Chapter1

CS313: Object-Oriented Programming

บทที่ 1: แนะนําการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ

บทที่ 1: แนะนําการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ การเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ (Object Oriented Programming) เปนการเขียนโปรแกรมที่มองโปรแกรม ในรูปของวัตถุ จัดเปนแนวทางหนึ่งของการจัดระบบโปรแกรม โดยจะเนนที่แนวทางการออกแบบโปรแกรม ไมได เนนหนักเกีย่ วกับรายละเอียดของตัวดําเนินการแตละตัว การเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ มีจุดเดนที่สําคัญ คือ การ นําโปรแกรมกลับมาใชใหม 1.1 ปญหาที่เกิดกับการเขียนโปรแกรมเชิงโครงสราง โปรแกรมเชิงโครงสราง (structured programming) เปนลักษณะการออกแบบโปรแกรมที่ระบุถึงคําสั่ง และเนนทีล่ าดั ํ บของคําสั่ง การออกแบบโปรแกรมเชนนี้ไดรับความนิยมมากในชวงหลายปที่ผานมา ลักษณะ เดนประการหนึ่ง คือ เมือ่ โปรแกรมเริ่มมีขนาดใหญขึ้น จะมีการแบงโปรแกรมเปนโปรแกรมยอย (sub-program) ซึ่งไดแก ฟงกชั่น (function) โพรซีเยอร (procedure) หรือโมดูล (module) โดยทีแ่ ตละโปรแกรมยอยจะถูกนิยาม จุดประสงคไวอยางชัดเจน ปญหาทีเ่ กิดกับโปรแกรมเชิงโครงสราง มักเกิดกับโปรแกรมที่มีขนาดใหญและซับซอนมาก สาเหตุหลัก ประการหนึง่ มาจาก ความสัมพันธระหวางขอมูลของโปรแกรมหลักและโปรแกรมยอย โดยทั่วไปหากโปรแกรม หนึง่ ๆ ตองการที่จะใหขอมูลชุดหนึ่งสามารถถูกเขาถึงไดโดยทุกฟงกชั่น หรือโพรซีเยอรในโปรแกรมนั้น ขอมูลชุด นัน้ จะตองถูกประกาศเปนตัวแปรสวนกลาง (global variable) สวนตัวแปรที่ถูกประกาศไวภายใตโปรแกรมยอย หนึง่ ๆ จะสามารถถูกเรียกใชไดเฉพาะโปรแกรมยอยนั้นๆ โดยที่โปรแกรมยอยอื่นๆ ไมสามารถเขาถึงตัวแปรชุด นี้ได ตัวแปรสวนกลางมีทั้งขอดีและขอเสีย ขอดี คือ ทุกๆ สวนของโปรแกรมสามารถเรียกใชขอมูลชุดนี้ได ทําใหงา ยตอการจัดการ แตในทางตรงกันขาม หากผูเขียนโปรแกรมทําการเปลี่ยนแปลงหรือแกไขโครงสรางของ ขอมูลชุดนี้ ก็จะมีผลกระทบตอการทํางานของโปรแกรมตางๆ ที่เรียกใชขอมูลชุดนี้ดวย ปญหาอีกประการหนึ่งคือ เรื่องของชนิดขอมูล (data type) โดยทัว่ ไป ภาษาเชิงโครงสราง จะมีการ กําหนดชนิดขอมูลที่ตายตัว การสรางชนิดขอมูลใหมเพื่อใหสอดคลองกับโปรแกรมที่ออกแบบ ทําไดคอนขาง ยากและซับซอน 1.2 ลักษณะการโปรแกรมเชิงวัตถุ ปญหาตางๆ ทีเ่ กิดกับการเขียนโปรแกรมเชิงโครงสราง ไดถูกกําจัดไปโดยการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ ลักษณะเดนของการเขียนโปรแกรมแบบนี้ คือการรวมขอมูลและโปรแกรมยอยที่ดําเนินการตอขอมูลชุดนั้นๆ เขา ไวเปนหนวยเดียวกันที่เรียกวา วัตถุเปาหมาย (object) ในสวนของการออกแบบโปรแกรมเชิงวัตถุ ผูออกแบบ จะตัง้ คําถามในลักษณะที่วา “จะแบงปญหาออกไปเปนวัตถุเปาหมายไดอยางไร” วัตถุเปาหมายในโปรแกรม 2/2545

