Сравнение процедурного программирования с ООП

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФГБОУ ВПО ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет Информатики и Информационных Технологий
Кафедра ИиИТ





КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Языки программирования»
на тему:

«Сравнение процедурного программирования с ООП»




Выполнил: студент 2 курса ИБ



Руководитель: пр. кафедры ИиИТ




«Допущен к защите» ________
Дата защиты ________
Оценка________
Подпись________



Махачкала 2014г.
Введение

В настоящее время можно выделить несколько типов языков программирования.
Одним из важнейших признаков их классификации является принадлежность их к
одному из стилей, основными из которых являются следующие стили:
• процедурный,
• функциональный,
• логический,
• объектно-ориентированный.

1. Процедурное программирование
Процедурное (императивное) программирование является отражением архитектуры
традиционных ЭВМ, которая была предложена фон Нейманом в 40-х годах.
Программа на процедурном языке программирования состоит из последовательности
операторов (инструкций), задающих процедуру решения задачи. Основным является
оператор присваивания, служащий для изменения содержимого областей памяти.
Концепция памяти как хранилища значений, содержимое которого может
обновляться операторами программы, является фундаментальной в императивномпрограммировании.
Процедурные языки характеризуются следующими особенностями:
• Необходимостью явного управления памятью, в частности, описанием
переменных;
• Малой пригодностью для символьных вычислений;
• Отсутствием строгой математической основы;
• Высокой эффективностью реализации па традиционных ЭВМ.
Одним из важнейших классификационных признаков процедурного языка являетсяего уровень. Уровень языка программирования определяется семантическойемкостью его конструкций и степенью его ориентации на программиста. Чем болееязык ориентирован на человека, тем выше его уровень.
К процедурным языкам относятся: язык Ассемблера, С, Basic, Pascal.

2. Функциональное программирование
Первым таким языком был LISP.
Роль основной конструкции в функциональных (аппликативных) языках играетвыражение. К выражениям относятся скалярные константы, структурированныеобъекты, функции, тела функций и вызовы функций.
Аппликативный язык программирования включает следующие элементы:
• классы констант, которыми могут манипулировать функции;
• набор базовых функций, которые программист может использовать без
• предварительного объявления и описания;
• правила построения новых функций из базовых;
• правила формирования выражений на основе вызовов функций.

Программа представляет собой совокупность описаний функций и выражения,которые необходимо вычислить. Данное выражение вычисляется посредствомредукции, то есть серии упрощений, до тех пор, пока это возможно по следующимправилам:
• вызовы базовых функций заменяются соответствующими значениями;
• вызовы небазовых функций заменяются их телами, в которых параметры замещеныаргументами.
Функциональное программирование не использует концепцию памяти как хранилищазначений переменных. Операторы присваивания отсутствуют, вследствие чегопеременные обозначают не области памяти, а объекты программы, что полностьюсоответствует понятию переменной в математике. В принципе, можно составлятьпрограммы и вообще без переменных. Кроме того, нет существенных различиймежду константами и функциями, то есть между программами и данными. Врезультате этого функция может быть значением вызова другой функции и может быть элементом структурированного объекта. Число аргументов при вызовефункции не обязательно должно совпадать с числом параметров, указанных при ее
описании. Перечисленные свойства характеризуют аппликативные языки как языкипрограммирования очень высокого уровня.

3. Логическое программирование
Новую область — логическое, или реляционное программирование, — открылопоявление языка PROLOG. Этот язык был создан французским ученым А. Кольмероэв 1973 году. В настоящее время известны и другие языки, однако наиболееразвитым и распространенным языком логического программирования являетсяименно Пролог. Языки логического программирования, в особенности Пролог,широко используются в системах искусственного интеллекта.
Центральным понятием в логическом программировании является отношение.
Программа представляет собой совокупность определений отношений между
объектами (в терминах условий или ограничений) и цели (запроса). Процесс
выполнения программы трактуется как процесс общезначимости логической
формулы, построенной из программы по правилам, установленным семантикойиспользуемого языка. Результат вычисления является побочным продуктом этогопроцесса. В реляционном программировании нужно только специфицировать факты,на которых алгоритм основывается, а не определять последовательность шагов,которые требуется выполнить.
Языки логического программированияхарактеризуются:
• высоким уровнем;
• строгой ориентацией на символьные вычисления;
• возможностью инверсных вычислений, то есть переменные в
процедурах не делятся на входные и выходные;
• возможной логической неполнотой, поскольку зачастую невозможно
выразить в программе определенные логические соотношения, а также невозможнополучить из программы все выводы правильные.













