Az objektumorientált vagy objektumelvű programozás (angolul object-oriented programming, röviden OOP) az objektumok fogalmán alapuló programozási paradigma. Az objektumok egységbe foglalják az adatokat és a hozzájuk tartozó műveleteket. Az adatokat ismerik „mezők”, „attribútumok” vagy „tulajdonságok” néven, a műveleteket „metódusokként” szokták emlegetni. Az objektum által tartalmazott adatokon általában az objektum metódusai végeznek műveletet. A program egymással kommunikáló objektumok összességéből áll., section 1.6 "Object-Oriented Programming" A legtöbb objektumorientált programozási nyelv osztályalapú, azaz az objektumok osztályok példányai, és típusuk az osztály.
Például egy hétköznapi fogalom, a „kutya” felfogható egy osztály (a kutyák osztálya) tagjaként, annak egyik objektumaként. Minden kutya objektum rendelkezik a kutyákra jellemző tulajdonságokkal (például szőrszín, méret stb.) és cselekvési képességekkel (például futás, ugatás).
A legtöbb széles körben alkalmazott nyelv többek között az objektumorientált programozást is támogatja, tipikusan az imperatív, procedurális programozással együtt. A legfontosabb objektumorientált nyelvek: Java, C++, C#, Python, PHP, Ruby, Perl, Object Pascal, Objective-C, Dart, Swift, Scala, Common Lisp, és Smalltalk.
Megközelítések Analízisszintű gondolkodás A szoftver fejlesztésének korai fázisaiban a megvalósítandó rendszer feladatait szeretnénk feltérképezni: a funkcionális és egyéb jellegű követelményeket. Más szóval, a kérdés ilyenkor az, hogy a rendszernek mit kellene tennie. Ilyenkor határozzuk meg a szoftver (formális és informális) specifikációját, majd abból kiindulva kezdjük magasabb szintű absztrakciók segítségével előállítani a rendszer modelljét, amely a konkrét megvalósítás alapját fogja képezni.
Tervezésszintű gondolkodás A meglévő modell alapján a szoftver konkrét implementációjához (megvalósításához) vezető utat tervezzük meg. Ilyenkor arra keressük a választ, hogy a meghatározott specifikációt hogyan valósítsa meg a rendszer. Ezen a szinten már képbe kerülnek különböző alacsony szintű technikák is, mint például a kommunikációs protokollok, programozási nyelvek és technológiák.
Képességek Az objektumorientált programozás objektumokat használ, de nem minden objektumorientált nyelv támogatja az összes hozzá tartozó technikát és szerkezetet. A továbbiakban felsorolt képességek azonban elterjedtek az erősen osztály-és objektumorientált nyelvek, valamint multiparadigma nyelvek között. Emellett a ritka kivételeket is be fogjuk mutatni.Deborah J. Armstrong. The Quarks of Object-Oriented Development. A survey of nearly 40 years of computing literature which identified a number of fundamental concepts found in the large majority of definitions of OOP, in descending order of popularity: Inheritance, Object, Class, Encapsulation, Method, Message Passing, Polymorphism, and Abstraction.John C. Mitchell, Concepts in programming languages, Cambridge University Press, 2003, , p.278. Lists: Dynamic dispatch, abstraction, subtype polymorphism, and inheritance.Michael Lee Scott, Programming language pragmatics, Edition 2, Morgan Kaufmann, 2006, , p. 470. Lists encapsulation, inheritance, and dynamic dispatch., section 18.1 "What is Object-Oriented Programming?" Lists: Dynamic dispatch, encapsulation or multi-methods (multiple dispatch), subtype polymorphism, inheritance or delegation, open recursion ("this"/"self") Hasonlóság a szekvenciális nyelvekkel Kevés fajta beépített típushoz tartozó változókban tárolnak információt. Ezek lehetnek egész, lebegőpontos típusok, lehetnek karaktertípusok; adatszerkezetek, mint stringek vagy tömbök, listák, hashtáblák, vagy pointerek. Függvények és eljárások, rutinok, szubrutinok, metódusok, amelyek műveleteket végeznek bemenő paramétereiken, és visszaadhatnak értékeket. A modern programozási nyelvek struktuált vezérlési szerkezeteket tartalmaznak, mint feltételes szerkezetek és ciklusok.
