Objektno –
orijentisani model podataka
Tokom
osamdesetih godina je došlo do primjene računara u jednom broju novih oblasti.
U te nove oblasti primjene spadaju:
·
računarom podržano projektovanje u mašinstvu, elektrotehnici,
arhitekturi, građevinarstvu i informatici,
·
multimedijalni sistemi i
·
baze znanja.
Sve
ove nove oblasti primjene zahtjevaju manipulisanje velikim količinama podataka
i mogle bi imati koristi od primjene SUBP. Međutim,
priroda podataka u tim primjenama se teško uklapa u relacione
okvire. Na primjer, sistemi za računarom podržano projektovanje treba da omoguće izgradnju modijela kompleksnih objekata i održavanje
različitih verzija istog objekta. Multimedijalni sistemi sadrže tekstove varijabilne
dužine, grafiku, slike, audio i vidio
podatke, što rezultuje u zahtjevu za efikasnim memorisanjem i manipulisanjem nizovima velike i promjenljive dužine.
Konačno, sistemi zasnovani na znanju zahtjevaju semantički bogate podatke i kompleksne operacije. Sve ove nove oblasti
primjene stavljaju akcenat na još dva
zahtjeva. To su: produktivnost programera i performanse obrade.
Opisani
zahtjevi su doveli i do razvoja novog modijela podataka, koji bi trebalo da ih
zadovolji. Taj novi model podataka
se naziva objektno - orijentisanim. Razvija se na idejama objektno -
orijentisanih programskih jezika i semantičkih modijela podataka. Cio pristup se, često, naziva objektno - orijentisanom paradigmom. Termin paradigma se odnosi
na određeni način mišljenja o nečem. Kada je riječ o objektno - orijentisanoj
paradigmi, riječ je o softverskom predstavljanju realnih entiteta putem parova
(struktura poda-taka, ponašanje). Ti parovi predstavljaju nedjeljivu
cjelinu, a nazivaju se objektima. Pri tome, ponašanje se
odnosi na programsku realizaciju postupaka, putem kojih objekti mijenjaju
stanje ili samo daju informaciju o svom stanju. Stanje objekta je definisano
strukturom podataka, putem koje je realni entitet predstavljen.
Objektno
- orijentisani model podataka je još u razvoju. Ne postoji opšte prihvaćen stav
koji od, međusobno različitih, objektno - orijentisanih jezika treba da predstavlja osnovu za njegovu operacijsku komponentu.
Model nije unificiran jer oslanjanje na različite programske jezike dovodi do daljih razlika u verzijama modijela
podataka. Cilj ovog poglavlja je da
ukaže na stanje razvoja objektno - orijentisanog modijela podataka. Samo poglavlje je podeljeno u pet dijelova. U
prvom su nešto opširnije opisani zahtjevi novih oblasti primjena u odnosu na baze podataka, kao i osnovni razlozi
nepogodnosti relacionog modijela da tim zahtjevima udovolji. Mada su
strukturalna i operacijska komponenta kod
objektno - orijentisanog modijela podataka međusobno čvrsto povezane, drugi, treći
i četvrti dio poglavlja je posvećen detaljnom opisu strukturalne komponente modijela
sa samo neophodnim refleksijama na operacijsku
komponentu. Peti dio je posvećen integritetnoj
komponenti. Kao operacijska komponenta modijela podataka, u šestom dijelu je opisan
programski jezik C++. Konačno,
sedmi dio je posvećen komparaciji potencijala objektno - orijentisanog i
stvarnih mogućnosti relacionog modijela podataka.
Nove
oblasti primjene baza podataka
Računarom
podržano projektovanje, baze znanja i multimedijalni sistemi predstavljaju potencijalno nove oblasti primjene baza
podataka. Redoslijed nabrajanja ovih oblasti primjene, ukazuje i na redoslijed
uvođenja odgovarajućih softverskih sistema u praksu. Softverski sistemi za računarom podržano projektovanje
(Computer Aided Design (CAD),
Computer Aided Manufacturing (CAM), Computer Aided Software Engineering (CASE))
su se pojavili prvi, te će naredna analiza zahtjeva u odnosu na sisteme baza
podataka biti, pretežno, zasnovana na potrebama tih sistema.
Softverski sistemi za računarom podržano projektovanje se koriste za rešavanje kompleksnih zadataka inženjerske prakse. U takve zadatke spadaju izrade
projekata: mašinskih proizvoda, proizvodnih linija,
kompletnih fabrika, brodova, aviona, zgrada, mostova, integrisanih kola
velike gustine, računara ili informacionih sistema. Inženjersko projektovanje postavlja jedan broj novih zahtjeva u odnosu na
model podataka i sistem za upravljanje
bazom podataka. Ti zahtjevi su posledica sljedećih specifičnosti primjene računara
u inženjerskom
projektovanju:
·
Nehomogenost podataka. Inženjerski projekti sadrže heterogen skup objekata. Za te projektne objekte je karakterističan veliki broj različitih tipova,
svaki sa malim brojem pojava.
·
Nizovi promjenljive i nizovi velike dužine. Digitalizovani crteži predstavljaju, često, sastavni dio inženjerskih projekata. U digitalizovanom obliku, cio crtež
je predstavljen kao veoma dug niz bajtova, od kojih svaki
nosi informaciju o nivou sivila jedne tačke, izuzetno malih
dimenzija, na crtežu. Pored toga, oni posjeduju i zapise promjenljive dužine sa
tekstualnim podacima.
·
Kompleksni objekti. Inženjerski projekti, po pravilu, sadrže kompleksne objekte, koji se mogu rekurzivno deliti u manje objekte. Kompleksan objekat ima
hijerarhijsku strukturu podataka. Bez obzira na to,
korisnik mora moći da manipuliše tim objektom kao
da je jedinstven.
·
Upravljanje verzijama. U inženjerskim projektima je neophodno voditi zapise o soluciji rješenja.
Projektanti često eksperimentišu sa više verzija jednog objekta, pre nego što izaberu onu, koja najbolje zadovoljava postavljene
zahtjeve. U principu, jadan objekat
može imati samo jednu prethodnu verziju i više paralelnih narednih verzija.
Svaka od narednih verzija se naziva alternativom.
Verzije jednog objekta formiraju strukturu
stabla.
·
Evolucija šeme. Inženjerski projekti,
obično, prolaze dug evolutivni period. Tokom tog
perioda, intenzivno se mijenja statička struktura projekta. Te promjene se
reflektuju kroz potrebu da se dinamički mijenja i šema
baze podataka.
·
Ekvivalentni
objekti. Postoji više mogućih pogleda na isti objekat projektovanja. Na primer, jedan VLSI čip se može predstaviti na nivou
logičkih kola, u cilju provjere logičke
funkcionalnosti, na nivou tranzistora, u cilju analize brzine rada, ili na
nivou šeme povezivanja, u cilju provjere
primjenjenih pravila projektovanja. Mada se reprezentacije znatno razlikuju, riječ je o samo različitim
reprezentacijama istog objekta. Te reprezentacije se nazivaju ekvivalentnim
objektima. Prava svrha ekvivalentnih objekata
je da uvedu ograničenja na bazu podataka. Naime. ako se dio projekta izmeni u jednoj
reprezentaciji, sistem treba
ili da tu
promenu sprovede i u
drugim reprezentacijama, ili da barem
isti dio, u drugim reprezentacijama, označi kao nevažeći.
·
Modularnost. Velika složenost
projekta nameće potrebu paralelnog rada većeg broja projektanata na njegovim dijelovima - modulima. Moduli projekta
nisu međusobno nezavisni. Pri tome, svaki modul smije da mijenja samo njegov
projektant, a drugim projektantima
treba da budu poznate njegove ulazno - izlazne karakteristike, da bi sa njime povezali svoj modul.
·
Dugačke transakcije. Transakcije u inženjerskom projektovanju uz primjenu računara traju veoma dugo.
Projektant započinje transakciju, putem koje mijenja neki objekat i radi na njemu nedjeljama, pre nego što, završivši
transakciju, stavlja rezultate svog rada
na uvid i drugim korisnicima baze podataka.
Multimedijalne
baze podataka. U modernom kancelarijskom informacionom ili drugom multimedijalnom sistemu, podaci
uključuju ne samo tekstove i brojeve, već i slike, grafiku i digitalizovane zvučne i vidio zapise. Takvi
multimedijalni podaci se memorišu kao
nizovi bajtova promjenljive dužine, a dijelovi tih nizova su međusobno
spregnuti, radi lakšeg povezivanja
tekstova, slika, zvuka i vidio zapisa.
Baze znanja. Vještačka inteligencija i ekspertni
sistemi predstavljaju informacije kao
činjenice i pravila, koje se mogu zajedno posmatrati kao baza znanja. U
tipičnim primjenama veštačke
inteligencije, predstavljanje znanja zahtjeva strukture podataka sa bogatom semantikom. Operacije u bazi znanja su
kompleksnije nego u tradicionalnim bazama podataka. Na primer, kada se želi dodati neko novo pravilo, sistem mora
proveriti da li je ono suvišno ili u kontradikciji sa dotadašnjim
pravilima. Kompleksnost takvih provera raste
veoma brzo sa porastom baze znanja.
Ograničenja relacionog modijela
podataka
Relacijom sistemi za upravljanje bazama
podataka nisu u stanju da zadovolje zahtjeve ovih novih oblasti primjene računara. Za to postoje dva
razloga. Jedan je posledica činjenice da se, pri projektovanju relacionih
sistema za upravljanje bazama podataka, jednostavno nije vodilo računa o tim
novim oblastima primjene. Drugi razlog leži u činjenici da sam relacioni model
podataka ne posjeduje mogućnosti za efikasno zadovoljenje zahtjeva, koje postavljaju nove oblasti primjene.
Relacioni sistemi za upravljanje bazama
podataka nisu razvijani tako da bi efikasno podržavali:
·
Rad sa
nehomogenim skupovima podataka, jer su projektovani za efikasno upravljanje bazama podataka, kod kojih broj pojava (torki) daleko premašuju
broj tipova entiteta (šema relacija).
·
Intenzivne izmjene
šeme baze podataka, jer su razvijani pod pretpostavkom da se šema baze podataka retko mijenja, pa su u njih
ugrađeni i, relativno, skromni mehanizmi za izmjenu šeme.
·
Upravljanje različitim verzijama
jednog objekta. Modifikacijom se, u relacionoj bazi podataka, gube prethodne vrijednosti određenih podataka. Ne postoje
ugrađeni mehanizmi za efikasno
vođenje evidencije o promenama stanja objekata. S druge strane. to su prirodni zahtjevi
primjena, kao što su: planiranje, simulacija i podrška odlučivanju.
·
Upravljanje
ekvivalentnim objektima, posebno kada je riječ o evidentiranju potrebe izmjene jednog objekta, na osnovu izmena u
njemu ekvivalentnom objektu.
·
Upravljanje dugačkim transakcijama.
Transakcija je takav niz akcija čitanja i pisanja u bazu podataka, koji ostavlja bazu podataka u konzistentnom stanju.
Nakon završetka transakcije, sve promjene,
koje je ona izazvala u bazi podataka, postaju vidljive odjednom, ili, ako je došlo do bilo kakve neregularne
situacije, upravljač transakcijama poništava
sve promjene u bazi podataka, kao da transakcija nije ni izvršavana. Upravljači transakcijama relacionih sistema su
razvijani za transakcije, koje kratko traju.
Ako dođe do pada sistema tokom izvršavanja dugačke transakcije, putem koje se modifikuje
neki projektantski objekti, strategija rekonstrukcije stanja baze podataka na
osnovu kopije nekog prethodnog stanja i sadržaja žurnal datoteke, rezultovala
bi u gubitku nedjelja rada, jer bi se
rekonstrukcija baze podataka izvršila saglasno stanju pre početka
posmatrane transakcije. Primjena računara u inženjerskom projektovanju traži od sistema za upravljanje bazom podataka da
i parcijalni rezultali neke transakcije budu vidljivi i da omogući takvu
rekonstrukciju baze podataka da i
parcijalni rezultati projektantskih
transakcija budu spašeni, a ne da rekonstrukcija znači vraćanje u stanje nakon poslednje uspješno završene transakcije.
Mada jednostavan i zasnovan na strogim
teorijskim osnovama, relacioni model nameće određena ograničenja na
reprezentovanje realnih entiteta u bazama podataka. Organizovanjem podataka u relacije (tabele),
relacioni model pretpostavlja horizontalnu i vertikalnu homogenost podataka.
Horizontalno, svaka torka date relacije posjeduje istu definiciju za obilježja.
Vertikalno, dato obilježje uzima vrijednosti iz istog domena u svakoj torci. Pri tome, domeni su ograničeni na
primitivne tipove podataka, kao što su: cijeli i realni brojevi, karakteri i slično, ograničene
dužine. Svakoj torci odgovara samo jedna Vrijednost iz domena svakog obilježja.
Potreba da se reprezentacijama entiteta jedne klase pridruži skup vrijednosti iz nekog domena,
dovodi ili do pojave većeg broja torki sa pretežno (ali ne potpuno) istim sadržajem,
ili do dekompozicije šeme relacije, kao modijela klase realnih entiteta, na nekoliko novih
šema relacija. Broj torki sa pretežno istim sadržajem jednak je kardinalnom broju skupa vrijednosti
iz domena, koji treba pridružiti jednom entitetu.
Takvo predstavljanje podataka o entitetima dovodi do nepoželjne redundanse
podataka.
Ako se šema relacije rastavi (dekomponuje) na
više šema relacija, tada se kompleksan objekat
memoriše putem zapisa, rasutih po različitim relacijama. Međutim, za korisnika taj kompleksni objekat i dalje
predstavlja jednu logičku cjelinu i jedinicu posmatranja. Dekompozicija značajno smanjuje performanse računarske
obrade podataka, jer uvodi potrebu čestog
korišćenja operatora prirodnog spajanja, u cilju rekonstruisanja kompleksnih objekata.
Dalje, relacioni model eksplicitno ne
uključuje semantiku, kao dio reprezentacije realnih entiteta. Umjesto toga, aplikacioni
programi interpretiraju semantiku podataka. Kada se primjeni dekompozicija, ne samo što se
smanjuje efikasnost obrade, već se povećava i verovatnoća gubljenja semantike povezane sa podacima. S druge
strane, jezik podataka relacionog modijela se ne može sam koristiti za
izvođenje operacija, potrebnih u bazama znanja.
Može se zaključiti da relacioni model
podataka, sam po sebi, nije pogodan za:
·
izgradnju struktura sa podacima promjenljive
i velike dužine,
·
predstavljanje
kompleksnih objekata,
·
izvršavanje
operacija takve kompleksnosti, kakvu zahtjevaju primjene u bazama znanja.
Primer
1.1. U
relacionoj bazi podataka se, često, podaci o radniku nalaze u relacijama nad
šemama Radnik, Odjelenje, Radno_Mesto, Radnik_Projekat. U objektno
-orijentisanom sistemu, objekti realnog sveta predstavljeni su kao jedan
objekat baze podataka. Jedan od osnovnih ciljeva objektno - orijentisanog modijela
podataka je da verno preslika objekat realnog sveta u njegovu softversku
reprezentaciju. Drugim riječima, Odjelenje, Radno_Mesto, Projekat mogu biti
tipovi objekata baze podataka, ako je to potrebno, ali Radnik postaje
kompleksni tip objekat, a njegova pojava sadrži sve podatke o samom radniku, o
odijelenju u kojem radi, o radnom mestu na koje je raspoređen i o projektima na
kojima je angažovan.
Potreba
intenzivne primjene operatora prirodnog spajanja za rekonstrukciju kompleksnih
objekata od torki, rasutih po raznim relacijama, pokazuje da relacioni sistemi
nemaju odgovarajuće performanse, za primjenu u novim oblastima. Zbog toga su,
mnogi današnji sistemi, namenjeni za inženjersko projektovanje, izgrađeni na
sistemu datoteka. Jedna studija [CH] pokazuje da realizacija CAD sistema putem
relacionog SUBP dovodi do petostrukog povećanja vremena pretraživanja podataka
u poređenju sa implementacijom putem datoteka. Međutim, izgradnja putem sistema
datoteka dovodi do poznatih problema zavisnosti programa i podataka,
nekompatibilnosti i nekonzistentnosti podataka.
S druge
strane, za relacione SUBP su razvijeni principi izgradnje čitavog niza važnih
mehanizama, kao što su:
·
neproceduralni jezik podataka,
·
automatska optimizacija upita,
·
uslovi integriteta,
·
upravljač transakcijama,
·
zaštita od
neovlašćenog korišćenja,
·
zaštita od uništenja,
·
distribucija baze podataka i
distribucija njene obrade,
koje će i novi, objektno - orijentisani SUBP
morati da koriste. Relacioni sistemi će se i dalje koristiti u oblastima gde su
zahtjevi u odnosu na tipove podataka i na koncepte za izgradnju modijela realnih entiteta primjereni mogućnostima modijela.
Međutim, za određene primjene su relacioni SUBP jednostavno nepogodni.
Porijeklo
objektno - orijentisanog modijela podataka
Objektno - orijentisani model podataka (dalje OOMP) je razvijan na
drugi način nego relacioni model podataka. Umjesto da se podje od jednostavne
definicije i snažnog matematičkog aparata, razvoj OOMP je zasnovan na
tradicijama:
Slika
0.1.
·
objektno -
orijentisanih programskih jezika i
·
semantičkih modijela podataka.
Objektno - orijentisani SUBP se razvijaju na
tradicijama SUBP, zasnovanih na drugim modelima
podataka. Slika 7.1 pokazuje koji koncepti iz različitih oblasti su korišćeni
za razvoj objektno - orijentisanog modijela
podataka i SUBP.
Prva pojava objekta, kao koncepta, javlja se
u Simuli, simulacionom jeziku razvijenom u ranim sedamdesetim godinama. Međutim, istraživači su počeli
pokazivati interes za objektno - orijentisane jezike tek
nakon pojave Smalltalk - a [GR]. Od onda, u literaturi je opisan veći broj
takvih jezika. Danas, pored Smalltalk‑a, intenzivno se koriste objektni Pascal
i C++ Interes za primjenu objektno - orijentisanih jezika u inženjerskim primjenama
je posledica:
·
njihove
sposobnosti da efikasno koriste strukture sa praktično proizvoljnim tipovima podataka,
·
postojanja
bogatih biblioteka sa gotovim klasama (pojam klase je objašnjen u daljem tekstu) i
·
mogućnosti ponovnog korišćenja već provjerenog
programskog koda.
