JAVA основывается на концепциях объектно-ориентированного программирования, что позволяет перейти на более высокий уровень абстракции, чтобы разрешить любую проблему реалистичным путем. Объектно-ориентированный подход концептуализирует решение проблемы в плоскости объектов реального мира, которые легче повторно использовать в приложении. Например, Chair (стул), Fan (вентилятор), Dog (Собака), Computer (компьютер) и так далее. В JAVA класс представляет собой макет, шаблон или прототип, который определяет общее поведение объекта данного типа. Экземпляр - это отдельная реализация класса, и все экзепляры класса имеют одинаковые свойства, которые описаны в определении класса. Например, вы можете опрделить класс с именем House (дом) с количеством комнат в качестве атрибута и создать экземпляры класса, такие как дом с двумя комнатами, дом с тремя комнатами и так далее. Преимущества: Ниже перечислены некоторые плюсы объектно-ориентированной разработки программного обеспечения (ПО).

• Снижение затрат на поддержку ПО, в основном за счет того, что она осуществляется модульно.
• Усовершенствованное повторное использование кода благодаря таким качествам, как наследование, и, как результат, более быстрая разработка ПО.
• Повышенные надежность и гибкость кода.
• Легкость понимания вследствие моделирования реального мира.
• Лучшая абстракция на уровне объекта.
• Уменьшение сложности перехода от одной фазы разработки к другой.

Есть четыре основные характеристики ООП:

• Инкапсуляция
• Наследование
• Полиморфизм
• Абстракция

Инкапсуляция

Инкапсуляция выступает договором для объекта, что он должен скрыть, а что открыть для доступа другими объектами. В JAVA мы используем модификатор доступа private для того, чтобы скрыть метод и ограничить доступ к переменной из внешнего мира. JAVA также располагает различными модификаторами доступа: public , по умолчанию, protected , private , которые используются для ограничения видимости на разных уровнях. Но конечной целью является инкапсуляция тех вещей, которые не должны быть изменены. Лучше всего работает подход, при котором, у класса должна быть только одна причина для изменения, и инкапсулирование воплощает в реальность проектирование этой “одной причины”. Правильным в инкапсуляции считается сокрытие часто изменяющихся вещей во избежание повреждения других классов. Преимущества: Ниже представлены некоторые преимущества инкапсуляции:

• Мы можем защитить внутреннее состояние объекта с помощью сокрытия его атрибутов.
• Это улучшает модульное построение кода, так как предотвращает взаимодействие объектов неожиданными способами.
• Повышается практичность кода.
• Это поддерживает договорные отношения конкретного объекта.
• Инкапсуляция облегчает поддержку ПО.
• Изменения в коде могут производиться независимо друг от друга.

Полиморфизм

Полиморфизм в программировании - это способность предоставлять один и тот же интерфейс для различных базовых форм (типов данных). Это означает, что классы, имеющие различную функциональность, совместно используют один и тот же интерфейс и могут быть динамически вызваны передачей параметров по ссылке. Классический пример - это класс Shape (фигура) и все классы, наследуемые от него: square (квадрат), circle (круг), dodecahedron (додекаэдр), irregular polygon (неправильный многоугольник), splat (клякса) и так далее. В этом примере каждый класс будет иметь свой собственный метод Draw() и клиентский код может просто делать: Shape shape = new Shape () ; Shape.area() чтобы получить корректное поведение любой фигуры Красота полиморфизма заключается в том, что код, работая с различными классами, не должен знать, какой класс он использует, так как все они работают по одному принципу. Процесс, применяемый объектно-ориентированными языками программирования для реализации динамического полиморфизма, называется динамическим связыванием. Примечание: Полиморфизм - это способность выбирать более конкретные методы для исполнения в зависимости от объекта. Полиморфизм осуществляется тогда, когда не задействованы абстракные классы. Преимущества:

• Создание повторно используемого кода. То есть, как только класс создан, реализован и протестирован, он может свободно использоваться без заботы о том, что конкретно в нем написано.
• Это обеспечивает более универсальный и слабосвязанный код.
• Понижается время компиляции, что ускоряет разработку.
• Динамическое связывание.
• Один и тот же интерфейс может быть использован для создания методов с разными реализациями.
• Вся реализация может быть заменена с помощью использования одинаковых сигнатур метода.