A moduláris programozás támogatja a változók, függvények és eljárások csoportosítását szervezési célokkal. A névterek használata elkülöníti a különböző modulokban levő azonos nevű változókat, függvényeket, eljárásokat. Objektumok és osztályok Az objektumorientált programozást támogató nyelvek tipikusan öröklődéssel támogatják az újrahasznosítást osztályok vagy prototípusok formájában. Az osztályokat használók két alapfogalmat vezettek be: Osztályok: az adatformátum és az elérhető metódusok definíciója az adott típus vagy a típushoz tartozó objektumok számára. Az osztályok is tartalmazhatnak adattagokat és metódusokat, amelyek műveleteket végeznek az osztály adattagjain. Összetartozó adatok és függvények, eljárások egysége. Objektumok: az osztály példányai.
Az objektumok gyakran megfeleltethetők a való élet objektumainak vagy egyedeinek. Például egy rajzolóprogram tartalmazhat olyan objektumokat, mint kör, négyzet vagy menü. Egy online áruházban lehetnek olyan objektumok, mint bevásárlókosár, vásárló és termék. Néha az objektumok absztraktabb entitásoknak felelnek meg, például egy megnyitott fájlnak; vagy egy objektum, ami mértékegységek között vált át.
Az objektumok valamelyik osztály példányai. Például, egy objektum, aminek név mezője "Mary", lehet az Employee (Alkalmazott) osztály példánya. A függvényeket és eljárásokat az objektumorientált programozásban metódusoknak nevezik, a változókat adattagnak, attribútumnak, mezőnek vagy tulajdonságnak. Az objektumorientált programozás bevezeti a következő kifejezéseket: Osztályváltozók: az osztályhoz tartoznak, elérhetők az osztályon, de példányokon keresztül is. Minden példány számára ugyanaz. Példányváltozók vagy attribútumok: az egyedi objektumok jellemzői, minden objektumnak sajátja van. Tagváltozók: az osztály- és a példányváltozók együttese, amik egy osztályban vannak definiálva. Osztálymetódusok: osztály szintű metódusok, csak az osztályváltozókhoz és paramétereikhez férhetnek hozzá, példányváltozókhoz nem. Példánymetódusok: példány szintű metódusok, hozzáférnek az adott példány összes adatához és metódusához, és paramétereik is lehetnek.
Az objektumok hozzáférhetők változókként, de belső szerkezetük van. Absztrakciós szintet adnak, ami elválatsztja a belső és a külső kódot. A külső kód az objektum kliense, ami kérheti bizonyos metódusok végrehajtását az objektumtól, írhatja, olvashatja annak változóit. Sok nyelvben a példányokat közvetve, pointerekkel kezelik; maga az objektum a heapen vagy a stacken van.
Az objektumokat az osztályban definiált speciális metódus, konstruktor hozza létre. A program több példányt is létrehozhat egy osztályból, amelyek egymástól függetlenül működnek; így a program ugyanazokat a műveleteket végezheti különböző adathalmazokon.
Az osztályokat használó objektumorientált programozást osztály alapú programozásnak is nevezik, míg a prototípus alapú programozásban nincsenek osztályok. Emiatt analóg, de szignifikánsan különböző terminológiát használnak az objektum és példány definiálására.
Egyes nyelvekben további kombinációs lehetőségek is vannak, mint vonások és mixinek. Osztály alapú és prototípus alapú Osztály alapú nyelvekben az osztályokat előre kell definiálni, az objektumokat ezekből példányosítással kapjuk. Ha az apple (alma) és orange (narancs) alapvetően gyümölcsök, a Fruit osztály példányai, ami garantálja, hogy ugyanúgy kezelhetők, például a szín, a cukortartalom vagy az, hogy érett-e.