Razlika između objektno - orijentisanog
programskog jezika i objektno - orijentisane baze podataka je da baza podataka podrazumijeva postojanje
permanentno memorisanih objekata na medijumu eksterne
memorije, dok objekti u objektno - orijentisanom programskom jeziku postoje
samo tokom izvršavanja programa. Dodavanje mogućnosti trajnog memorisanja
podataka programskom okruženju, dovelo je do pojave objektno - orijentisanih SUBP.
Semantički modeli podataka su druga od tri
oblasti, koje su uticale na razvoj objektno - orijentisanog modijela podataka. U semantičke modijele
podataka spadaju: prošireni ER model, funkcionalni
model i semantički model podataka. Semantički modeli podataka imaju dva moćna
koncepta. To su: agregacija i specijalizacija.
Agregacija je postupak izgradnje složenih objekata - agregata, od
objekata - komponenata. Postoje dva slučaja sličnosti između agregata i
koncepata ER modijela podataka. Prvi je kada
se agregacijom obilježja dobija tip entiteta - agregirani objekat. Drugi je slučaj kada se kombinuju međusobno
povezani tipovi entiteta u agregirani tip entiteta na višem nivou
apstrakcije. Odnos između tipa entiteta - komponente i agregata se naziva vezom tipa "je dio". Pojava
agregata je egzistencijalno zavisna od pojava svojih komponenata. Na slici 7.2 je prikazana reprezentacija
agregata i komponenata putem koncepata ER modijela podataka.
Treba naglasiti da i komponenta može predstavljati agregat. Agregacija je jedan od postupaka za
predstavljanje hijerarhijskog odnosa između entiteta različitih realnih klasa.
Međutim, agregat je jedna cjelina, te je, sa te tačke gledišta,
adekvatnija njegova geometrijska reprezentacija prema slici 7.3. U svakom slučaju, agregat je
apstraktni tip entiteta, koji sadrži heterogene komponente.
Korišćenjem termina relacionog modijela podataka, pojam agregata
se može objasniti na sljedeći način: šema
relacije, reprezent agregata ima obilježja, koja i sama mogu biti
šeme relacija, tako da vrijednosti obilježja u torci mogu predstavljati torke nekih drugih relacija.
Pojava šeme relacije u ulozi obilježja neke druge šeme relacije, naziva se
"ugnježdavanjem". Ugnježdavanje može imati proizvoljnu
dubinu.
Slika 0.2.
Slika 0.3.
Specijalizacija je apstrakcija proširenog ER modijela
podataka, te je detaljno obrađena u glavi 2 ove knjige.
Ukratko, elementi neke klase se mogu specijalizovati i grupisati u potklase.
Jedna potklasa nasljeđuje sve osobine svojih superklasa. Elementi potklase pripadaju i superklasi. Element potklase
nasljeđuje osobine odgovarajućeg elementa
člana superklase, ali posjeduju i svoje, specifične osobine.
Osnovni
koncepti objektno - orijentisanog modijela podataka
Objektno - orijentisana paradigma donosi
čitav niz novih pojmova i mehanizama za
predstavljanje realnih entiteta. Ti pojmovi i mehanizmi predstavljaju koncepte
objektno - orijentisanog modijela podataka.
U nove pojmove i mehanizme spadaju:
- objekat,
- metoda,
- poruka,
- inkapsulacija (učaurenje),
- klasa,
- nasljeđivanje i
- identitet objekta.
Svi ovi koncepti su opisani i ilustrovani u
ovoj tački. Zbog kompleksnosti i važnosti uloge, koju igraju u objektno - orijentisanom modijelu
podataka, mehanizam nasleđivanja i pojam identiteta objekta opisani su i u
posebnim tačkama ovog poglavlja.
Osnovni tipovi podataka
Svaki programski jezik podržava neki skup
tipova podataka. Kada je riječ o konvencionalnim programskim jezicima, kao što je Pascal ili, kada je riječ
o jezicima podataka mrežnog ili relacionog
sistema za upravljanje bazama podataka, oni podržavaju osnovne tipove
podataka, kao što su: cijeli (int) i realni (real) brojevi,
karakteri (chr), datum (date), novac (money) i logički
podaci, koji uzimaju vrijednosti iz skupa {true, false}. Takođe, podržavaju tipske konstruktore za izgradnju
složenijih tipova podataka, kao što su: nizovi, liste, slogovi i skupovi. Elementi domena,
pridruženog obeležju, predstavljaju se putem nekog od osnovnih tipova podataka. Za svaki
osnovni tip podataka, karakterističan je jedan broj operacija. Te operacije su ugrađene u razne programe.
Primer
1.2. Elementi
domena, pridruženog obeležju IME, predstavljaju se putem karaktera ili
niza karaktera, a elementi domena, pridruženog obeležju KOL (količina
materijala), predstavljaju se putem cijelih ili realnih brojeva. Primjeri
operacija nad ovim tipovima podataka su, redom: povezivanje nizova karaktera, primjena
aritmetičkih operacija na cele ili realne brojeve.
Pojam objekta
Objekat je jedan od mogućih modijela realnog
entiteta. Taj model ima dvije komponente. To su: stanje i ponašanje. Stanje objekta se reprezentuje
putem strukture nad skupom podataka
o realnom entitetu. Ponašanje objekta je skup procedura, koji se
nazivaju metodama ili operacijama. Ti programi služe za izmjenu
stanja objekta (ažuriranje
strukture podataka) ili samo za davanje informacije o njegovom stanju. Bez insistiranja na preciznosti, metode se mogu
posmatrati i kao programi, koji opisuju ponašanje
realnog entiteta.
Primer
1.3. Ako
je Ivo Ban programer sa platom od VOO dinara, tada bi sledeća semantički
određena linearna struktura podataka mogla predstavljati strukturalni dio
odgovarajućeg objekta
((IME, Ivo), (PRZ, Ban), (ZAN, programer),
(PLT, 400)), a skup
{zaposli, povećaj_platu,
prikaži_platu,prikaži_podatke, penzioniši}
bi sadržao nazive metoda, koji se mogu primjeniti
na tu strukturu podataka.
Mada je objekat dvojka (stanje, ponašanje), često se eksplicitno
naglašava samo njegova strukturalna komponenta, dok se postojanje skupa metoda
implicitno podrazumijeva. Opravdanje za
takvu nepreciznost, može se tražiti u činjenici da svi objekti, modeli realnih
entiteta jedne klase, dijele iste metode, a da struktura, u određenoj mjeri,
odražava individualnost objekta. Naredna
definicija opisuje mogućne strukture objekta, koristeći termin objekat u
smislu struktura podataka objekta.
Definicija
1.1. Neka je U
skup obilježja, a D = {cio broj, realan broj, niz karaktera fiksne ili promjenljive
dužine, datum, novac,...} skup osnovnih tipova podataka. Tada važi:
1°
Svaki elemenat svakog osnovnog tipa podataka je primitivni objekat.
2°
Ako su: X1,...,Xn različita obilježja u U,
a o1,...,on
objekti, tada je
o = ((X1, o1),..., (Xn, on))
jedan objekat - torka. Objekat oi je Vrijednost obilježja Xi,
u oznaci o, = oi=oXi.
3° Ako su o1,....
on različiti objekti, tada je
o = [o1,...,on}
jedan objekat - skup i važi oiÎ0.
Definicija 7.1 ukazuje na veoma širok dijapazon mogućnih struktura
podataka objekta. Objekat može imati tako jednostavnu strukturu, kakvu ima
jedan cio broj, ili kompleksniju, kakva je relaciona torka ili skup objekata,
do veoma kompleksne strukture, kakva je struktura stabla nad skupom objekata.
Bitno je zapaziti da obilježja iz U mogu uzimati vrijednosti iz
proizvoljnog domena. Vrijednost obilježja može biti cio broj ili niz karaktera, ali i torka, skup, ili neka kompleksna
struktura podataka.
Primer
1.4. Pošto
broj 5 pripada skupu cijelih brojeva, broj 5 je jedan primitivni objekat
Slično, pošto "Ana" pripada skupu nizova karaktera, i "Ana"
je primitivni objekat.
Objekat ((IME, Ana), (PRZ, Ban))je objekat
- torka, koji sadrži dva primitivna objekta, a objekat {((PRED, Matematika), (OCE, 8)), ((PRED, Fizika),
(OCE, 9))} je objekat skup.
Objekat
((IME_I_ PREZIME(IME,Ana), (PRZ, Ban)), (SEM, 2), (ISPIT, {((PRED,
Matematika), (OCE, 8)), ((PRED, Fizika), (OCE,
9))})).
reprezentuje realni entitet - studenta Anu
Ban, putem jednog složenog objekta - torke. Objekat je složen, jer sadrži:
· jedan objekat - torku tipa Ime_i_Prezime (koji,
sa svoje strane sadrži dva primitivna objekta),
· jedan primitivni objekat tipa cio broj, (koji reprezentuje upisani
semestar) i
· jedan objekat - skup, čiji elementi, objekti - torke reprezentuju
položene predmete sa ocenama.
Na slici 7.4 je ovaj objekat prikazan kao
struktura stabla nad skupom objekata. Pri tome, listovi stabla sadrže
primitivne objekte, dok drugi čvorovi predstavljaju agregate. Agregati su, na slici 7.4, samo naznačeni putem svojih naziva, mada i sami
sadrže podatke.
Slika 0.4.
Putem definicije 7.1 je opisana logička
struktura podataka objekta, koja se može značajno razlikovati od njegove
memorijske reprezentacije - fizičke strukture. Mogućim fizičkim realizacijama logičke strukture
podataka objekta, više prostora je posvećeno u dijelu 7.4 ovog poglavlja.
Poruka
Jedino metode, pridružene posmatranom
objektu, imaju pravo da pristupaju njegovoj strukturi
podataka, bilo u cilju ažuriranja stanja objekta, ili satno davanja informacije o nekoj komponenti njegovog stanja. Metode se
pozivaju putem poruka. Poruka je zahtjev, upućen objektu, da izvrši neku
od svojih metoda. Objekti međusobno komuniciraju putem poruka.
Slika
0.5.
Osnovni oblik poruke je (<prijemnik>, <naziv metode>).
Dio poruke, označen sa <prijemnik>, predstavlja adresu objekta, koji
treba da primi i protumači poruku. Ta adresa je ili identifikator objekta, ili
neki izraz, putem kojeg se objekat označava. Naime, svaki objekat ima jedan identifikator,
koji ga jednoznačno identifikuje. Drugi objekti se obraćaju posmatranom objektu navođenjem tog identifikatora u
okviru poruke. Za svaku poruku, koju
objekat razumije, postoji odgovarajuća metoda, koja izvršava poruku. Dio
poruke, označen sa <naziv
metode>, ukazuje o kojoj metodi je riječ. Na osnovu naziva, objekat poziva
odgovarajuću metodu. Poruka može sadržati i parametre, neophodne za izvršavanje
metode. Objekat vrača pošiljaocu rezultat izvršenja metode, pozvane porukom.
Rezultat je obično neki drugi
objekat. Na slici 7.5 je prikazan princip komunikacije između objekata. Prema slici 7.5, objekat o1 prima poruku p14
i, da bi na nju odgovorio, odlučuje da uputi poruku p21 objektu o2. Objekat o2, sa svoje strane, šalje
poruku p31 objektu o3.
Paradigma objekat / poruka pretpostavlja:
•
da svi podaci
predstavljaju objekte,
•
da svaki
objekat posjeduje skup metoda,
•
da su nazivi tih metoda poznati
drugim objektima,
•
da svaki
objekat odgovara samo na svoje poruke i
•
da objekti
međusobno komuniciraju samo putem poruka.
Metoda je entitet sličan programskoj
proceduri. Opisuje redoslijed akcija, koje treba izvršiti po prijemu poruke. Više prostora opisu postupaka za
izgradnju metoda, dato je u dijelu 7.6 ovog
poglavlja.
Inkapsulacija
Svaki objekat ima svoj privatni i svoj javni dio. Privatni dio objekta
čine: struk-tura podataka i skup metoda za tu strukturu podataka. Taj dio
objekta se naziva i implementacijom.
Javni dio objekta čine:
identifikator i nazivi metoda. To je njegov interfejs (sprega sa okolinom). Poruke pristupaju
interfejsu i specificiraju koje metode bi, na objektu, trebalo da se
izvrše, ali ne i kako da se te metode izvrše. Objekat, koji primi poruku, određuje kako će se izvršiti tražena metoda. Na
slici 7.6, ilustrovani su pojmovi privatnog i javnog dijela objekta.
Slika 0.6.
Uvođenjem privatnog dijela objekta, uvodi do princip
skrivanja informacija. To znači da su
detalji realizacije objekta skriveni od svih programa izvan objekta. Često se
kaže da objekat inkapsulira podatke i programe. To znači da jedan
objekat ne može da vidi
unutrašnjost "kapsule" drugog objekta, ali može da ga koristi,
pozivajući, puteni poruka, njegov programski dio. To je
slično pozivima procedura u konvencionalnim programskim jezicima. Inkapsulaciju
treba shvatiti i kao ograničenje da se svi pristupi objektima mogu vršiti jedino primenom njihovih metoda.
Klasa
Mnogi objekti u realnom svetu posjeduju slične karakteristike i
izvršavaju slične operacije. U proizvodnom pogonu metalskog kompleksa, nalaze
se glodalice, rendisaljke, bušilice. Mada je
svaki od ovih objekata različit, svi pripadaju klasi mašina za obradu metala
rezanjem. Svi objekti u klasi mašina za obradu metala rezanjem posjeduju
zajednička obilježja (električni motor, glavno vreteno, na primer) i izvršavaju
zajedničke operacije (obrada metala). Prema tome, kategorizacijom jednog
struga, kao člana klase mašina za obradu
rezanjem, zna se nešto o njegovim obeležjima i operacijama, čak i kada se ne poznaju njegove precizne funkcije.
Objektno - orijentisani model podataka se ne svodi samo na pojam
objekta. Osnovni pojam objektno - orijentisanog modijela podataka je klasa. Klasa
je dvojka. Jedna komponenta te dvojke je tip objekta, koji nosi
informaciju o strukturi podataka. Druga komponenta
je skup metoda. To su operacije, koje se primjenjuju na sve objekte, čija
struk-tura je definisana putem tipa objekta. Klasa je skup takvih
objekata, koji imaju iste karakteristike (tip strukture i metode). Svaki
individualni objekat je pojava neke klase.
Definicija
1.2. Neka je U skup obilježja, XÌU, AÎU,a D = {cio broj, realan broj,
niz karaktera fiksne ili promjenljive dužine, datum, novac,...} skup osnovnih
tipova podataka. Tada važi:
1 °
Dvojka (A, d), gde je dÎD, je tip objekta.
2° Ako su T1,...,Tk
tipovi objekata, tada je i((X1,T1),...,(Xk,Tk)) tip objekta torka.
3°
Ako je T tip objekta, tada je i {T} tip objekta skup. Objekat
tipa {T} je skup objekata tipa T.
Komponenta tipa objekta je dvojka (obilježje,
tip podataka). Putem obilježja je definisana
semantika komponente tipa objekta. Tip podataka je domen obilježja, ali elementi tog domena mogu biti veoma složeni. Elementi domena mogu
uzimati vrijednosti iz skupa vrijednosti nekog osnovnog lipa podataka, ali i iz
skupa objekata tipa torka ili skup. Pošto su i elementi osnovnih tipova
podataka objekti, sa svojom strukturom i ponašanjem, dolazi se do zaključka da domen predstavlja klasu. Domen se, neki put
naziva i interpretacijom. Interpretacija je skup, iz kojeg neki semantički
koncept uzima vrijednosti. Treba zapaziti da je definicija pojma tipa
objekta rekurzivna. Tip objekta se definiše kao struktura nad skupom tipova
objekata.
Primer
1.5. Tip
objekta, pod nazivom TipArtikla se, koristeći uvedenu notaciju, može definisati na sljedeći
način
TipArtikla = ((NAZIV,
Chr), (IDA, Int))
gde je IDA identifikacioni broj artikla. Nazivi domena obilježja
NAZIV i IDA pisani su velikim
početnim slovima, da bi se ukazalo da je riječ o tipovima, odnosno klasama. Tip
objekta StavkaNrudžbine je
StavkaNarudžbine = ((ARTIKAL, TipArtikla), (KOLIČINA,
Int)).
U komponenti (ARTIKAL, TipArtikla) tipa
objekta StavkaNarudžbine, ARTIKAL je obilježje, a TipArtikla je klasa. Vrijednosti obilježja ARTIKAL
su pojave klase TipArtikla. Sada
se može definisati tip objekta TipPorudžbine, kao
TipPorudžbine ((BRP,
Int), (SADRŽI, {StavkaNarudžbine}),
gde je BRP broj porudžbine i gde je
obeležju SADRŽI pridružen tip podatka - domen, čiji elementi su skupovi objekata tipa StavkaNarudžbine.
Kupci se mogu predstaviti putem sledećeg tipa objekta
TipKupca = ((NAZIV, Chr), (ADRESA, Chr),
(STANJE_RAČ, Int), (PORUDŽBINE,
{TipPorudžbine})).
Da bi se uspostavila veza između narudžbina
i kupaca, tip objekta TipPorudžbine se može modifikovati na sljedeći način
TipPorudžbine = ((BRP, Int), (KUPAC, TipKupca), (SADRŽI,{StavkaNarudžbine})
Slika 0.7.
Treba zapaziti da tip objekta TipKupca sadrži,
kao svoju komponentu, skup pojava klase TipPorudžbine,
a da tip objekta TipPorudžbine, kao svoju komponentu, sadrži
jednu pojavu klase TipKupca. Na slici
7.7 su prikazane dvije pojave klase Kupac, svaka sadrži određeni broj odgovarajućih pojava
klase Porudžbina.
Klasa se opisuje putem naredbi objektno - orijentisanog
jezika. To opisivanje klase se naziva
deklaracijom klase. U okviru deklaracije klase se navode:
•
nazivi njenih obilježja
sa pripadajućim domenima i
•
nazivi metoda sa
odgovarajućim programskim kodom.
