Что такое ООП?

Объектно-ориентированное программирование (ООП) — методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования.

• объектно-ориентированное программирование использует в качестве основных логических конструктивных элементов объекты, а не алгоритмы;
• каждый объект является экземпляром определенного класса
• классы образуют иерархии.

Программа считается объектно-ориентированной, только если выполнены все три указанных требования. В частности, программирование, не использующее наследование, называется не объектно-ориентированным, а программированием с помощью абстрактных типов данных.

Согласно парадигме ООП программа состоит из объектов, обменивающихся сообщениями. Объекты могут обладать состоянием, единственный способ изменить состояние объекта - послать ему сообщение, в ответ на которое, объект может изменить собственное состояние.

Что представляет собой «обмен сообщениями»?

Объекты взаимодействуют, посылая и получая сообщения. Сообщение — это запрос на выполнение действия, дополненный набором аргументов, которые могут понадобиться при выполнении действия. В ООП посылка сообщения (вызов метода) — это единственный путь передать управление объекту. Если объект должен «отвечать» на это сообщение, то у него должна иметься соответствующий данному сообщению метод. Так же объекты, используя свои методы, могут и сами посылать сообщения другим объектам. Обмен сообщениями реализуется с помощью динамических вызовов, что приводит к чрезвычайно позднему связыванию (extreme late binding).

Пусть требуется создать физическую модель, описывающую сталкивающиеся шары разных размеров. Традиционный подход к решению этой задачи примерно таков: определяется набор данных, описывающих каждый шар (например, его координаты, массу и ускорение); каждому шару присваивается уникальный идентификатор (например, организуется массив, значение индекса которого соответствует номеру шара), который позволит отличать каждый из шаров от всех других. Наконец, пишется подпрограмма с названием, скажем, bounce; эта процедура должна на основе номера шара и его начальных параметров соответствующим образом изменять данные, описывающие шар. В отличие от традиционного подхода объектно-ориентированная версия программы моделирует каждый из шаров посредством объекта. При этом объект, соответствующий конкретному шару, содержит не только его параметры, но и весь код, описывающий поведение шара при различных взаимодействиях. Так, каждый шар будет иметь собственный метод bounce(). Вместо того, чтобы вызывать подпрограмму bounce с аргументом, определяющим, скажем, шар №3, необходимо будет передать объекту «шар №3» сообщение, предписывающее ему выполнить столкновение.

Расскажите про основные понятия ООП: «класс», «объект», «интерфейс».

Класс – это способ описания сущности, определяющий состояние и поведение, зависящее от этого состояния, а также правила для взаимодействия с данной сущностью (контракт).

С точки зрения программирования класс можно рассматривать как набор данных (полей, атрибутов, членов класса) и функций для работы с ними (методов).

С точки зрения структуры программы, класс является сложным типом данных.

Объект (экземпляр) – это отдельный представитель класса, имеющий конкретное состояние и поведение, полностью определяемое классом. Каждый объект имеет конкретные значения атрибутов и методы, работающие с этими значениями на основе правил, заданных в классе.

Интерфейс – это набор методов класса, доступных для использования. Интерфейсом класса будет являться набор всех его публичных методов в совокупности с набором публичных атрибутов. По сути, интерфейс специфицирует класс, чётко определяя все возможные действия над ним.

В чем заключаются преимущества и недостатки объектно-ориентированного подхода в программировании?