Переопределение методов как часть полиморфизма. Переопределение взаимодействует с двумя методами: методом родительского класса и методом производного класса. Эти методы имеют одинкавые имя и сигнатуры. Переопределение позволяет вам производить одну и ту же оперецию различными путями для разных типов объектов. Например: while (it. hasNext () ) { Shape s = (Shape) it. next () ; totalArea += s. area (dim) ; //будет применен полиморфизм и вызван нужный метод для каждого объекта. } Перезагрузка методов или ad-hoc полиморфизм или статический полиморфизм Перезагрузка взаимодействует с несколькими методами одного класса, которые одинаково названы, но имеют разные сигнатуры методов. Перезагрузка позволяет вам описать одну и ту же операцию различными путями для разных данных. Иногда ее называют статическим полиморфизмом, но фактически полиморфизмом она не является. Это ничто иное, как просто наличие двух методов с одинаковыми именами, но разным списком аргументов. Перезагрузка не имеет ничего общего с наследованием и полиморфизмом. И перезагруженный метод совсем не то же самое, что переопределенный метод. Параметрический полиморфизм через обобщение в JAVA При объявлении класса поле имени может ассоциироваться с различными типами, а имя метода может ассоциироваться с различными параметрами и возвращаемыми типами. JAVA поддерживает параметрический полиморфизм, применяя обобщение (дженерики). List< String> list = new ArrayList < String> () ; Почему мы не можем переопределить статический метод в JAVA? Переопределение зависит от наличия экземпляра класса. Идея полиморфизма состоит в том, что вы можете создать подкласс, и объекты, реализуемые теми подклассами, будут вести себя по-другому с теми же методами родителького класса (переопределенными в подклассах). Статический метод не ассоциируется ни к каким экземпляром класса, таким образом, сама концепция переопределения не может быть применена. Создателями JAVA руководили два соображения, которые повлияли на такой подход. Во-первых, это проблемы исполнения кода: лилось очень много критики в адрес Smalltalk из-за медленной работы (сборщик мусора и полиморфизм были частью этой проблемы), и в проектировании JAVA старались этого избежать. Вторым соображением было решение, что целевой аудиторией JAVA станут С++ разработчики. То, что статические методы работают именно таким образом, было очень знакомо C++ программистам, а так же ускоряло работу, так как не было необходимости проходить вверх по иерархии классов, чтобы выяснить, какой метод вызывать. Вы идете прямо к классу и вызываете конкретный метод.

Наследование

Наследование - это включение поведения (т.е. методов) и состояния (т.е. переменных) базового класса в производный класс, таким образом они становятся доступны в этом производном классе. Главное преимущество наследования в том, что оно обеспечивает формальный механизм повторного использования кода и избегает дублирования. Унаследованный класс расширяет функциональность приложения благодаря копированию поведения родительского класса и добавлению новых функций. Это делает код сильно связанным. Если вы захотите изменить суперкласс, вам придется знать все детали подклассов, чтобы не разрушить код. Наследование - это форма повторного использования программного обеспечения, когда из уже существующего класса (суперкласса) создается новый класс (подкласс), который расширяет свою функциональность и при этом использует некоторые свойства суперкласса. Так что, если у вас есть класс-родитель, а потом появляется класс-наследник, то наследник наследует все вещи, которыми обладает родитель. Преимущества:

• Усовершенствованное повторное использование кода.
• Устанавливается логическое отношение «is a» (является кем-то, чем-то). Например: Dog is an animal . (Собака является животным).
• Модуляризация кода.
• Исключаются повторения.

Недостаток:

• Сильная связанность: подкласс зависит от реализации родительского класса, что делает код сильно связанным.