Putem naziva obilježja i domena se definiše
tip objekta, a nazivi obilježja i metoda čine interfejs klase. Primjeri
deklaracija klasa u sintaksi objektno - orijentisanog jezika C++ su
dati u tački 7.6.
Klasa je generator svojih pojava (objekata
istog tipa). Skupu aktuelnih objekata, odgovara pojam ekstenzije u klasičnim modelima podataka. U
svakom objekt-no - orijentisanom
sistemu postoji mehanizam za generisanje pojava klase. Pošto je i sama klasa vrsta objekta, ona bi mogla da vodi računa o svim objektima,
koje je generisala, te i da upravlja
svojom ekstenzijom. Međutim, objektno - orijentisani jezici, kakvi su
Smalltalk i C++, eksplicitno ne podržavaju pojam ekstenzije klase. Ne
postoji eksplicitna mogućnost za uvid i manipulisanje svim aktuelnim pojavama
klase. Svakoj pojavi klase se pristupa
samo na osnovu poznavanja njenog identifikatora. Ne postoji naredba sa efektom SQL
naredbe SELECT *. S druge strane, pojam ekstenzije je izuzetno važan
za sisteme baza podataka. Jedan od njihovih
osnovnih zadataka je da obezbede efikasnu obradu velikog broja objekata istog
tipa. Relacioni sistemi za upravljanje bazom podataka obezbjeđuju upravljanje ekstenzijom, jer je sam
model podataka građen tako, da se definisanjem šeme relacije (tipa) obezbjeđuje
pristup svim aktuelnim pojavama.
U većini objektno - orijentisanih jezika rad sa ekstenzijom klase
se postiže putem objekata tipa kolekcija.
Kolekcije su klase, ugrađene u sam jezik. lako da nije potrebno
posebno ih definisati. Postoji više vrsta kolekcija. U njih spadaju: skup
i torbu. Torba je kolekcija u kojoj se može nalaziti više
jednakih objekata. Objekat lipa kolekcija se može upotrebiti u cilju postizanja
efekta upravljanja ekstenzijom. Objekti lipa kolekcija sadrže druge objekte.
Postupak rada sa kolekcijom u ulozi ekstenzije je sljedeći. Prvo se definiše jedna pojava (objekat) klase kolekcija. Toj
pojavi se pridružuje ime (semantika) ekstenzije neke klase. Pošto je riječ o objektu tipa skup
objekata, on će sadržati sve one pojave (elemente ekstenzije), koji se u njega eksplicitno upišu.
Primer 1.6. Neka je kreirana klasa Zaposleni i neka
je potrebno omogućiti upravljanje njenom ekstenzijom. Tada se prvo definiše nova pojava
ugrađene klase tipa kolekcija. Ako
je Radnici naziv ekstenzije klase Zaposleni. tada bi se Radnici deklarisali
kao nova
pojava ugrađene klase, recimo, klase Skup. Svaki objekat klase Zaposleni,
nakon svog
kreiranja u okviru klase Zaposleni, mora se eksplicitnom naredbom
uvrstiti i u objekat - skup sa identifikatorom Radnici. Metode ugrađene klase Skup,
omogućavaju upravljanje ekstenzijom klase Zaposleni, pošto je objekat sa
identifikatorom Radnici pojava klase Skup.
Apstraktni tipovi podataka
Apstraktni tipovi podataka
predstavljaju uopštenje pojma osnovnog tipa podatka. Koncepti:
·
inkapsulacije,
·
javnog i privatnog dijela,
·
poruke i metode,
u osnovi su vezani za pojam
apstraktnih tipova podataka. U objektno - orijentisanom pristupu, ovi koncepti
se realizuju putem klasa. Saglasno tome, i apstraktni tip podatka se može
posmatrati kao dvojka (s,m), gde je s struktura, a m skup
metoda. Međutim, između pojmova apstraktni tip podatka i klasa, postoji i
određena razlika. Apstraktni tip podataka opisuje skup svih mogućih objekata sa
datom strukturom i datim ponašanjem. Taj skup može biti neograničen. Nasuprot
apstraktnom tipu podataka, klasa opisuje objekte svoje ekstenzije, koja sadrži
konačan broj pojava klase.
Nasljeđivanje
Objekti nasleđuju osobine
(tip strukture i metode) od svoje klase. Međutim, i klasa može nasleđivati
osobine od drugih klasa. Klasa, koja nasljeđuje osobine od druge klase, naziva
se potklasom. Klasa, čije osobine nasljeđuje jedna ili više drugih klasa,
naziva se superklasom. U literaturi se, za potklasu, sreću i nazivi: potomak
ili dete, a za superklasu: predak ili roditelj. Svaka potklasa nasljeđuje sve
ili samo dio osobina svoje superklase. Nasleđene osobine nije potrebno ponovo
definisati u potklasi. Međutim, nove osobine se mogu dodati potklasama, ako je
to potrebno. Potklasa nasljeđuje strukturu tako da sva obilježja superklase
postaju obilježja potklase. Potklasa nasljeđuje metode, tako da njeni objekti
mogu da koriste sve metode superklase. Međutim, potklasa može imati i svoje
metode, neke od metoda superklase mogu biti zabranjene za objekte potklase, a
neka od nasleđenih metoda se može i prilagoditi za potklasu. Pošto potklasa
može imati svoje potklase, dolazi se do pojma hijerarhije klasa. Hijerarhija
klasa definiše "je podvrsta" odnos između klasa. Koncept nasleđivanja
kaže da osobine, definisane za neku klasu, mogu naslediti sve potklase te
klase. To je slično konceptu specijalizacije u semantičkim modelima podataka.
Korišćenje klasa i
nasleđivanja je veoma bitno za savremeno softversko inženjerstvo. Ponovno
korišćenje programa se postiže kreiranjem novih klasa, zasnovanih na obeležjima
i metodama postojećih klasa. Tada treba samo da se specificira kako se nova
potklasa razlikuje od svoje superklase, a ne i da se defniše kompletno nova
klasa. Nova klasa nasljeđuje već provjerene metode od svojih superklasa i te
metode ne treba ponovo programirati.
Identitet objekta
U objektno orjentisanom modijelu
podataka, svakom objektu, osim primitivnom, pridružuje se jedinstveni
identifikator. Primitivnom objektu se identifikator ne pridružuje, jer primitivni
objekti imaju jedinstvene vrijednosti, koje ih samoidentifikuju. U svojstvu
identifikatora se može koristiti adresa memorijske lokacije, u koju je objekat smješten,
ali postoje i druga rješenja. Važno je da je identifikator nezavisan od bilo
kojeg obilježja tipa objekta, pa i ključa. Na taj način se omogućava ažuriranje
svakog obilježja (promena stanja) objekta bez opasnosti da se naruši identitet
objekta. Identifikator ostaje nepromenjen dok se objekat ne izbriše iz baze
podataka. Identifikator se koristi kao referenca na objekat, kao surogat -
zamena za objekat. Identifikator obezbjeđuje jedinstvenost identiteta objekta,
ali, ako je to memorijska adresa, nju korisnik ne može poznavati. Postoje i
druga rješenja za realizaciju identiteta objekta. Ta rješenja su opisana u
tački 7.4.
Paralela između termina objektno -
orijentisanog i drugih modijela podataka
Smatra se da objektna - orjentacija
predstavlja ne evolutivni, već revolutivni skok u razvoju ne samo baza podataka
već kompletnog softvera. Revolucionarnost objektnog modijela podataka u odnosu
na druge, ogleda se, pre svega, u načinu izgradnje softverske reprezentacije
realnih entiteta. Novi model sadrži i čitav niz novih pojmova sa specifičnim
nazivima. Za lakše shvatanje sličnosti, ali i razlika između koncepata
objektnog i drugih modijela podataka, pogodno je povući paralelu između
sličnih, ali nikako identičnih pojmova i njihovih naziva.
Terminologija
o-o
model
|
tumačenje
|
drugi
modeli podataka
|
|
Objekat
|
apstraktna predstava nekog
realnog entiteta
|
pojava
tipa entiteta, torka
|
|
Klasa
|
dvojka (tip objekta, skup
metoda), koja generiše objekte sa zajedničkim osobinama
|
tip
entiteta, šema relacije
|
|
Apstraktni
tip podataka
|
opis skupa objekata sa
istim tipom strukture i ponašanjem
|
|
|
Hijerarhija
klasa
|
struktura, dobijena
izvođenjem relacije "je podvrsta" u skup klasa
|
šema
baze podataka
|
|
Osobina
|
neka rutina, aktivnost ili
obilježje, koje služi kao dio definicije klase
|
obilježje
|
|
Metoda
|
osobina, koja obavlja neku
operaciju na objektu
|
telo
procedure
|
Promenljiva
pojave
|
obilježje, kao osobina
objekta
|
polje
|
Pojava
klase
|
objekat
|
pojava
tipa entiteta, torka
|
Poruka
|
protokol, koji se sastoji
od metode ili rutine i identifikatora (ili adrese) jednog objekta
|
poziv
procedure
|
Skrivanje
informacija
|
odvajanje javnog od
privatnog dijela objekta ili klase
|
|
Inkapsulacija
|
sakrivanje informacija
|
|
o-o
model
|
tumačenje
|
drugi
modeli podataka
|
Nasljeđivanje
|
takva relacija između dvije
klase, kod koje jedna klasa, dete, preuzima sve relevantne osobine druge klase,
roditelja
|
ISA
hijerarhija
|
|
|
|
|
|
Nasljeđivanje
Objektna orijentacija ima
dva cilja. To su:
• izgradnja što je moguće vernijeg modijela
realnog sveta i
• obezbeđenje uslova za proširljivost i
ponovno korišćenje softvera.
Oba cilja se postižu putem
koncepta nasleđivanja. Naime, hijerarhije nasleđivanja pred-stavljaju prirodan
mehanizam za izgradnju taksonomijske strukture realnog sistema. (Taksonomijska
struktura predstavlja sistematizaciju dijelova realnog sistema.) Takođe, putem
nasleđivanja grade se nove klase na osnovu postojećih. Time se izbegava
projektovanje struktura i programiranje metoda novih klasa uvek iz početka.
Nove klase nasleđuju ponašanje i obilježja od postojećih. Nasljeđivanjem
ponašanja postiže se deljeno korišćenje programskog koda, a time ponovno
korišćenje softvera.
Nasljeđivanje vuče korene od
postupaka predstavljanja znanja u veštačkoj inteligenciji. U veštačkoj
inteligenciji se nasljeđivanje predstavlja putem IS_A (je) relacije i
ograničeno je na nasljeđivanje strukture, kako na nivou intenzije, tako i na
nivou ekstenzije. Specijalizacija predstavlja najčešće korišćeni postupak za
realizaciju nasleđivanja.
U objektno - orijentisanim
jezicima, nasljeđivanje se odnosi, pre svega, na klase, znači intenziju.
Potklasa nasljeđuje osobine (tip strukture i metode) od svoje superklase. tako
da potklasa predstavlja intenzionalnu specijalizaciju svoje superklase. Pojava
potklase se može posmatrati kao ekstenzionalna specijalizacija svoje klase,
međutim, pojava potklase nije specijalizacija odgovarajuće pojave superklase.
Šta vise, ta odgovarajuća pojava superklase ne mora ni postojati.
Relacije "je
potklasa" i "je superklasa" su tranzitivne. Saglasno tome, ako
je X potklasa klase K, a Y potklasa klase Z, tada je X
potklasa klase Z. Pošto potklasa može imati svoje potklase, dolazi se do
pojma hijerarhije klasa. Hijerarhija klasa definiše "je vrsta" odnos
između klasa. Koncept nasleđivanja kaže da osobine, definisane za neku klasu,
nasleđuju sve potklase te klase u hijerarhiji. To je slično konceptu
specijalizacije u semantičkim modelima podataka.
Primer
1.7. Neka
je klasa Osoba definisana kao sljedeći tip objekta
((IME, Chr), (PRZ, Chr),
(DAT_ROD, Date)), i sljedeći skup metoda
[prikaži_ime,prikaži_prezime,
prikaži_godine, izmeni_prezime}
Ako se žele imati i objekti,
koji reprezentuju zaposlene, potrebno je kreirati klasu Zaposleni, kao potklasu
klase Osoba. Objekti klase Zaposleni će, automatski naslediti obilježja IME,
PRZ i DAT_ROD. Tipu objekta klase Zaposleni se može dodati obilježje PLATA sa
domenom Mone. Nasleđeni skup metoda se može proširiti metodama: zaposli,
otpusti, povećaj_platu, prikaži_platu. Ako neki objekat klase Zaposleni primi
poruku prikaži_ime, odgovoriće na nju pozajmljujući odgovarajuću metodu od
klase Osoba. Poruka prikaži_godine se može zabraniti za klasu Zaposleni.
Postupak definisanja novih
klasa, kao potklasa već postojećih, može se produžiti definisanjem klase
Programer kao potklase klase Zaposleni. Sada se novoj klasi može pridružiti obilježje
PROG_JEZ sa domenom {Prog_jez}, gde je Prog_jez: tip objekta klase sa istim
imenom. 0
Postoji sedam aspekata
nasleđivanja. To su:
- Nasljeđivanje i podtip: U mnogim objektno -
orijentisanim jezicima se pojmovi
nasleđivanja i podtipa posmatraju kao sinonimi. Ipak, korisno ih je
posmatrali kao posebne koncepte. Podtip je logička kategorija. Nasljeđivanje
je samo mehanizam za programsku realizaciju tog logičkog koncepta.
- Vidljivost nasleđenih obilježja i metoda. Obilježja
superklase mogu biti javna i privatna. Privatna obilježja su nevidljiva za
potklasu, te ih ne može ni naslediti.
- Nasljeđivanje i inkapsulacija. Vidljivost obilježja
narušava Inkapsulaciju. U stvari, postoji konflikt između nasleđivanja i
inkapsulacije, jer objekat - pojava potklase, koristi metode superklase,
koja za njega predstavlja tuđu klasu. U svakom slučaju, nasljeđivanje je,
pre svega, mehanizam za deljenje programskog koda i tipa strukture.
- Postupci specijalizacije. Nasljeđivanje se
ostvaruje specijalizacijom postojećih klasa. Klase se specijalizuju
proširenjem njihove strukture ili ponašanja. Alternativno, klase se mogu
specijalizovati i ograničavanjem skupa obilježja ili skupa metoda
postojećih klasa.
- Metaklase. Uvođenjem koncepta metaklase, kao
klase, koja opisuje skup klasa, klase tog skupa postaju objekti, pojave metaklase.
- Nasljeđivanje objekata. Većina objektno -
orijentisanih jezika podržava nasljeđivanje samo na nivou intenzije, a ne
i na nivou ekstenzije. Kod takozvanih prototipskih sistema, objekat, kao
pojava potklase, nasljeđuje objekat, pojavu superklase.
- Višestruko nasljeđivanje. U mnogim
situacijama je poželjno da jedna potklasa nasledi osobine od više
superklasa. To se naziva višestrukim nasljeđivanjem.
Korišćenje klasa i
nasleđivanja je veoma bitno za savremeno softversko inženjerstvo. Ponovno
korišćenje programa se postiže kreiranjem novih klasa, zasnovanih na obeležjima
i metodama postojećih klasa. Treba samo da se specificira kako se nova potklasa
razlikuje od svoje superklase, a ne da se definiše kompletno nova klasa.
Potklasa nasljeđuje već provjerene metode od svojih superklasa i te metode ne
treba ponovo programirati.
Podtipovi
Tip - podtip je semantički
odnos između dva tipa objekata. Nasljeđivanje je programski mehanizam, putem
kojeg se u objektno - orijentisanim jezicima realizuje semantički koncept
podtipa.
Definicija
1.3. Tip T1
je podtip tipa T2 ako svaka pojava tipa T1
predstavlja pojavu i tipa T2. Tada je i tip T2 supertip
za tip T1.
Definicija koncepta podtipa
ukazuje da se pojava podtipa može koristiti kadgod se u nekoj operaciji, ili u
nekoj konstrukciji očekuje pojava supertipa. Ovaj fenomen se naziva principom
zamenljivosti.
Primer
1.8. Skup
prostih brojeva je podtip skupa prirodnih brojeva. Svaka operacija, definisana
za elemente skupa prirodnih brojeva, primenljiva je i na elemente skupa prostih
brojeva.
Relacija "je
podtip" je:
- po definiciji, refleksivna (svaki tip je sam
sebi podtip),
- antisimetrična (ako je tip T1
podtip tipa T2 a Tip T2 podtip tipa T1
tada je T1= T2 ) i
- tranzitivna (ako je T1 podtip
tipa T2, a T2 podtip tipa T3,
tada je i T1 podtip tipa T3). Parcijalni poredak,
koji ova relacija uvodi u skup tipova posmatranog sistema, u objektno -
orijentisanim jezicima se realizuje putem hijerarhije nasleđivanja. U
opštem slučaju, hijerarhija nasleđivanja je usmijereni aciklički graf -
latisa.
Odnos tip - podtip se može
uspostaviti između:
- skupova,
- strukturiranih tipova i
- metoda.
Podskupovi kao podtipovi
Tip je reprezent
skupa objekata sa istim osobinama. Saglasno tome, prirodni kandidati za
podtipove su podskupovi. Pri tome, tip predstavlja ne samo skup objekata, već i
skup operacija nad tim objektima. Naravno, operacije se realizuju putem metoda.
Kada je riječ o primjeni operacija na objekte podskupa, mogu se javiti dva
slučaja. Jedan je, kada se operacije na objektima podskupa ponašaju na isti
način kao te iste operacije (metode) na objektima skupa. Za tip T1 se kaže da je kompletan
podtip tipa T2, ako je ponašanje operacija isto bilo da je riječ o
objektima tipa ili podtipa.
Drugi je slučaj,
kada se operacije ponašaju različito pri primjeni na objekte skupa i podskupa.
Različito ponašanje se ogleda u činjenici da određena ograničenja, koja se
postavljaju na rezultate primjene operacija na objekte tipa nisu zadovoljena
pri primjeni istih metoda na objekte podtipa. Rešenje ovog problema se traži u
relaksaciji ograničenja pri primjeni metoda na objekte podtipa.
Primer
1.9. Neka
je C skup cijelih brojeva, P skup prostih brojeva, u E skup parnih brojeva.
