The Principles Of Abstraction Encapsulation Information-hiding And Modularity

IEG3080    Software Engineering • Instructor:

Prof. Michael Chang 

• About this course – Object­oriented programming – C# – Design Patterns – Software Methodologies • Reference text – Design patterns  by Gamma et al  (Addison Wesley) • The Bible in OO, must read it if you are interested in OO.  Examples written in C++, but not hard to follow

– www.wikipedia.org Department of Information Engineering

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• 4 Assignment –10% • 1 Project – 30% • Final Exam (open notes, one A4 paper) – 60% • Homepage: http://course.ie.cuhk.edu.hk/~ieg3080 • How to download Visual Studio .NET – Get the form from

www.ie.cuhk.edu.hk/fileadmin/download/student/document/msdnaa.pdf

– Ignore the CD part, don’t need my signature, sign it and  return it to tutors

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•No plagiarism

– Policy of zero tolerance – Penalties include failing the course and  receiving demerits.

– http://www.cuhk.edu.hk/policy/academichonesty/  • Please sign the ‘No plagiarism’ declaration form and attach  it together with your assignment/project • The form can be downloaded from section 9 in above site

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Interface & Implementation Department of Information Engineering

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What is software engineering?

How to build  large­scale software  by a large team of people  quickly  and  inexpensively? Department of Information Engineering

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Problems Software is expensive Delivery is always late Software is unreliable Software is difficult to maintain – the code is written by other people • Software is difficult to adapt to future change • Difficult to manage a large team • • • •

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Problems • Technical problems – To build complex software reliably, quickly, cheaply,  easy to maintain, and can be changed flexibly in  future  – OO, design patterns, etc • Management problems – How to manage software project – Software methodology

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Management solution • Effective communication • How to manage a team – People has different skills – Turnover – Communicate in a large team – Quality of the software • How to manage the customers – How to collect the requirements – Are we building the system that the customers want? Department of Information Engineering

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Management solution • Software methodologies – Best practices in software development • Traditional methods • Rational Unified Process • Extreme Programming (XP) • CASE tools – UML  ­ schematic diagram for software – NUnit – for regression testing of software

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Technical solution • How to build complex software reliably, quickly,  cheaply, easy to maintain, and can be changed flexibly  in future • Solution – Reusable software   • Key to reusable software – Many solutions, but the most important concept is  the interface – In particular, the separation of interface with the  implementation Department of Information Engineering

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Levels of reuse • Source code reuse  – But vendors don’t give the source code away • Binary code reuse – But how to modify existing binary code? • Interface reuse – Key to flexible software  • Design reuse – Design patterns, solutions to common programming  problems Department of Information Engineering

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Software is complex • How to deal with complex system? – Divide and conquer • Divide a complex system into sub­systems, and a sub­ system into objects – Each component can be developed independently  from each other • How to divide a system into parts – Key issue ­ the interface between parts

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疱丁 解牛

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To divide a system into parts • A decomposed cow

 Head 

              Body          

Front Leg

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Read Leg

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Is software easy to change? • Good software will be used for many years • Must be able to extend/modify the software in order to cater  for future needs • Is software easy to change? – Look easy, but in fact difficult !! • Why? – Too many dependencies between different modules  – 牽一發而 動全 身

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Solution? • Reduce dependency between parts – Can change a component freely without affecting the rest  of the system – Interface is the key to flexible and extensible software • Related concepts – Loose coupling – Modularity – Encapsulation – Information hiding

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Interface – so that parts can be changed independently • USB interface  Camera 

              PC          

Phone

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USB Interface

Disk

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To connect to a new camera

 New

 Camera 

              PC          

Phone

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USB Interface

Disk

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Interface and Implementation • Interface is a specification, describing how components  should be joint • Implementation is the real stuff (the code) • Interface is MORE IMPORTANT than implementation – Why? – Interface, once fixed, is hard to change • e.g. USB – Implementation can be easily changed • e.g. mobile phone, camera, printer Department of Information Engineering

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What is an object? • Object is a software component that you can reuse easily • Each object has its own localized functions and data – Object = function +  data • Why do we want localized functions and data? – So that we can change a component easily  New

 Camera (data)  Department of Information Engineering

      PC          (data)       

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Separation of interface and implementation • Interface and implementation are two different things       PC          (data)       

 New

 Camera (data) 

Implementation

Interface (USB)

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What is a USB interface? • Just a specification on paper • Abstract concept, not concrete product • Interface, not implementation

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What is the use of header file in C?

