|
"Structured programming – don’t use unrestrained GOTO;
functional programming – don’t use assignment; object-oriented programming – don’t use pointers to functions." Robert C. Martin Оглавление
Когда люди говорят об абстракции, они подразумевают что-то эфемерное, идеальное, не существующее в физическом мире. Эту концепцию поначалу трудно представить в контексте программирования. Так как сами программы - это идеи, записанные в виде структурированного текста, сложно представить себе некую программу, которая не существует в физическом (текстовом) виде. Тем более это сложно сделать, когда мы говорим о типах данных, конкретней которых, казалось бы, ничего быть не может. И тем не менее, современное программирование в значительной степени состоит из взаимодействий с различными уровнями абстракций. Для того, чтобы в этом убедиться, достаточно попытаться дать исчерпывающее определение такому простому на первый взгляд понятию как “переменная” в контексте программирования. Кто-то может сказать, что переменная - это имя в программе. Что будет не совсем точно, потому что “имя” в программе обладает единственным свойством – уникальностью в заданном контексте. Очевидно, что переменные обладают и другими свойствами. Кто-то захочет оттолкнуться от математического определения переменной и скажет, что это величина, которая принимает различные значения. Это опять не совсем точно в отношении переменных в программах, так как математическая величина переменная в одном контексте может быть постоянной в другом[1], что в программировании не всегда применимо. Кто-то может предположить, что переменная - это значение, которое приписывается имени в программе. Это тоже будет не совсем точно, так как значение не может существовать в программе само по себе, так как оно абстрактно. Оно будет иметь некоторое конкретное представление, которое хранится где-то в памяти программы. Например, число “42” является идеей – значением, оно будет представлено в памяти в виде двоичного (25 + 23 + 21), а в программе – еще и в виде десятичного (4 * 101 + 2 * 100) или шестнадцатеричного (2 * 161 + 10 * 160, 2А16) набора данных. Для определения переменной этого тоже не достаточно. Интуиция нам подсказывает, что полное определение переменной уже можно нащупать, исходя из тех свойств, которые были перечислены в предыдущем абзаце. Например, первая попытка полностью определить переменную может выглядеть так: величина, имеющая конкретное представление в памяти программы, которая ассоциируется с уникальным именем и хранит соответствующие своему представлению значения, которые можно изменять. Этого определения вполне достаточно, чтобы выделить три основных момента, присущих любой программе. Во-первых, программа следует определенным правилам, таким как работа с переменными и постоянными значениями, инструкциями, выражениями и т.д. Во-вторых, программа имеет выделенную для нее область памяти, где хранятся все необходимые ей для правильной работы величины. В-третьих, все эти величины имеют за собой абстрактные концепции. Например, абстракция числа “42” выражается в программе в виде какого-то имени, которое указывает на соответствующее значение в памяти. Или наоборот, арифметическое выражение “А + В” отражает взаимодействие двух переменных, каждая из которых имеет определенное значение, но в конечном итоге нас интересует только абстрактный результат. Наконец, более сложное взаимодействие “С = А + В” представляет собой некую абстрактную операцию, которая в программе выражается через последовательное выполнение сначала сложения, а затем присваивания результата сложения переменной. Таким образом мы столкнулись с первым уровнем абстракции. Это переход от математических концепций к их воплощению в памяти компьютера посредством какого-то языка программирования. В связи с этим можно попробовать определить где находится следующий уровень абстракции. Само программирование можно считать одной из областей математики[2], из чего следует, что многие идеи, которые возникают в процессе развития теории программирования, являются чистыми абстракциями. Сами языки программирования можно считать абстрактными компьютерами. Второе значение слова “абстрактный” - удаленный, то есть, рассматриваемый в отрыве от своего источника. Так разделение методов программирования на парадигмы (программирование может быть: структурное, объектно-ориентированное, функциональное и т.д.) является абстракцией, потому что с точки зрения целевого устройства все эти парадигмы производят один и тот же машинный код, который исполняется независимо от того, какую идею вкладывал в него программист. Таким же образом уже внутри самой программы есть конкретные сущности и абстрактные сущности. Первые ассоциируются с объектами, вторые - со значениями[3]. В общем смысле, объект - это некоторое отношение между типом данных и самими данными в памяти компьютера. Данные являются физическим представлением объекта. Свойства объекта определяются его типом. Тогда объект - это некоторая интерпретация данных. Значением будем считать совокупность данных и их интерпретаций. Можно заметить, что в ходе этой игры с терминами и их понятиями постоянно совершается переход от абстрактного к конкретному и обратно. Объекты в программе конкретны, типы данных абстрактны. Данные в памяти конкретны, но в совокупности с объектами становятся абстрактными значениями и т.д. Этим лишь подчеркивается тот факт, что любая программа - это сумма идей и их конкретных реализаций. Предназначение абстракций в программировании заключается в том, чтобы проектировать программы, понимать их и проверять их логику на правильность на основании законов, которые управляют абстракциями (например, на основании законов математики), не отвлекаясь на подробности реализации этих абстракций в конкретном компьютере[4]. Источники
Copyright © 2022 Брынзан, Л.В. |