1

CS313: Object-Oriented Programming

บทที่ 1: แนะนําการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ

อาจอยูใ นลักษณะของวัตถุในโลกที่เปนจริง หรือวัตถุในระบบคอมพิวเตอร ตอไปนี้เปนตัวอยางจํานวนหนึ่งเกี่ยว กับวัตถุเปาหมาย -

-

-

-

-

วัตถุเปาหมายเชิงกายภาพ (physical objects) ♦ รถยนต ในการจําลองการเคลื่อนตัวของจราจร ♦ สวนประกอบไฟฟา ในโปรแกรมการออกแบบวงจร ♦ ประเทศ ในการจําลองทางเศรษฐกิจ ♦ เครือ่ งบิน ในระบบการควบคุมการจราจรทางอากาศ สวนประกอบของสภาพแวดลอมที่เกี่ยวของกับผูใชคอมพิวเตอร (elements of the computer-user environment) ♦ วินโดว (window) ♦ เมนู (menu) ♦ วัตถุกราฟกส - เสน สี่เหลี่ยมมุมฉาก วงกลม (graphics object) โครงประกอบโปรแกรม ( data-storage constructs) ♦ customized arrays, stacks, linked list, binary trees การรวมกลุมขอมูล (collections of data) ♦ บัญชีรายการสินคา ♦ แฟมบุคลากร ♦ พจนานุกรม ชนิดขอมูลที่ผูใชนิยาม (user-defined data types) ♦ เวลา ♦ มุม ♦ จํานวนเชิงซอน ♦ จุดบนระนาบ สวนประกอบในเกมคอมพิวเตอร (components in computer games) ♦ ปศาจในเกมเขาวงกต ♦ ตําแหนงในเกมกระดาน ♦ สัตวในการจําลองทางนิเวศวิทยา

การจับคูก นั ระหวางวัตถุเปาหมายในโปรแกรม กับวัตถุของโลกที่เปนจริง ทําใหเกิดการรวมตัวของขอ มูลและการทํางานของโปรแกรมยอยเขาไวดวยกัน วัตถุเปาหมายที่เกิดขึ้นไดทําใหเกิดการปฏิวัติการออกแบบ โปรแกรม ซึ่งลักษณะการรวมตัวเชนนี้จะไมปรากฎในโปรแกรมเชิงโครงสราง

2/2545

2

CS313: Object-Oriented Programming

บทที่ 1: แนะนําการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ

1.3 คุณสมบัติของโปรแกรมเชิงวัตถุ จุดประสงคหลักของการโปรแกรมเชิงวัตถุคือ การนําซอฟตแวรกลับมาใชใหม (software reusability) ซึง่ สามารถทําได เนือ่ งจากวัตถุเปาหมายแตละตัวมีความเปนอิสระตอกัน การจัดการตางๆ สามารถทําไดงาย ขึน้ โดยไมมีผลกระทบตอวัตถุเปาหมายอื่นๆ 1.3.1

คลาสและวัตถุเปาหมาย (class and object)

คลาส (class) และวัตถุเปาหมาย (object) มีความสัมพันธซึ่งกันและกัน กลาวคือ คลาสจะเปนแม พิมพ (pattern) ของวัตถุเปาหมาย แตละคลาสจะถูกกําหนดคุณสมบัติ (attributes) และวิธีการ (method) วัตถุเปาหมายจะถูกสรางจากคลาส ดังนั้นอาจกลาวไดอีกนัยหนึ่งคือ คลาสคือกลุมของวัตถุเปาหมายที่มีคุณ สมบัติและวิธีการที่คลายคลึงกัน วัตถุเปาหมายที่มาจากคลาสเดียวกัน จะมีคุณสมบัติและ Class Human ความสามารถพื้นฐานที่เหมือนกัน แตอาจมีคุณลักษณะเฉพาะตัว ที่ Attributes แตกตางกัน โดยทั่วไปวัตถุเปาหมายหนึ่งๆ จะมี 3 องคประกอบ คือ name, birthday, height, - คุณลักษณะเฉพาะ (Identity) เชน ชื่อของวัตถุเปาหมาย weight, eye color - สถานะ (state) คาของคุณสมบัติ (attributes) จะเปนตัว Method / behavior กําหนดสถานะใหกับวัตถุเปาหมายนั้นๆ walk - ความสามารถ (operations / behavior) วิธกี ารของวัตถุ eat เปาหมายแตละตัวจะเปนตัวเปลี่ยนสถานะของวัตถุเปาหมายนั้นๆ grow reproduce