Uobičajene aritmetičke operacije u skupu C su: sabiranje, oduzimanje i
množenje. Sa formalno - algebarske tačke gledišta, pri opisivanju metoda za ove
operacije, treba voditi računa o:
1o
signaturi operatora (nazivu, tipovima podataka operanada i rezultata) i
2o
aksiomama, koje definišu semantiku operacija.
U aksiome
spadaju: asocijativnost i komutativnost sabiranja i množenja, distributivnost
množenja u odnosu na sabiranje, na primer. Pored ovih algebarskih osobina,
operacije sabiranja, oduzimanja i množenja u skupu C posjeduju i važnu osobinu
zatvaranja. Ove operacije preslikavaju parove cijelih brojeva u skup cijelih
brojeva. Pri primjeni operacija sabiranja, oduzimanja i množenja na objekte
skupa P, dolazi do narušavanja ograničenja, koje nameće osobina zatvaranja.
Skup P nije kompletan podtip tipa C. Za razliku od njega, skup E je kompletan
podtip tipa C.
Rešenje opisanog
problema se postiže takvim redefinisanjem metoda u skupu P, da se ograničenje,
koje nameće zatvaranje, izostavlja, a signature operacija se definišu kao
preslikavanje sa skupa parova prostih brojeva u skup cijelih brojeva.
Strukturirani tipovi kao podtipovi
Neka su T1,...,
Tn, tipovi, a X1,...,
Xn obilježja. Interpretacija svakog tipa T je njegov domen, u oznaci dom(T).
(Interpretacija je skup iz kojeg tip uzima vrijednosti.) Tada je:
((X1,T1),...,(Xn,Tn))
tip torka, čiju
interpretaciju predstavlja skup torki takvih, da svaka ima, barem za obilježja X1,...,Xn vrijednosti,
redom, iz domena dom(T1),...,dom(Tn). Treba zapaziti da u
interpretaciji tipa mogu postojati i takve torke, koje pored vrijednosti za obilježja
X1,...,Xn posjeduju
i vrijednosti za
neka druga obilježja.
Primer
1.10. Posmatra
se tip Osoba((lME,Niz_chr),(PRZ,Niz_chr),(STAR,Int)).
Domen tipa Niz_chr je skup svih nizova karaktera, a domen tipa Int je
skup cijelih brojeva. U domen tipa Osoba spadaju i ((lME,Ana),(PRZ,Car),(STAR,23))
i ((IME,Eva),(PRZ,Tot),(STAR,48),(PLT,400)).
Definicija
1.4. Neka je
"£" relacija
"je podtip".
1o Ako
za svako i = 1,...,n, važi Ti£ Si, tada, za n£ m, važi i
((X1, T1,),...,(Xn,Tn,),...,(Xm,Tm))£ ((X1,S1),...,(Xn,Sn)).
2o Ako
su S1={T1} i S2={T2} tipovi i važi T1£T2, tada važi i S1£S2.
Primer
1.11. Saglasno
definiciji 7.4. važi
((IME,Niz_chr),(PRZ,Niz_chr),(PLT,{1,...,400}))
£ ((IME,Niz_chr),(PLT,Int)).
Nasljeđivanje i podtipovi
Nasljeđivanje je
mehanizam objektno - orijentisanih programskih jezika, putem kojeg se realizuje
relacija "je podtip". Međutim, relacija "je podtip" je
semantička kategorija. Ona snabdeva skup tipova hijerarhijom ponašanja, a ne
vodi računa o implementaciji (tip strukture podataka i metode). Nasljeđivanje
je implementaciona kategorija. Potklasa nasljeđuje i tip strukture i metode od
svoje superklase. Saglasno tome, nasljeđivanje je uži pojam, pojam sa strožim
ograničenjima od relacije "je podtip".
Slika 0.8.
Primer
1.12. Skup,
kao tip, je podtip Torbe. Torba je kolekcija, koja može sadržati više jednakih
objekata. Međutim, ta dva tipa mogu imati potpuno različite implementacije. Na
primer, Skup može imati strukturu niza, a Torba strukturu spregnute liste,
slika 7.8.
Zbog različite
implementacije struktura podataka, po nazivu iste metode (unija, presek,
razlika, upiši, briši, nađi), takođe moraju biti potpuno različito realizovane.
Da je riječ o
nasleđivanju, Skup, kao potklasa Torbe, nasledio bi i strukturu i metode od
Torbe.
Odnos između
relacije nasleđivanja i relacije "je podtip", sličan je odnosu između
klase i apstraktnog tipa podataka, slika 7.9. Kao što se apstraktni tipovi
podataka realizuju putem klasa, tako se strukture tip - podtip realizuju putem
nasleđivanja. Samo nasljeđivanje može biti i selektivno, u smislu da se za
potklasu neke osobine superklase mogu zabraniti.
Slika 0.9.
Nasljeđivanje klasa
U objektno -
orijentisanim jezicima, nasljeđivanje klasa se eksplicitno deklariše. Putem
odgovarajuće sintakse, nova klasa se deklariše kao potklasa neke postojeće
klase. Pri tome, ako objektno - orijentisani jezik podržava višestruko nasljeđivanje,
jedna klasa može biti deklarisana kao potklasa više superklasa.
Potklasa može
naslediti od svojih superklasa:
• obilježja sa
njihovom fizičkom strukturom,
• metode, što
vodi deljenju i ponovnoj upotrebi programskog koda i
• interface, što znači da objekti potklase mogu pozivati metode
superklase.
Nasljeđivanje obilježja
i metoda donosi određene probleme. U njih spadaju:
• narušavanje
inkapsulacije,
• potreba da se
nasleđene metode modifikuju u cilju prilagođavanja zahtjevima potklase i
• potreba
selektivnog nasleđivanja obilježja i metoda.
Ovim problemima
će biti posvećena određena pažnja u narednim tačkama.
Nasljeđivanje obilježja
Klase opisuju strukturu
svojih objekata putem obilježja. U svim objektno - orijentisanim jezicima
pojave potklase moraju, za nasleđena obilježja, zadržati isti tip podataka kao
i pojave njihovih superklasa.
Neka su za klasu
Kn deklarisane komponente (X1,T1),...,(Xn,Tn),
gde su X1,...,Xn obilježja, a T1,...,Tn
tipovi podataka. Ako se klasa Km, sa komponentama (Xn+1,Tn+1),...,(Xm,Tm),
deklariše kao potklasa klase Kn objekti klase Km će
sadržati vrijednosti za obilježja X1,...,Xn, Xn+1,...,Xm.
Činjenica da objekat klase Km sadrži vrijednosti za obilježja klase
Kn
ne znači da on te
vrijednosti nasljeđuje od nekog objekta klase Kn već da mu se te vrijednosti
eksplicitno dodeljuju, prilikom njegovog konstruisanja.
Slika 0.10.
Primer
1.13. Na
slici 7.10 su prikazana obilježja klase Osoba, njene potklase Zaposleni i jedan
objekat klase Zaposleni.
Nasljeđivanje obilježja
i metoda dovodi do narušavanja inkapsulacije, jer objekti potklase koriste tuđe
metode (metode svoje superklase) za obradu poruka, koje se odnose na nasleđena obilježja.
Ova činjenica ima određene negativne posledice. Struktura objekta je definisana
putem obilježja klase. Međutim, i obilježja se u implementaciji mogu
realizovati putem različitih struktura. Metode striktno zavise od
implementacije strukture obilježja. Pojam implementacije strukture obilježja se
odnosi na način realizacije fizičke strukture podataka posmatranog obilježja.
Izmena implementacione strukture obilježja, povlači izmjenu programskog koda
odgovarajućih metoda i modifikaciju svih objekata klase.
Primer
1.14. Domen
obilježja može biti, izmešu ostalog i neka klasa tipa skup. U implementaciji,
tip objekta klase skup može imati strukturu bilo niza bilo spregnute liste.
Programski kod svih metoda za to obilježje značajno zavisi od izbora
implementacione strukture. Metoda za traženje elementa u nizu, ne može se primjeniti
za traženje tog istog elementa u spregnutoj listi.
Potklasa nasljeđuje
obilježja sa njihovom implementacionom strukturom od superklase. Pri tome, da
bi se postiglo deljenje i ponovno korišćenje programskog koda, objekti potklase
pozivaju metode superklase, za obradu poruka, koje se odnose na nasleđena obilježja.
Ako se implementaciona struktura nekog obilježja superklase izmeni, moraju se,
na odgovarajući način, modifikovati strukture svih objekata potklase, kako bi
se na njih mogle primenjivati izmenjene metode superklase. Ovakvim povezivanjem
potklase sa superklasom, gubi se i osobina lokalnosti. Promjene u superklasi
izazivaju promjene u svim njenim potklasama.
Nasljeđivanje metoda
U hijerarhiji
nasleđivanja, potklase nasleđuju metode, definisane u njihovim superklasama.
Pri tome, nasleđene metode postaju dio interfejsa objekata potklase, tako da ih
objekti potklase mogu pozivati. Čak i ako metoda pripada superklasi, izvršava
se na objektu, koji je poruku primio, a ne na nekom objektu superklase.
ALGORITAM IZVRŠENJA PORUKE
POSTAVI K←P (* inicijalizacija tekuće
klase *)
POSTAVl i←0
RADI traženje_M DOK JE i = 0
AKO JE MÎMk TADA
IZVRŠI M
INAČE
AKO JE K je koren hijerarhije klasa TADA
POSTAVI i←1
(*greška, metoda M ne
postoji*)
INAČE
POSTAVI K←S
KRAJ AKO
KRAJ AKO
KRAJ RADI traženje_M
Slika 0.11.
Opšti algoritam
izvršenja poruke, poslate objektu potklase, zasnovan je na traženju
odgovarajuće metode u hijerarhiji klasa. Traženje počinje od potklase, čijem
objektu je poruka upućena. Ako ta klasa ne sadrži traženu metodu, traženje se
nastavlja u direktno nadređenoj superklasi. Neka je P potklasa objekta, koji je
primio poruku sa nazivom metode M, K tekuća klasa hijerarhije, Mk
skup metoda klase K, a S direktno nadređena superklasa tekuće klase K. Na slici
7.11. je prikazan pseudokod algoritma traženja metode M.
Nasleđena metoda
se, za potrebe potklase, može i modifikovati (redefinisati). Modifikovana
metoda superklase postaje dio implementacije potklase, tako da, saglasno
algoritmu sa slike 7.11, objekti potklase izvršavaju modifikovanu metodu, čak i
ako originalna i modifikovana metoda imaju iste nazive.
Primer
1.15. Klasa
Skup je potklasa klase Torba. Klasa Torba može, a klasa Skup ne smije sadržati
dva jednaka objekta. Metoda upiši_novi_elemenat klase Torba se, za potrebe
klase Skup, mora modifikovati tako da se, pre upisa novog elementa, proveri da
li takav element već postoji.
Neki put je
potrebno izvršiti originalnu, a ne modifikovanu metodu. U cilju izbegavanja
nejednoznačnosti, zbog istih naziva metoda, u objektno - orijentisanim jezicima
se koristi jedan od sledeća dva postupka:
• korišćenje
pseudopromjenljive super i
• kvalifikacija
metode putem imena klase.
U slučaju
korišćenja pseudopromjenljive super, poruka sa frazom super M ukazuje da
traženje metode M treba započeti od klase, direktno nadređene klasi, čijem
objektu je poruka upućena. Ako se koristi kvalifikacija metode, tada fraza S.M
ukazuje da traženje treba započeti od klase S.
Preklapanje naziva metoda
Jedan od važnih
koncepata objektne orijentacije je preklapanje naziva metoda. Preklapanje
naziva omogućava da se metode sa istim imenom, ali različitom semantikom i
implementacijom primjene na objekte različitog tipa. Međutim, preklapanje
naziva nije karakteristično samo za objektno - orijentisane programske jezike.
Primer
1.16. U
skoro svim programskim jezicima, aritmetičke operacije se koriste za sabiranje,
oduzimanje, množenje i deljenje bilo cijelih bilo brojeva u pokretnom zarezu,
mada su implementacije tih operacija za cele brojeve i brojeve u pokretnom
zarezu potpuno različite. U Pascalu, na primer, "+" znači: sabiranje,
povezivanje nizova i uniju skupova.
Kao dalja
ilustracija višestruke upotrebe, može poslužiti činjenica da, iako su
aritmetičke operacije binarne, one mogu lako da se primjene i kao operacije nad
nizovima brojeva. Neka su N1 i
N2 dva niza od n cijelih
brojeva. Tada se može definisati procedura
RADI sabiranje "i Î{1,...,n}
POSTAVI N[i]
= N1[i] + N2[i]
KRAJRADI
sabiranje.
Kao rezultat se
dobija niz N, čiji elementi predstavljaju zbir odgovarajućih elemenata nizova N1 i N2.
U konvencionalnim
programskim jezicima je preklapanje naziva dozvoljeno samo za neke operacije i
to na osnovnim tipovima podataka. U objektno - orijentisanim programskim
jezicima se preklapanje naziva dozvoljava za svaku metodu i za proizvoljne
tipove podataka. Preklopljene metode treba da se razlikuju bilo po broju bilo
po tipovima svojih argumenata. Kada se metoda sa preklopljenim nazivom pozove,
objektno - orijentisani sistem bira odgovarajuću implementaciju upoređujući
tipove argumenata u poruci sa tipovima argumenata, deklarisanim za metodu.
Povezivanje naziva metode sa specifičnom implementacijom se vrši ili statički,
prilikom prevođenja, ili dinamički, prilikom izvršavanja programa, što zavisi
od objektno - orijentisanog programskog jezika.
Dinamičko povezivanje
Dinamičko ili
kasno povezivanje znači da objektno - orijentisani sistemi povezuje naziv sa
kodom metode u trenutku izvršavanja programa, a ne prilikom njegovog
prevođenja. Naime, od klase, kojoj pripada objekat - primalac poruke, zavisi i
koji od programskih kodova sa istim nazivom će biti pozvan za izvršavanje.
Primer
1.17. Posmatra
se poruka c + c1 upućena objektno - orijentisanom sistemu. Da bi
utvrdio koja metoda stvarno treba da se primjeni, objektno - orijentisani
sistem šalje poruku "+ c1" objektu c. Objekat c proverava
da li se u njegovom interfejsu nalazi metoda sa nazivom "+" i
izvršava je. Pri tome, u proceduru te metode je ugrađena specifičnost postupka
sabiranja, karakteristična za tip podataka objekta c.
Dobra strana
dinamičkog povezivanju je da se njegovom primenom izbegava upotreba naredbi
uslovnog skoka (tipa AKO ... TADA ... INAČE) u cilju: ispitivanja tipa podataka
objekta - primaoca poruke i pozivanja odgovarajućeg programskog koda. Međutim, primjena
mehanizama preklapanja naziva i kasnog povezivanja dovodi do degradacije
performansi izvršavanja programa.
Parametarski polimorfizam
Polimorfizam je
sposobnost poprimanja različitih oblika. Kada je riječ o programskim jezicima,
polimorfizam ukazuje da iste (ne samo po imenu) operacije mogu da se primjene
na objekte različitog tipa. Saglasno tome, preklapanje naziva metoda
predstavlja jedan oblik polimorfizma. Parametarski polimorfizam je mnogo stroži
pojam od preklapanja naziva. Koristi tipove podataka kao parametre, koji se
prosleđuju metodi. Ti parametri informišu metodu nad kojim od generičkih tipova
podataka ona treba da se izvrši. To dalje znači:
• da se procedura metode definiše s obzirom
na proizvoljan tip podataka T, te da,
saglasno tome, može da se primjeni na različite tipove podataka i
• da se poruka objektu upućuje navođenjem
trojke m[T](i), gde je m ime metode, T tip podataka objekta - primaoca
poruke, a i njegov identifikator.
U poruci se
metodi prosleđuje stvarni tip podataka objekta - primaoca poruke kao parametar.
Taj stvarni tip podataka se posmatra kao generički tip podataka, nastao od
proizvoljnog tipa podataka T.
Primer
1.18. Neka
je m ime metode za sabiranje elemenata liste, a cl identifikator objekta
- liste sa cijelim brojevima, kao elementima. Sabiranje elemenata liste cl
se vrši upućivanjem poruke sa parametrom Int, kao specijalizacijom za
tip podataka T
m[Int](cl)
Ako su elementi
liste rl realni brojevi, poruka glasi
m[Real](rl)
Procedura metode m je pisana za sabiranje elemenata liste,
bez obzira na tip podataka tih elemenata. Liste sa cijelim ili realnim
brojevima su generički podtipovi liste sa proizvoljnim tipom podataka.
Osnovni efekat
korišćenja parametarskog polimorfizma je stvarno deljenje programskog koda. U
slučaju preklapanja naziva, samo je ime isto za, u suštini, različite
procedure.
Jedan pristup selektivnom
nasleđivanju
Najopštiji
pristup selektivnom nasleđivanju se realizuje uvođenjem pojmova: javne,
privatne i zaštićene osobine (obilježja, metode). Ukratko i bez pretenzija na
strogu preciznost, ako je osobina deklarisana kao:
• javna, tada
objekat bilo koje klase može da joj direktno: pristupi, da njome manipuliše ili
da je pozove,
• privatna, tada
samo objekti posmatrane klase mogu da joj direktno: pristupe, da njome
manipulišu ili da je pozovu,
• zaštićena, tada
samo objekti posmatrane klase i njenih potklasa mogu direktno: da joj pristupe,
da njome manipulišu ili da je pozovu.
Pri tome.
direktno korišćenje osobine se odnosi na pristupanje. manipulisanje i pozivanje
samo putem metoda klase, u kojoj je osobina inicijalno deklarisana.
I nasljeđivanje
može biti javno, privatno ili zaštićeno. Pri tome, ako je nasljeđivanje:
• javno, javne
osobine superklase postaju javne osobine potklase, a zaštićene osobine superklase
postaju zaštićene osobine potklase,
• zaštićeno,
javne i zaštićene osobine superklase postaju zaštićene osobine potklase,
• privatno, javne
i zaštićene osobine superklase postaju privatne osobine potklase. Privatne
osobine superklase se ne nasleđuju.
Opisani mehanizmi
selektivnog nasleđivanja su preciznije razrađeni i ilustrovani u tački 7.6,
posvećenoj operacijskoj komponenti objektno - orijentisanog modijela podataka.
