Взаимодействие объектов в объектно-ориентированном программировании

Парадигма объектно-ориентированного программирования предполагает, что любая программная система проектируется как совокупность объектов. Обычно в литературе по объектно-ориентированным языкам описываются основные конструкции языков и примеры их использования. При этом отсутствуют содержательные задачи, в которых на основе постановки задачи выполняется объектная декомпозиция, а также демонстрируется реализация взаимодействия объектов на конкретном языке программирования, что, в свою очередь, является основной причиной трудностей в преподавании объектно-ориентированного программирования. Поэтому в статье на примере практической задачи показано, как описать предметную область в виде совокупности объектов, реализовать взаимодействие объектов и наглядно представить передачу сообщений между ними. Предложенная методика может быть использована при обу-

чении технологии объектно-ориентированного программирования.

Как правило, использование изолированных объектов не позволяет достичь поставленной цели. Интерес представляет взаимодействие объектов, т.е. обмен информацией между объектами. Обычно говорят, что один объект взаимодействует с другим посредством сообщений, т.е. в процессе взаимодействия объекты обмениваются сообщениями. Сообщение – это вызов метода. Совместное использование методов различных объектов – показатель взаимодействия объектов. Таким образом, методы одного объекта должны вызывать методы других объектов. В этом случае ни один метод, участвующий во взаимодействии, не может достигнуть цели самостоятельно. Именно поэтому так важно правильно организовать обмен информацией между методами различных объектов. Такой обмен предполагает, что результаты работы метода одного объекта являются исходными данными для метода другого объекта. Если объект Object2 класса ClassB посылает сообщение объекту Object1 класса ClassА, то это означает, что объект

Object2 вызывает метод объекта Object1

(рис. 1) . В этом случае при описании классов ClassA и ClassB возникает вопрос: как обратиться к методу класса ClassA в методе класса ClassB ?

Рис. 1 . Передача сообщения между объектами

Решение этого вопроса состоит в следующем.

Вариант 1. Cоздать объект класса ClassA в качестве поля класса ClassB ; после этого из любого метода класса ClassB можно обращаться к методам класса ClassA.

Вариант 2. Cоздать объект класса ClassA в качестве локального объекта некоторого метода класса ClassB ; в дальнейшем в этом методе можно обращаться к методам класса ClassA.

Рассмотрим, как реализуется взаимодействие объектов на примере задачи " Курсы по выбору " .

Постановка задачи. Каждый студент должен прослушать и сдать несколько курсов, перечисленных в учебном плане. Студент должен записаться на выбранные курсы. Только после этого можно приступить к занятиям и сдаче экзаменов. Язык программирования – C# [3].

Определим класс Student , который содержит информацию об отдельном студенте (рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма объекта класса Student

В классе Student описано два поля – имя студента s name и номер студента _ s_id. Методы класса: конструктор, печать информации о студенте и сравнение двух объектов класса Student на равенство (листинг 1).

Кроме класса Student необходим класс Course , который содержит информацию об отдельном курсе (рис. 3).

class Student{ string s_name; // имя студента int s_id; // номер студента

// описание свойств S_ name и S_id .   ..

public Student(string s_name, int s_id) {// конструктор .  .. public void Display(){ //вывод информации о студенте .  ..

// метод сравнивает два объекта класса Student на равенство public override bool Equals(object obj) {

Student p = obj as Student;

return ((s name == p.s name)&&(s id == p.s id)); _ _ _ _

} }

Листинг 1. Описание класса Student

Рис. 3. Диаграмма объекта класса Course

Поля класса Course – название курса c _ name и номер курса c _ id . Методы класса – конструктор, печать информации о курсе и сравнение двух объектов класса Course на равенство (листинг 2).

Студент должен записаться на курсы. Однако класс Course не содержит информации о студентах, а класс Student – о курсах. Следовательно, студент не может записаться на курсы, а курс невозможно связать с информацией о студентах, которые его посещают. Поэтому опишем еще два класса CSLink и CSRecords .

Рис. 4. Диаграмма объекта класса CSLink

Класс CSLink связывает одного студента с одним курсом (рис. 4).

Поля класса CSLink – номер студента s _ id , номер курса c _ id и оценка студента по курсу gradе . Методы этого класса – конструктор и проверка на совпадение номеров студентов и номеров курсов у двух объектов класса CSLink (листинг 3).

