проектировщика классов. Это не обязательно плохо - обучение мастерству всегда требует времени.
Мы считаем, что обучение на примерах часто оказывается эффективным и целесообразным подходом. Когда организация накопит критическую массу приложений, выполненных в объектно-ориентированном стиле, станет гораздо легче обучать этому делу новых разработчиков и менеджеров. Разработчики начинают как программисты-исполнители, применяя уже готовые хорошо структурированные абстракции. Через некоторое время разработчики, которые изучали и использовали эти компоненты под наблюдением более опытных сотрудников, сами приобретают достаточный опыт, чтобы проектировать классы.
7.9. Выгоды и опасности объектно-ориентированной разработки
Выгоды
Приверженцы объектно-ориентированной технологии обычно называют два ее главных преимущества. Во-первых, большая конкурентоспособность благодаря предсказуемости, сокращению времени на разработку и большой гибкости продукта. Во-вторых, разрабатываемые задачи могут быть настолько сложными, что не остается альтернативных решений.
В главе 2 говорилось, что использование объектной модели позволяет перенести в программу пять свойств хорошо структурированных сложных систем. Объектная модель формирует концептуальный каркас системы обозначений и процесса объектно-ориентированной разработки; таким образом, и эти выгоды мы получаем непосредственно благодаря методу. Отмечались и преимущества, вытекающие из того, что объектная модель (а значит и процесс разработки):
• использует выразительную мощь объектно-ориентированных языков программирования;
• стимулирует повторное использование программных компонент;
• приводит к созданию более гибких, легко изменяемых систем;
• сокращает риск разработки;
• лучше воспринимается человеческим сознанием.
Изучение многочисленных случаев из практики подкрепляет эти выводы; особенно часто указывается на то, что объектный подход может сократить время разработки и размер кода [19, 20, 21].
Опасности
Говоря о теневой стороне объектно-ориентированной технологии, нужно рассмотреть два вопроса: производительность и начальные затраты. По сравнению с процедурными языками, объектно- ориентированные языки определенно вносят дополнительные накладные расходы на пересылку сообщения от одного объекта другому. Как указывалось в главе 3, при вызове методов, которые не найдены и не связаны статически во время компиляции, выполняемая программа должна динамически искать нужный метод по классу объекта-получателя. Исследования показывают, что, в худшем случае, на вызов метода тратится в 1.75-2.5 раза больше времени чем на обычный вызов процедуры [22, 23]. С другой стороны, наблюдения показывают, что при вызове методов динамический поиск действительно необходим примерно в 20% случаев. В строго типизированных языках компилятор часто может определять, какие вызовы могут быть связаны статически и сгенерировать для них вызов процедуры вместо динамического поиска.
Другая причина снижения производительности кроется не столько в природе объектно- ориентированных языков, сколько в способе их использования в процессе объектно-ориентированной разработки. Как говорилось уже много раз, объектно-ориентированная технология порождает многослойные системы абстракций. Одно из следствий этого расслоения в том, что каждый метод оказывается очень маленьким, так как он строится на методах нижнего уровня. Другое следствие расслоения: иногда методы служат лишь для того, чтобы получить доступ к защищенным атрибутам объекта. В результате происходит слишком много вызовов. Вызов метода на высшем уровне абстракции обычно влечет каскад других вызовов; методы верхних уровней вызывают методы нижних уровней и т.д. Для приложений, в которых время - ограниченный ресурс, недопустимо слишком большое количество вызовов методов. Опять же, с позитивной стороны такое слоение способствует пониманию системы; к некоторым сложным системам невозможно даже подступиться, если не начать с проектирования слоев. Мы рекомендуем сначала проектировать систему с желаемыми функциональными свойствами, а потом определять узкие места. Часто их можно 'расшить', объявив соответствующие методы как подстановки (выигрывая тем самым время), 'подчистив' иерархию классов или нарушив инкапсуляцию атрибутов класса.
Похожий риск для потери производительности происходит из-за большого количества наследуемого кода. Класс, лежащий глубоко в структуре наследования, может иметь много суперклассов; при компоновке программы должно быть подгружено описание их всех. Для маленьких приложений это практически может означать, что нужно избегать глубоких иерархий классов, потому что они требуют чрезмерного количества объектного кода. Проблему можно несколько смягчить, используя высокоразвитые компиляторы и компоновщики, которые могли бы устранять бесполезные участки программы.
Еще один источник проблем для производительности объектно-ориентированных программ - их поведение в системе со страничной организацией памяти. Большинство компиляторов выделяет память сегментами, размещая каждый компилируемый модуль (обычно файл) в одном или более сегментах. Это подразумевает локальность большинства ссылок: процедуры в одном сегменте вызывают в основном процедуры в том же сегменте. В больших объектно-ориентированных системах все не так. Код каждого класса размещается в отдельном файле, а раз его методы интенсивно используют методы других (особенно вышестоящих) классов, при их выполнении происходит интенсивное переключение сегментов. Это поведение противоречит тому, чего большинство компиляторов ожидает от программ, особенно в системах с конвейерным процессором и страничной организацией памяти. Это еще один пример того, почему нужно разделять логические и физические аспекты проекта. Если программа работает слишком медленно из-за чрезмерно частого переключения страниц, можно попробовать изменить физическое расположение классов в модулях. Это проектное решение, касающееся физической модели системы - на логику программы оно не повлияет.
Наконец, еще одна составляющая риска - динамическое размещение и уничтожение объектов. Динамическое выделение памяти из 'кучи' сопряжено с дополнительными вычислительными расходами по сравнению с размещением данных в стеке и (конечно) статическим резервированием при компиляции. Во многих системах это не вызывает никаких практических проблем, но иногда дополнительные накладные расходы непозволительны. Существуют простые решения: откажитесь от динамического создания объектов и разместите их все заранее, или замените стандартный алгоритм выделения памяти на специально приспособленный для ваших нужд.
И опять о хорошем: положительные свойства объектно-ориентированных систем часто окупают все перечисленные выше неприятности. Например, Руссо и Каплан сообщают, что производительность программы на C++ часто бывает выше, чем ее функционального эквивалента на С. Выигрыш, как они полагают, связан с использованием виртуальных функций, благодаря которым можно сэкономить на проверке типов и опустить многие управляющие конструкции. Согласно нашему опыту, код объектно- ориентированной программы и в самом деле обычно короче.
Для некоторых проектов начальные затраты на переход к объектно-ориентированной технологии могут оказаться непреодолимыми. Как при всякой смене технологии, придется вкладывать деньги в покупку новых инструментальных средств разработки. Кроме того, если какой-либо объектно-ориентированный язык используется организацией впервые, то нет и предметно-специфического задела для повторного использования. Короче говоря, приходится начинать все сначала или найти какой-то способ использовать существующие программы в объектно-ориентированном окружении. Наконец, первая попытка объектно- ориентированной разработки наверняка провалится, если не было проведено соответствующее обучение. Объектная ориентация - это не 'еще один' язык программирования, который можно выучить на трехдневных курсах или по книжке. Как мы многократно указывали, требуется время, чтобы освоить объектно-ориентированное проектирование как новое мировоззрение, которое должно быть усвоено как разработчиками, так и менеджерами.
