Objektorientierte Programmierung (OOP)

Was ist objektorientierte Programmierung (OOP)?

Objektorientierte Programmierung (OOP) ist ein Modell der Computerprogrammierung, bei dem das Softwaredesign auf Daten oder Objekten basiert und nicht auf Funktionen und Logik. Ein Objekt kann als ein Datenfeld definiert werden, das eindeutige Attribute und Verhaltensweisen aufweist.

Objektorientierte Programmierung konzentriert sich auf die Objekte, die Entwickler bearbeiten wollen, und nicht auf die Logik, die zu ihrer Bearbeitung erforderlich ist. Dieser Programmieransatz eignet sich gut für Programme, die umfangreich und komplex sind und aktiv aktualisiert oder gepflegt werden. Dazu gehören Programme für die Fertigung und Konstruktion sowie mobile Anwendungen. Objektorientierte Programmierung kann beispielsweise für Simulationssoftware für Fertigungssysteme verwendet werden.

Die Organisation eines objektorientierten Programms macht die Methode auch für die kollaborative Entwicklung, bei der Projekte in Gruppen aufgeteilt werden, attraktiv. Weitere Vorteile der objektorientierten Programmierung sind die Wiederverwendbarkeit von Code, Skalierbarkeit und Effizienz.

Der erste Schritt der objektorientierten Programmierung besteht darin, alle Objekte zu sammeln, die ein Programmierer bearbeiten möchte, und zu ermitteln, wie sie zueinander in Beziehung stehen – eine Übung, die als Datenmodellierung bekannt ist.

Beispiele für Objekte können von physischen Entitäten, wie einem Menschen, der durch Eigenschaften wie Name und Adresse beschrieben wird, bis hin zu kleinen Computerprogrammen, wie Widgets, reichen.

Sobald ein Objekt bekannt ist, wird es einer Objektklasse zugeordnet, die die Art der darin enthaltenen Daten und alle logischen Sequenzen definiert, mit denen es bearbeitet werden kann. Jede einzelne Logiksequenz wird als Methode bezeichnet. Objekte können über genau definierte Schnittstellen kommunizieren, die Nachrichten genannt werden.

Was ist die Struktur der objektorientierten Programmierung?

Die Struktur beziehungsweise die Bausteine der objektorientierten Programmierung umfassen:

• Klassen sind benutzerdefinierte Datentypen, die als Blaupause für individuelle Objekte, Attribute und Methoden dienen.
• Objekte sind Instanzen einer Klasse, die mit speziell definierten Daten erstellt werden. Objekte können realen Objekten oder einem abstrakten Gebilde entsprechen. Bei der anfänglichen Definition einer Klasse ist die Beschreibung das einzige Objekt, das definiert wird.
• Methoden sind Funktionen, die innerhalb einer Klasse definiert sind und das Verhalten eines Objekts beschreiben. Jede in Klassendefinitionen enthaltene Methode beginnt mit einem Verweis auf ein Instanzobjekt. Außerdem werden die in einem Objekt enthaltenen Unterprogramme als Instanzmethoden bezeichnet. Programmierer verwenden Methoden zur Wiederverwendbarkeit oder um die Funktionalität jeweils in einem Objekt zu kapseln.
• Attribute werden in der Klassenvorlage definiert und stellen den Zustand eines Objekts dar. Objekte haben Daten, die im Attributfeld gespeichert werden. Klassenattribute gehören zur Klasse selbst.

Was sind die wichtigsten Grundsätze der objektorientierten Programmierung?

Die objektorientierte Programmierung beruht auf folgenden Grundsätzen:

• Kapselung. Dieser Grundsatz besagt, dass alle wichtigen Informationen innerhalb eines Objekts enthalten sind und nur ausgewählte Informationen offengelegt werden. Die Implementierung und der Zustand eines jeden Objekts werden innerhalb einer definierten Klasse privat gehalten. Andere Objekte haben keinen Zugriff auf diese Klasse oder die Befugnis, Änderungen vorzunehmen. Sie sind lediglich in der Lage, eine Liste öffentlicher Funktionen oder Methoden aufzurufen. Diese Eigenschaft des Data Hiding bietet eine größere Programmsicherheit und verhindert eine unbeabsichtigte Datenverfälschung.
• Abstraktion. Objekte legen nur die internen Mechanismen offen, die für die Verwendung durch andere Objekte relevant sind, und verbergen so jeden unnötigen Implementierungscode. Die abgeleitete Klasse kann in ihrer Funktionalität erweitert werden. Dieses Konzept kann es Entwicklern erleichtern, im Laufe der Zeit zusätzliche Änderungen oder Ergänzungen vorzunehmen.
• Vererbung. Klassen können Code von anderen Klassen wiederverwenden. Beziehungen und Unterklassen zwischen Objekten können zugewiesen werden, so dass Entwickler gemeinsame Logik wiederverwenden und dennoch eine eindeutige Hierarchie beibehalten können. Diese Eigenschaft der objektorientierten Programmierung erzwingt eine gründlichere Datenanalyse, verkürzt die Entwicklungszeit und gewährleistet ein höheres Maß an Genauigkeit.
• Polymorphismus. Objekte sind so konzipiert, dass sie sich gemeinsam verhalten und mehr als eine Form annehmen können. Das Programm bestimmt, welche Bedeutung oder Verwendung für jede Ausführung dieses Objekts aus einer übergeordneten Klasse erforderlich ist, wodurch die Notwendigkeit, Code zu duplizieren, verringert wird. Anschließend wird eine Kindklasse erstellt, die die Funktionalität der Elternklasse erweitert. Durch Polymorphismus können verschiedene Objekttypen dieselbe Schnittstelle durchlaufen.

