Освойте MATLAB OOP:создание надежного, многократно используемого кода с классами и объектами

MATLAB, мощная среда численных вычислений, поддерживает объектно-ориентированное программирование (ООП), что облегчает создание сложного кода многократного использования. ООП в MATLAB вращается вокруг концепции классов и объектов.

Ниже приведены объектно-ориентированные функции, поддерживаемые в Matlab.

• Объект
• Класс
• Инкапсуляция
• Наследование
• Полиморфизм
• Абстракция
• Свойства
• Перегрузка метода

Основными столпами объектно-ориентированного программирования являются —

• Инкапсуляция
• Абстракция
• Наследование
• Полиморфизм

Зачем использовать объектно-ориентированный дизайн?

При создании программного обеспечения вам необходимо спроектировать данные, которые ваше приложение будет использовать, и создать операции для работы с этими данными. В процедурном программировании вы передаете данные функциям для выполнения операций. В объектно-ориентированном программировании (ООП) вы объединяете данные и операции в объекты, которые взаимодействуют через определенные интерфейсы.

Подходы к написанию программ MATLAB

MATLAB позволяет использовать как процедурный, так и объектно-ориентированный подходы, позволяя комбинировать объекты и обычные функции в ваших программах.

Процедурный дизайн программы

В процедурном программировании –

• Фокус — на шагах, необходимых для достижения цели.
• Представление данных — как отдельные переменные или поля в структуре.
• Операции — реализованы как функции, которые принимают данные в качестве аргументов.
• Поток — программы вызывают ряд функций, передавая данные и получая взамен измененные данные. Каждая функция выполняет определенные операции с данными.

Объектно-ориентированный дизайн программ

• Определите компоненты — определите части системы или приложения, которые вы хотите создать.
• Анализ шаблонов — ищите компоненты, которые используются повторно или имеют общие характеристики.
• Классификация компонентов — группировка компонентов на основе сходств и различий.

После этого анализа вы определяете классы для описания объектов, которые использует ваше приложение.

Классы и объекты

• Класс — описывает набор объектов с общими характеристиками.
• Объект — конкретный экземпляр класса. Значения свойств объекта отличают его от других объектов того же класса.
• Методы — функции, определенные внутри класса, которые реализуют поведение, общее для всех объектов этого класса.

Когда следует создавать объектно-ориентированные программы?

Вы можете решать простые задачи с помощью простых функций. Но по мере увеличения размера и сложности ваших задач функции могут стать большими и ими будет сложно управлять.

Когда функции становятся слишком большими, вы можете разделить их на более мелкие функции и передавать данные между ними. Однако по мере увеличения количества функций управление данными, передаваемыми между ними, может стать сложным и подверженным ошибкам. Именно в этот момент вам следует рассмотреть возможность использования объектно-ориентированного проектирования для ваших программ MATLAB.

Понимание объектно-ориентированных программ

Когда следует переходить на объектно-ориентированное программирование (ООП)? По мере того как ваши задачи становятся более сложными, мышление в терминах объектов может облегчить управление и понимание вашего кода.

Мыслить объектами

Иногда легче решать проблемы, думая категориями объектов. Определите существительные в вашей задаче как объекты, а глаголы как действия, которые эти объекты выполняют. Например, если вы имеете дело с различными типами кредиторов, такими как банки и ипотечные компании, вы можете представить каждый тип кредитора как объект. Каждый объект выполняет определенные действия (методы) и содержит определенные данные (свойства).

• Определите общие черты. Найдите, что общего у всех объектов одного типа. Например, у всех ростовщиков может быть способ выдавать ссуды и недвижимость под проценты.
• Определить различия:понять, чем отличается каждый объект. Например, некоторые кредиторы могут предлагать кредиты только предприятиям, в то время как другие могут кредитовать только физических лиц. Чтобы справиться с этими различиями, вы можете создать подклассы базового класса.
• Факторинг общих черт:поместите общие функции в суперкласс и позвольте подклассам обрабатывать определенные функции.

