Algoritmi i strukture_podataka_2016-02_v01

Algoritmi i
strukture podataka
Uvod u objektno orijentirano programiranje
Leonardo Miljko
www.ckm.ba - Leonardo Miljko
Prezentacija nastala na osnovu knjige:
Brano Markić i Dražena Tomić,
Uvod u algoritme i strukture, Ekonomski fakultet , Mostar,2008.

Objektno orijentirano programiranje
Objektno orijentirano programiranje je razvijeno zato što su
proceduralni jezici, kao što su C, Pascal, Basic, Fortran i dr. postali
neodgovarajući za velike i složene programe.
Svi se proceduralni jezici temelje na ideji podjele programskog koda
na funkcije ili procedure.
Skupine funkcija oblikuju novu veću jedinicu nazvanu modul.
Funkcije su mogle pristupiti podacima unutar te funkcije (lokalne
varijable) ili su istim podacima mogle pristupiti sve funkcije
(globalne varijable).
Da bi više funkcija moglo pristupiti istim podacima oni se moraju
deklarirati kao globalni, a globalnim je podacima mogla pristupiti
svaka funkcija. To je iniciralo i stvaralo česte programerske
pogreške.
Rješenje osiguravaju objektno orijentirani programski jezici.

Objektno orijentirano programiranje
Objektno orijentirano programiranje je metodologija koja program
organizira kao skup objekata, pri čemu objekti sadrže podatke i
operacije.
Potrebno je odrediti klase, objekte i operacije (metode) koje
pripadaju klasama.
Ključni pojmovi i ideje objektnog pristupa su:
- objekt,
- tip objekta,
- klasa,
- inkapsulizacija (učahurivanje),
- nasljeđivanje,
- metoda,
- poruka.

Elementi objektnog dizajna
Općenito, objektno orijentirano dizajniranje primjenjivo je na one
sustave (načelno složene) koji se ponašaju kao objekti u
stvarnosti.
Opća metoda kojom se služi objektno orijentirani dizajn je
apstrakcija. Apstrakcija je način razmišljanja koji se koncentrira na
najvažnije elemente nekog objekta, pojave, događaja, procesa i sl.
Čovjekov način razmišljanja o svijetu je temeljen na načelima
objektne orijentacije.
Čovjek spoznaje objekte analizirajući njihova obilježja i njihovo
ponašanje.

• U strukturiranom dizajnu funkcija je temeljna jedinica apstrakcije .
Programer se koncentrira na pisanje funkcija i procedura. Funkcije
i procedure se grupiraju u računalni program. Podaci nisu u
središtu pozornosti. U središtu su akcije kojima se ulazni podaci
transformiraju u izlaze.
• U objektnom dizajnu temeljna jedinica apstrakcije je klasa sa
svojim atributima i metodama. Objektni pristup povećava razinu
našeg razmišljanja o problemu, povećava razinu apstrakcije.
Za objektni dizajn objekt je svaki predmet, pojava, događaj, osoba.
Objekti mogu biti realni ili apstraktni (stvarni ili zamišljeni). Svaki
objekt pripada nekom tipu. Tip označava sve objekte koji imaju
jednaka svojstva. Pojedinačni objekt je instanca (jedna pojava)
određenog tipa.

Npr. Bicikl ima
određena stanja: trenutnu brzinu kretanja, dva kotača, broj brzina
i ponašanje: ubrzavanje, usporavanje, promjena brzine, parkiran,
zakočen.
Softver objekte modelira prema njihovu stanju i ponašanju u
realnom svijetu. Odražava stanje objekta u varijablama, a
implementira ponašanje s metodama. Objekt tako čini skup
varijabli i metoda.
Realni objekti se onda prikazuju kao softverski, programski objekti, a
softverski se mogu prikazati i apstraktni, konceptualni objekti.
Događaj uzroči ponašanje objekata na određeni način (npr. ispis
teksta u nekom upravljaču na zaslonu ili izračunavanje prosječne
ocjene određenog studenta, prosječne ocjene na ispitu iz jednog
predmeta i sl.).

• Programski objekt koji modelira stvarni, realni objekt kao što je
zaposlenik, služi se varijablama koje čuvaju podatke o stanju toga
realnog objekta: ime: Marin, prezime: Soldo, mjesto rođenja:
Mostar, godina rođenja: 1995.
• Te varijable često se zovu instancirane varijable (instance
variables), a metode instancirane metode (instance methods) da
bi se razlikovale od varijabli klase i metoda klase.