Что еще почитать:

Абстракция

Абстракция означает разработку классов исходя из их интерфейсов и функциональности, не принимая во внимание реализацию деталей. Абстрактный класс представляет собой интерфейсы без включения фактической реализации. Он отличает реализацию объекта от его поведения. Абстракция упрощает код, скрывая несущественные детали. Преимущества:

• Применяя абстракцию, мы можем отделить то, что может быть сгруппировано по какому-либо типу.
• Часто изменяемые свойства и методы могут быть сгруппированы в отдельный тип, таким образом основной тип не будет подвергаться изменениям. Это усиливает принцип ООП: «Код должен быть открытым для Расширения, но закрытым для Изменений» .
• Абстракция упрощает представление доменных моделей.

Отличие между абстракцией и инкапсуляцией Инкапсуляция - это стратегия, используемая как часть абстракции. Инкапсуляция относится к структуре объекта: объекты инкапсулируют свои свойства и скрывают их от доступа извне. Пользователи класса взаимодействуют с ним с помощью его методов, но не имеют доступа напрямую к структуре класса. Таким образом класс абстрагирует детали реализации, относящиеся к его строению. Абстракция является более общим термином. Она также может достигаться среди прочего с помощью подклассов. Например, класс List (список) в стандартной библиотеке является абстракцией для последовательности элементов, проиндексированных согласно их места в списке. Конкретными примерами списка List являются ArrayList или LinkedList . Код, который взаимодействует со списком List абстрагируется от деталей, какой именно список он использует. Часто абстракция невозможна без сокрытия основного состояния с помощью инкапсуляции. Если класс раскрывает свою внутреннюю структуру, он не может изменить свои внутренние операции, а, следовательно, не может абстрагироваться. Что такое абстрактный класс и абстрактный метод? Случается, что во время разработки вы хотите, чтобы базовый класс представлял только интерфейс для его производных классов. То есть вы не хотите, чтобы кто-либо создавал экземпляры базового класса. Вам необходимо использовать интерфейс таким образом, чтобы только приводить объекты к нему (это неявное приведение, которое обеспечивает полиморфное поведение). Это достигается путем создания данного класса абстрактным с помощью ключевого слова abstract . Это накладывает некоторые ограничения, такие как невозможность создавать экземпляры абстрактного класса, при использовании абстрактного класса необходимо реализовывать абстрактные методы. Этим обеспечивается полиморфизм. Абстрактный класс может содержать и абстрактные и конкретные методы. Если хоть один метод в классе объявлен абстрактным, весь класс должен так же быть объявлен абстрактным. Тем не менее, в обратную сторону правило не обязано соблюдаться. Если класс объявлен абстрактным, он может и не содержать абстрактные методы. Метод, который всего лишь определяет свои сигнатуры и не обеспечивает реализацию, называется абстрактным. Фактическая его реализация оставлена его подклассам, которые расширяют абстрактный класс. Абстрактный метод не может быть использован объектом, только другой класс может его расширить. Когда необходимо использовать абстрактный класс? Абстрактные классы позволяют вам определить некоторое поведение по умолчанию и заставить подклассы обеспечить любое конкретное поведение. Например: List (список) является интерфейсом, в свою очередь AbstractList определяет основное поведение Списка, которое может быть использовано как есть или уточнено в подклассе, например, в ArrayList (списочный массив). Что такое интерфейс? В концепции интерфейса лежит абстрактный класс, но интерфейс (определяется ключевым словом interface) шагнул дальше. Он предотвращает вообще любую реализацию метода или функции. Вы можете только объявлять метод или функцию, но не обеспечивать их реализацию. Класс, который реализует данный интерфейс, должен как раз и позаботиться о фактической реализации. Интерфейсы очень полезны и повсеместно используются в ООП. Так как они разделяют сам интерфей и реализацию, они предоставляют много преимуществ своего использования:

1. Множественное наследование .
2. Слабая связанность . Происходит абстракция операции, такая как разделение на уровни, а конкретной реализацией может быть что угодно: JDBC, JPA, JTA и т.д.
3. Программа-интерфейс не реализуется .
4. Полиморфизм с динамическим связыванием : раскрывается програмный интерфейс объекта без раскрытия его фактической реализации.
5. Абстрактные уровни , разделение функциональностей.

