Es existieren heute verschiedene Programmierparadigmen. Jedes ermöglicht die Entwicklung unterschiedlicher Werkzeuge und Lösungen. Einige sind weiter verbreitet als andere. Manche lassen sich sogar mit anderen Paradigmen kombinieren. Die objektorientierte Programmierung ist ein solches Programmierparadigma.
Sie zählt zu den am weitesten verbreiteten Programmiertechniken im Bereich der Softwareentwicklung. Objektorientierte Programmierung findet sich in zahlreichen Anwendungsbereichen wieder, beispielsweise in der Webprogrammierung, der Entwicklung verschiedener Anwendungen (mobil oder Desktop) und sogar im Bereich Big Data.
In diesem Artikel werden wir die Prinzipien dieses Paradigmas aufschlüsseln, damit Sie die notwendige Grundlage erhalten, um es anzuwenden!
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Objektorientierte Programmierung (OOP): Was ist das?
In der objektorientierten Programmierung gibt es den Begriff „Objekt“. Ein Objekt kann eine Entität definieren, die einen veränderbaren Zustand und Attribute besitzt, welche diese definieren. Es kann aber auch eine Menge von Teilen und Prozessen sein, die zu einem Ergebnis führen.
Nehmen wir zum Beispiel den Fall eines Hauses. Um eine bewohnbare Wohnung zu erhalten, benötigt man Materialien (Ziegel, Zement, Dachmaterial, Bodenbeläge usw.). Außerdem sind mehrere Arbeitsschritte nötig, bis das Haus bewohnbar ist (Bau, Innenausbau usw.).
Die objektorientierte Programmierung, oft auch OOP genannt, folgt derselben Logik. Sie beinhaltet die Gruppierung jeder Komponente (Attribute genannt) und jeder auszuführenden Prozedur (Methoden genannt) in einem einzigen Objekt, einer sogenannten Klasse.
Diese Vorgehensweise bietet bei der Entwicklung eines Programms mehrere wesentliche Vorteile, wie z. B. Flexibilität, Wartbarkeit, Verständlichkeit und vieles mehr.
Was sind seine Interessen im Bereich Big Data?
Das Konzept von Big Data impliziert die Verarbeitung großer Datenmengen. Um diese Daten für Entscheidungsprozesse nutzen zu können, muss diese Verarbeitung in angemessener, idealerweise sogar sehr schneller Geschwindigkeit erfolgen. Die Zeitspanne zwischen Entwicklung und Einsatz der entsprechenden Programme muss minimal sein. Objektorientierte Programmierung ermöglicht es, dieses Ziel zu erreichen.
Tatsächlich ermöglicht die objektorientierte Programmierung (OOP) die Entwicklung eines klaren und prägnanten Grundgerüsts vor der eigentlichen Programmierung. Sie ist leicht zu erlernen, skalierbar und an viele zukünftige Projekte anpassbar. Darüber hinaus basieren einige Sprachen wie Java oder Python, die in der Big-Data-Branche am weitesten verbreitet sind, im Wesentlichen auf der objektorientierten Programmierung.
Es ist auch in Big-Data-Tools wie Hadoop und Spark integriert, daher ist es sinnvoll, es zu lernen, wenn man in diesem Bereich Fuß fassen möchte. Bestimmte Methoden, wie beispielsweise maschinelles Lernen, lassen sich mit diesem Programmierparadigma leichter implementieren.
Data Scientists, Data Engineers und Data Analysts sind die Hauptnutzer. Unabhängig von der angestrebten Position in der Welt der Big Data wird Ihnen der objektorientierten Programmierung
Jetzt wissen Sie, was es ist und verstehen, warum es für Sie von Interesse sein sollte. In den folgenden Abschnitten betrachten wir die Grundprinzipien der objektorientierten Programmierung .
Prinzip 1: Kapselung
Das Prinzip der Kapselung ist wohl die Grundlage der objektorientierten Programmierung. Es besteht darin, alles, was zu einem Objekt gehört, in einer Klasse zusammenzufassen. Dies bedeutet, jedes Attribut und jede Methode an einem zentralen Ort zu integrieren.
Um mit diesem Objekt zu interagieren, müssen Sie es implementieren; das heißt, Sie müssen eine Instanz dieser Klasse erstellen und deren Methoden aufrufen. Dieses Konzept trägt unter anderem zur Sicherheit des Codes bei, indem es verhindert, dass Benutzer ihn direkt manipulieren.