• Svojstva objekta izražena varijablama. Vrijednosti varijabli su u
središtu, nukleusu objekta.
• Metode okružuju i skrivaju središte objekta od drugih objekata u
programu.
• Pakiranje varijabli objekta i njihova zaštita metodama objekta zove
se učahurivanje (inkapsulizacija). Učahurivanje služi za skrivanje
detalja implementacije jednog objekta od drugih objekata. Upravo
se metode nekog objekta ponašaju kao zaštitne membrane.
Učahurivanje se može promatrati kao nastavak apstrakcije kojom
se objekti i metode vezuju u jednu cjelinu.
• Koncept inkapsulizacije i skrivanja informacija potiče od pojma
apstraktnog tipa podatka koji je u softversko inženjerstvo uveden
ranije.

• Svojstva objekta izražena varijablama. Vrijednosti varijabli su u
središtu, nukleusu objekta.
• Metode okružuju i skrivaju središte objekta od drugih objekata u
programu.
• Pakiranje varijabli objekta i njihova zaštita metodama objekta zove
se učahurivanje (inkapsulizacija). Učahurivanje služi za skrivanje
detalja implementacije jednog objekta od drugih objekata. Upravo
se metode nekog objekta ponašaju kao zaštitne membrane.
Učahurivanje se može promatrati kao nastavak apstrakcije kojom
se objekti i metode vezuju u jednu cjelinu.
• Koncept inkapsulizacije (učahurivanje) i skrivanja informacija
potiče od pojma apstraktnog tipa podatka koji je u softversko
inženjerstvo uveden ranije. Time se izražava ideja pakiranja
informacija istog tipa u jednu cjelinu.

Ideja učahurivanja osigurava dvije važne činjenice koje koriste
izgradnji programa:
• Skrivanje informacija. Objekt može održavati vlastite
(private) podatke i metode, može ih mijenjati,
modificirati. Pristupati objektu mogu i metode drugih
objekata ako je taj pristup otvoren pomoću javnog
sučelja (public interface).
• Modularnost. Izvorni kod za jedan objekt može se pisati i
održavati neovisno o izvornom (source) kodu za druge
objekte.
Metoda je način rukovanja svojstvima objekta. Vezana je samo za
jedan tip objekta, te se njome ne može pristupiti objektu drugog
tipa.

klasa
Rabeći terminologiju
objektno orijentiranog
pristupa, ispravno je kazati da je
konkretni, određeni zaposlenik objekt,
jedna instanca, jedan primjerak klase
objekata koja se naziva zaposlenici.
Svaki zaposlenik ima neke opće osobine, zajedničke atribute koji
povezuju sve zaposlenike u klasu. To su ime, prezime, mjesto
rođenja, godina rođenja i druge osobine bitne u analizi i dizajnu.
Isto tako svakom zaposleniku se može izračunati radni staž,
pronaći ime ili izračunati plaća.
U rječniku objektno orijentirane analize i dizajna kaže se da objekt
ima ponašanje koje je zajedničko ponašanju ostalih primjeraka,
instanci ili jednostavno ostalih objekata.

klasa
• Klasu čini skup sličnih objekata. Opisujući klasu, opisujemo i sve
njezine objekte. Klasa je zato predložak na temelju koga se može
kreirati novi objekt. Klasa zato opisuje internu strukturu objekta,
njegova svojstva (atribute) i veze kao i operacije nad tim
atributima.
• Klasom se upravo naziva takav opći predložak ili prototip koji
definira varijable i metode zajedničke svim objektima istog tipa.
Drugim riječima, svaka klasa ima svoje metode i svoje varijable.
• Varijablama klase pridružuju se određene vrijednosti. Kaže se da
se varijable instanciraju. Pridruživanjem vrijednosti varijablama
klase kreira se pojedinačni objekt klase i njemu se dodjeljuje i
odgovarajući prostor u memoriji.

klasa
• Prvo slovo u imenu objekta je malo dok je ime klase zapisano
velikim slovom.
• Tako npr. stol: Uredska oprema
označava objekt stol koji pripada klasi Uredska oprema.