Разница между интерфейсом и абстрактным классом.

• Интерфейс - это договорные отношения с классами, которые этот интерфейс реализуют, о том, что реализация происходит путём, обозначенным интерфейсом. Это пустая оболочка с объявленными методами.
• Абстрактный класс определяет некоторое общее поведение и просит свои подклассы определить нетипичное или конкретное поведение для своего класса.
• Методы и члены абстрактного класса могут быть обозначены любым модификатором доступа, в свою очередь все методы интерфейса обязаны быть открытыми (public).
• Когда происходит наследование абстрактного класса, класс-наследник должен определить абстрактные методы, в то время как интерфейс может наследовать другой интерфейс и при этом не обязательно определять его методы.
• Класс-наследник может расширять только один абстрактный класс, а интерфейс может расширять или класс может реализовывать множество других интерфейсов.
• Класс-наследник может определять абстрактные методы с тем же или менее ограниченным модификатором доступа, при этом класс, реализующий интерфейс, должен определять методы с тем же уровнем видимости.
• Интерфейс не содержит конструкторы, в том время, как они есть в абстрактном классе.
• Переменные, объявленные в Java-интерфейсе по умолчанию являются final. Абстрактный класс может содержать переменные, которые не являются final.
• Все участники Java-интерфейса по умолчанию являются public . Участники абстрактного класса могут позволить себе быть public , protected и др.

Композиция

Повторное использование кода может быть достигнуто с помощью как наследования, так и композиции. Но при этом задействование композиции обеспечивает более высокий уровень инкапсуляции, чем наследование, так как изменения в back-end классе не обязательно затронут код, который относится к front-end классу. Композиция - это техника проектирования, применяющая в классах отношения типа “has-a” (имеет, включает в себя). Для повторного использования кода могут применяться как наследование в java, так и композиция объекта. Суть композиции заключается в выражении отношения "has a" между объектами. Подумайте о стуле. У стула есть (has a) сидение. У стула есть (has a) спинка. У стула есть (has a) определенное количество ножек. Фраза ”has a” / “есть” предполагает отношения, в которых стул имеет или, как минимум, использует другой объект. Это как раз и есть отношения “has-a”, являющиеся основой композиции. Преимущества:

• Контроль видимости
• Реализация может быть заменена во время выполнения (run-time)
• Слабая связанность, так как класс-интерфейс не зависит от реализации.

Различия между композицией и наследованием

№	Композиция (has a / имеет)	Наследование (is a / является)
1		Поддерживает полиморфизм и повторное использование кода.
2	Объект во время выполнения (run-time) уже создан.	Объект создается динамически во время компиляции.
3	Реализация может быть заменена во время выполнения (run-time).	Реализация может быть заменена во время компиляции.
4	Подкласс не зависит от класса-родителя, что благоприятствует слабому связыванию (особенно под управлением интерфейса).	Подкласс завизист от реализации класса-родителя, поэтому связывание считается сильным.
5	Использование: в Доме есть Ванная комната. Неправильно говорить, что Дом - это Ванная комната.	Наследование является однонаправленным: Дом - это Здание. Но здание не является домом.