Глава 1 : Процедурное программирование
Процедурное программирование — программирование на императивном языке, при котором последовательно выполняемые операторы можно собрать в подпрограммы, то есть более крупные целостные единицы кода, с помощью механизмов самого языка.
Процедурное программирование - есть отражение фон Неймановской архитектуры компьютера. Программа, написанная на процедурном языке, представляет собой последовательность команд, определяющих алгоритм решения задачи. Основная идея процедурного программирования - использование памяти для хранения данных. Основная команда- присвоение, с помощью которой определяется и меняется память компьютера. Программа производит преобразование содержимого памяти, изменяя его от исходного состояния к результирующему.

Классификация языков программирования
Различают такие языки процедурного программирования:
Язык Фортран создан в начале 50-х годов 20-го века для программирования научно-технических задач;
Кобол – создан в конце 60-х годов 20-го века для решения задач обработки больших объемов данных, хранящихся на различных носителях данных;
Алгол (1960 год) – это многоцелевой расширенный язык программирования. В нем впервые введены понятия “блочная структура программы” и “динамическое распределение памяти”;
В середине 60-х годов 20-го века был создан специализированный язык программирования для начинающих – BASIC. Характеризуется простотой освоения и наличием универсальных средств для решения научных, технических и экономических задач, а также задач, например, игровых.
Все перечисленные выше языки были ориентированы на различные классы задач, но они в той или иной мере были привязаны к конкретной архитектуре ЭВМ.
В 1963-1966гг был создан многоцелевой универсальный язык PL-1. Этот язык хорошо приспособлен для исследования и планирования вычислительных процессов, моделирования, решения логических задач, разработки систем математического обеспечения.
Язык Паскаль (PASCAL) (1968-1971гг)- язык процедурного программирования наиболее популярный для ПК, который и в настоящее время успешно применяется. В основу языка Pascal положен подход от общей задачи к частным (более простым и меньшим по объему). К основным принципам, которыми обладает Паскаль, можно отнести: а) Структурное программирование, которое основано на использовании подпрограмм и независимых структур данных; б) Программирование “сверху-вниз”, когда задача делится на простые, самостоятельно решаемые задачи. Затем выстраивается решение исходной задачи полностью сверху вниз.
К языкам процедурного программирования можно отнести язык АДА (1979г) Язык назван в честь первой программистки Ады Лавлейс- дочери Байрона. Его отличает модульность конструкций.
Язык СИ (начало 70-х годов) также относится к языкам процедурного программирования. Первоначальный его вариант планировался как язык для реализации операционной системы Unix вместо языка Ассемблера. Одной из особенностей языка СИ является то, что различия между выражениями и операторами сглаживаются, что приближает его к функциональным языкам программирования. Кроме того, в языке СИ отсутствует понятие процедуры, а использование подпрограмм основано на понятии функции, которая может сочетать в себе возможности процедуры. С одной стороны, по набору управляющих конструкций и структур данных его можно отнести к языкам высокого уровня, а с другой – он имеет набор средств прямого обращения к функциональным узлам компьютера, а это означает, что его можно использовать как операционный язык.





Глава 2: Объекто-ориентированное программирование
История ООП
ООП возникло в результате развития идеологии процедурного программирования, где данные и подпрограммы (процедуры, функции) их обработки формально не связаны. Для дальнейшего развития объектно-ориентированного программирования часто большое значение имеют понятия события (так называемое событийно-ориентированное программирование) и компонента (компонентное программирование, КОП).
Взаимодействие объектов происходит посредством сообщений. Результатом дальнейшего развития ООП, по-видимому, будет агентно-ориентированое программирование, где агенты — независимые части кода на уровне выполнения. Взаимодействие агентов происходит посредством изменения среды, в которой они находятся.
Языковые конструкции, конструктивно не относящиеся непосредственно к объектам, но сопутствующие им для их безопасной (исключительные ситуации, проверки) и эффективной работы, инкапсулируются от них в аспекты (в аспектно-ориентированном программировании). Субъектно-ориентированное программирование расширяет понятие объекта посредством обеспечения более унифицированного и независимого взаимодействия объектов. Может являться переходной стадией между ООП и агентным программированием в части самостоятельного их взаимодействия.
Первым языком программирования, в котором были предложены принципы объектной ориентированности, была Симула. В момент его появления в 1967 году в нём были предложены революционные идеи: объекты, классы, виртуальные методы и др., однако это всё не было воспринято современниками как нечто грандиозное. Тем не менее, большинство концепций были развиты Аланом Кэем и Дэном Ингаллсом в языке Smalltalk. Именно он стал первым широко распространённым объектно-ориентированным языком программирования.
В настоящее время количество прикладных языков программирования реализующих объектно-ориентированную парадигму, является наибольшим по отношению к другим парадигмам. В области системного программирования до сих пор применяется парадигма процедурного программирования, и общепринятым языком программирования является Cи. При взаимодействии системного и прикладного уровней операционных систем заметное влияние стали оказывать языки объектно-ориентированного программирования. Например, одной из наиболее распространённых библиотек мультиплатформенного программирования является объектно-ориентированная библиотека Qt, написанная на языке C++.
Основные понятия
Абстрагирование — это способ выделить набор значимых характеристик объекта, исключая из рассмотрения незначимые. Соответственно, абстракция — это набор всех таких характеристик.