1.3.2

แนวความคิดหลักของโปรแกรมเชิงวัตถุ ♦ การซอนขอมูล (encapsulation) ♦ การสืบทอด (inheritance) ♦ การเปลี่ยนรูป (polymorphism)

1.3.2.1 การซอนขอมูล (encapsulation) เปนการสรางขอบเขตการมองเห็นใหกับวัตถุเปาหมาย ทําใหสามารถขจัดปญหาเกี่ยวกับเรื่องตัวแปร สวนกลาง (global variable) ลงไปได การกําหนดขอบเขตขึ้นอยูกับความสัมพันธระหวางคลาส ซึ่งในโปรแกรม เชิงวัตถุมีความสัมพันธ 2 แบบ คือ 1. “ ..is a.. ” เชน class A is a class B หมายถึง คลาส A มีคณ ุ สมบัติและวิธีการทุกอยางเหมือน คลาส B แต คลาส B อาจไมมีคุณสมบัติทุกอยางที่คลาส A มี 2/2545

3

CS313: Object-Oriented Programming

บทที่ 1: แนะนําการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ

Class A Class B attributes Class B is class A with attributes

attributes

attributes

ตัวอยาง “is a” relationship a square is a rectangle that has equal sides 2. “..has a..” เชน class A has a class B หมายถึง คลาส A มีคลาส B เปนสวนประกอบ Class A

attributes Class B

attributes

Class A has class B

ตัวอยาง “has a” relationship every car has a steering wheel every radio has speaker(s)

2/2545

4

CS313: Object-Oriented Programming

บทที่ 1: แนะนําการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ

1.3.2.2 การสืบทอด (inheritance) การสืบทอดเปนกระบวนการในการกําหนดคลาสหนึ่ง จากอีกคลาสหนึ่ง เชน คลาส A สืบทอดจาก คลาส B นัน่ หมายถึงวา คลาส A จะใชคุณลักษณะทั่วไปของคลาส B รวมกัน ขณะเดียวกัน คลาส A อาจมีคุณ สมบัติเฉพาะตัวที่คลาส A ไมมี การสืบทอดสามารถชวยลดขนาดของโปรแกรมและเวลาที่ใชในการพัฒนาโปรแกรม เนื่องมาจากการ ใชขอ มูลรวมกันระหวางคลาสที่สืบทอดกันมา รวมทั้งเปนที่มาของการนําซอฟตแวรกลับมาใชใหมอีกดวย ซึ่งถือ เปนจุดประสงคหลักของการโปรแกรมเชิงวัตถุ Inheritance

A

Base class / super class

A

A B

C

A

E

D

Derived class / sub class

1.3.2.3 การเปลี่ยนรูป (polymorphism) ลักษณะการใชตัวดําเนินการ หรือฟงกชนั่ ทีแ่ ตกตางกัน โดยขึ้นอยูกับวาตัวดําเนินการนั้นกําลังทํางาน อยูกับอะไร ตัวอยางเชน “ + ” หมายถึง การบวก สําหรับตัวเลข แตหมายถึงการรวมขอความ สําหรับตัวอักขระ “ draw (10,20) ” หมายถึง การวาดวงกลมที่ coordinate (10,20) สําหรับวัตถุเปาหมายวงกลม แต ถาเปนวัตถุเปาหมายแบบสี่เหลี่ยม method นีจ้ ะหมายถึงการวาดรูปสี่เหลี่ยมที่ coordinate (10,20) บทสรุป การเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ เปนแนวทางหนึ่งในการจัดระบบโปรแกรม โดยจะเนนหนักเกี่ยวกับแนวทาง การออกแบบโปรแกรม ไมไดเนนหนักเกี่ยวกับรายละเอียดของตัวดําเนินการแตละตัว จุดประสงคหลักของการ ออกแบบโปรแกรมวิธีนี้คือ การนําซอฟตแวรกลับมาใชใหม ซึ่งจะสามารถลดเวลาในการพัฒนาโปรแกรมลงไปได มาก ในบทตอไป จะเปนการแนะนําการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุโดยใชภาษาจาวา (Java) ซึ่งเปนภาษาที่ถูก พัฒนาขึน้ มาเพื่อการเขียนโปรแกรมดวยวิธีนี้โดยเฉพาะ 2/2545

5