Примечание: Не используйте наследование только для того, чтобы обеспечить повторное использование кода. Если нет отношенией “is a“ (является), для этих целей используется композиция. Разница между композицией и агрегацией в отношениях объектов. Агрегация - это взаимосвязь, при которой один класс вписывается в коллекцию. Это часть целого отношения, где часть может существовать без целого. Такие отношения гораздо слабее. Нет циклической зависимости. Например: заказ и продукт. Композиция - это взаимосвязь, при которой один класс вписывается в коллекцию. Это часть целого отношения, при которой часть не может существовать без целого. Если целое уничтожается, все его составляющие тоже будут уничтожены. Это более сильные отношения. Например: многоугольник и его вершины, заказ и его компонент.

s_a_p 20 августа 2008 в 19:09

Полиморфизм для начинающих

• PHP

Полиморфизм — одна из трех основных парадигм ООП. Если говорить кратко, полиморфизм — это способность обьекта использовать методы производного класса, который не существует на момент создания базового. Для тех, кто не особо сведущ в ООП, это, наверно, звучит сложно. Поэтому рассмотрим применение полиморфизма на примере.

Постановка задачи

Предположим, на сайте нужны три вида публикаций — новости, объявления и статьи. В чем-то они похожи — у всех них есть заголовок и текст, у новостей и объявлений есть дата. В чем-то они разные — у статей есть авторы, у новостей — источники, а у объявлений — дата, после которой оно становится не актуальным.

Самые простые варианты, которые приходят в голову — написать три отдельных класса и работать с ними. Или написать один класс, в которым будут все свойства, присущие всем трем типам публикаций, а задействоваться будут только нужные. Но ведь для разных типов аналогичные по логике методы должны работать по-разному. Делать несколько однотипных методов для разных типов (get_news, get_announcements, get_articles) — это уже совсем неграмотно. Тут нам и поможет полиморфизм.

Абстрактный класс

Грубо говоря, это класс-шаблон. Он реализует функциональность только на том уровне, на котором она известна на данный момент. Производные же классы ее дополняют. Но, пора перейти от теории к практике. Сразу оговорюсь, рассматривается примитивный пример с минимальной функциональностью. Все объяснения — в комментариях в коде.

abstract class Publication
{
// таблица, в которой хранятся данные по элементу
protected $table ;

// свойства элемента нам неизвестны
protected $properties = array();

// конструктор

{
// обратите внимание, мы не знаем, из какой таблицы нам нужно получить данные
$result = mysql_query ("SELECT * FROM `" . $this -> table . "` WHERE `id`="" . $id . "" LIMIT 1" );
// какие мы получили данные, мы тоже не знаем
$this -> properties = mysql_fetch_assoc ($result );
}

// метод, одинаковый для любого типа публикаций, возвращает значение свойства
public function get_property ($name )
{
if (isset($this -> properties [ $name ]))
return $this -> properties [ $name ];

Return false ;
}

// метод, одинаковый для любого типа публикаций, устанавливает значение свойства
public function set_property ($name , $value )
{
if (!isset($this -> properties [ $name ]))
return false ;

$this -> properties [ $name ] = $value ;

Return $value ;
}

// а этот метод должен напечатать публикацию, но мы не знаем, как именно это сделать, и потому объявляем его абстрактным
abstract public function do_print ();
}

Производные классы

Теперь можно перейти к созданию производных классов, которые и реализуют недостающую функциональность.

class News extends Publication
{
// конструктор класса новостей, производного от класса публикаций
public function __construct ($id )
{
// устанавливаем значение таблицы, в которой хранятся данные по новостям
$this -> table = "news_table" ;
parent :: __construct ($id );
}

Public function do_print ()
{
echo $this -> properties [ "title" ];
echo "

" ;
echo $this -> properties [ "text" ];
echo "
Источник: " . $this -> properties [ "source" ];
}
}

Class Announcement extends Publication
{
// конструктор класса объявлений, производного от класса публикаций
public function __construct ($id )
{
// устанавливаем значение таблицы, в которой хранятся данные по объявлениям
$this -> table = "announcements_table" ;
// вызываем конструктор родительского класса
parent :: __construct ($id );
}

// переопределяем абстрактный метод печати
public function do_print ()
{
echo $this -> properties [ "title" ];
echo "
Внимание! Объявление действительно до " . $this -> properties [ "end_date" ];
echo "

" . $this -> properties [ "text" ];
}
}

Class Article extends Publication
{
// конструктор класса статей, производного от класса публикаций
public function __construct ($id )
{
// устанавливаем значение таблицы, в которой хранятся данные по статьям
$this -> table = "articles_table" ;
// вызываем конструктор родительского класса
parent :: __construct ($id );
}

// переопределяем абстрактный метод печати
public function do_print ()
{
echo $this -> properties [ "title" ];
echo "

" ;
echo $this -> properties [ "text" ];
echo "
" . $this -> properties [ "author" ];
}
}

Теперь об использовании

Суть в том, что один и тот же код используется для обьектов разных классов.