Инкапсуляция — это свойство системы, позволяющее объединить данные и методы, работающие с ними в классе, и скрыть детали реализации от пользователя.

Наследование — это свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью. Класс, от которого производится наследование, называется базовым, родительским или суперклассом. Новый класс — потомком, наследником, дочерним или производным классом.

Полиморфизм — это свойство системы использовать объекты с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта. При использовании термина «полиморфизм» в сообществе ООП подразумевается полиморфизм подтипов, аиспользование параметрического полиморфизма называют обобщённым программированием.

Класс является описываемой на языке терминологии исходного кода моделью ещё не существующей сущности (объекта). Фактически он описывает устройство объекта, являясь своего рода чертежом. Говорят, что объект — это экземпляр класса. При этом в некоторых исполняющих системах класс также может представляться некоторым объектом при выполнении программы посредством динамической идентификации типа данных. Обычно классы разрабатывают таким образом, чтобы их объекты соответствовали объектам предметной области.

Сущность в адресном пространстве вычислительной системы, появляющаяся при создании экземпляра класса или копирования прототипа (например, после запуска результатов компиляции и связывания исходного кода на выполнение).

Прототип — это объект-образец, по образу и подобию которого создаются другие объекты. Объекты-копии могут сохранять связь с родительским объектом, автоматически наследуя изменения в прототипе; эта особенность определяется в рамках конкретного языка.

Так что же такое ООП ?
В центре ООП находится понятие объекта. Объект — это сущность, которой можно посылать сообщения и которая может на них реагировать, используя свои данные. Объект — это экземпляр класса. Данные объекта скрыты от остальной программы. Сокрытие данных называется инкапсуляцией.
Наличие инкапсуляции достаточно для объектности языка программирования, но ещё не означает его объектной ориентированности — для этого требуется наличиенаследования.
Но даже наличие инкапсуляции и наследования не делает язык программирования в полной мере объектным с точки зрения ООП. Основные преимущества ООП проявляются только в том случае, когда в языке программирования реализован полиморфизм подтипов — возможность единообразно обрабатывать объекты с различной реализацией при условии наличия общего интерфейса.

Тимоти Бадд пишет:
Роджер Кинг аргументированно настаивал, что его кот является объектно-ориентированным. Кроме прочих своих достоинств, кот демонстрирует характерное поведение, реагирует на сообщения, наделён унаследованными реакциями и управляет своим, вполне независимым, внутренним состоянием.
По мнению Алана Кея, создателя языка Smalltalk, которого считают одним из «отцов-основателей» ООП, объектно-ориентированный подход заключается в следующем наборе основных принципов (цитируется по вышеупомянутой книге Т. Бадда).
1. Всё является объектом.
2. Вычисления осуществляются путём взаимодействия (обмена данными) между объектами, при котором один объект требует, чтобы другой объект выполнил некоторое действие. Объекты взаимодействуют, посылая и получая сообщения. Сообщение — это запрос на выполнение действия, дополненный набором аргументов, которые могут понадобиться при выполнении действия.
3. Каждый объект имеет независимую память, которая состоит из других объектов.
4. Каждый объект является представителем класса, который выражает общие свойства объектов (таких, как целые числа или списки).
5. В классе задаётся поведение (функциональность) объекта. Тем самым все объекты, которые являются экземплярами одного класса, могут выполнять одни и те же действия.
6. Классы организованы в единую древовидную структуру с общим корнем, называемую иерархией наследования. Память и поведение, связанное с экземплярами определённого класса, автоматически доступны любому классу, расположенному ниже в иерархическом дереве.