atributi
• Atributi opisuju svojstva klase. Objekti jedne klase se međusobno
razlikuju po vrijednostima atributa.
• Npr. atributi klase Uredska oprema su: Nabavna vrijednost,
Sadašnja vrijednost, Datum nabavke.
• Za prikaz klase poslužit ćemo se UML (Unified Modeling
Language). Notacija UML za klasu rezervira pravokutnik s tri dijela.
Prvi dio sadrži deklaraciju naziva klase (ime klase), drugi dio nazive
atributa i treći dio operacije (metode) koje definiraju ponašanje
svih objekata klase. Slika 24. prikazuje primjere deklaracije klasa,
njihovih atributa i metoda.
• Naziv atributa je jedinstven samo unutar klase. Zato klase
Profesor i Student mogu imati atribute prezime, ime, idBroj.
Naziv atributa se piše malim početnim slovo. Ako ima više riječi u nazivu onda
svaka riječ počinje prvim velikim slovom osim početne.

asocijacija
Dva su glavna tipa odnosa između objekata, odnosno klasa:
asocijacija i generalizacija.
Asocijacija se prikazuje punom crtom. Ta crta povezuje klase.
Asocijacija nije jednosmjerna nego dvosmjerna veza.
Primjera asocijacije je mnogo. Između klase student i klase fakultet,
između klase radnik i klase odjel, između klase država i klase
glavni grad, između klase oprema i uredska oprema, klase
profesor i klase predmet i sl.

asocijacija
Broj nas informira koliko objekata jedne klase sudjeluje u toj relaciji.
U danom primjeru jedan profesor može predavati jedan ili dva
predmeta. Jedan ili dva predmeta može predavati isti profesor.
Jedan ili više predmeta pripadaju jednom studentu i jedan student
polaže 1 ili više predmeta. Asocijacije je teže riječima opisati nego
ih vizualno razumjeti i prikazati. Brojevi koji se nalaze uz crtu
označavaju kardinalnost veze.

kardinalnost
Kardinalnost (brojnost) je
broj koji označava koliko
objekata jedne klase
sudjeluje u vezi.

nasljeđivanje
U tijeku izgradnje modela podataka (faza dizajna) često se nailazi na
objekte koji su isti u gotovo svim dimenzijama, osim u nekima. To
je temeljna ideja nasljeđivanja.
Npr. oblikuje se klasa Osoba. Logično je razmišljati da su zaposlenici
osobe pa zato nasljeđuju sve osobine klase Osoba, ali imaju i neke
specifične (posebne) osobine različite od drugih osoba.
Zato bi se objektnom programiranju definirala klasa Osoba koja
reprezentira svaku pojedinačnu, konkretnu osobu, a onda klasa
Zaposlenik koja reprezentira svakog pojedinačnog, konkretnog
zaposlenika.
To svojstvo objektno orijentiranog dizajna zove se nasljeđivanje
(inheritance).

nasljeđivanje
Bitno je razlikovati klasu od objekta. Objekt je primjer klase. On je
„dinamički“ jer ima specifične vrijednosti atributa koji su vidljivi
korisniku, za razliku od klase koja opisuje strukturu podataka
jednog tipa objekta. Ta ideja ima bitnu posljedicu, a ona je
nasljeđivanje svojstava klase i operacija (metoda). Atribute i
operacije klase mogu rabiti svi objekti koji pripadaju istoj klasi.
Npr. bilo koji objekt klase Osoba nasljeđuje atribute i operacije te
klase.
Nasljeđivanje je jedan od najvažnijih koncepata u objektno
orijentiranom programiranju.
Često klase imaju iste osobine (atribute i operacije) i razumno je
zajednička svojstva objekata različitih klasa objediniti i prikazati
jednom klasom. Sve klase mogu naslijediti te zajedničke atribute.
Generalizacija je tip odnosa između klasa koji to omogućuje.

nasljeđivanje
• Klasa u kojoj su objedinjena zajednička svojstva naziva se
nadklasa, a klase koje nasleđuju svojstva nadklase i sadrže neka
specifična svojstva (atribute) nazivaju se podklase.
• Klase na nižoj razini hijerarhije, kaže se, nasljeđuju osobine klasa
na višoj razini hijerarhije.

KORACI U OBJEKTNO ORIJENTIRANOM DIZAJNU
Objektno orijentirani dizajn uključuje nekoliko koraka:
• identificiranje klasa sustava i analiza njihove strukture
(identificiranje atributa)
• analiza ponašanja klasa (treba utvrditi koje se operacije mogu
obaviti nad pojedinim objektima klase)
• na temelju provedenih analiza strukture sustava i njegova
ponašanja oblikovati strukture objekata i njihova ponašanja
• definiranje korisničkih sučelja za svaki objekt.

