Системы классов. Отношения между классами

Класс, как не раз отмечалось, играет две роли: он является модулем - архитектурной единицей, и он имеет содержательный смысл, определяя некоторый тип данных.

Классы программной системы находятся в определенных отношениях друг с другом. Два основных типа отношений между классами определены в ОО-системах.

· Клиенты и поставщики – называется часто клиентским отношением или отношением вложенности (встраивания).

· Родители и наследники – называется отношением наследования.

Определение 1. Классы A и В находятся в отношении "клиент - поставщик", если одним из полей класса В является объект класса А. Класс А называется поставщиком класса В, класс В называется клиентом класса А.

Следуя этому определению, объект класса A "вложен" в класс B. По этой причине отношение "клиент - поставщик" называют также отношением вложенности или встраивания.

Определение 2. Классы А и В находятся в отношении "родитель - наследник", если при объявлении класса В класс А указан в качестве родительского класса. Класс А называется клиентом класса В, класс В называется наследником класса А.

Графически отношения между классами изображаются с использованием стрелок, соединяющих классы. Стрелка идет от класса клиента к классу поставщика, от наследника к родительскому классу. Вложенность отображается стрелкой с двойной линией, наследование - толстой одиночной линией.

Оба отношения, наследования и вложенности, являются транзитивными. Если В - клиент А и С - клиент В, то отсюда следует, что С - клиент А. Если В - наследник А и С - наследник В, то отсюда следует, что С - наследник А.

Для отношения наследования используется терминология, заимствованная из естественного языка. Прямые классы-наследники часто называются сыновними или дочерними классами. Непрямые родители называются предками, а их непрямые наследники - потомками.

Цепочки вложенности и наследования могут быть достаточно длинными. На практике вполне могут встречаться цепочки длины 10. Например, библиотечные классы, составляющие систему Microsoft Office, полностью построены на отношении вложенности. Классы библиотеки FCL связаны как отношением вложенности, так и отношением наследования. Длинные цепочки наследования достаточно характерны для классов этой библиотеки.

Отношения "является" и "имеет"

При проектировании классов часто возникает вопрос, какое же отношение между классами нужно построить. Рассмотрим совсем простой пример двух классов - Square и Rectangle, описывающих квадраты и прямоугольники. Наверное, понятно, что эти классы следует связать скорее отношением наследования, чем вложенности; менее понятным остается вопрос, а какой из этих двух классов следует сделать родительским. Еще один пример двух классов - Car и Person, описывающих автомобиль и персону. Какими отношениями с этими классами должен быть связан класс Person_of_Car, описывающий владельца машины? Может ли он быть наследником обоих классов? Найти правильные ответы на эти вопросы проектирования классов помогает понимание того, что отношение "клиент - поставщик" задает отношение "имеет" ("has"), а отношение наследования задает отношение "является" ("is a"). В случае классов Square и Rectangle понятно, что каждый объект квадрат "является" прямоугольником, поэтому между этими классами существует отношение наследования и родительским классом является класс Rectangle, а класс Squareявляется его потомком.

В случае автомобилей, персон и владельцев авто также понятно, что владелец "имеет" автомобиль и "является" персоной. Поэтому класс Person_of_Car является клиентом класса Car и наследником класса Person.

Поставщики и клиенты

Что могут делать клиенты и что могут делать поставщики? Класс поставщик создает сервисы, предоставляемые своим клиентам. Клиенты создают объекты поставщика. Вызывая доступные им сервисы, клиенты получают возможность выполнить работу, которую сами они выполнить не могут или не хотят выполнять, поскольку класс поставщик эту работу может сделать более квалифицированно. Так, например, арифметические классы - int и другие - не могут вычислять математические функции. При необходимости вычислить sin(x) они обращаются к соответствующему сервису, предоставляемому классом Math.

Клиенты не могут ни повлиять на поведение методов поставщика, ни изменить состав предоставляемых им сервисов, они не могут вызывать закрытые поставщиком поля и методы класса.

Класс поставщик интересен клиентам своей открытой частью, составляющей интерфейс класса. Но большая часть класса может быть закрыта для клиентов, им незачем вникать в детали представления и в детали реализации. Сокрытие информации вовсе не означает, что разработчики класса не должны быть знакомы с тем, как все реализовано, хотя иногда и такая цель преследуется. В общем случае сокрытие означает, что классы клиенты строят свою реализацию, основываясь только на знании интерфейсной части класса поставщика. Поставщик закрывает поля и часть методов класса от клиентов, задавая для них атрибут доступа private или protected. Он может некоторые классы считать привилегированными, предоставляя им методы и поля, недоступные другим классам. В этом случае поля и методы, предназначенные для таких vip -персон, снабжаются атрибутом доступа internal, а классы с привилегиями должны принадлежать одной сборке.