Java 7 - [23]

Парадигмы программирования

Первые, даже самые простые программы, написанные в машинных кодах, составляли сотни строк совершенно непонятного текста. Языки ассемблера облегчили чтение программ, но не упростили их. Для упрощения и ускорения программирования придумали языки высокого уровня: FORTRAN, Algol и сотни других, возложив рутинные операции по созданию машинного кода на компилятор. Те же программы, переписанные на языках высокого уровня, стали гораздо понятнее и короче. Но жизнь потребовала решения более сложных задач, и программы снова увеличились в размерах, стали громоздкими и необозримыми.

Возникла идея: оформить программу в виде нескольких по возможности простых процедур или функций, каждая из которых решает свою определенную задачу. Написать, откомпилировать и отладить небольшую процедуру можно легко и быстро. Затем остается только собрать все процедуры в нужном порядке в одну программу. Кроме того, один раз написанные процедуры можно затем использовать в других программах как строительные кирпичики. Процедурное программирование быстро стало парадигмой. Во все языки высокого уровня включили средства написания процедур и функций. Появилось множество библиотек процедур и функций на все случаи жизни.

Встал вопрос о том, как выявить структуру программы, разбить программу на процедуры, какую часть кода выделить в отдельную процедуру, как сделать алгоритм решения задачи простым и наглядным, как удобнее связать процедуры между собой. Опытные программисты предложили свои рекомендации, названные структурным программированием. Структурное программирование оказалось удобным и стало парадигмой. Появились языки программирования, например Pascal, на которых удобно писать структурные программы. Более того, на них очень трудно написать неструктурные программы.

Сложность стоящих перед программистами задач проявилась и тут: программы стали содержать сотни процедур и опять оказались необозримыми. "Кирпичики" стали слишком маленькими. Потребовался новый стиль программирования.

В это же время обнаружилось, что удачная или неудачная структура исходных данных может сильно облегчить или усложнить их обработку. Одни исходные данные удобнее объединить в массив, для других больше подходит структура дерева или стека. Появилось множество исследований различных структур данных и рекомендаций по их применению. Никлаус Вирт, создатель языка Pascal, даже назвал одну из своих книг "Алгоритмы + структуры данных = программы".

Возникла идея объединить исходные данные и все процедуры их обработки в один модуль. Эта идея модульного программирования быстро завоевала умы и на некоторое время стала парадигмой. Программы составлялись из отдельных модулей, содержащих десяток-другой процедур и функций. Эффективность таких программ тем выше, чем меньше модули зависят друг от друга. Автономность модулей позволяет создавать и библиотеки модулей, чтобы потом использовать их в качестве строительных блоков для других программ.

Для того чтобы обеспечить максимальную независимость модулей друг от друга, надо четко отделить процедуры, которые будут использоваться другими модулями, — открытые (public) процедуры, от вспомогательных, которые обрабатывают данные, заключенные в этот модуль, — закрытых (private) процедур. Для этого модуль делится на две части. Открытые процедуры перечисляются в первой части модуля — интерфейсе (interface), вторые участвуют только во второй его части — реализации (implementation) модуля. Данные, занесенные в модуль, тоже делятся на открытые, указанные в интерфейсе и доступные для других модулей, и закрытые, доступные только для процедур того же модуля. В различных языках программирования это деление производится по-разному. В языке Turbo Pascal модуль специально делится на интерфейс и реализацию, в языке С интерфейс выносится в отдельные "головные" (header) файлы. В языке С++, кроме того, для описания интерфейса можно воспользоваться абстрактными классами. В языке Java есть специальная конструкция для описания интерфейсов, которая так и называется — interface, но можно написать и абстрактные классы.

Так возникла идея о скрытии, инкапсуляции (incapsulation) данных и методов их обработки. Подобные идеи периодически возникают в дизайне бытовой техники. То телевизоры испещряются кнопками и топорщатся ручками и движками на радость любознательному телезрителю, господствует так называемый "приборный" стиль, то вдруг все куда-то пропадает, а на панели управления остаются только кнопка включения телевизора и ручка громкости. Любознательный телезритель, привыкший самостоятельно настраивать свой телевизор, берется за отвертку и лезет внутрь.

Инкапсуляция, конечно, производится не для того, чтобы спрятать от другого модуля что-то любопытное. Здесь преследуются две основные цели. Первая — обеспечить безопасность использования модуля, вынести в интерфейс, сделать общедоступными только те методы обработки информации, которые не могут испортить или уничтожить исходные данные. Вторая цель — уменьшить сложность, скрыв от внешнего мира ненужные детали реализации.