В современных объектно-ориентированных языках программирования каждый объект является значением, относящимся к определённому классу. Класс представляет собой объявленный программистом составной тип данных, имеющий в составе:
Поля данных
Параметры объекта (конечно, не все, а только необходимые в программе), задающие его состояние (свойства объекта предметной области). Иногда поля данных объекта называют свойствами объекта, из-за чего возможна путаница. Физически поля представляют собой значения (переменные, константы), объявленные как принадлежащие классу.
Методы
Процедуры и функции, связанные с классом. Они определяют действия, которые можно выполнять над объектом такого типа, и которые сам объект может выполнять.
Классы могут наследоваться друг от друга. Класс-потомок получает все поля и методы класса-родителя, но может дополнять их собственными либо переопределять уже имеющиеся. Большинство языков программирования поддерживает только единичное наследование (класс может иметь только один класс-родитель), лишь в некоторых допускается множественное наследование — порождение класса от двух или более классов-родителей. Множественное наследование создаёт целый ряд проблем, как логических, так и чисто реализационных, поэтому в полном объёме его поддержка не распространена. Вместо этого в 1990-е годы появилось и стало активно вводиться в объектно-ориентированные языки понятие интерфейса. Интерфейс — это класс без полей и без реализации, включающий только заголовки методов. Если некий класс наследует (или, как говорят, реализует) интерфейс, он должен реализовать все входящие в него методы. Использование интерфейсов предоставляет относительно дешёвую альтернативу множественному наследованию.
Взаимодействие объектов в абсолютном большинстве случаев обеспечивается вызовом ими методов друг друга.
Инкапсуляция обеспечивается следующими средствами


Контроль доступа
Поскольку методы класса могут быть как чисто внутренними, обеспечивающими логику функционирования объекта, так и внешними, с помощью которых взаимодействуют объекты, необходимо обеспечить скрытость первых при доступности извне вторых. Для этого в языки вводятся специальные синтаксические конструкции, явно задающие область видимости каждого члена класса. Традиционно это модификаторы public, protected и private, обозначающие, соответственно, открытые члены класса, члены класса, доступные только из классов-потомков, и скрытые, доступные только внутри класса. Конкретная номенклатура модификаторов и их точный смысл различаются в разных языках.
Методы доступа
Поля класса в общем случае не должны быть доступны извне, поскольку такой доступ позволил бы произвольным образом менять внутреннее состояние объектов. Поэтому поля обычно объявляются скрытыми (либо язык в принципе не позволяет обращаться к полям класса извне), а для доступа к находящимся в полях данным используются специальные методы, называемые методами доступа. Такие методы либо возвращают значение того или иного поля, либо производят запись в это поле нового значения. При записи метод доступа может проконтролировать допустимость записываемого значения и, при необходимости, произвести другие манипуляции с данными объекта, чтобы они остались корректными (внутренне согласованными). Методы доступа называют ещё аксессорами (от англ. access — доступ), а по отдельности — геттерами(англ. get — чтение) и сеттерами (англ. set — запись).
Свойства объекта
Псевдополя, доступные для чтения и/или записи. Свойства внешне выглядят как поля и используются аналогично доступным полям (с некоторыми исключениями), однако фактически при обращении к ним происходит вызов методов доступа. Таким образом, свойства можно рассматривать как «умные» поля данных, сопровождающие доступ к внутренним данным объекта какими-либо дополнительными действиями (например, когда изменение координаты объекта сопровождается его перерисовкой на новом месте). Свойства, по сути, не более чем синтаксический сахар, поскольку никаких новых возможностей они не добавляют, а лишь скрывают вызов методов доступа. Конкретная языковая реализация свойств может быть разной. Например, в C# объявление свойства непосредственно содержит код методов доступа, который вызывается только при работе со свойствами, то есть не требует отдельных методов доступа, доступных для непосредственного вызова. В Delphi объявление свойства содержит лишь имена методов доступа, которые должны вызываться при обращении к полю. Сами методы доступа представляют собой обычные методы с некоторыми дополнительными требованиями к сигнатуре.
Полиморфизм реализуется путём введения в язык правил, согласно которым переменной типа «класс» может быть присвоен объект любого класса-потомка её класса.












Глава 3: Сравнительный анализ ООП и процедурного программирования
Анализ будет производится на основе языка PHP так как изначально язык был процедурным, а потом в последствии ему добавили ООП.
PHP позволяет нам писать приложения 2мя разными способами, первый — процедурный, а второй объектно ориентированный. Если вы до сих пор не поняли разницу между этими двумя подходами, давайте посмотрим на эти куски кода — один и тот же пример написанный разными подходами.