Nasljeđivanje interfejsa
Nasljeđivanjem,
metode superklase postaju pristupačne objektima potklase. U suštini, nasljeđivanje
metoda znači širenje interfejsa objekata potklase nazivima metoda superklasa.
Nasljeđivanje se
koristi za specijalizaciju, za opisivanje specifičnih osobina nekog skupa
objekata. Objekti tog skupa predstavljaju modijele takvih entiteta, koji u
realnom sistemu predstavljaju podskup nekog drugog skupa entiteta. Modeli
entiteta tog drugog skupa predstavljaju objekte superklase. Između skupova
entiteta superklase i potklase važi relacija sadržavanja. Kardinalni broj skupa
entiteta potklase je manji od kardinalnog broja skupa entiteta superklase.
Međutim, nasljeđivanjem, interfejs objekata potklase postaje nadskup interfejsa
objekata superklase. Isto važi i za skupove obilježja potklase i superklase.
Saglasno tome, nasljeđivanje se može posmatrati ne samo kao specijalizacija,
već i kao proširenje.
Nasljeđivanje objekata
Nasljeđivanje se
odnosi samo na klase, ne i na objekte. Između skupova objekata potklase i
superklase ne mora važiti relacija sadržavanja, mada je u realnom sistemu svaki
entitet potklase i entitet superklase. Objektno - orijentisani jezici ne
podržavaju automatski relaciju sadržavanja između skupova objekata superklase i
potklase, već zahtjevaju da se o tome eksplicitno vodi računa pri pisanju
programa. Slika 7.12 ukazuje da između objekta op potklase P i
objekta os superklase S ne postoji nasljeđivanje.
Slika 0.12.
Slika 0.13.
Kada bi nasljeđivanje
objekata bilo dozvoljeno, tada bi objekat op nasleđivao stanje
objekta os za sva ona obilježja, koja klasa P nasljeđuje od klase S.
Tada bi za svaki objckat op klase P postojao jedan objekat os
klase S, od kojeg bi op nasleđivao stanje, slika 7.13. Pri tome, op
ne bi sadržao podatke, koje sadrži objekat os.
Primer
1.19. Na
slici 7.14 je predstavljena ideja nasleđivanja objekata za slučaj hijerarhije
Osoba - Zaposleni - Programer.
Slika 0.14.
Sistemi, koji
podržavaju nasljeđivanje objekata, nazivaju se prototipskim sistemima. Osnovna
ideja prototipskih sistema je da se, pri projektovanju modijela realnog
sistema, prvo definišu prototipski objekti, kao individualni slučajevi, a da se
prototipski objekti potom specijalizuju i generalizuju.
Višestruko nasljeđivanje
Ako svaka klasa
ima najviše jednu superklasu, tada je hijerarhija klasa struktura stabla. Neki
put je korisno za neku klasu da ima više superklasa. Tako se dolazi do
generalizacije hijerarhije klasa, koja se naziva usmijerenim acikličnim grafom.
Taj graf se naziva i latisom. U latisi klasa, jedna klasa može nasleđivati
osobine od više superklasa. To se naziva višestrukim nasljeđivanjem. Na slici
7.15 je nacrtana jedna latisa klasa. Da je riječ o latisi, a ne o stablu klasa,
govori činjenica da klasa R ima dvije superklase P i O.
Slika 0.15.
Primer
1.20. Posmatraju
se klase: Stanovnik, Zaposleni, Student i Zaposleni_Student. Klasa
Zaposleni_student ima dvije direktno nadređene i jednu tranzitivnu superklasu.
Direktno nadređene klase su: Zaposleni i Student. Zaposleni_Student nasljeđuje
osobine od sve tri klase. Na slici 7.16 je prikazana ova hijerarhija klasa i
jedna pojava klase Zaposleni_Student.
Slika 0.16.
Identitet
objekta
U objektno - orijentisanom modijelu podataka, svaki objekat dobija
identitet, koji mu je permanentno pridružen i ostaje nepromenjen, bez obzira na
promjene stanja objekta. Identitet je interna osobina objekta. Namena mu je da
reprezentuje objekat, bez obzira na to kako se objektu pristupa, šta sadrži ili
gde se nalazi. Identitet objekta je pojam, koji ne zavisi od hardvijersko -
softverskog okruženja i načina realizacije objekta.
Kada se kaže da je namena identiteta da reprezentuje objekat, želi se
ukazati da je cilj uvođenja identiteta objekta uvođenje takve karakteristike,
koja odražava onu bitnost objekta, kakvu posjeduju i realni entiteti.
Primer
1.21. Svaka
osoba, tokom vremena prolazi kroz niz strukturalnih promena. Rađa se, završava
školu, zapošljava se. Stiče nove osobine, kao što su: supružnik, deca, položaj
na poslu. Može doći do promjene imena, prezimena, broja zdravstvene knjižice.
Ipak, pri svim tim promenama, ostaje nešto što je jedinstveno, karakteristično
za svaku osobu, njen identitet, njena bitnost.
Identitet objekta pridružuje objektu, kao modijelu realnog entiteta,
osobinu bitnosti. Pored ovog, semantičkog značenja, identitet predstavlja i
mehanizam za povezivanje objekta sa drugim objektima. Jedan objekat postaje
komponenta drugih objekata tako, što se njegov identitet javlja kao Vrijednost
određenog obilježja tih drugih objekata.
Ako bi se želeli koristiti samo osnovni tipovi podataka za vrijednosti obilježja
objekta, a ne i identitet objekta, tada postoje dva rješenja. To su:
• replikacija podataka i
• strani ključ, kao u relacionom modijelu.
Oba rješenja imaju određene nedostatke. Korišćenje replikacije podataka
značajno komplikuje ažuriranje, jer predstavlja potencijalni izvor
nekonzistentnosti podataka. Neka su o1 i o2 objekti
klase, čiji tip objekta sadrži komponentu (X,T). T je tip objekta neke druge
klase. Neka je, dalje, t objekat tipa T i nekn važi da objekti o1 i
o2 imaju i treba da imaju iste X vrijednosti (o1X=t Ù o2X=t).
Ako se ažuriranjem izmeni X Vrijednost, recimo, objekta o1, mora se,
na isti način, izmeniti i X Vrijednost objekta o2. Ako se ta izmena
ne izvrši, baza podataka će ostati nekonzistentna. Ovakva, višestruka
ažuriranja predstavljaju ozbiljan problem u praksi.
Primer
1.22. Neka
je Zaposleni = ((Ime,Chr),(PRZ,Chr),(RAD_MES,Radno_Mesto)) tip objekta, čije obilježje
RAD_MES ima, kao domen, klasu RadnoMesto. Komponente tipa objekta Radno_Mesto
su (NAZRM,Chr) i (BRBOD,Int). Ako bi se koristila replikacija, tada bi dva
objekta klase Zaposleni imala sledeću strukturu:
((IME,Ana),(PRZ,Tot),(NAZRM,programer),(BRBOD,400)) i
((IME,Aca),(PRZ,Zec),(NAZRM,programer),(BRBOD,400)).
Ako, u realnom sistemu dođe do izmjene broja bodova za radno mesto
programer, tu izmjenu treba sprovesti u svim objektima klase Zaposleni, za koje
važi NAZRM = programer.
Rešenje, zasnovano na korišćenju stranog ključa, donosi sledeća dva
problema. Jedan je posledica činjenice da se sada podaci o jednom realnom
entitetu nalaze u više objekata. Povezivanje tih podataka zahtjeva primjenu
operatora prirodnog spajanja, a prirodni spoj je operacija, čije izvršavanje zahtjeva
dosta vremena. Drugi problem leži u činjenici da se vrijednosti ključa ne smijeju
modifikovati. To dalje eliminiše mogućnost korišćenja prirodnih obilježja klase
entiteta u ulozi ključa.
Primer
1.23. Obilježje
NAZRM se ne bi smijelo proglasiti ključem tipa objekta Radno_Mesto, jer se
nazivi konkretnih radnih mesta u realnom sistemu mogu, tokom vremena mijenjati.
Te izmjene bi dovele do značajnih intervencija u bazi podataka.
Uvođenjem identiteta objekta, ovi problemi se eliminišu. Prednosti
identitetu objekta i direktne reprezentacije kompleksnih objekata, opisani su u
narednom tekstu. Modeli, koji podržavaju identitet objekta. nazivaju se
"objektno - orijentisanim", mada se taj termin, strogo govoreći,
odnosi samo na one modijele koji podržavaju kompleksne objekte i inkapsulaciju.
Modeli, koji ne podržavaju identitet objekta, nazivaju se orijentisanim na vrijednosti.
Pojam identiteta objekta
Objekti se grade od objekata. Primitivni objekti, kao elementi osnovnih
tipova podataka. predstavljaju polazne gradivne elemente za formiranje
kompleksnijih objekata. Klase osnovnih tipova podataka su, po pravilu, ugrađene
u objektno - orijentisane programske jezike i druge objektno - orijentisane
sisteme, što znači da ih ne treba posebno deklarisati. Te klase, po pravilu,
nemaju svojih obilježja. Primitivnim objektima se ne pridružuju identiteti.
Smatra se da primitivni objekti identifikuju sami sebe, putem svoje vrijednosti.
Identitet neprimitivnog objekta se realizuje pridruživanjem jedinstvenog
identifikatora.
Za operacije sa identitetima objekata, uvode se dva osnovna predikata. To
su:
• predikat x==y, za proveru identičnosti objekata x i y i
• predikat x=y, za proveru jednakosti stanja objekata x i v.
Pri tome, identičnost dva objekta znači da imaju isti identitet i isto
stanje, a jednakost stanja ne implicira jednakost identiteta.
Primer
1.24. Broju
3, kao elementu klase Int, se identitet ne dodeljuje, jer ne mogu postojati dva
primitivna objekta 3. Oba suda, 3==3 i 3=3, su istinita.
Međutim, ako se objektu o1 = ((IME,Aca),(PRZ,Zec)) dodeli identifikator
i1, a objektu o2 = ((IME,Aca),(PRZ,Zec)) dodeli
identifikator i2, tada je o1==o2 neistinit
sud, a o1=o2 istinit sud.
Jedna od osnovnih pretpostavki objektno - orijentisanog modijela podataka
je da postoji neograničen skup identifikatora I={i1,i2,...},
takav da važi:
1° Samo jedan identifikator iÎI se pridružuje svakom neprimitivnom objektu, 2°
Identifikator iÎI se generiše i pridružuje objektu u trenutku
njegovog nastanka i ostaje mu pridružen bez obzira na izmjene njegovog stanja.
3° Svaki identifikator se može pridružiti jednom i samo jednom objektu.
Ako je identifikator generisan, on mora biti pridružen nekom objektu. Objekat i
njegov identifikator se ne mogu posmatrati odvojeno. Identifikator jedinstveno
identifikuje objekat i ostaje mu pridružen i traje dok objekat postoji.
Svaki objekat posjeduje sledeće tri osobine:
• objekat je pojava neke klase, čime je određen njegov tip,
• objektu je pridružen identifikator, putem kojeg se realizuje pojam
identiteta objekta i
• objekat posjeduje stanje, u notaciji (X1,i1),...,(Xn,in)),
gde je X obilježje klase, a i ili identifikator ili primitivni objekat. Ako je
o objekat tipa kolekcija, njegovo stanje je {i1,i2,...,im},
gde je i identifikator objekta u kolekciji.
Postoji više tehnika za grafičku reprezentaciju fizičke strukture
objekta. U ovom tekstu će se koristiti tehnika usmijerenih acikličnih grafova.
Svaki objekat predstavlja se kao čvor sa pridruženim identifikatorom, ili
pridruženom vrednošću primitivnog objekta. Potezima se pridružuju nazivi obilježja.
Primer
1.25. Neka
je objektu ((IME,Ana),(PRZ,Ban)) pridružen identifikator i1, objektu
((PRED,Matematika),(OCE,8)) identifikator i2,
((PRED,Fizika),(OCE,9)) i3, a objektu - skupu {i2,i3},
identifikator i4. Objekat sa podacima o studentu Ani, upisanoj u drugi
semestar i o njenim ispitima, ima oblik
i5((IME_I_PRZ,i1),(SEM,2),(ISPIT, i4)).
Posmatranom složenom objektu je pridružen identifikator i5.
Identifikatori predstavljaju vrijednosti svih onih obilježja, čiji domeni
sadrže neprimitivne objekte. Na slici 7.17 prikazana je moguća geometrijska
predstava fizičke strukture objekta Ana.
Slika 0.17.
Zahvaljujući postojanju identifikatora objekta, dozvoljeno je definisati
dva objekta, koji uzajamno sadrže jedan drugog kao komponente.
Primer
1.26. U
primeru 7.5 definisani su tipovi objekata:
TipKupca=((NAZIV,Chr),(ADRESA,Chr),(STANJE_RAC,Int),(PORUDŽBINE,
{TipPorudžbine})) i
TipPorudžbine=((BRP,Int),(KUPAC,TipKupca),(SADRŽI,{StavkaPorudžbine}).
Na prvi pogled, ova cirkularna veza izmeću pojava dva tipa objekta je
nedozvoljena, jer jedan objekat treba da predstavlja sam svoju komponentu.
Međutim, zahvaljujući postojanju identifikatora objekt, i takve strukture su
regularne. Pojava tipa objekta TipKupca sadrži, uz obilježje PORUDŽBINE,
identifikator - pokazivač na jedan objekat tipa kolekcija. Taj objekat tipa
kolekcija sadrži identifikatore - pokazivače na one pojave klase TipPorudžbine,
koje je izvršio posmatrani kupac. Svaka od ovih pojava klase TipPorudžbine,
sadrži, uz obilježje KUPAC, identifikator posmatrane pojave tipa objekta
TipKupca.
U objektno - orijentisanim programskim jezicima, identifikator je
pokazivač -memorijska adresa lokacije, u kojoj se objekat nalazi. Pokazivač je
jedna od mogućih implementacija identiteta. Treba naglasiti da između pojma
identiteta objekta i njegove implementacije, postoji fundamentalna razlika.
Identitet je semantički koncept.
Postupci za implementaciju
identiteta objekta
Postoji više postupaka za realizaciju identiteta objekta. U njih spadaju:
• virtuelne i fizičke adrese,
• korisnički nazivi i
• surogati.
Identifikator u obliku virtuelne ili fizičke adrese predstavlja brzo, ali
nefleksibilno rešenje. Brzo, jer se na osnovu adrese brzo dolazi do objekta.
Nefleksibilno, jer svaka promena lokacije za smiještaj objekta, zahtjeva i
promenu identifikatora. Sve ostale tehnike zahtjevaju primjenu indirektnog
pristupa objektu. Indirektni pristup objektu je posledica potrebe postojanja:
• tabele sa parovima (identifikator,adresa), za objekte u operativnoj
memoriji i
• indeksa (stabla traženja) sa parovima (identifikator,adresa), za
objekte na eksternoj memoriji.
Postupci, koji traže indirektni pristup su fleksibilniji, jer promena
lokacije ne dovodi do promjene identifikatora, ali zahtjevaju najmanje dva
pristupa pri traženju objekta. Najmanje jedan pristup tabeli ili stablu
traženja i jedan pristup samom objektu.
Pobrojana rješenja za realizaciju identiteta objekta se razlikuju još i
po tome što adrese i korisnički nazivi predstavljaju identifikatore, spolja
pridružene objektu. Nisu sastavni dio objekta. Surogat predstavlja sastavni dio
objekta, ali je to sistemski generisan identifikator, koji je nezavisan od
stanja objekta. Surogat ne treba poistovetiti sa ključem u relacionom modijelu
podataka.
Adresa kao identifikator
Korišćenje adrese u svojstvu identifikatora predstavlja, verovatno,
najjednostavniji postupak realizacije identiteta objekta. Generisanje novih
objekata se vrši dinamički u operativnoj memoriji, pri izvršavanju objektno -
orijentisanog programa. Kada neka klasa dobije naredbu da generiše novi
objekat, ona prvo rezerviše memorijski prostor - lokaciju za smiještaj tog
objekta, a adresu početka te lokacije proglasi za identifikator objekta. Nakon
toga, objekat se može preneti na eksternu memoriju, gde ostaje trajno
memorisan. Na eksternoj memoriji, objekat dobija drugi identifikator. Taj
identifikator je relativna ili apsolutna adresa lokacije na eksternoj memoriji.
Prilikom učitavanja objekta u operativnu memoriju, vrši se njegova transformacija
iz jedne u drugu reprezentaciju. Ta transformacija znači i učitavanje i
transformaciju svake komponente složenog objekta. Ne treba ispustiti iz vida da
objekat, kao direktne komponente, sadrži samo primitivne objekte, a umjesto
neprimitivnih objekata, sadrži njihove identifikatore.
Korisnički nazivi kao identifikatori
Dodijela korisničkih naziva je najčešći postupak pridruživanja
identifikatora objektima. Jedno rešenje ovog postupka je da se svakom objektu
dodeli jedinstveni naziv i da taj naziv bude jedinstven, bez obzira na klasu
objekta. Taj naziv postaje identifikator objekta. Ovakav postupak dodijele
identifikatora je fleksibilniji od postupka sa korišćenjem adrese, ali uvodi
potrebu indirektnog pristupa. Indirektni pristup se vrši putem takozvane tabele
objekata, koja sadrži parove (identifikator, adresa).
Slika 0.18.
Primer
1.27. Neka
je Zaposleni = ((IME_I_PRZ,Ime_i_prz),(PLT,400),(ADR, Adresa)) tip objekta
klase Zaposleni, gde su Ime_i_prz i Adresa, takođe klase. Neka je, pri
generisanju objekta sa podacima o zaposlenom Aci Caru, dodeljen identifikator:
• Aca odgovarajućem objektu klase Zaposleni,
• iAca odgovarajućem objektu klase Ime_i_prz i
• aAca odgovarajućem objektu klase Adresa.
Tada bi tabela objekata i sadržaji odgovarajućih lokacija u operativnoj
memoriji, mogli da se predstave kao na slici 7.18. Na slici su adrese
predstavljene kao potezi ka početku lokacije.
Neki objektno - orijentisani jezici, kao C++, koriste i adrese i
korisničke nazive za realizaciju identiteta objekta. Nazivi se koriste pri
generisanju objekata, a njihove adrese pri izgradnji kompleksnih objekata. Ako
je objekat komponenta nekog drugog objekta, tada taj drugi objekat sadrži
njegovu adresu, kao referencu na svoju komponentu.