// наполняем массив публикаций объектами, производными от Publication
$publications = new News ($news_id );
$publications = new Announcement ($announcement_id );
$publications = new Article ($article_id );

Foreach ($publications as $publication ) {
// если мы работаем с наследниками Publication
if ($publication instanceof Publication ) {
// то печатаем данные
$publication -> do_print ();
} else {
// исключение или обработка ошибки
}
}

Вот и все. Легким движением руки брюки превращаются в элегантные шорты:-).

Основная выгода полиморфизма — легкость, с которой можно создавать новые классы, «ведущие себя» аналогично родственным, что, в свою очередь, позволяет достигнуть расширяемости и модифицируемости. В статье показан всего лишь примитивный пример, но даже в нем видно, насколько использование абстракций может облегчить разработку. Мы можем работать с новостями точно так, как с объявлениями или статьями, при этом нам даже не обязательно знать, с чем именно мы работаем! В реальных, намного более сложных приложениях, эта выгода еще ощутимей.

Немного теории

• Методы, которые требуют переопределения, называются абстрактными. Логично, что если класс содержит хотя бы один абстрактный метод, то он тоже является абстрактным.
• Очевидно, что обьект абстрактного класса невозможно создать, иначе он не был бы абстрактным.
• Производный класс имеет свойства и методы, принадлежащие базовому классу, и, кроме того, может иметь собственные методы и свойства.
• Метод, переопределяемый в производном классе, называется виртуальным. В базовом абстрактном классе об этом методе нет никакой информации.
• Суть абстрагирования в том, чтобы определять метод в том месте, где есть наиболее полная информация о том, как он должен работать.

UPD: по поводу sql-inj и нарушения MVC — господа, это просто пример, причем пример по полиморфизму, в котором я не считаю нужным уделять значения этим вещам. Это тема для совсем других статей.

Генетический полиморфизм - это состояние, при котором наблюдается длительное разнообразие генов, но при этом частота наиболее редко встречающегося гена в популяции больше одного процента. Поддержание его происходит за счет постоянной мутации генов, а также их постоянной рекомбинации. Согласно исследованиям, которые провели ученые, генетический полиморфизм получил широкое распространение, ведь комбинаций гена может быть несколько миллионов.

Большой запас

От большого запаса полиморфизма зависит лучшая адаптация популяции к новой среде обитания, и в таком случае эволюция происходит намного быстрее. Произвести оценку всего количества полиморфных аллелей, используя традиционные генетические методы, нет практической возможности. Связано это с тем, что наличие определенного гена в генотипе осуществляется за счет скрещивания особей, которые имеют различные фенотипические особенности, определяемые геном. Если знать, какую часть в определенной популяции составляют особи, имеющие различный фенотип, то становится возможным установить количество аллелей, от которых зависит формирование того или иного признака.

Как все начиналось?

Генетика стала бурно развиваться в 60-е годы прошлого столетия, именно тогда стал применяться или ферментов в геле, который позволил определить генетический полиморфизм. Что это за метод? Именно при помощи него вызывается перемещение белков в электрическом поле, которое зависит от размера перемещаемого белка, его конфигурации, а также суммарного заряда в разных участках геля. После этого, в зависимости от расположения и числа пятен, которые появились, проводится идентификация определившегося вещества. Чтобы оценить полиморфизм белка в популяции, стоит исследовать приблизительно 20 или большее количество локусов. Затем с использованием математического метода определяется количество а также соотношение гомо- и гетерозигот. По данным исследований, одни гены могут быть мономорфными, а другие - необычайно полиморфными.