Преимущества ООП в MATLAB

Вот некоторые преимущества, которые вы получаете, думая с точки зрения объектов.

1) Объекты управляют своим внутренним состоянием. Они обеспечивают допустимость значений свойств. Контролируют, кто может получить доступ к свойствам и методам.

2) Уменьшение избыточности. По мере роста вашей программы ООП помогает управлять сложностью за счет уменьшения избыточности. Вместо копирования и изменения функций вы можете создать базовый класс с общим кодом. Затем подклассы могут добавлять или переопределять определенные функции без дублирования кода.

3) Определение согласованных интерфейсов. Использование базового класса для аналогичных, но специализированных классов помогает поддерживать согласованный интерфейс. Такой подход проясняет, что должна делать каждая часть системы. Гарантирует, что код отражает эти требования через общий интерфейс.

4) Уменьшение сложности. Объекты предоставляют интерфейс, который скрывает внутреннюю работу. Это также гарантирует, что взаимодействие будет соответствовать установленным правилам.

5) Содействие модульности. Разбиение системы на объекты помогает создавать естественные модули. Классы предлагают разные уровни контроля доступа:общедоступный, защищенный и частный.

6) Перегруженные функции и операторы. В ООП вы можете перегружать существующие функции для работы с вашими объектами. Например, вы можете переопределить, как определенные операции, такие как равенство или сложение, будут работать с вашими пользовательскими объектами.

Особенности ООП в MATLAB

Краткое описание функций объектно-ориентированного программирования (ООП), поддерживаемых в MATLAB –

Объект — экземпляр класса, который содержит как данные (свойства), так и методы (функции) для работы с этими данными.

Класс — класс — это проект, который определяет свойства и поведение объектов. Он инкапсулирует данные (атрибуты) и функции (методы), которые работают с этими данными. Объекты — это экземпляры классов, каждый из которых имеет свои уникальные данные. В MATLAB класс определяется с помощью файла classdef.

Инкапсуляция — концепция объединения данных (свойств) и методов в единый блок (класс). В MATLAB вы контролируете доступ к компонентам класса, используя модификаторы доступа, такие как public, protected и Private.

Наследование — механизм, в котором один класс (подкласс) может наследовать свойства и методы от другого класса (суперкласса), что позволяет повторно использовать код. В MATLAB вы указываете наследование, используя синтаксис classdef.

Полиморфизм — возможность переопределять методы в подклассах, позволяя разным классам реагировать на один и тот же вызов метода по-разному. MATLAB поддерживает полиморфизм посредством переопределения метода.

Абстракция — концепция сокрытия сложных деталей реализации и отображения только основных особенностей объекта. MATLAB использует абстрактные классы и методы для реализации абстракции.

Свойства — переменные, определенные внутри класса, которые содержат данные для объекта. MATLAB позволяет устанавливать атрибуты свойств, такие как контроль доступа и значения по умолчанию.

Перегрузка метода — возможность определять несколько методов с одним и тем же именем, но с разными входными аргументами. MATLAB поддерживает перегрузку методов, позволяющую методам вести себя по-разному в зависимости от типов входных данных или количеств.

Инкапсуляция — защищает и организует код, группируя данные и методы в классы. MATLAB использует контроль доступа (например, частные свойства) для инкапсуляции данных.

Абстракция — упрощает сложные системы, скрывая детали реализации. В MATLAB абстрактные методы и классы позволяют вам сосредоточиться на основных функциях.

Наследование — способствует повторному использованию кода, позволяя классам наследовать поведение и свойства от других классов. В MATLAB наследование объявляется при определении класса.

Полиморфизм — обеспечивает гибкость, позволяя различным классам реализовывать один и тот же метод разными способами. В MATLAB полиморфизм достигается путем переопределения методов в производных классах.