Korišćenje naziva u svojstvu identifikatora, može dovesti do dodijele dva
različita naziva istom objektu. Do takve situacije može doći u slučajevima kada
isti objekat ima više uloga. Sama dodijela različitih naziva se realizuje putem
odgovarajuće naredbe programskog jezika. Jedini način da se kasnije ustanovi da
je riječ o istom objektu je primjena predikata za proveru identičnosti i
jednakosti.
Primer
1.28. Objektu
sa podacima o jednom studentu može biti dodeljen naziv s1, kada se
on posmatra kao najbolji student na drugoj godini, a naziv s2, kao
studentu koji se prijavio na konkurs za dodijelu stipendija. Primjena testa
jednakosti, s1=s2, je jedini način da se utvrdi da je riječ
o istom realnom entitetu.
Surogati
Surogati su globalno jedinstveni identifikatori. Za njih je
karakteristično:
• da ih generiše objektno - orijentisani sistem,
• da su potpuno nezavisni bilo od stanja bilo od adrese objekta,
• da predstavljaju integralni dio objekta,
• da se mogu koristiti za pristup objektima na eksternom memorijskom uređaju.
Surogat se uključuje u objekat kao Vrijednost specijalnog obilježja.
Pošto se surogat memoriše zajedno sa objektom, objekat se može premeštati iz
jedne lokacije u drugu, kopirati i replicirati, a da se njegov identifikator ne
promeni. Međutim, i korišćenje surogata dovodi do potrebe indirekcije u
adresiranju.
Primer
1.29. Na
slici 7.19 je data geometrijska reprezentacija tabele objekata i sadržaja
lokacija u operativnoj memoriji, za slučaj primjene surogata kao identifikatora
objekta klase Zaposleni iz primera 7.23.
Pojam surogata ne treba poistovećivati sa pojmom ključa relacionog modijela
podataka, mada postoje određene sličnosti. Razlike su u sledećem:
• Vrijednost ključa određuje korisnik i može joj pristupiti,
• Vrijednost ključa je jedinstvena samo u okviru jedne relacije - tabele,
• Vrijednost surogata generiše objektno - orijentisani sistem, krajnji
korisnik tu Vrijednost ne može videti i
• Vrijednost surogata je globalno, a ne lokalno jedinstvena.
Smatra se [KA] da primjena surogata, kao identifikatora, predstavlja
najbolje rešenje za realizaciju pojma identiteta objekta.
Slika 0.19.
Integritetna
komponenta objektno-orijentisanog modijela podataka
Putem transakcija, sistem za upravljanje bazom podataka preslikava jedno
konzistentno stanje baze podataka u drugo. Uslovi konzistentnosti baze podataka
se obično izražavaju putem predikata, koje treba da zadovolji tekuće stanje
baze podataka. Predikati se definišu i za objekte i za obilježja. Svi uslovi
integriteta baze podataka relacionog modijela podataka, kao što su:
• nula Vrijednost,
• integritet entiteta,
• referencijalni integritet i
• integritet domena
treba da budu zadovoljeni i u objektno - orijentisanoj bazi podataka.
Nula Vrijednost
Ograničenje posedovanja nula vrijednosti za određena obilježja se, u
objektno -orijentisanim sistemima:
• ili navodi eksplicitno u deklaraciji strukture tipa objekta klase,
• ili rešava u okviru metoda za konstruisanje objekata klase.
Deklarisanje u okviru strukture tipa objekta klase se vrši, ako objektno
- orijentisani jezik takvo deklarisanje podržava. Sintaksa te deklaracije
zavisi od objektno - orijentisanog programskog jezika. Koriste se fraze tipa
"required" ili "not null".
Ako se pitanje nula vrijednosti rešava u okviru metoda za konstruisanje
objekata klase, tada se za konstruisanje objekata uvodi više metoda. Jedna od
njih generiše objekte sa vrijednostima svih obilježja klase, a druge generišu
objekte sa vrijednostima samo nekog pravog podskupa skupa obilježja klase. Samo
obilježja, koja se inicijalizuju navođenjem nekih vrijednosti u svim metodama
za konstruisanje objekata klase, ne mogu imati nula vrijednosti.
Primer
1.30. Metode
za konstruisanje objekata su precizno i detaljno obrađene u tačkama 7.6.1 i
7.6.3. Na ovom mestu se samo neformalno ilustruje postupak za konstituisanje
objekata sa nula vrijednostima nekih obilježja.
Posmatra se tip objekta Osoba =((MBR,Int),(IME,Chr),(PRZ,Chr),(KTL,Int)),
gde jedino obilježje KTL (broj kućnog telefona) može imati nula Vrijednost.
Tada bi postojale dvije metode za konstruisanje objekata tipa Osoba. Jedna,
oblika Osoba(int, chr, chr, int), bi zahtjevala inicijalizaciju svih obilježja
klase. Druga, oblika Osoba(int, chr, chr), bi zahtjevala inicijalizaciju samo obilježja
MBR, IME i PRZ, pri konstruisanju objekta. U telu druge metode bi se moralo
precizno definisati kakav tip podataka i koju Vrijednost treba objektno -
orijentisani sistem da upiše kao nula Vrijednost za obilježje KTL. Pošto se
objekti klase Osoba mogu konstruisati samo primenom jedne od ovih metoda, svaki
od objekata bi imao ne nula vrijednosti za obilježja MBR, IME i PRZ.
Integritet entiteta
Identitet objekta je jedinstven, ali, po pravilu, nije pod kontrolom
korisnika. Identifikator, kao implementacija identiteta objekta, ne nosi
nikakvu dodatnu semantiku o objektu. Ne predstavlja ni uobičajeno sredstvo za
traženje određenog objekta u velikoj bazi podataka. Za korisnika je mnogo
pogodnije da vrši traženje na osnovu vrijednosti ključa.
Identitet objekta ne predstavlja zamenu za ključ, koji definiše korisnik.
Zbog toga, bez obzira na postojanje identiteta objekta, često je potrebno
obezbediti da vrijednosti nekog obilježja, recimo X, imaju jedinstvene i ne
nula vrijednosti u ekstenziji klase.
Postoje barem dva pristupa rešavanju problema integriteta entiteta u
objektno-orijentisanim sistemima. Prema jednom, definisanje integriteta
entiteta, kao ograničenja, vrši se navođenjem fraza tipa "unique" i
"required" pri opisivanju domena obilježja. Međutim, objektno -
orijentisani jezici, često, ne podržavaju takve fraze, tako da se definisanje
integriteta entiteta rešava u okviru metoda za konstruisanje objekata klasa.
Pošto klasa nema mehanizam za upravljanje svojom ekstenzijom, kontrola
integriteta entiteta, prema drugom postupku, zahtjeva generisanje odgovarajućeg
objekta tipa kolekcija, koji sadrži informaciju o ekstenziji posmatrane klase i
omogućava pristupanje svakom objektu klase. Pristupanje svakom objektu klase je
potrebno da bi se, pri generisanju novog objekta, moglo proveriti da li već
postoji objekat, koji ima istu X Vrijednost.
Pošto se u objektno - orijentisanom modijelu podataka ne postavljaju tako
stroga ograničenja u odnosu na obilježje, koje bi igralo ulogu ključa u nekom
drugom modijelu podataka, vrijednosti tog obilježja se mogu modifikovati. U
relacionom modijelu podataka, jedan razlog zabrane modifikovanja vrijednosti
ključa leži u činjenici da Vrijednost ključa igra ulogu identiteta objekta
(torke). Drugi razlog predstavlja potreba očuvanja važnosti referencijalnog
integriteta. Kao što je pokazano u narednoj tački, u objektno - orijentisanom
modijelu podataka se referencijalni integritet rešava putem identiteta objekta,
tako da ni uslov referencijalnog integriteta ne predstavlja razlog za zabranu izmjene
vrijednosti obilježja, koje igra ulogu ključa.
Referencijalni integritet
Kada je riječ o kompleksnim objektima, identitet objekta obezbjeđuje
uslov referencijalnog integriteta. Komponente neprimitivnog objekta sadrže ili
primitivne objekte ili identifikatore drugih objekata. Identifikatori drugih
objekata predstavljaju direktnu realizaciju referencijalnog integriteta. U ovom
slučaju. referencijalni integritet je posledica same strukture objekta, tako da
nema potrebe da se definiše poseban mehanizam za njegovu kontrolu.
Da bi se izbegli problemi pri brisanju objekta - komponente ili takva
promena stanja neprimitivnog objekta, pri kojoj Vrijednost referentnog obilježja
dobija nedefinisanu Vrijednost, potrebno je predvideti da referentno obilježje
može imati i nula Vrijednost.
Primer
1.31. Neka
je dat tip objekta Zaposleni =((IME_I_PRZ, Ime_i_prz),
(PLT,Int),(RAD_MES,Radno_Mesto)). Da bi se izbegli problemi sa neraspoređenim
radnicima, pri deklarisanju obilježja RAD_MES, ne treba zabraniti nula vrijednosti.
Kontrola referencijalnog integriteta između objekata potklase i objekata
superklase, u objektno - orijentisanom modijelu podataka predstavlja otvoreno
pitanje. Nasljeđivanje objekata ne postoji, te nije podržano ni preslikavanje
sa skupa objekata potklase u skup objekata superklase. Čak i ako postoji
objekat superklase, koji bi prema svom stanju
mogao biti slika posmatranog objekta potklase, to su dva objekta sa
različitim identifikatorima. Jednakost stanja objekta superklase i dijela
stanja objekta potklase se može proveriti, ali obezbediti modifikaciju jednog
pri promeni drugog, nije jednostavan zadatak.
Sljedeći postupak predstavlja mogućno rešenje problema kontrole
referencijalnog integriteta između objekata potklase i objekata superklase.
Neka je Sup superklasa, Pot potklasa, a Ekst_Sup objekat tipa kolekcija, koji
sadrži objekte superklase. Neka je XZ skup obilježja klase Sup, YZ skup obilježja
klase Pot, gde je Z skup zajedničkih obilježja. U cilju sprovođenja kontrole
integriteta, uvodi se nova klasa Veza sa tipom objekta ((SUP,Sup), (POT,Pot)),
čiji objekti o zadovoljavaju uslov o.SUP[Z] = o.POT[Z]. Drugim riječima, jedan
objekat klase Veza sadrži identifikatore po jednog objekta klase Pot i jednog,
njemu odgovarajućeg, objekta klase Sup. Takođe se uvodi novi objekat Ekst_Veza
tipa kolekcija, koji sadrži identifikatore objekata tipa Veza. Pri generisanju
svakog novog objekta op klase Pot, proverava se da li objekat
Ekst_Sup već sadži identifikator objekta os, takvog da važi Op.Z
= os.Z. U slučaju potvrdnog odgovora, generiše se odgovarajući
objekat klase Veza, a identifikator tog objekta se uključuje i u objekat
Ekst_Veza. Inače, prvo se generiše novi objekat klase Sup, pa objekat klase
Veza. Objekat Ekst_Veza obezbjeđuje preslikavanje sa skupa objekata potklase u
skup objekata superklase, a koristi se:
• pri modifikaciji nekog obilježja iz Z, bilo u op, bilo u os
da bi se ista izmena izvršila i u onom drugom i
• pri brisanju objekta os klase Sup, da bi se izbrisao i
odgovarajući objekat op klase Pot, kada se briše i objekat (ios,iop)
u klasi Veza.
Slika 0.20.
Objekti Ekst_Sup i Ekst_Veza su potrebni kao mehanizmi za upravljanje
ekstenzijama klasa Sup i Veza. Na slici 7.20 je prikazana ideja opisane
realizacije kontrole referencijalnog integriteta, a na slici 7.21 je dat
pseudokod opisanog postupka obezbeđenja uslova za kontrolu referencijalnog
integriteta. Pri tome, pretpostavka je da metoda za konstruisanje
objekata klase Sup upisuje identifikator novog objekta u objekat
Ekst_Sup, a metoda za generisanje objekata klase Veza, upisuje identifikator
novog objekta u objekat Ekst_Veza.
POSTUPAK OBEZBEĐENJA REFERENCIJALNOG INTEGRITETA
KONSTRUIŠI novi objekat (y, z) klase Pot
POSTAVI idpot = identifikator novog objekta
POSTAVI int <- 0 (*int je indikator uspješnosti traženja*)
RADI traženje_objekta_tipa_Sup "iÎEkst_Sup DOK JE int = 0
AKOJE Oidpot.Z = Oi.Z
TADA (*oi je objekat klase Sup sa identifikatorom i*)
POSTAVI int <- 1
POSTAVI idsup = i
INAČE
KRAJ AKO
KRAJ RADI traženje_objekta_tipa_Sup
AKO JE int = 0 TADA
KOSTRUIŠI novi objekat (x, z)
klase SUP
POSTAVI idsup = identifikator
novog objekta
INAČE
KRAJ AKO
KONSTRUIŠI novi objekat (idpot, idsup) klase Veza
Slika 0.21.
Integritet domena
Integritet domena je specifikacija određenih ograničenja, koja vrijednosti
obilježja treba da zadovolje. Ta ograničenja mogu bili kompleksnija od onih,
opisanih u drugoj glavi ove knjige, jer domen u objektno - orijentisanom modijelu
podataka može biti klasa sa proizvoljno kompleksnom strukturom objekata.
Jedan od načina za kontrolu integriteta domena u objektno - orijentisanom
modijelu podataka je da se definiše takva potklasa neke postojeće klase, čiji
objekti će uzimati samo dozvoljene vrijednosti, pa da se ta potklasa proglasi
za domen obilježja.
Primer
1.32. Neka
je dato obilježje OCE i ograničenje 5£OCE£10. Tada se može definisati klasa Ocena, kao potklasa
klase Int, tako da objekti iz klase Ocena uzimaju vrijednosti iz segmenta
[5,10].
Operacijska
komponenta objektno - orijentisanog modijela podataka
U prvoj polovini devedesetih godina, veći broj objektno - orijentisanih
programskih jezika je ušao u svakodnevnu upotrebu. U te jezike svakako spadaju:
Smalltalk, C++, Visual Basic,... Svi ti jezici se, u preovlađujućem obimu,
koriste baš kao programski jezici, a ne kao jezici podataka za deklarisanje
struktura i za manipulisanje objektno - orijentisanim bazama podataka. Za takve
primjene, koje zahtjevaju formiranje i korišćenje baze podataka na eksternom
memorijskom uređaju, potrebno je uvesti određena proširenja, koja se, pre svega
odnose na mehanizme za razmenu podataka između programa i baze podataka. U
trenutku pisanja ove knjige, ta proširenja se, još uvek nalaze u
eksperimentalnoj ili razvojnoj fazi.
Od pomenutih programskih jezika, C++ se nameće kao jedan od ozbiljnih
kandidata, koji će poslužiti za realizaciju operacijske komponente objektno -
orijentisanih baza podataka. Zbog toga je izvršeno opredijelenje da se putem
njegove sintakse ilustruju postupak za deklarisanje i realizaciju koncepata
objektno - orijentisanog modijela podataka.
Jezik C++ je danas svakako najpopularniji objektno-orijentisani jezik
opšte namene. To je veoma moćan, fleksibilan jezik, udoban za programiranje.
Programjeri su ga veoma rado i brzo prihvatili, baš kao i njegovog prethodnika
- jezik C. Nažalost, C++ nije nimalo jednostavan jezik. Ponekad se čoveku učini
da je to jezik bez granica i da ga ne može lako sagledati u cijelini. Jezik C++
nije čisti objektno-orijentisani programski jezik koji bi korisnika
"naterao" da ga koristi na objektno-orijentisani način. Može se
koristiti i kao "malo bolji C". Treba ga koristiti kao sredstvo za
implementaciju objektno-orijentisanog modijela i kao smijernice za razmišljanje
o problemu.
U cilju ilustracije operacijske komponente objektno-orijentisanog modijela
podataka nije neophodno poznavati sve detalje jednog tako složenog jezika kao
što je C++, već je potrebno pravilno upotrebljavati one delove koji su u datom
trenutku potrebni. Potrebno je da čitalac uoči šta se sve može uraditi u jeziku
C++ i kako se to radi, bez insistiranja na sintaksi, kada za to ne postoji
potreba. Cilj ove tačke nije programiranje u jeziku C++, pa se, u skladu sa
tim, neće detaljno razmatrati organizacija programa, povezivanje i osnovni
koncepti jezika C++, a posebno oni nasleđeni iz jezika C. Ta pitanja se
razmatraju u literaturi, na primjer[Str,Mi]. Razmatranja će se ograničiti samo
na objektno-orijentisane koncepte jezika C++, kao primjeroperacijske komponente
objektno - orijentisanog modijela.
Najvažniji objektno-orijentisani koncepti jezika C++ opisani i
ilustrovani u ovoj tački su:
• klase,
• preklapanje operatora,
• nasljeđivanje i
• generički mehanizam.
U primjerima, neki dijelovi programskog teksta su samo skicirani i
ispisani na srpskom jeziku (kurzivom) tako da se mogu lako razlikovati od
ostalog teksta na engleskom jeziku, koji predstavlja gotov programski kod.
Ključne riječi jezika C++ su, u primjerima, pisane masnim slovima.
Klase
Klasa je osnovna organizaciona jedinica programa u objektno-orijentisanom
jeziku C++. Konceptom klase se u jeziku C++ realizuju principi apstrakcije i
inkapsulacije. Klasom se definiše tip u programu. Klasa se definiše navođenjem
deklaracije klase, kojom se u program uvodi ime klase kao ime novog,
korisničkog tipa. Grupisanjem podataka i funkcija u jedinstvenu strukturi koja
realizuje novi tip, podržava se princip apstrakcije tipa, kao jedinstvene
strukture podataka i operacija nad njom.
Primer
1.33. U
primeru 7.5 uvedena je klasa Osoba, čije pojave imaju svojstva: ime, prezime,
zanimanje i platu i koja se mogu predstaviti obeležjima IME, PRZ, ZAN, PLT.