Was sind Beispiele für objektorientierte Programmiersprachen?

Obwohl Simula als die erste objektorientierte Programmiersprache gilt, werden heute viele andere Programmiersprachen mit OOP verwendet. Aber einige Programmiersprachen passen besser zu objektorientierter Programmierung als andere. Zum Beispiel behandeln Programmiersprachen, die als reine OOP-Sprachen gelten, alles als Objekte. Andere Programmiersprachen sind in erster Linie für objektorientierte Programmierung konzipiert, enthalten aber auch einige prozedurale Prozesse.

Beliebte reine OOP-Sprachen sind zum Beispiel:

• Ruby
• Scala
• JADE
• Emerald

Zu den Programmiersprachen, die hauptsächlich für die objektorientierter Programmierung entwickelt wurden, gehören:

• Java
• Python
• C++

Andere Programmiersprachen, die sich mit OOP verbinden, sind

• Visual Basic .NET
• PHP
• JavaScript

Was sind die Vorteile der objektorientierten Programmierung?

Zu den Vorteilen von OOP gehören:

• Modularität. Durch die Kapselung können Objekte in sich geschlossen werden, was die Fehlersuche und die gemeinsame Entwicklung erleichtert.
• Wiederverwendbarkeit. Code kann durch Vererbung wiederverwendet werden, das heißt ein Team muss denselben Code nicht mehrmals schreiben.
• Produktivität. Durch die Verwendung mehrerer Bibliotheken und wiederverwendbaren Codes können Programmierer neue Programme schneller erstellen.
• Leichte Erweiterbarkeit und Skalierbarkeit. Programmierer können Systemfunktionalitäten unabhängig voneinander implementieren.
• Schnittstellenbeschreibungen. Die Beschreibungen externer Systeme sind einfach, da für die Kommunikation von Objekten Nachrichtenaustauschtechniken verwendet werden.
• Sicherheit. Durch Kapselung und Abstraktion wird komplexer Code verborgen, die Softwarewartung ist einfacher und Internetprotokolle sind geschützt.
• Flexibilität. Die Polymorphie ermöglicht es einer einzelnen Funktion, sich an die Klasse anzupassen, in der sie platziert ist. Außerdem können verschiedene Objekte dieselbe Schnittstelle durchlaufen.

Kritik an objektorientierter Programmierung

Das objektorientierte Programmiermodell wurde von Entwicklern aus verschiedenen Gründen kritisiert. Die größte Sorge ist, dass OOP die Datenkomponente der Softwareentwicklung überbetont und sich nicht genug auf Berechnungen oder Algorithmen konzentriert. Außerdem kann OOP-Code komplizierter zu schreiben sein und länger zum Kompilieren benötigen.

Zu den alternativen Methoden gehören:

• Funktionale Programmierung. Dazu gehören Sprachen wie Erlang und Scala, die für Telekommunikation und fehlertolerante Systeme verwendet werden.
• Strukturierte oder modulare Programmierung. Dazu gehören Sprachen wie PHP und C#.
• Imperative Programmierung. Diese Alternative zur OOP konzentriert sich eher auf Funktionen als auf Modelle und umfasst C++ und Java.
• Deklarative Programmierung. Diese Programmiermethode beinhaltet Aussagen darüber, was die Aufgabe oder das gewünschte Ergebnis ist, aber nicht, wie es erreicht werden soll. Zu den Sprachen gehören Prolog und Lisp.
• Logische Programmierung. Diese Methode, die meist auf formaler Logik basiert und Sprachen wie Prolog verwendet, enthält eine Reihe von Sätzen, die Fakten oder Regeln über einen Problembereich ausdrücken. Sie konzentriert sich auf Aufgaben, die von regelbasierten logischen Abfragen profitieren können.

Die meisten fortgeschrittenen Programmiersprachen ermöglichen es Entwicklern, Modelle zu kombinieren, da sie für verschiedene Programmiermethoden verwendet werden können. So kann JavaScript beispielsweise für OOP und funktionale Programmierung verwendet werden.