Процедурный:


$user_input = $_POST[‘field‘];
$filtered_content = filter($user_input); //user input filtering
mysql_connect(«dbhost»,«dbuser»,«dbpassword»); //database
mysql_select_db(«dbname»);
$sql = «some query»;
$result = mysql_query($sql);
while ($data = mysql_fetch_assoc())
{
process ($data);
}
process_user_input($filtered_content);


А вот тот же кусок кода с использованием ООП:


$input_filter = newfilter();
$input_filter->filter_user_input(); //filtertheuserinputs
$db = newdal(«mysql»); //dataaccesslayer
$db->connect($dbconfig);//wewreusingmysql
$result = $db->execute($sql);
ReportGenerator::makereport($result); //processdata
$model = newPostmodel($filter->get_filtered_content());
$model->insert();

Если внимательно посмотреть на эти 2 куска кода то можно заметить, что код с использованием ООП более читабельный и легче для восприятия.

Код с ООП организован лучше потому что в нём понятно какой объект чем обрабатывается. Большие приложения написанные на процедурном подходе становится практически не возможно воспринимать уже после выхода нескольких версий. Конечно вы можете следовать жёстким правилам написания программного кода, но они утверждены миллионами разработчиков которые знают что это не даст вам в конечном итоге управляемости и юзабилити проекта, если вы не используете в своей программе ООП.
Почти все большие приложения написаны с использованием Объектно ориентированного
подхода.

Исходя из изложенного выше, можно вынести преимущества использования ООП:

ООП был создан что бы облегчить жизнь разработчикам. Используя ООП вы можете разбить ваши большие проблемы на маленькие проблемы, которые решать гораздо проще.
Основное требование ООП: всё что вы хотите сделать — делайте объектами. Объекты это отдельная маленькая часть кода которая может объединять данные и свойства вместе. В приложениях все объекты взаимодействуют друг с другом.

ООП может быть рассмотрен лучше с разных сторон, особенно когда вам важно время разработки и последующее развитие приложения.
Основные преимущества использования ООП можно выразить как:

* Повторное использование: Объект это логический объект у которого есть комплект свойств и методов и он может взаимодействовать с другими объектами.. Объект может быть абсолютно независимым или может зависеть от других объектов. Объект обычно создают для решения специфических поставленных проблем. Следовательно когда другие разработчики сталкиваются с похожими проблемами, они могут подключить ваш класс к своему проекту и использовать его не боясь что он нарушит процесс их разработки. Это позволяет избежать DRY, что расшифровывается как Don’t Repeat Yourself ( не повторяйся). В процедурном или модульном программировании, повторное использование возможно только в совокупности.

* Рефакторинг: Когда вам необходимо в проекте использовать рефакторинг, ООП предоставляем вам максимум преимуществ, так как все объекты это маленькие элементы и содержат свои свойства и методы как часть себя. По этому использовать рефакторинг относительно легко.

* Расширяемость: Если вам необходимо расширять функциональность вашего проекта, вы можете достичь лучших результатов при помощи ООП. Одна из основных функциональностей ООП это расширяемость. Вы можете использовать рефакторинг объектов что бы добавить функциональность. Работая над этим, вы по прежнему можете сохранить
прежнюю совместимость объекта — следовательно вы можете прекрасно работать и с прежним кодом. Или же вы можете расширить объект и создать абсолютно новый, который будет содержать все необходимые свойства и методы родительского объекта от которого происходит новый, а потом уже добавить в него новые функции. Это называется “наследование” и это очень важная возможность ООП.

* Поддержка: объектно-ориентированный код легче поддерживать так как
он следует весьма жёстким соглашениям написания кода и пишется в самопоясняющейся форме.
К примеру, когда разработчик дополняет, перерабатывает код, или отлаживает его, он может легко найти внутреннюю структуру кода и поддерживать код время от времени. Более того, когда в вашем окружении работает команда разработчиков ООП может быть лучшим решением так как вы можете распределять ваш код между членами команды, после разбития его на маленькие части. Эти маленькие части могут быть разработаны как отдельные объекты, следовательно разработчики могут работать практически независимо друг от друга. В конечном итоге объеденить все части в одно приложение не составит большого труда.

* Эффективность: Идея ООП в действительности была разработана для повышения эффективности и облегчения процесса разработки. Несколько шаблонов проектирования разработаны что бы создавать более эффективный и хороший код.
Более того в ООП вы можете вы можете размышлять над вашими решениями в более удобной форме чем в процедурном подходе. Поскольку вы разбиваете вашу проблему на несколько маленьких проблем и вы находите решение для каждой из них отдельно, большая проблема решается сама по себе.