Svaka pojava klase treba da odgovori na akciju, koja traži da se osoba zaposli,
da se osobi poveća plata, da se osobi prikaže plata, da se osoba predstavi
(prikaže osnovne podatke o sebi) ili da se osoba penzioniše. Ove akcije se mogu
predstaviti funkcijama Zaposli, Povećaj_platu, Prikaži_platu, Prikaži_podatke i
Penzioniši. U jeziku C++ ova klasa može se predstaviti na sljedeći način:
// Deklaracija klase
class Osoba {
tip_podataka_koji_sadrži_ime_Osobe IME;
tip_podataka_koji_sadrži_prezime_Osobe PRZ;
tip_podataka_koji_sadrži_zanimanje_Osobe ZAN;
tip_podataka_koji_sadrži_platu_Osobe PLT:
public:
funkcija Zaposli();
funkcija Povecaj_platu():
funkcija Prikazi_platu();
funkcija Prikazi_podatke();
funkcija Penzionisi();
};
U narednom dijelu teksta objašnjavaju se koncepti i ključne riječi jezika
C++, koji su uvedeni u prethodnom primeru. Na samom početku primera prikazana
je upotreba komentara u jeziku C++. Svi znaci iza duple kose crte (//), pa do
kraja ređa predstavljaju komentare programera i ne utiču na rad programa.
Ključna riječ class jezika C++ označava da se počinje sa deklaracijom
klase. Deklaracija u jeziku C++ predstavlja iskaz kojim se neko ime uvodi u
program. Time se prevodiocu "objašnjava" šta predstavlja ime koje se
njime uvodi i omogućava mir se da zna kako se to ime može koristiti u programu.
Deklaracija klase uvodi ime - identifikator klase u program pomoću riječi koja
sledi iza ključne riječi class. Sama deklaracija klase nalazi se izmedu para
vitičastih zagrada ({}) i obuhvata obilježja i metode. Deklaracija obuhvata
"spoljni" izgled klase odnosno interfejs klase. Elementi, navedeni u
deklaraciji klase, nazivaju se članovima klase. Metode se u jeziku C++
realizuju funkcijama. Funkcija, koja je dio klase, naziva se funkcija članica.
Deklaracija klase završava se znakom tačka-zarez (;). Ova deklaracija ne
obuhvata specifikaciju šta treba da uradi svaka od funkcija. Deklaracija sadrži
informaciju da klasa posjeduje funkciju i da se ona može izvršiti za svaki
objekat klase. Telo funkcije je programski kod, koji se posebno definiše, van
deklaracije klase, iskazom koji se naziva definicija funkcije. Definicija,
generalno, predstavlja iskaz, kojim se stvarno rezerviše memorijski prostor za
neku promenljivu ili daje telo funkcije.
Primer
1.34.
// Definicija funkcije
//...
funkcija Osoba::Prikazi_platu() {
ispiši platu osobe u riječenici
"Osoba... ima platu... din".
}
//...
Izraz "Osoba::" u definiciji funkcije u prethodnom primeru
označava da funkcija Prikazi_platu pripada klasi Osoba. Telo funkcije je, u
ovom primeru, opisano tekstom, a nalazi se između para vitičastih zagrada ({}).
Svaka funkcija vraća rezultat, koji je određeni tip podataka. Tip podatka
rezultata funkcije navodi se ispred identifikatora funkcije i u konkretnim primjerima,
umjesto riječi "funkcija", treba da stoji tip podatka. U prethodnom
primeru, izraz "Osoba::Prikazi_platu()", predstavlja identifikator
funkcije.
Niz znakova "// ...", korišćen u prethodnom primeru, označava
postojanje određenog programskog teksta koji, s obzirom na cilj uvođenja
primera, nema neku posebnu ulogu, ali je njegovo postojanje neophodno zbog
kompletnosti primera. Ista notacija primenjivaće se i u narednim primjerima.
U cilju obezbeđenja inkapsulacije, pristup članovima klase kontroliše se
deklaracijom javnih, privatnih i zaštićenih članova. Javnim članovima mogu
pristupiti svi korisnici klase. Privatnim članovima mogu pristupiti samo
funkcije članice klase. Zaštićenim članovima mogu pristupiti i članovi
nasleđene klase. Upotrebom ključnih riječi public, private i protected unutar
deklaracije klase članovi klase se deklarišu, redom, kao javni, privatni ili
zaštićeni.
Tipovi podataka koje podržava jezik C++ mogu se klasifikovati u dvije
grupe: ugrađeni i korisnički. Ugrađeni tipovi su tipovi podataka koji postoje u
samom jeziku i obuhvataju osnovne tipove podataka (char, int, float, double,
enum, void) i dio izvedenih tipova (nizovi, reference, pokazivači, konstante,
funkcije). Korisnički tipovi su tipovi podataka koje definiše programer. Grupa
korisničkih tipova obuhvata drugi dio izvedenih tipova (klase, strukture,
unije). Većina osobina tipova podataka nasleđena je iz jezika C, pa se u ovom
tekstu neće detaljnije objašnjavati. Objašnjenja će se ograničiti samo na
tipove podataka koji se koriste u primjerima.
Klasa predstavlja tip za koji se mogu kreirati pojave. Ako je klasa tip,
objekat se može smatrati promenljivom tog tipa u programu. Objekti date klase
se u programu kreiraju i koriste na način prikazan u sledećem primeru.
Primer
1.35.
// U programu se deklarišu promjenljive tipa Osoba:
Osoba Ivo;
// a zatim se koriste poruke:
Ivo.Zaposli(); //
poziv funkcije Zaposli objekta Ivo;
Ivo.Povecaj_platu(): //
poziv funkcije Povecaj_platu objekta Ivo;
Ivo.Prikazi_platu(); //
poziv funkcije Prikazi_platu objekta Ivo;
Ivo.Prikazi _podatke(); //
poziv funkcije Prikazi podatke objekta Ivo;
Ivo.Penzionisi(); //
poziv funkcije Penzionisi objckta Ivo.
Pošto objekat ima neko svoje unutrašnje stanje, koje treba uspostaviti na
određen način na početku života objekta, potrebno je obezbediti mehanizam da se
objekat, automatski, po nastanku dovede u ispravno početno stanje. Proces
kreiranja objekta u vreme izvršavanja programa i njegovo dovođenje u ispravno
stanje predstavlja njegovu inicijalizaciju.
Funkcije klase koje obezbjeđuju inicijalizaciju objekata klase nazivaju
se konstruktorima. Konstruktor je specijalna funkcija članica klase koja se
implicitno poziva pri kreiranju objekata klase. Konstruktor ima isto ime kao i
klasa, nema tip koji vraća, može imati argumente i može se preklopiti, što
znači da klasa može posedovati više konstruktora sa različitim tipovima
argumenata. U jeziku C++ postoji mogućnost da se za jedno ime funkcije navede
više različitih deklaracija i tada se za to ime kaže da je preklopljeno. To
praktično znači da je moguće deklarisati i definisati više različitih funkcija
sa istim identifikatorom.
Primer
1.36. Konstruktor
u klasi Osoba iz primera 7.32. može se deklarisati na sljedeći način:
// Deklaracija klase
class Osoba {
tip_podataka_koji_sadrži_ime_Osobe IME;
tip_podataka_koji_sadrži_prezime_Osobe PRZ;
tip_podataka_koji_sadrži_zanimanje_Osobe ZAN;
tip_podataka_koji_sadrži_platu_Osobe PLT:
public:
//konstruktor
funkcija Osoba(argumenti: za ime,
prezime, zanimanje i platu);
funkcija Zaposli();
funkcija Povecaj_platu():
funkcija Prikazi_platu();
funkcija Prikazi_podatke();
funkcija Penzionisi();
};
// Definicija konstruktora
//...
funkcija Osoba::Osoba(argumenti: za ime, prezime, zanimanje i platu) {
smijesti argumente za ime, prezime, zanimanje i platu u obilježja IME,
PRZ, ZAN, PLT;}
//...
Objekti date klase se u programu kreiraju i koriste na sledeči način:
// U programu se inicijalizuju promjenljive tipa Osoba:
Osoba Ivo ("Ivo","Ban","programer",4OO);
// a zatim se koriste poruke:
Ivo.Zaposli(); //
poziv funkcije Zaposli objekta Ivo;
Ivo.Povecaj_platu(); //
poziv funkcije Povecaj_platu objekta Ivo;
Ivo.Prikazi_platu(); //
poziv funkcije Prikazi_platu objekta Ivo;
Ivo.Prikazi_podatke(); //
poziv funkcije Prikazi_podatke objekta Ivo;
Ivo.Penzionisi(); //
poziv funkcije Penzionisi objekta Ivo.
Moguće je definisati i funkciju članicu klase, koja će se automatski
pozivati kada objekat prestaje da postoji. Ova funkcija naziva se destruktor.
Konstruktora za jednu klasu može biti više, dok je destruktor samo jedan i
funkcija destruktora se ne može eksplicitno pozvati. Destruktor se takođe zove
isto kao i klasa, ali ispred njega dolazi poseban znak "~".
Destruktor nema tip koji vraća, nema argumente i ne može se preklopiti. Redoslijed
poziva destruktora je obrnut od redoslijeda poziva konstruktora.
Primer
1.37. Destruktor
u Klasi Osoba iz primera 7.35. se deklariše na sljedeći način:
// Deklaracija klase
class Osoba {
tip_podataka_koji_sadrži_ime_Osobe IME;
tip_podataka_koji_sadrži_prezime_Osobe PRZ;
tip_podataka_koji_sadrži_zanimanje_Osobe ZAN;
tip_podataka_koji_sadrži_platu_Osobe PLT:
public:
//konstruktor
funkcija Osoba(argumenti: za
ime, prezime, zanimanje i platu);
//destruktor
funkcija ~Osoba();
funkcija Zaposli();
funkcija Povecaj_platu():
funkcija Prikazi_platu();
funkcija Prikazi_podatke();
funkcija Penzionisi();
};
Nakon ovog početnog upoznavanja sa strukturom jezika C++ i objašnjenja za
određene ključne riječi, u sledećem primeru klase će se deklarisati bez
navođenja programskog teksta na srpskom jeziku.
Primer
1.38. Klase
iz primera 7.5
TipArtikla = ((NAZIV,
Chr), (IDA , Int))
StavkaNarudžbine =
((ARTIKAL, TipArtikla), (KOLIČINA, Int)).
TipKupca = ((NAZIV, Chr),
(ADRESA, Chr), (STANJE_RAČ, Int), PORUDŽBINE,
{TipPorudžbine})).
TipPorudžbine = ((BRP,
Int), (KUPAC, TipKupca), (SADRŽI, StavkaNarudžbine}).
mogu se deklarisati u
jeziku C++ na sljedeći način:
class TipArtikla {
char NAZIV[35];
int IDA;
public:
TipArtikla ();
~TipArtikla();
//...
class StavkaNarudzbine {
TipArtikla ARTIKAL;
int KOLICINA;
public:
StavkaNarudzbine ();
~StavkaNarudzbine();
//...
};
class TipKupca {
char NAZIV[35];
char ADRESA[20];
int STANJE_RAC;
TipPorudzbine PORUDZBINE;
public:
TipKupca ();
~TipKupca();
//...
class TipPorudzbine {
int BRP;
TipKupca KUPAC;
StavkaNarudzbine SADRZI;
public:
TipPorudzbine ();
~TipPorudzbine();
//...
};.
U prethodnom primeru
ključne riječi char i int označavaju osnovne tipove podataka. U programskom
jeziku C++ niz znakova se smiješta u memoriju kao jednodimenziona tabela tipa
char kojoj se na kraju dodaje nula-znak "\0". Pošto u jeziku ne
postoje operatori za operacije nad nizovima znakova, da bi se taj niz znakova
mogao obrađivati, potrebno mu je dodeliti pokazivač, koji pokazuje na početak
niza. Deklaracija tipa char * označava izvedeni tip pokazivača na promjenljive
tipa char. U primeru 7.37, deklaracija char *NAZIV deklarisala bi promenljivu
NAZIV kao pokazivač. Ovaj podatak pokazuje na adresu u memoriji, u kojoj je smiještena
neka promenljiva tipa char. U praktičnom radu se, deklaracija promenljivih tipa
char pomoću pokazivača, često koristi. Deklaracija pomoću nizova znakova je
preglednija i jednostavnija sa stanovišta primera u tekstu.
Preklapanje operatora
Operatori ugrađeni u jezik
C++ mogu se definisati za korisničke tipove (klase). Preklapanje operatora je
definisanje novog značenja za neki operator u programu. Preklopljeni operator
se definiše kao funkcija čije je ime taj operator, iza čega sledi spisak
parametara i telo same funkcije.
Primer
1.39. Preklapanje
operatora se može ilustrovati na klasi Datum:
class Datum {
int DAN,MESEC,GODINA;
public:
Datum(int, int, int);
Datum operator + (int);
//...
};
Datum:: Datum (int D, int
M, int G) {
DAN = D;
MESEC = M;
GODINA = G;
}
Datum Datum::operator +
(int n) {
// Programski kod za
preklopljeni operator +
// n - broj dana
// Aproksimativni
algoritam
int D,M,G;
G = n/365;
M = (n-G*365)/30;
D = n - G * 365 - M * 30;
GODINA = GODINA + G;
MESEC = MESEC + M;
DAN= DAN + D;
}
void main (){
Datum Danas (6,11,1995); // poziv konstruktora;
Danas = Danas + 10; // Danas je 16. 11.
1995
Danas.operator+ (5); // Danas je
21.11.1995
//...
}.
U prethodnom primeru
preklopljen je ugrađeni operator + za korisnički tip Datum. Ovaj primjerobezbjeđuje
vršenje operacije sabiranja celog broja sa korisničkim tipom Datum. Primjerje
namenjen za ilustraciju preklapanja operatora, pa je u tom cilju i u cilju
jednostavnosti implementacije, primenjen aproksimativni algoritam, koji
pretpostavlja da sve godine imaju 365 dana i da svi meseci imaju po 30 dana. U
primeru su uvedene i dvije nove ključne riječi void i main. Tip void je poseban
ugrađeni tip koji predstavlja prazan skup vrijednosti. Ne postoje objekti ovog
tipa već se on koristi za formiranje izvedenih tipova. Upotrebljava se kao tip
rezultata funkcije koje ne vraćaju nikakvu Vrijednost ili kao tip pokazivača
koji mogu da ukazuju na bilo koji objekat u memoriji. Obavezna funkcija main
predstavlja glavni program. Program počinje izvršavanje pozivom funkcije sa
identifikatorom main.
Nasljeđivanje
Nasljeđivanje u jeziku C++
realizuje se konceptom izvedenih klasa. Izvođenje klasa je koncept jezika C++
koji definiše izvedenu klasu K1 (potklasu) iz klase K2 (superklase), kao klasu
čiji objekti imaju sve članove superklase i one članove koji su eksplicitno
deklarisani u potklasi.
Primer
1.40. Klase
iz primera 7.7 se, korišćenjem koncepta izvođenja, mogu deklarisati na sljedeći
način:
class Date {
//... Deklaracija tipa
Date
}
class Money {
//... Deklaracija tipa
Money }
class Progjez {
//... Deklaracija tipa
Progjez }
class Osoba {
char IME[15];
char PRZ[20];
Date DAT_ROD;
void Prikazi_godine();
public:
Osoba();
~Osoba();
void Prikazi_ime();
void Prikazi_prezime();
void Izmeni_prezime();
};
class Zaposleni : public
Osoba {
Money PLATA;
public:
Zaposleni(); // Preuzima ulogu metode zaposli iz primera
7.7;
~Zaposleni(); // Preuzima ulogu metode otpusti iz primera 7.7
void Povecaj_platu();
void Prikazi_platu();
};
class Programer : public
Zaposleni {
Prog_jez PROGJEZ;
public:
Programer();
-Programer();\
//..
};.
Potklasa se deklariše
neobaveznim navođenjem jedne od ključnih riječi public, protected ili private i
obaveznim navođenjem naziva superklase iza znaka ":" u zaglavlju
deklaracije klase. Upotrebom ključnih riječi public, protected i private
deklariše se javno, zaštićeno i privatno izvođenje. Ključna riječ public u
zaglavlju deklaracije potklase znači da javni i zaštićeni članovi superklase
ostaju javni i zaštićeni članovi potklase. Javnim i zaštićenim članovima
superklase se iz funkcija potklase pristupa neposredno kao i sopstvenim
članovima. Zaštićenim izvođenjem, javni i zaštićeni članovi superklase postaju
zaštićeni članovi potklase, a privatnim izvođenjem javni i zaštićeni članovi
superklase postaju privatni članovi potklase.
Objekti potklase nasleđuju
sva obilježja superklase, bez obzira na način izvođenja i posjeduju svoje
posebne članove koji su navedeni u deklaraciji potklase. U zavisnosti od načina
izvođenja, pristup određenim nasleđenim članovima potklase je na nekim mestima
u programu dozvoljen ili ne. Potklasa ne nasljeđuje konstruktore, destruktore
i, ako postoji, funkciju članicu operator= superklase.
U prethodnom primeru
većina funkcija članica je zbog jednostavnosti deklarisana kao funkcije bez
argumenata koje ne vraćaju nikakvu Vrijednost.
Primer
1.41. Na
slici 7.10 su prikazana obilježja klase Osoba, njene potklase Zaposleni i jedan
objekat klase Zaposleni. Objekat potklase Zaposleni se kreira na sljedeći
način:
class Money {
//.. Deklaracija tipa
Money
}
class Osoba {
char IME[15];
char PRZ[20|;
int STAROST;
public:
Osoba(char,char,int);
~Osoba();
};
class Zaposleni : public
Osoba {
Money PLT;
Char RAD_MES[20];
Char ODEL[20];
public:
Zaposleni(char,char,int,int,char,char);
~Zaposleni();
};
void main () {
//...
// Negde u programu
Zaposleni Ana
("Ana", "Car", 23, 400, "progr.".
"AOP");
//...
}.
Objekat Ana se kreira
pozivom konstruktora Zaposleni. Pri kreiranju objekta potklase, prvo se bira
jedan od konstruktora potklase, koji će se pozvati. Pre izvršenja tog
konstruktora, poziva se konstruktor superklase. Konstruktor superklase se bira
prema argumentima navedenim u zaglavlju konstruktora potklase iza znaka
":". Izraz iza ":" se naziva inicijalizatorom. Konstruktor
superklase inicijalizuje onaj dio objekta potklase, koji sadrži vrijednosti obilježja
superklase. Zatim se inicijalizuju obilježja potklase redoslijedom kojim su
deklarisana. Na kraju se izvršava telo konstruktora potklase. Definicija
konstruktora klase Zaposleni prikazana je u sledećem primeru.
