Was ist objektorientierte Programmierung?

Einführung

Objektorientierte Programmierung (OOP) ist ein Programmiermodell, das den Softwareentwurf anhand von Daten oder Objekten anstatt von Funktionen und Logik organisiert. Ein Objekt kann als Datenfeld definiert werden, das über eindeutige Eigenschaften und ein spezifisches Verhalten verfügt.

Die objektorientierte Programmierung (OOP) konzentriert sich auf die Objekte, die Entwickler bearbeiten möchten, anstatt auf die Logik, die für deren Bearbeitung erforderlich ist. Dieser Ansatz eignet sich für die Entwicklung großer, komplexer Software, die regelmäßig aktualisiert oder gewartet wird. Dazu gehören Anwendungen für Fertigung und Konstruktion sowie mobile Anwendungen. Beispielsweise kann OOP zur Erstellung von Systemsimulationssoftware verwendet werden.

Die Struktur eines objektorientierten Programms macht diese Methode auch für die kollaborative Entwicklung nützlich, bei der Projekte in Gruppen aufgeteilt werden. Weitere Vorteile der OOP sind die Wiederverwendbarkeit, Skalierbarkeit und Effizienz des Codes.

Der erste Schritt in der objektorientierten Programmierung (OOP) besteht darin, alle Objekte zu sammeln, die ein Programmierer bearbeiten möchte, und zu ermitteln, wie sie zueinander in Beziehung stehen – eine Vorgehensweise, 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.

Wird ein Objekt erkannt, wird es einer Objektklasse zugeordnet, die den Datentyp und alle zur Bearbeitung verfügbaren logischen Sequenzen definiert. Jede dieser Sequenzen wird als Methode bezeichnet. Objekte können über vordefinierte Schnittstellen, sogenannte Nachrichten, miteinander kommunizieren.

Wie ist die Struktur der objektorientierten Programmierung?

Die Struktur bzw. die Bausteine der objektorientierten Programmierung umfassen Folgendes:

• Klassen sind benutzerdefinierte Datentypen, die als Vorlage für einzelne Objekte, Eigenschaften und Methoden dienen.
• Objekte sind Instanzen einer Klasse, die mit spezifisch definierten Daten erstellt werden. Objekte können realen Objekten oder abstrakten Entitäten entsprechen. Bei der initialen Definition einer Klasse ist die Beschreibung das einzige definierte Objekt.
• Methoden sind Funktionen, die Objekte ausführen können. Sie werden innerhalb einer Klasse definiert und beschreiben das Verhalten eines Objekts. Jede Methode in einer Klassendefinition beginnt mit einem Verweis auf ein Instanzobjekt. Unterprogramme innerhalb eines Objekts werden ebenfalls als Instanzmethoden bezeichnet. Programmierer verwenden Methoden, um Wiederverwendbarkeit zu gewährleisten oder die Funktionalität eines Objekts jeweils zu verwalten.
• Attribute repräsentieren den Zustand eines Objekts. Anders ausgedrückt: Sie sind Merkmale, die Klassen unterscheiden. Objekte speichern Daten im Attributbereich. Klassenattribute gehören zur Klasse selbst und sind in der Klassenvorlage definiert.

Was sind die Hauptprinzipien der objektorientierten Programmierung (OOP)?

• Kapselung. Das Prinzip der Kapselung besagt, dass alle wichtigen Informationen in einem Objekt enthalten sind und nur ausgewählte Informationen offengelegt werden. Implementierung und Zustand jedes Objekts sind in einer definierten Klasse privat. Andere Objekte haben keinen Zugriff auf diese Klasse und dürfen keine Änderungen daran vornehmen. Sie können lediglich eine Liste öffentlicher Funktionen oder Methoden aufrufen. Diese Datenkapselung erhöht die Sicherheit der Anwendung und verhindert unerwünschte Datenbeschädigung.
• Abstraktion. Objekte legen nur interne Mechanismen offen, die für die Verwendung durch andere Objekte relevant sind, und verbergen unnötigen Implementierungscode. Eine abgeleitete Klasse kann ihre Funktionalität erweitern. Dieses Konzept erleichtert Entwicklern zukünftige Änderungen und Erweiterungen.
• Vererbung. Klassen können Code und Funktionen anderer Klassen wiederverwenden. Beziehungen und Unterklassen zwischen Objekten lassen sich zuweisen, sodass Entwickler gemeinsame Logik wiederverwenden und gleichzeitig eine eindeutige Hierarchie beibehalten können. Vererbung vereinfacht die Datenanalyse, verkürzt die Entwicklungszeit und gewährleistet eine höhere Genauigkeit.
• Polymorphismus. Objekte sind so konzipiert, dass sie ähnliche Verhaltensweisen teilen und mehrere Formen annehmen können. Das Programm ermittelt anhand einer Oberklasse, welche Bedeutung oder Verwendung für jede Implementierung dieses Objekts erforderlich ist, wodurch doppelter Code vermieden wird. Anschließend wird eine Unterklasse erstellt, die die Funktionalität der Oberklasse erweitert. Polymorphismus ermöglicht es, verschiedene Objekttypen über eine Schnittstelle zu übergeben.
• Syntax. Dies ist die Gesamtheit der Regeln, die festlegen, wie Wörter und Satzzeichen in einer Programmiersprache organisiert sind.
• Kopplung. Dies ist der Grad, in dem Softwareelemente miteinander verbunden sind. Wenn beispielsweise eine Klasse ihre Eigenschaften ändert, ändern sich auch alle anderen Klassen.
• Assoziation. Dies ist eine Beziehung zwischen einer oder mehreren Klassen. Assoziationen können eins-zu-eins, viele-zu-viele, eins-zu-viele oder viele-zu-eins sein.