Prototípus alapú nyelvekben az objektumok elsődleges entitások. Osztályok nincsenek. Ehelyett az objektumoknak prototípusuk van, amit prototípus hivatkozással tartanak számon. Egy objektumnak egy prototípusa lehet. Egy objektum akkor hozható létre, ha már létezik a prototípusa. Ha például az apple és orange alapvetően gyümölcsök, akkor van egy közös fruit prototípusuk. Maga a gyümölcs nem lép fel külön nyelvi elemként, de ekvivalenciaosztályként lehet gondolni rá: azok az objektumok, amelyeknek prototípusa a fruit. A prototípus delegálja adattagjait és metódusait az általa definiált ekvivalenciaosztálynak, de az egyedileg birtokolt attribútumait és metódusait nem. Így például lehet, hogy az alma nem örökli a cukortartalmat. Szemben az osztály alapú objektumorientációval, a prototípusokkal csak egyszeres öröklődés valósítható meg. Dinamikus kötés és üzenetátadás Nem a kliens, hanem az objektum feladata megválasztani, hogyan reagáljon egy metódushívásra. Ezt tipikusan futás időben végzi el, és a metódushívást a hozzá társított táblából választja ki. Ez dinamikus kötés néven ismert, és megkülönbözteti az objektumot az absztrakt adattípustól és a modultól, amelyek rögzített megvalósítással bírnak minden példány számára. Ha a metódus kiválasztásába beleszól a többi paraméter, akkor többszörös kötésről van szó (lásd kettős metódus, multimetódus, többszörös metódus).
A metódushívást tekintik üzenetátadásnak is, ahol a kliens a kötésben részt vevő objektumnak küld üzenetet.
Egységbe zárás Az egységbe zárás azt fejezi ki, hogy az összetartozó adatok és függvények, eljárások együtt vannak, egy egységbe tartoznak. További fontos fogalom az adatelrejtés, ami azt jelenti, hogy kívülről csak az férhető hozzá közvetlenül, amit az objektum osztálya megenged. Ez fontos ahhoz, hogy megelőzze a nem kívánt kapcsolatok kialakulását, megkönnyítse a kód értelmezését, és elkerülje az adatok ellenőrizetlen terjedését (lásd objektumtobzódás).
Ha az objektum, illetve osztály elrejti az összes adattagját, és csak bizonyos metódusokon keresztül férhetnek hozzá a kliensek, akkor az egységbe zárás az absztrakciót és információelrejtés erős formáját valósítja meg. Egyes nyelvek, mint a Java vagy a C++, C# ezt ki is kényszerítik (public: nyilvános, private: csak az adott osztályú objektumok számára, protected: csak az adott osztály, vagy leszármazott osztályok példányai számára), míg mások, mint a Python nem, itt csak konvenciókkal valósítható meg hasonló (kérlek ne piszkáld közvetlenül azt, aminek aláhúzással kezdődik a neve). A Java és a C# ismeri a csomagnyilvánosságot is, ez Javában alapértelmezett. Ezeket a jellemzőket adattagokhoz és metódusokhoz is hozzá lehet rendelni.
Az adatelrejtés támogatja a refaktorálást, azaz az osztály belső reprezentációja szabadabban átírható, a klienseket ez nem érinti, egészen addig, amíg a meglévő publikus metódusokat ugyanazzal a paraméterezéssel hívhatják. Továbbá bátorítja a programozókat, hogy egy helyre tegyék az összetartozó adatokat és az őket feldolgozó függvényeket, eljárásokat, amely szerveződést a programozó társai is megérthetnek. A kapcsolatok lazítását is megkönnyíti. Kompozíció, öröklődés és delegáció Az objektumok lehetnek más objektumok mezői, ez az objektumok kompozíciója. Nevezik aggregálásnak is. Például az Employee (alkalmazott) osztály példánya tartalmazhat egy Address (lakcím) objektumot, amellett hogy van például first_name (keresztnév) és position (pozíció) attribútuma is. A kompozíció "has-a" (van neki) kapcsolat: az alkalmazottnak van lakcíme, így ezt az információt az Employee osztály példánya tartalmazza.
Majdnem minden osztály alapú nyelv támogatja az öröklődést. Ezzel egy másik fajta kapcsolat jön létre, ami "is-a" kapcsolat, azaz például egy Employee objektum Person (személy) objektum is. Használható egy Person objektum helyett is. A szülő osztály minden adata és metódusa jelen van a gyermek osztályban (alosztálynak is nevezik) is, így például ha a Person osztály tartalmaz first_name és last_name (vezetéknév) mezőket és egy make_full_name() metódust, ami a teljes nevet állítja elő, akkor ezek az Employee objektumból is elérhetők. Az Employee osztály további attribútumokat és metódusokat definiálhat, és felülírhat öröklött metódusokat. Ez megkönnyíti az újrafelhasználást, és segíti lemodellezni a valóban létező kapcsolatokat. Adattáblák és függvények, eljárások helyett a programozó használhat olyan objektumokat, amelyeket a felhasználó is ismer, hiszen ezek a tárgyköri modell elemei.