Interface                                implementation .h file

.c file

int foo(int x);  

int foo(int x) { . . . }

 

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The reason of using header file • Separation of interface and implementation 

Rest of the system Can only see the  header file, so that  the implementation can be changed  freely  

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.h file .c file

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The advantage of the separation • .c file (the code) can be changed without affecting the  rest of the system • .h file (the header) cannot be changed!! Rest of the system

.h file

Can only see the  header file, so that  the code can be  changed freely  

New .c file

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The essential idea of OO • Base class provides the interface (function declaration) • The subclass provides the function implementation – The subclass inherits the interface of the base class Rest of the system Can only see the base  class (interface), so  that the subclass (implementation) can  be changed freely   Department of Information Engineering

Interface class

Implementation

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Inheritance • Inheritance is a key concept in OOP. What does it mean? • If class B inherits class A, then class B has everything in A – Class = interface + implementation – An easy way to reuse other people’s interface and  implementation • UML notation

  A     B  

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Interface inheritance versus implementation inheritance • Class A (the base class) may have interface and  implementation   • Class B (the sub­class) inherits both the interface and  implementation in A – Interface inheritance – Implementation inheritance • Interface inheritance is much more important than  implementation inheritance – The main purpose of the base class is to provide an  interface, so that the sub­class (implementation) can be  changed freely in future Department of Information Engineering

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Reusable software • Inheritance reuse – By inheritance • Implementation reuse – By delegation • Reuse other people’s code by using other people’s  object to do the work for you • Inheritance and delegation are the two key concepts in OO

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Common misconception about OO • Wrong concept – The main purpose of inheritance is to inherit the codes  in the base class  • This concept is wrong – It confuses the concept of interface inheritance with  implementation inheritance • Implementation can be reused by delegation rather than by  inheritance – Just creates an object and use it (like getting a code  library and use it) Department of Information Engineering

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Inheritance • Example – Interface • USB specification (just a piece of paper, totally  abstract) – Implementation • MP3 player • Digital camera • Mobile phone  

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Inheritance and implementation Rest of the System

USB

Interface

Implementation

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MP3

Digital Camera

Mobile Phone 32

Interface and implementation • Interface promotes the following related design concepts – Modularity • Divide a system into modules – Encapsulation • Hide the complexity of module, expose only the  interface – Abstraction • Intellectual simplification, e.g. USB is an abstraction  of devices (existing or yet to be invented) • Reduce the amount of learning – Loose coupling • change in one module won’t affect others Department of Information Engineering

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The key to LARGE SCALE DEVELOPMENT  • Different parts are manufactured by different companies  from different places in the world • Modularity, encapsulation, abstraction, and loose coupling  are boiled down to one important principle in good  engineering design

– The Interface

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Example of good interface • World­wide web – Network level interface – HTTP protocol – Human level interface – HTML/XML • Internet – Interfaces ­  IP • Airplane, plumbing, car, . . . • 2nd language (English) is more important than mother  tongue for business communication Department of Information Engineering

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The high input impedance / low output impedance  principle in circuit design • B has high input impedance and low output impedance,  can change B without affecting the rest of the system Box A 

Box B 

Box C 

• Essential ideas are the same – Divide and conquer – With good interface, one can change a part without  affecting the rest of the system Department of Information Engineering

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The most important principle in (software) engineering

Separation  of  Interface  and  Implementation

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Interface and implementation

Interface         versus        implementation Disk drive CDROM USB bus

Printer Digital camera Future products . . .

Polymorphism – many different forms Department of Information Engineering

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• USB is an abstraction of the hardware – Design the PC system around the USB interface, not  to a particular device • The first principle in OOP (in Gamma’s Design Pattern) programming to an interface, not an implementation

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From C, C++ to Java/C# • Basic principles are the same – The separation of interface from implementation • The differences – On granularity • C –at sub­system level (coarser scale) • C++, C# ­ at object level (finer scale) – C++ is complicated – C# (and Java) is simpler (no pointer)

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Abstract versus concrete • Interface is abstract, implementation is concrete • Top designers design the interface, they don’t code !! – Implementation is done by programmers working  independently all over the world • OO is about an abstract style of programming, focus on  the interface

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Which one is a more successful design from OO point of  view? Twins

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Morning 娘

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