Виды полиморфизма

Понятие полиморфизма чрезвычайно широкое, оно включает в себя переходный и сбалансированный вариант. Зависит это от селективной ценности гена и естественного отбора, который давит на популяцию. Помимо этого, он может быть генным и хромосомным.

Генный и хромосомный полиморфизм

Генный полиморфизм представлен в организме аллелями в количестве более одного, ярким примером этого может стать кровь. Хромосомный представляет собой различия в пределах хромосом, который происходит за счет аберраций. При этом в гетерохроматиновых участках есть различия. В случае отсутствия патологии, которая приведет к нарушению или гибели, такие мутации носят нейтральный характер.

Переходный полиморфизм

Переходный полиморфизм возникает в том случае, когда в популяции происходит замещение аллеля, который когда-то был обычным, другим, который обеспечивает своего носителя большей приспосабливаемостью (это также называется множественным аллелизмом). При данной разновидности есть направленный сдвиг в процентном содержании генотипов, за счет него происходит эволюция, и осуществляется ее динамика. Явление индустриального механизма может стать хорошим примером, который охарактеризует переходный полиморфизм. Что это такое, показывает простая бабочка, которая с развитием промышленности сменила белый цвет своих крыльев на темный. Данное явление начали наблюдать в Англии, где более чем 80 видов бабочек из бледно-кремовых цветов стали темными, что впервые подметили после 1848 года в Манчестере в связи с бурным развитием промышленности. Уже в 1895 году более 95% пядениц приобрели темную окраску крыльев. Связаны такие перемены с тем, что стволы деревьев стали более закопченными, и светлые бабочки стали легкой добычей дроздов и малиновок. Перемены произошли за счет мутантных меланистических аллелей.

Сбалансированный полиморфизм

Определение "полиморфизм сбалансированный" характеризует отсутствие сдвига любых числовых соотношений различных форм генотипов в популяции, которая находится в стабильных условиях среды обитания. Это означает, что из поколения в поколение соотношение остается одним и тем же, но может незначительно колебаться в пределах той или иной величины, которая является постоянной. В сравнении с переходным, сбалансированный полиморфизм - что это? Он в первую очередь является статикой эволюционного процесса. И. И. Шмальгаузен в 1940 году дал ему также название равновесного гетероморфизма.

Пример сбалансированного полиморфизма

Наглядным примером сбалансированного полиморфизма может стать наличие двух полов у многих моногамных животных. Связано это с тем, что у них есть равноценные селективные преимущества. Соотношение их в пределах одной популяции всегда равное. При наличии в популяции полигамии селективное соотношение представителей обоих полов может быть нарушено, в таком случае представители одного пола могут либо полностью уничтожиться, либо устраняются от размножения в большей степени, чем представители противоположного пола.

Другим примером может стать групповая принадлежность крови по системе АВ0. В этом случае частота различных генотипов в различных популяциях может быть различной, но наравне с этим из поколения в поколение она не меняет своего постоянства. Проще говоря, ни один генотип не имеет селективного преимущества перед другим. По данным статистики, мужчины, имеющие первую группу крови, имеют большую ожидаемую продолжительности жизни, чем остальные представители сильного пола с другими группами крови. Наравне с этим, риск развития язвенной болезни 12-перстной кишки при наличии первой группы выше, но она может перфорироваться, и это станет причиной смерти в случае позднего оказания помощи.

Генетическое равновесие

Данное хрупкое состояние может нарушаться в популяции как следствие возникающих они при этом должны быть с определенной частой и в каждом поколении. Исследования показали, что полиморфизмы генов системы гемостаза, расшифровка которых дает понять, эволюционный процесс способствует данным изменениям или, наоборот, противодействует, крайне важны. Если проследить ход мутантного процесса в той или иной популяции, то можно также судить о ее ценности для адаптации. Она может быть равна единице, если в процессе отбора мутация не исключается, и препятствий к ее распространению нет.