Преимущества:
• Объектная модель вполне естественна, поскольку в первую очередь ориентирована на человеческое восприятие мира, а не на компьютерную реализацию.
• Классы позволяют проводить конструирование из полезных компонентов, обладающих простыми инструментами, что позволяет абстрагироваться от деталей реализации.
• Данные и операции над ними образуют определенную сущность, и они не разносятся по всей программе, как нередко бывает в случае процедурного программирования, а описываются вместе. Локализация кода и данных улучшает наглядность и удобство сопровождения программного обеспечения.
• Инкапсуляция позволяет привнести свойство модульности, что облегчает распараллеливание выполнения задачи между несколькими исполнителями и обновление версий отдельных компонентов.
• Возможность создавать расширяемые системы.
• Использование полиморфизма оказывается полезным при:
○ Обработке разнородных структур данных. Программы могут работать, не различая вида объектов, что существенно упрощает код. Новые виды могут быть добавлены в любой момент.
○ Изменении поведения во время исполнения. На этапе исполнения один объект может быть заменен другим, что позволяет легко, без изменения кода, адаптировать алгоритм в зависимости от того, какой используется объект.
○ Реализации работы с наследниками. Алгоритмы можно обобщить настолько, что они уже смогут работать более чем с одним видом объектов.
○ Возможности описать независимые от приложения части предметной области в виде набора универсальных классов, или фреймворка, который в дальнейшем будет расширен за счет добавления частей, специфичных для конкретного приложения.
• Повторное использование кода:
○ Сокращается время на разработку, которое может быть отдано другим задачам.
○ Компоненты многоразового использования обычно содержат гораздо меньше ошибок, чем вновь разработанные, ведь они уже не раз подвергались проверке.
○ Когда некий компонент используется сразу несколькими клиентами, улучшения, вносимые в его код, одновременно оказывают положительное влияние и на множество работающих с ним программ.
○ Если программа опирается на стандартные компоненты, ее структура и пользовательский интерфейс становятся более унифицированными, что облегчает ее понимание и упрощает использование.

Недостатки:
• В сложных иерархиях классов поля и методы обычно наследуются с разных уровней. И не всегда легко определить, какие поля и методы фактически относятся к данному классу.
• Код для обработки сообщения иногда «размазан» по многим методам (иначе говоря, обработка сообщения требует не одного, а многих методов, которые могут быть описаны в разных классах).
• Документирование классов - задача более трудная, чем это было в случае процедур и модулей. Поскольку любой метод может быть переопределен, в документации должно говориться не только о том, что делает данный метод, но и о том, в каком контексте он вызывается.
• Неэффективность и неэкономное распределения памяти на этапе выполнения (по причине издержек на динамическое связывание и проверки типов на этапе выполнения).
• Излишняя универсальность. Часто содержится больше методов, чем это реально необходимо текущей программе. А поскольку лишние методы не могут быть удалены, они становятся мертвым грузом.

Что подразумевают в плане принципов ООП выражения «является» и «имеет»?

«является» подразумевает наследование.
«имеет» подразумевает ассоциацию (агрегацию или композицию).

В чем разница между композицией и агрегацией?

Ассоциация обозначает связь между объектами. Композиция и агрегация — частные случаи ассоциации «часть-целое».

Агрегация предполагает, что объекты связаны взаимоотношением «part-of» (часть). Композиция более строгий вариант агрегации. Дополнительно к требованию «part-of» накладывается условие, что экземпляр «части» может входить только в одно целое (или никуда не входить), в то время как в случае агрегации экземпляр «части» может входить в несколько целых.

Например, книга состоит из страниц, и мы не можем вырвать страницу из книги и вложить в другую книгу. Страницы четко привязаны к конкретной книге, поэтому это композиция. В тоже время мы можем взять и перенести книгу из одной библиотеки в другую - это уже агрегация.

Что такое статическое и динамическое связывание?

Присоединение вызова метода к телу метода называется связыванием. Если связывание проводится компилятором (компоновщиком) перед запуском программы, то оно называется статическим или ранним связыванием (early binding).

В свою очередь, позднее связывание (late binding) это связывание, проводимое непосредственно во время выполнения программы, в зависимости от типа объекта. Позднее связывание также называют динамическим (dynamic) или связыванием на стадии выполнения (runtime binding). В языках, реализующих позднее связывание, должен существовать механизм определения фактического типа объекта во время работы программы, для вызова подходящего метода. Иначе говоря, компилятор не знает тип объекта, но механизм вызова методов определяет его и вызывает соответствующее тело метода. Механизм позднего связывания зависит от конкретного языка, но нетрудно предположить, что для его реализации в объекты должна включаться какая-то дополнительная информация.

Для всех методов Java используется механизм позднего (динамического) связывания, если только метод не был объявлен как final (приватные методы являются final по умолчанию).