Klase često imaju ista svojstva (atribute) i ista ponašanja (metode).
Npr. sva osnovna sredstva u poduzeću imaju nabavnu vrijednost i
sadašnju vrijednost i svako osnovno sredstvo se tijekom vremena
amortizira.
Odnos klasa koji to omogućuje naziva se generalizacija.
Generalizacija se prikazuje trokutom čija je osnovica okrenuta prema
podklasama, a vrh prema nadklasi. Pored trokuta se može upisati
“diskriminator”. To je atribut koji omogućuje specijalizaciju.
Generalizacija pokazuje istodobno pojavljivanje podklase i nadklase.
Generalizacija i specijalizacija su dva pogleda na iste veze između klasa.
• Objekti komuniciraju porukama. Objekt može, u gornjem
primjeru, odgovoriti na poruke: amortizacija, zarada putnik/km
(putnik po kilometru) što je naslijedio od vlastitih nadklasa i klase
kojoj pripada.

Metode i poruke
• Bitna ideja objektno orijentiranih pristupa je povezivanje
podataka u poseban objekt. Podacima unutar objekta mogu
pristupiti samo metode (operacije) kojima objekt dopusti. Bitna su
sljedeća svojstva objekta:
• objekt ima jedinstveni identifikator
• objekt se pohranjuje u posebnom dijelu memorije zajedno s
operacijama koje se mogu primijeniti na objekte u memoriji
• jedini način pristupa objektu i njegovu modificiranju je pomoću
operacija (metoda) koje objekt podržava. Operacije nad objektom
zovu se metode. Sve metode nisu vidljive. Neke od njih su interne.
Struktura i sadržaj memorije za pohranjivanje objekta skrivene su
od vanjskih pogleda.
• Metode vidljive svima zovu se javne (public) metode.

Metode i poruke
Objekt s nazivom Ana (jedinstveni identifikator objekta je Ana) predstavlja
jednog kupca kome je rezerviran memorijski prostor. U njemu se čuvaju
sve vrijednosti (podaci) koji se odnose na samo tog kupca. Tim se
podacima objekta (vrijednostima) pristupa putem sučelja.

Metode i poruke
• Poruka Pronaći ime pozvat će odgovarajuću metodu koja pronalazi
i prikazuje promet kupca Ana. Neka druga poruka, npr. Dodati,
ponovno će pozvati odgovarajuću metodu koja će zabilježiti
vrijednosti prometa u memoriji za kupca Ana.
• Korisnika ne zanima struktura objekta pohranjena u memoriji niti
mu je potrebno znanje o toj strukturi (koje atribute sadrži klasa
Kupac).
• Ono što korisnika zanima je sučelje (public interface) prema
objektima klase Kupac. Upravo u tome je snaga i kvaliteta
objektno orijentiranog pristupa. Korisnik ne mora znati kako je
organizirana i strukturirana memorija za pohranjivanje objekata.
• Metode objekata su operacije na objektima koji su pohranjeni u
memoriji. One su odgovori na poruke.

Metode i poruke
• Poruka aktivira metodu B.
• Metoda B aktivira objekte u memoriji koji daju odgovore.
• Potom metoda B sve odgovore komponira u jedan odgovor i
upućuje pošiljatelju poruke.

Metode i poruke
• Poruka se mora strukturirati na odgovarajući način i ona nije
potpuno jednaka pozivu procedure ili funkcije u konvencionalnim
programskim jezicima. Poruka mora imati sljedeće sastavnice:
• ime metode koja će odgovoriti na poslanu poruku (često se ta
sastavnica poruke zove selektor)
• objekt kojem je upućena poruka (najčešće se zove cilj ili primatelj
poruke)
• parametre.

Metode i poruke
Npr. Strukturu poruke koja unosi prosječnu ocjenu postignutu
tijekom studiranja, za objekt Ana.
Metoda može, ali ne mora, vratiti neku vrijednost kao odgovor
na primljenu poruku. To ovisi o dizajnu metode.
Važno je primijetiti da je odgovor na poruku ponovno objekt koji
može biti cilj druge poruke.

Hvala !
Leonardo Miljko
diplomirani inženjer
elektrotehnike,
računarstva i
informatike
Pitanja?

Algoritmi i strukture_podataka_2016-02_v01

More Related Content

Viewers also liked (17)

Similar to Algoritmi i strukture_podataka_2016-02_v01 (20)

Algoritmi i strukture_podataka_2016-02_v01