenditele (tavaliselt konstandid, näiteks kassi jalgade arv - 4) ja neid saab kasutada nii klassimeetodites kui ka isendimeetodites. Klassimeetodeid kasutatakse vahel uute isendite loomise juures (isendiloome, ingl.k. instantiation), samuti on neist abi siis, kui me ei soovi meetodit objekti sisse kapseldada.

• Konstruktor on erikujuline klassimeetod uute isendite loomiseks (new, malloc, ...), näiteks nn. "vabrik". Destruktor (free) isendite hävitamiseks on vahel asendatud mälukoristusvahenditega (ingl.k. garbage collection).

Pärimine (ingl.k. inheritance)

• Objektide omadusi saab kirjeldada erinevatel tasemetel (näit. Miisu omadused, kasside omadused, imetajate omadused, ...). 
• Üldistamine (ingl.k. generalization) lubab objektide sarnaseid omadusi kirjeldada kõrgemal tasemel (näit. kehatemperatuur ei ole iseloomulik atribuut ainult kassidele, vaid kõigile imetajatele). 
• Spetsialiseerimine (ingl.k. specialization) on vastupidine protsess - me toome välja teatud eriomadused, mida ei saa kirjeldada kõrgemal tasemel.

• Et saavutada minimaalset andmete/programmide dubleerimist on vaja objekti iga omadus realiseerida kõrgeimal võimalikul abstraktsioonitasemel. Seega on vajalik objektide hierarhiline struktuur, mida saab kirjeldada klasside ja alamklasside abil. Alamklass (ingl.k. subclass) e. tuletatud klass (ingl.k. derived class) saadakse klassist spetsialiseerimise teel, ta pärib (ingl.k. inherits) kõik oma vanema omadused (näit. kasside klass pärib kõik imetajate klassi omadused ja spetsialiseerib seda, lisades ainult kassidele iseloomulikke omadusi). Antud klassi ülemklass (ingl.k. superclass) on selle üldistus - tihti jäetakse ülemklassis mingid atribuudid vaatluse alt välja.

• Atribuutide hulga seisukohalt vaadates alamklass laiendab (ingl.k. extends) antud klassi - lisanduvad mingid spetsiifilised atribuudid, täpsustuvad kasutatavad meetodid (NB!  Mitte segi ajada - kass ei ole laiem mõiste kui imetaja, tal on lihtsalt rohkem atribuute).

• Klass saab kirjeldada nn. abstraktseid omadusi, mille sisu on kohustuslik määrata alamklassides (üldjuhul siis igas alamklassis erinevalt, aga sama nimega). Programmeerija saab neid abstraktseid omadusi kasutada, aga programmi terviklik silumine pole võimalik enne, kui kõik vajalikud abstraktsed omadused on realiseeritud. Öeldakse ka, et klass delegeerib (ingl.k. delegates) abstraktse omaduse määramise alamklassidele (näit. geomeetrilise kujundi ekraanile toomine). Sisuliselt on abstraktne omadus niisugune, mida ei saa realiseerida ülemklassis - iga  alamklass ise peab sellega tegelema.
  

• Kui alamklass võib pärida mitme erineva klassi omadused, siis on tegemist mitmese pärimisega (ingl.k. multiple inheritance). Kui klasside hierarhia on puu, siis on tegemist ühese pärimisega (ingl.k. single inheritance). Mitmesest pärimisest püütakse hoiduda, saab kasutada muid meetodeid.
  

Teadete saatmine (ingl.k. message passing), polümorfism

• Meetodite aktiviseerimiseks vahetavad objektid teateid. Kui programmi kompileerimise ajal on teada, milline teade millise meetodi aktiviseerib, siis on tegemist varase seostamisega (ingl.k. early binding). Varase seostamisega süsteeme ei loeta praegu enam "tõeliselt" objektorienteerituteks. Kui teated seotakse meetoditega programmi lahendamise ajal (käitusaegne, ingl.k. runtime otsustus), siis on tegemist hilise seostamisega (ingl.k. late binding).

• Kui meetodis on tarvis väljendada teate saatmist samale objektile, mille meetod see on, siis kasutatakse  objekti nimena spetsiaalset võtmesõna (this, self, ...).
  

• Polümorfism võimaldab sama teate erinevat interpreteerimist (s.t. meetodi valimist) sõltuvalt klassist, millesse teate saaja kuulub. Polümorfism võib olla kompileerimisaegne (üledefineerimine, ingl.k. overloading) või käitusaegne (ülekate, ingl.k. overriding). (Vrd. polümorfism programmeerimiskeeltes).

• Ülekatet kasutatakse objektorienteeritud raamistikus. Kui me soovime mingit meetodit täpsustada/muuta, siis defineerime alamklassi ning selles samanimelise meetodi, mis katab endise üle, s.t. alamklassi kuuluva objekti korral rakendatakse teate saamisel uut meetodit.

Näide

class Loom(object):
    """
    Looma omadusi kirjeldav klass
    """
    __nimi = ''  # private
    
    def vota_nimi(self):
        return self.__nimi
    
    def pane_nimi(self, nimi):
        self.__nimi = nimi
    
    def __init__(self, nimi):
        self.pane_nimi(nimi)
        
    @classmethod
    def luua_nimeta(cls):
        return cls('nimetu')

    @classmethod
    def luua(cls, nimi):
        return cls(nimi)
        
    def __del__(self):
        print('Vabastati ' + self.vota_nimi())
        
    def __str__(self):
        return 'Olen loom ' + self.vota_nimi()


class Kass(Loom):
    """
    Kassi omadusi kirjeldav klass.
    """
    vurrupikkus = 0
    
    def __str__(self):
        return super().__str__() + ' ja sealjuures KASS'


class Koer(Loom):
    """
    Koera omadusi kirjeldav klass.
    """
    sabaga = True
    

def main():
    """
    Main method.
    """
    minu_kass = Kass.luua('Kiti')
    minu_koer = Koer.luua_nimeta()
    minu_loom = Loom.luua_nimeta()
    minu_loom.pane_nimi('Patu')
    print(minu_kass)
    print(minu_koer)
    print(minu_loom)
    minu_loom = minu_koer
    print(minu_loom)
    minu_loom = minu_kass
    print(minu_loom)
    minu_kass = minu_loom
    print(minu_kass)

Sama Javas
Sama Pascalis

Lihtne klass Pythonis
Pisut keerukam klass Pythonis
Mitmene pärimine