За что отвечает JVM:

• Загрузка, проверка и исполнение байт кода;
• Предоставление среды выполнения для выполнения байт-кода;
• Управление памятью и очисткой мусора (Garbage collection);
Виртуальная машина Java (Java Virtual Machine) - это механизм, предоставляющий среду выполнения для управления Java-кодом или приложениями. Виртуальная машина является независимой оболочкой исполнения кода, благодаря которой возможен её запуск на любой ОС, без влияния ОС на выполняемую программу.

JVM работает с 2мя типами данных: примитивные типы (primitive types) и ссылочные типы (reference types).

Примитивы

JVM работает с примитивными значениями (целыми числами и числами с плавающей точкой). По сути, JVM - это 32-битная машина. Типы long и double, которые являются 64-битными, поддерживаются изначально, но занимают две единицы памяти в frame's local или стеке операндов, поскольку каждая единица составляет 32 бита. Типы boolean, byte, short и char имеют расширенный знак (кроме char с нулевым расширением) и работают как 32-разрядные целые числа, так же, как и типы int. Меньшие типы имеют только несколько специфических для типа инструкций для загрузки, хранения и преобразования типов. boolean значение работает как 8-битное byte значения, где 0 представляет значение false, а 1 - значение true.

Типы ссылок и значения

Существует три типа ссылочных типов: типы классов, типы массивов и типы интерфейсов. Их значения являются ссылками на динамически создаваемые экземпляры классов, массивы или экземпляры классов, которые реализуют интерфейсы соответственно.

Чем различаются JRE, JVM и JDK?

• JVM, Java Virtual Machine (Виртуальная машина Java) — основная часть среды времени исполнения Java (JRE). Виртуальная машина Java исполняет байт-код Java, предварительно созданный из исходного текста Java-программы компилятором Java. JVM может также использоваться для выполнения программ, написанных на других языках программирования.

• JRE, Java Runtime Environment (Среда времени выполнения Java) - минимально-необходимая реализация виртуальной машины для исполнения Java-приложений. Состоит из JVM и стандартного набора библиотек классов Java.

• JDK, Java Development Kit (Комплект разработки на Java) - JRE и набор инструментов разработчика приложений на языке Java, включающий в себя компилятор Java, стандартные библиотеки классов Java, примеры, документацию, различные утилиты.

Коротко: JDK - среда для разработки программ на Java, включающая в себя JRE - среду для обеспечения запуска Java программ, которая в свою очередь содержит JVM - интерпретатор кода Java программ.

Какие существуют модификаторы доступа?

private (приватный): члены класса доступны только внутри класса. Для обозначения используется служебное слово private.

default, package-private, package level (доступ на уровне пакета): видимость класса/членов класса только внутри пакета. Является модификатором доступа по умолчанию - специальное обозначение не требуется.

protected (защищённый): члены класса доступны внутри пакета и в наследниках. Для обозначения используется служебное слово protected.

public (публичный): класс/члены класса доступны всем. Для обозначения используется служебное слово public.

Последовательность модификаторов по возрастанию уровня закрытости: public, protected, default, private.

Во время наследования возможно изменения модификаторов доступа в сторону большей видимости (для поддержания соответствия принципу подстановки Барбары Лисков).

О чем говорит ключевое слово final?

Модификатор final может применяться к переменным, параметрам методов, полям и методам класса или самим классам.

• Класс не может иметь наследников;
• Метод не может быть переопределен в классах наследниках;
• Поле не может изменить свое значение после инициализации;
• Параметры методов не могут изменять своё значение внутри метода;
• Локальные переменные не могут быть изменены после присвоения им значения.

Какими значениями инициализируются переменные по умолчанию?

• Числа инициализируются 0 или 0.0;
• char — \u0000;
• boolean — false;
• Объекты (в том числе String) — null.

Выше приведён список контролируемых исключений (Checked Exceptions) в Java, определенных в java.lang.

Что вы знаете о функции main()?

Метод main() — точка входа в программу. В приложении может быть несколько таких методов. Если метод отсутствует, то компиляция возможна, но при запуске будет получена ошибка `Error: Main method not found`.