Класс CSRecords используется для записи студентов на курсы (рис. 5).

class Course { string c_name; // название курса int c_id; // номер курса

// описание свойств C name и C id . . . ^^^^^^^^                                                                                 ^^^^^^^^в public Course(string c name, int c id){ // конструктор . . . } public void Display(){// вывод информации о курсе . . . }

// метод сравнивает два объекта класса Course на равенство public override bool Equals(object obj) { . . . }

}

Листинг 2. Описание класса Course class CSLink { int s_id, c_id; // номер студента, номер курса int grade; // оценка

// описание свойств S _ id, C _ id и Grade .   .   .

public CSLink (int s _ id, int c _ id) { // конструктор .   .   . }

// проверка на совпадение номеров студентов и номеров курсов public override bool Equals(object obj) {

CSLink p = obj as CSLink;

return ((s _ id == p.s _ id) && (c _ id == p.c _ id));

}

} //class CSLink

Листинг 3. Описание класса CSLink

Рис. 5. Диаграмма (пример) объекта класса CSRecords

Поля класса CSRecords - массив cs _ Links , содержащий информацию о том, какие студенты на какие курсы записаны; max _ counts и cur _ counts - максимальное и текущее количество записей студентов на курсы.

Перед записью студента на курс нужно проверить, существует ли объект с заданным номером студента и номером курса в массиве cs Links . С этой целью в классе CSRe-^^^^^^^^^

cords описан метод CS Find , который _

^ создает объект temp класса CSLink (рис. 6), содержащий заданный номер студента num st и номер курса num course : ^^^^^^^^                                                                                                                                                ^^^^^^^^B

CSLink temp = new CSLink(num_st, num_course);

^ сравнивает объект temp с объектами массива cs _ Links , а именно, вызывает метод Equals объекта temp ; параметр этого метода – текущий объект массива cs Links:

int i=0;

while((i_counts)&&

temp:CSLink s_id [ 50 c id 10

grade

Sid Cid Grade

CSLink Equals

Рис. 6. Диаграмма (пример) объекта temp класса CSLink

Таким образом, перед добавлением нового объекта в массив cs _ Links объект класса CSRecords посылает сообщение Equals объекту temp класса CSLink . Если объект с заданным номером студента и номером курса отсутствует в массиве cs Links , метод AddRecord добавляет ^^^^^^^^^

объект temp в этот массив, т.е. записывает студента на курс. При этом считается, что номер студента и номер курса заданы верно (существуют). Запись студента на курс завершается успешно, если она не является повторной, и не превышено максимально допустимое количество записей.

Метод Display() распечатывает информацию обо всех объектах массива cs Links . Так как доступ к полям объектов ^^^^^^^^

класса CSLink – частный (private), получить их значения можно только в результате использования метода get соответствующих свойств. Поэтому объект класса CSRe-cords посылает сообщения каждому объек- ту массива cs_Links для определения номера студента, номера курса и соответствующей оценки:

for (int i=0; i< cur _ counts; i++) Console.WriteLine("Student:  "

+ cs_Links [i].S_id

+ "Course "

+ cs_Links [i].C_id

+ " Grade "

+ cs_Links [i].Grade );

Описание класса CSRecords представлено в листинге 4.

В результате создания объекта класса CSRecords и записи студентов на курсы создаются и входящие в этот объект компоненты – объекты класса CSLink. Поэтому объект класса CSRecords является составным, а отношение между объектами классов CSRecords и CSLink – отношением включения .

class CSRecords {

CSLink [] cs _ Links; //ссылка на массив объектов класса CSLink int max _ counts; // максимальное количество записей

// студентов на курсы int cur_counts; // текущее количество записей студентов на курсы // описание свойств Max counts и Cur counts . . .

^^^^^^^^                                                                                                             ^^^^^^^^B public CSRecords(int max_counts) {// конструктор . . . } //метод проверяет, существует ли запись студента на курс public bool CS_Find (int num_st, int num_course){ int i=0; CSLink temp = new CSLink (num_st, num_course);

if (i == cur counts) return (false); else return (true);

}

//метод записывает студента на курс public bool AddRecord(int num_st, int num_course){ if (!CS Find (num st, num course)) ^^^^^^^^                                                                                 ^^^^^^^^B                                                               ^^^^^^^^B

// добавление информации о записи студента

// на курс в массив cs Links . . .

}

// печать информации обо всех записях студентов на курсы public void Display(){ for (int i=0; i< cur_counts; i++)

Console.WriteLine("Student:  " + cs_Links [i].S_id + "

Course " + cs_Links [i].C_id +

" Grade " + cs_Links [i].Grade );

}

}

Листинг 4. Описание класса CSRecords

Еще один класс Recorder содержит список всех студентов и список всех курсов (рис. 7).

Эта информация хранится в массивах list Student и list Course соответ-^^^^^^^^                                                                                                                                 ^^^^^^^^в ственно. Массив list_Student может содержать студентов, которые пока не записались ни на один курс; а в массив list_Course могут входить курсы, которые пока никто не выбрал. Кроме того, в классе Recorder описан объект csr_CSRecords класса CSRecords, который связывает студентов, курсы и записи о выбранных студентами курсах.