Primer
1.42.
// DEfinicija konstruktora
//...
void Zaposleni::Zaposleni(
char IME[15], char PRZ[20], int STAROST[20], int PLT, char RAD_MES[20], char
ODEL[20]) : Osoba (IME[S], PRZ[20], STAROST[20]) {
//... Telo konstruktora
}
// ...
Redoslijed izvršavanja
destruktora je suprotan redoslijedu izvršavanja konstruktora. Prvo se izvršava
destruktor potklase, zatim se ukidaju članovi suprotno redoslijedu
inicijalizacije i na kraju se poziva destruktor superklase.
Jezik C++ omogućava da
neka klasa u isto vreme bude izvedena iz više klasa. Tada svaki objekat
potklase nasljeđuje sve članove svih svojih superklasa. Višestruko nasljeđivanje
se, slično kao i jednostruko, realizuje konceptom višestrukog izvođenja. Klasa
se može izvesti iz više superklasa. Potklasa se višestruko izvodi tako što se u
zaglavlju njene deklaracije navode imena njenih superklasa, razdvojene zarezom.
Značenje ključnih riječi public, protected i private je isto kao i kod
jednostrukog izvođenja.
Primer
1.43. Posmatraju
se klase: Stanovnik, Zaposleni, Student i Zaposleni_Student. Klasa
Zaposleni_student ima dvije direktno nadređene i jednu tranzitivnu superklasu.
Direktno nadređene klase su: Zaposleni i Student. Zaposleni_Student nasljeđuje
osobine od sve tri klase. Na slici 7. 16 je prikazana ova hijerarhija klasa i
jedna pojava klase Zaposleni _Student.
class Stanovnik {
//...
};
class Zaposleni : public
Stanovnik {
//...
};
class Student : public
Stanovnik {
//...
};
class Zaposleni_Student :
public Zaposleni, public Student {
//...
};.
Generički mehanizam
Generički mehanizam u
jeziku C++ omogućava generisanje klasa i funkcija. Ovaj mehanizam realizuje se
pomoću šablona (template). Šabloni klasa uvode u program parametrizovane tipove.
Generički mehanizam omogućava da se u programu automatski generišu klase i
funkcije prema datom šablonu. Šablon predstavlja definiciju klase ili funkcije,
koja u sebi sadrži kao formalne argumente tipove podataka. Te tipove podataka
će, u fazi generisanja konkretne klase ili funkcije, zameniti konkretni tipovi.
Klase i funkcije generisane iz istog šablona imaju istu realizaciju, ali
manipulišu različitim tipovima.
Primer
1.44. Neka
je kreirana klasa Zaposleni i neka je potrebno omogućiti upravljanje njenom
ekstenzijom. Tada se prvo definiše nova pojava ugrađene klase tipa kolekcija.
Ako je Radnici naziv ekstenzije klase Zaposleni, tada bi se Radnici deklarisali
kao nova pojava ugrađene klase, recimo, klase Skup. Svaki objekat klase
Zaposleni, nakon svog kreiranja u okviru klase Zaposleni, mora se eksplicitnom
naredbom uvrstiti i u objekat-skup sa identifikatorom Radnici. Metode ugrađene
klase Skup, omogućavaju upravljanje ekstenzijom klase Zaposleni, pošto je
objekat sa identifikatorom Radnici pojava klase Skup. Moguća realizacija
korišćenjem C++ generičkog mehanizma je sledeća:
template <class T>
class Skup {
T*Niz[100];
static i;
public:
Skup(){};
void UpisiClan (T *ut) {
i++;
niz [i] = ut;
};
}
class Zaposleni {
// obilježja klase
Zaposleni
public:
Zaposleni();
~Zaposleni();
//funkcije klase
Zaposleni...
};
//...
void main () {
//...
Skup<Zaposleni>
Radnici;
Zaposleni Ivo;
Radnici.UpisiClan
(&Ivo);
//...
}.
Deklaracija šablona u
potpunosti odgovara deklaraciji obične klase, samo što ispred nje stoji ključna
riječ template <...>, koji označava da se radi o deklaraciji šablona,
čiji je formalni argument tip T naveden između znakova " < " i
" > ".
U prethodnom primeru
uvedeno je i nekoliko novih ključnih riječi jezika C++. Konstrukcija tipa
"T *Niz[100]" deklariše niz pokazivača na tip T. Ključna riječ static
deklariše, a ujedno i definiše promenljivu i kao statički objekat. Statički
objekat ima životni vek do kraja izvršavanja celog programa. Inicijalizuju se
samo jednom. U primeru, i se koristi kao brojač članova niza. Jezik C++
podržava inicijalizaciju funkcija u okviru deklaracije klase, pa je na takav
način izvršena inicijalizacija funkcije UpisiClan. Poziv funkcije UpisiClan kao
parametar prenosi adresu objekta.
Komparacija
relacionog i objektno – orijentisanog modijela podataka
Objektno - orijentisani
model podataka, kao novija paradigma, posjeduje niz prednosti u odnosu na
relacionu i druge klasične paradigme. U prednosti objektno-orijentisanog
pristupa se ubrajaju: predstavljanje kompleksnih objekata, produktivnost
programiranja, jedinstven jezik podataka, potencijalno bolje performanse,
pogodnost za zadovoljenje zahtjeva novih oblasti primjene, fleksibilnost,
ograničenost ponašanja i snaga semantičke izražajnosti. Produktivnost
programiranja, jedinstven jezik podataka, potencijalno bolje performanse i
pogodnost za zadovoljenje zahtjeva novih primjena, detaljnije su obrazloženi u
posebnim tačkama ovog dijela knjige. Fleksibilnost, ograničenost ponašanja i
snaga semantičke izražajnosti se samo kratko komentarišu u nastavku teksta.
Fleksibilnost je posledica
činjenice da su izmjene tipova objekata i njihovih metoda lokalnog karaktera.
Te izmjene u relacionom modijelu su kompleksnije. jer jednoj klasi objektno -
orijentisanog modijela odgovara (po pravilu) veći broj šema relacija.
Inkapsulacija ograničava
ponašanje svakog objekta na prethodno definisane metode. Saglasno tome, lakše
se otkrivaju i rešavaju problemi, nastali zbog greške u nekoj metodi. Takođe,
manja je verovatnoća da dođe do nekontrolisanog prostiranja efekata te greške u
bazi podataka.
Korišćenje svih postupaka
(osim asocijacije) semantičkih modijela podataka daje snagu objektno -
orijentisanom modijelu za verno modeliranje realnog sveta. Apstrakcija
asocijacija, koju u semantičkim modelima predstavlja tip poveznika, u objektno
- orijentisanom modijelu se postiže indirektno, razmenom poruka između
objekata. Ne postoji mogućnost da se u objektno - orijentisanom modijelu
direktno izrazi povezanost između dva objekta, jer se svaki objekat posmatra
kao samostalan pojam.
U literaturi se neki put
navodi da objektno - orijentisani model može, a relacioni ne može da podrži
verzije istog objekta i duge transakcije. lako objektno - orijentisana
paradigma otklanja određene nedostatke relacionog modijela, sam objektno -
orijentisani model ne spominje verzije i duge transakcije, kao ni relacioni.
Verzije i duge transakcije se povezuju sa objektno - orijentisanim modelom, jer
su to mogućnosti, koje nedostaju relacionim SUBP, a bitne su za one aplikacije,
za koje je objektno - orijentisani model pogodniji od relacionog, te se i
očekuje da će objektno - orijentisani SUBP moći da zadovolje te zahtjeve.
Produktivnost programiranja
Činjenica da postojeći
programski kod može skoro, ali ne u potpunosti da zadovolji zahtjeve nove
aplikacije, verovatno predstavlja izvor najvećih frustracija korisnika
relacionog i drugih klasičnih pristupa, pri pokušaju da se neki od postojećih
programa ponovo upotrebi.
Organizovanjem objekata u
klase, koje inkapsuliraju ponašanje objekata na način sličan apstraktnim
tipovima podataka i organizujući klase u hijerarhiju nasleđivanja, objektno -
orijentisano programiranje može obezbediti i dugo traženo dijelenje i ponovno
korišćenje programskog koda. Programski kod, koji strukturi podataka daje
smisao, više nije rasut po aplikativnim programima. U objektno - orijentisanom
jeziku, nova klasa se može kreirati od već postojeće, navođenjem samo razlika u
odnosu na neku već postojeću klasu. Sve ostalo nova klasa nasljeđuje od stare. Obilježja
i metodi ne treba da se definišu i pišu ispočetka, što smanjuje mogućnost
unošenja novih grešaka. Nasljeđivanje omogućava da se isti program može primjeniti
na objekte, koji pripadaju različitim klasama. U slučaju velikog broja klasa sa
velikim brojem obilježja i metoda, koristi od dijelenja obilježja i metoda mogu
biti velike.
Jedinstven jezik
Relacioni sistemi baza
podataka su projektovani za realizaciju važne ali ograničene klase primjena. Te
primjene se odnose na slučajeve kada treba memorisati velike količine dobro
strukturiranih podataka i na njima izvršavati relativno jednostavne operacije.
Primere predstavljaju baze poslovnih podataka preduzeća, rezervacije karata u
avio-saobraćaju ili baze podataka u društveno političkim zajednicama. U takvim
bazama podataka dominiraju:
• operacije pretraživanja na osnovu relativno malog i prethodno
definisanog broja kriterijuma,
• ažuriranje podataka i
• takozvana navigacija između relativno malog broja datoteka
ili relacija.
Posledica takvih primjena
je i razdvojenost programskog jezika za definisanje. selekciju i manipulisanje
podacima, kakav je SQL jezik podataka, od programskog jezika opšte namene,
kakvi su programski jezici treće generacije i proceduralni jezici četvrte
generacije. Naredbe jezika podataka (za selekciju i manipulisanje podacima) se
ugrađuju u programe. pisane u programskom jeziku opšte namene. Jezik podataka
ima zadatak da obezbedi efikasan pristup bazi podataka, ali su njegove
mogućnosti za izražavanje kompleksnih upita ograničene. Po pravilu, ne podržava
definisanje rekurzivnih upita.
Primer
1.45. U
svakom jeziku za selekciju i manipulisanje bazom podataka, može se definisati
upit tipa "Ko je rukovodilac radnika x", ali retko kada i upit
"Ko su sve rukovodioci radnika x". Poslednji upit podrazumijeva da se
kao odgovor dobije kompletna rukovodna hijerarhija za radnika x. Pošto to znači
da treba tražiti rukovodiočevog rukovodioca dok takav postoji, ovakav upit se
naziva rekurzivnim.
Programski jezici opšte
namene su, po pravilu, pogodni za definisanje proizvoljnih procedura pa često i
rekurzivnih. Međutim, nisu predviđeni za efikasno pretraživanje baze podataka.
S druge strane, u primjenama vezanim za baze podataka u inženjerskom
projektovanju, grafici, geografskim informacionim sistemima i softverskom
inženjerstvu, javlja se potreba integracije jezika podataka i jezika opšte
namene u jedan jezik. Naime, programski jezik opšte namene i jezik podataka, po
pravilu se značajno razlikuju po sintaksi i modijelu podataka, što značajno
otežava njihovo zajedničko korišćenje.
Objektno - orijentisani
jezici su proceduralni jezici. Posjeduju osobine jezika opšte namene za
obavljanje operacija u operativnoj memoriji. Posjeduju i sintaksu za
definisanje klasa i hijerarhije klasa (tj. za definisanje šeme baze podataka).
Ti jezici predstavljaju dobru osnovu za izgradnju jedinstvenog jezika za rad sa
bazom podataka. Potrebno ih je proširiti:
• metodama za smiještanje podataka na medijum eksternog
memorijskog uređaja i
• deklarativnim upitnim jezikom.
Bolje performanse
Povezivanje objekata putem
identifikatora predstavlja potencijalni izvor boljih performansi objektno -
orijentisane u odnosu na relacionu bazu podataka. U objektno - orijentisanoj
bazi podataka, Vrijednost obilježja X
objekta o1 je
identifikator i2, objekta o2. Ako je neki aplikativni
program već učitao objekat o1
i sada treba da učita objekat o2,
SUBP to realizuje koristeći njegov identifikator i2. Pristup objektu o2
je direktan, na osnovu adrese. U relacionoj bazi podataka, X Vrijednost torke t1
je Vrijednost ključa x torke t2. Da bi se učitala torka t2 u operativnu memoriju,
potrebno je, prvo izvršiti traženje u indeksu ključa X, pa onda preneti torku t2
u operativnu memoriju, što, u opštem slučaju, zahtjeva više od jednog pristupa.
Slika 0.22.
Primer
1.46. Na
slici 7.22 su prikazane dvije pojave klase Zaposleni i dvije pojave klase
Radno_Mesto. Klasa Radno_Mesto je domen obilježja RAD_MES u klasi Zaposleni. Vrijednost,
memorisana u polju RAD_MES je identifikator jednog objekta klase Radno_Mesto.
Pristup tom objektu klase Radno_Mesto se vrši putem identifikatora, a to znači
direktno, na osnovu adrese na disku.
Postojeće relacione baze
podataka dozvoljavaju korišćenje samo osnovnih tipova podataka u svojstvu
domena obilježja. Povezivanje torki dvije relacije se vrši putem stranog
ključa. Ako je neki aplikacioni program pročitao torku (159, Ivo, Ban,
programer) i treba sada da pristupi torci (programer, 450, visoka, 2), sistem
mora izvršiti upit koji prolazi kroz torke relacije Radno_Mesto tražeći torku
sa vrednošću obilježja NAZ_RM = programer. To traženje zahtjeva, u opštem
slučaju više pristupa disku nego direktni pristup, na osnovu adrese, kao u
slučaju objektno - orijentisane baze podataka. Slika 7.23 prikazuje relacionu
reprezentaciju objektno - orijentisane baze podataka sa slike 7.22.
Slika 0.23.
Drugi aspekt doprinosa
identifikatora boljim performansama objektno - orijentisanih baza podataka u
poređenju sa relacionim je da se, pri prenosu objekata u operativnu memoriju,
identifikatori, memorisani zajedno sa objektima, pretvaraju u memorijske
pokazivače (virtuelne adrese). Pošto relacione baze podataka ne poznaju pojam
identifikatora, one ne mogu ni memorisati memorijske pokazivače u torkama.
Pristup relacionoj torci, koja je u operativnoj memoriji, vrši se indirektno,
korišćenjem stranog ključa i odgovarajućeg indeksa. Mogućnost navigacije kroz
memorijski rezidentne objekte je potpuno strana relacionom modijelu, a pad
performansi se ne može neutralisati jednostavnim obezbeđenjem velikog prostora
za bafere u operativnoj memoriji. U aplikacijama, koje zahtjevaju repetitivnu
navigaciju kroz spregnute objekte u operativnoj memoriji, objektno -
orijentisana baza podataka može biti znatno brža od relacione.
Slika 0.24.
Primer
1.47. Na
slici 7.24 je prikazana memorijska reprezentacija objekata sa slike 7.23. Usmijereni
potezi ukazuju na povezanost objekata različitih klasa putem rnemorijskih
adresa.
Objektno - orijentisani model
podataka i zahtjevi novih primjena
Objektno - orijentisani
model podataka obezbjeđuje mogućnosti za predstavljanje identiteta objekta,
apstraktne podatke i odnose između objekata. Daje korisniku fleksibilnost i
mogućnost širenja pri radu sa kompleksnim podacima. Sada će biti pokazano kako
OOMP može da ukloni nedostatke relacionog modijela u primjeni na projektne baze
podataka.
Nehomogeni podaci.
Relacioni model postavlja homogene torke u relaciju, analogno, u objektno -
orijentisanom modijelu, klasa generiše slične objekte. Međutim, struktura
podataka klase nije dvodimenzionalna. Može da sadrži višeznačna obilježja, što
znači da se jednom objektu može pridružiti više vrijednosti iz jednog domena. U
relacionom modijelu, ovakvi zahtjevi dovode ili do redundanse podataka ili do
dekomponovanja šeme relacije. Zajedničke osobine klasa se mogu izvući u cilju
formiranja superklase. Hijerarhija klasa (latisa) obezbjeđuje organizovan način
upravljanja tipovima podataka.
Ekvivalentni objekti.
Objektno - orijentisani model koristi generičke objekte za predstavljanje
semantike ekvivalentnih objekata. Generički objekat posjeduje obilježja koja
identifikuju različite reprezentacije istog objekta. Definicijama generičkih
objekata se mogu dodati ograničenja, tako da se modifikacije jedne
reprezentacije reflektuju u drugim.
Razvoj šeme.
Konvencionalni SUBP ne podržavaju efikasne mehanizme za evoluciju šeme najviše
zbog toga što poslovne primjene baze podataka ne zahtjevaju česte izmjene šeme.
Dok je dodavanje takvih mehanizama tradicionalnim SUBP teško, objektno -
orijentisani model dozvoljava definisanje korisničkih operacija, što olakšava
širenje šeme. Evolucija šeme uključuje promjene definicija unutar jedne klase,
kao i definicije latise klasa. Može se definisati skup invarijanti i pravila,
tako da šema ostane konzistentna kako evoluira.
Multimedija. Objektno -
orijentisani model podataka predstavlja mnogo prirodniju osnovu za
implementaciju funkcija, neophodnih za upravljanje multimedijskim podacima.
Multimedijski podaci se definišu kao podaci proizvoljnog tipa (brojevi, nizovi
karaktera, Zaposleni, Preduzeće, slika, tekst, zvuk, grafika, film, dokument sa
slikama, tekstom i tako dalje). Pri tome, to su nizovi velike i promjenljive
dužine. Objektno - orijentisani model podataka stvarno omogućava definisanje
proizvoljnih tipova podataka, pa i nizova proizvoljne i promjenljive dužine.
Definišu se kao nov tip podataka (klasa). Saglasno tome, niz nije ništa drugo
nego objekat sa jedinstvenim identifikatorom. Nizu se može pristupiti putem
njegovog identifikatora, ili na osnovu sadržaja. Međutim, objektno orijentisana
paradigma, sama po sebi, ne rešava probleme efikasnog memorisanja, čitanja i
ažuriranja multimedijskih podataka. To su ozbiljni problemi, koji treba da se
reše u izgradnji objektno - orijentisanog SUBP.