Was sind Beispiele für objektorientierte Programmiersprachen?

Simula gilt zwar als erste objektorientierte Programmiersprache, doch heute werden viele andere Programmiersprachen mit OOP verwendet. Manche Programmiersprachen eignen sich jedoch besser für OOP als andere. Reine OOP-Sprachen behandeln beispielsweise alles als Objekt. Andere Programmiersprachen sind primär für OOP konzipiert, beinhalten aber auch prozedurale Verarbeitung. Einige der beliebtesten Programmiersprachen wurden speziell für OOP entwickelt oder mit Blick auf OOP konzipiert.

Beliebte reine OOP-Sprachen sind beispielsweise:

• Rubin
• Scala
• JADE
• Smaragd

Zu den Programmiersprachen, die primär für die objektorientierte Programmierung (OOP) entwickelt wurden, gehören:

• Java
• Python
• C++

Zu den weiteren Programmiersprachen, die mit OOP kombiniert werden können, gehören:

• Visual Basic .NET.
• PHP
• JavaScript

Welche Vorteile bietet die objektorientierte Programmierung?

Zu den Vorteilen von OOP gehören:

• Modularität. Kapselung ermöglicht es, Objekte in sich abgeschlossen zu gestalten und erleichtert das Debuggen und die kollaborative Entwicklung.
• Code-Wiederverwendbarkeit kann durch Vererbung erreicht werden, was bedeutet, dass ein Team denselben Code nicht mehrmals schreiben muss.
• Produktivität. Programmierer können mithilfe mehrerer Bibliotheken und wiederverwendbarem Code schnell neue Anwendungen erstellen.
• Es ist leicht erweiterbar und skalierbar. Programmierer können Systemfunktionen unabhängig voneinander implementieren.
• Sicherheit. Durch Kapselung und Abstraktion wird komplexer Code verborgen, die Softwarewartung vereinfacht und Internetprotokolle geschützt.
• Flexibilität. Polymorphismus ermöglicht es einer Funktion, sich an die Klasse anzupassen, in der sie platziert ist. Verschiedene Objekte können auch über eine Schnittstelle übergeben werden.
• Code-Wartung: Teile eines Systems können aktualisiert und gewartet werden, ohne dass größere Anpassungen erforderlich sind.
• Geringere Kosten. Weitere Vorteile, wie Wartungsfreundlichkeit und Wiederverwendbarkeit, reduzieren die Entwicklungskosten.

Kritik an OOP

Entwickler kritisieren das objektorientierte Programmiermodell aus verschiedenen Gründen. Der größte Kritikpunkt ist, dass OOP den Fokus zu stark auf die Datenkomponente der Softwareentwicklung legt und Berechnungen oder Algorithmen vernachlässigt. Zudem kann OOP-Code komplexer zu schreiben sein und länger zum Kompilieren benötigen.

Zu den weiteren häufigen Kritikpunkten gehört, dass Vererbung Nachteile mit sich bringt, wie beispielsweise fehleranfällige Basisklassen. Außerdem sind Objekte manchmal isoliert betrachtet übersichtlicher, aber in einer realen Anwendung schwerer verständlich.

Alternative OOP-Methoden umfassen:

• 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 objektorientierten Programmierung konzentriert sich auf Funktionalität statt auf Modelle. Zu den imperativen Programmiersprachen gehören C++ und Java.
• Deklarative Programmierung: Dieser Programmierstil beinhaltet Aussagen darüber, was die gewünschte Aufgabe oder das gewünschte Ergebnis ist, aber nicht darüber, wie es erreicht werden soll. Zu den deklarativen Programmiersprachen gehören Prolog und Lisp.
• Die logische Programmierung, die stärker auf formaler Logik basiert und Sprachen wie Prolog verwendet, beinhaltet eine Reihe von Aussagen, die Fakten oder Regeln über einen Problembereich ausdrücken. Sie konzentriert sich auf Aufgaben, die von regelbasierten logischen Abfragen profitieren können.

Ergebnis

Die meisten modernen Programmiersprachen ermöglichen es Entwicklern, Modelle zu kombinieren, da sie für verschiedene Programmiermethoden verwendet werden können. Beispielsweise können JavaScript und Scala sowohl für die objektorientierte als auch für die funktionale Programmierung eingesetzt werden.