Методы AddStudent и AddCourse добавляют новых студентов и новые курсы в соответствующие массивы. Сначала метод AddStudent проверяет, существует ли объект с заданным именем и номером студента в массиве list Student , а именно: ^^^^^^^^^

^ создает объект temp класса Student , содержащий заданные значения имени name и номера студента num _ st:

Student temp = new Student(name, num_st);

^ сравнивает объект temp с объектами массива list _ Student , а именно, вызывает метод Equals объекта temp ; параметр этого метода – текущий объект массива студентов:

int i=0;

while ((i < cur _ st) &&

Таким образом, чтобы избежать повторного включения информации о студенте в массив list Student, объект класса Re-^^^ш^^^^в corder посылает сообщение Equals объекту temp класса Student. Если объект с заданным именем и номером студента отсутствует в массиве, объект temp добавляется в массив.

Аналогичная ситуация имеет место и при добавлении курсов: перед включением записи о курсе в массив list Course объект класса Recorder посылает сообщение Equals объекту temp класса Course.

Рис. 7. Диаграмма объекта класса Recorder

Как только студенты и курсы добавлены, можно начинать запись студентов на курсы. Для этого используется метод Recording , входные данные которого – номер студента и номер курса. Метод Recording

^ проверяет наличие заданного студента student id в массиве list Student:

int i=0;

while ((i < cur _ st)&&

(student_id!= list_Student[i].S_id)) i++;

в этом случае объект класса Recorder посылает сообщения каждому объекту массива list _ Student для определения номера студента;

^ проверяет наличие заданного курса course _ id в массиве list _ Course:

int j=0;

j++;

здесь объект класса Recorder посылает сообщения каждому объекту массива list Course ; ^^^^^^^^

^ вызывает метод AddRecord объекта csr CSRecords, т.е. для записи студента на курс объект класса Recorder посылает сообщение AddRecord объекту csr CSRecords :

csr_CSRecords.AddRecord

(student_id , course_id) .

Кроме того, при печати списка студентов и списка курсов объект класса Recorder посылает сообщения объектам класса Student и Course для получения имени и номера студента, а также имени и номера курса (листинг 5).

class Recorder {

Course [] list _ Course ; // ссылка на массив курсов

Student [] list _ Student; // ссылка массив студентов

CSRecords csr _ CSRecords; //ссылка на объект класса CSRecords int cur _ st; //текущее количество студентов

// описание свойств List Course и List Student . . .

// конструктор . . .

// метод добавляет студента в массив студентов public void AddStudent(string name, int num_st) {

Student temp = new Student(name, num_st); int i = 0; //проверяем, есть ли такой студент while ((i < cur st) & !temp.Equals(list Student[i])) i++; if //не нашли, добавляем объект temp в массив list Student

} public void St_Display(){ //вывод списка студентов for (int i = 0; i < cur_st; i++)

Console.WriteLine(list_Student[i].S_name + "  " + list_Student[i].S_id);

}

// метод добавляет курс в массив курсов public void AddCourse (string name, int num cs) { . . .   } public void Cs Display(){ //вывод списка курсов . . . }

// метод записывает студента на курс public bool Recording (int student id, int course id){ if (csr_CSRecords.AddRecord(student_id, course_id))

return (true); else return (false);

}

Листинг 5. Описание класса Recorder

Таким образом, в процессе использования объекта класса Recorder реализуется взаимодействие объектов классов Student , Course, CSLink и CSRecords .

Важно наглядно представить передачу сообщений между различными объектами.

Для этой цели используются диаграммы взаимодействия и последовательностей [2].

На диаграмме взаимодействия изображаются последовательность (временной порядок) пе-объекты и их основные связи (рис. 8). Диа- редачи сообщений (рис. 9).

грамма же последовательностей описывает

Рис. 8. Диаграмма взаимодействия для задачи "Курсы по выбору"

Рис. 9. Диаграмма последовательностей для задачи "Курсы по выбору"

Построение диаграммы начинается с размещения по горизонтальной оси объектов, участвующих во взаимодействии. Обычно объекты, инициализирующие взаимодействие, располагаются слева. Вдоль вертикальной оси в хронологическом порядке размещаются сообщения (сверху вниз). Линия жизни объекта – вертикальная пунктирная линия – показывает продолжительность существования объекта. Большинство объектов существуют в течение всего периода взаимодействия, поэтому их линии жизни выровнены по верхней гра- нице диаграммы и имеют одинаковую длину. Сообщения на диаграмме изображаются стрелками, направленными от одной линии жизни к другой. Сплошная стрелка указывает на объект, который принимает сообщение, а пунктирная – на объект, которому возвращается результат.

В статье представлено частичное решение задачи " Курсы по выбору " , которое отвечает лишь за запись студентов на курсы. В дальнейшем это решение следует дополнить реализацией следующих действий:

• •    выставить оценку студенту по курсу;

• •    выяснить, сколько студентов не сдали курс;

• •    установить, какое количество студентов успешно освоили курс;

• •    выявить, на какой курс записалось наибольшее количество студентов

и др.