Prinzip 2: Abstraktion
Wie bereits erläutert, sind die Attribute und Methoden jeder Klasse nur zugänglich, wenn diese Klasse aufgerufen wird. Dies lässt sich durch Anwendung des Abstraktionsprinzips weiter einschränken.
Hierbei geht es darum, alle unnötigen Funktionen vor dem Benutzer zu verbergen, d. h. die Manipulation oder Verarbeitung bestimmter Methoden bis zu einem gewissen Grad zu unterbinden.
Dies bedeutet, dass beim Erstellen der Klasse die Präfixe `private` und `protected` verwendet werden. Die Verwendung eines dieser Präfixe schränkt den Zugriff auf bestimmte Methoden ein. Diese Methoden können nur innerhalb der Klasse selbst oder in abgeleiteten Klassen (darauf gehen wir später noch ein) verwendet werden.
Prinzip 3: Vererbung
Vererbung bedeutet, die Methoden und Attribute einer Klasse in eine andere zu integrieren. Die Basisklasse wird als Elternklasse bezeichnet, die erbende Klasse als Kindklasse. Es ist wichtig zu wissen, dass mehrere Klassen von derselben Elternklasse erben können; eine Kindklasse kann jedoch nur eine Elternklasse haben. Dies zeigt sich unter anderem in der Deklaration einer abstrakten Klasse, die als Elternklasse für eine Klasse dient, die ihre Methoden verwendet.
Dieses Prinzip ist vorteilhaft, da es den benötigten Codeumfang erheblich reduziert, da dieselbe Klasse in verschiedenen Szenarien verwendet werden kann. Sie müssen sie lediglich an Ihre Bedürfnisse anpassen. Beispielsweise können Sie Funktionen und Methoden der übergeordneten Klasse hinzufügen, um Ihr Programm zu erweitern.
Prinzip 4: Polymorphismus
In der objektorientierten Programmierung ist es möglich, mehrere Methoden mit demselben Namen zu implementieren. Dieses Konzept nennt man Polymorphismus. Man kann also mehrere Funktionen mit demselben Namen deklarieren und deren Verhalten ändern, indem man lediglich deren Attribute oder Rückgabewerte ändert.
Dieses Prinzip ist vorteilhaft, da es Code-Duplizierung vermeidet und die gesamte Lösung dadurch schlanker und wartungsfreundlicher wird. Denken Sie daran: Ziel ist es, ein Programm zu entwickeln, das schnelle Verarbeitung ohne Effizienzeinbußen ermöglicht.
Prinzip 5: Schnittstellen
Um Überraschungen während der Projektentwicklung zu vermeiden, empfiehlt es sich, das Konzept einer Schnittstelle in Ihre Vorgehensweise zu integrieren. Dieses Prinzip beinhaltet die Erstellung von Klassen mit ihren jeweiligen Methoden, wobei die Methoden selbst jedoch leer bleiben.
Sie fragen sich wahrscheinlich, wozu sie in diesem Fall dienen und wie man sie benutzt?
Tatsächlich ermöglichen sie Ihnen eine bessere Visualisierung der Architektur Ihres Programms. Dadurch vermeiden Sie, den Überblick zu verlieren, und stellen sicher, dass Sie die zuvor festgelegten Richtlinien einhalten. Damit Ihr Programm funktioniert, müssen Sie alle Methoden innerhalb der Schnittstelle implementieren.
Es ist zu beachten, dass eine Klasse im Gegensatz zu abstrakten Klassen mehrere Schnittstellen implementieren kann.
Prinzip 6: Statische Klassen
Eine statische Klasse ist eine Klasse, die nicht instanziiert werden muss, um verwendet werden zu können. Das heißt, man muss lediglich ihre Methoden aufrufen, um eine Antwort zu erhalten.
Zur Veranschaulichung: Die meisten Bibliotheken basieren auf diesem Prinzip. Dies steht auch im Zusammenhang mit dem Abstraktionsprinzip, das – wie bereits erwähnt – den Zugriff von Benutzern auf bestimmte Codeabschnitte einschränkt.
Dieses Konzept findet vor allem in mathematischen oder logischen Operationen Anwendung, da es den aktuellen Zustand des gesamten Programms nicht verändert, ähnlich wie die funktionale Programmierung. Seine Funktion besteht weiterhin darin, Parameter entgegenzunehmen und auf Basis dieser Parameter Ergebnisse zurückzugeben.