Большинство случаев показывают, что ценность таких генов менее единицы, а в случае неспособности таких мутантов к размножению и вовсе все сводится к 0. Мутации такого рода отметаются в процессе естественного отбора, но это не исключает неоднократное изменение одного и того же гена, что компенсирует элиминацию, которая осуществляется отбором. Тогда достигается равновесие, мутировавшие гены могут появляться или, наоборот, исчезать. Это приводит к сбалансированности процесса.

Пример, который может ярко охарактеризовать происходящее, - серповидноклеточная анемия. В данном случае доминантный мутировавший ген в гомозиготном состоянии способствует ранней гибели организма. Гетерозиготные организмы выживают, но они более восприимчивы к заболеванию малярией. Сбалансированный полиморфизм гена серповидноклеточной анемии можно проследить в местах распространения данного тропического заболевания. В такой популяции гомозиготы (особи с одинаковыми генами) элиминируются, наравне с этим действует отбор в пользу гетерозигот (особей с разными генами). За счет происходящего разновекторного отбора в генофонде популяции происходит поддержание в каждом поколении генотипов, которые обеспечивают лучшую приспосабливаемость организма к условиям среды обитания. Наравне с наличием гена серповидноклеточной анемии в есть и другие разновидности генов, характеризующие полиморфизм. Что это дает? Ответом на этот вопрос станет такое явление, как гетерозис.

Гетерозиготные мутации и полиморфизм

Гетерозиготный полиморфизм предусматривает отсутствие фенотипических изменений при наличии рецессивных мутаций, даже если они несут вред. Но наравне с этим они могут накапливаться в популяции до высокого уровня, который может превышать вредные доминантные мутации.

эволюционного процесса

Эволюционный процесс является непрерывным, и обязательным его условием есть полиморфизм. Что это - показывает постоянная приспосабливаемость той или иной популяции к среде своего обитания. Разнополые организмы, которые обитают в пределах одной группы, могут быть в гетерозиготном состоянии и передаваться из поколения в поколение на протяжении многих лет. Наравне с этим фенотипического проявления их может и не быть - за счет огромного запаса генетической изменчивости.

Ген фибриногена

В большинстве случаев исследователями рассматривается полиморфизм гена фибриногена как предшествующее состояние для развития ишемического инсульта. Но в данный момент на первый план выходит проблема, при которой генетические и приобретенные факторы способны оказывать свое влияние на развитие данного заболевания. Данная разновидность инсульта развивается за счет тромбоза артерий головного мозга, а, изучая полиморфизм гена фибриногена, можно понять многие процессы, влияя на которые, недуг можно предупредить. Связи генетических изменений и биохимических показателей крови в данный момент учеными недостаточно изучены. Дальнейшие исследования позволят влиять на ход заболевания, изменять его течение или просто предупреждать его на ранней стадии развития.

Лекция в виде презентации в формате pdf с примерами - 27 слайдов.
ВолгГТУ, кафедра ПОАС, - 2010 год

В лекции рассмотрены все формы полиморфизма функций и методов т представлена их иерархия в виде схемы.

Фрагменты из лекции

Понятие полиморфизма

• Полиморфизм в языке программирования означает многозначность переменных и функций
• Полиморфной функцией является такая функция, которая может вызываться с аргументами различного типа, а фактический выполняемый код зависит от типа аргументов

Преимущества использования полиморфизма

• Полиморфизм позволяет записывать алгоритмы лишь однажды и затем повторно их использовать для различных типов данных, которые, возможно, еще не существуют (обобщенные действия или алгоритмы)
• Полиморфизм сужает концептуальное пространство, т.е. уменьшает количество информации, которое необходимо помнить программисту

Параметризованный полиморфизм

• Обеспечивается за счет так называемых обобщенных функций, которые в языке Си++ называются шаблонами
• Аргументом обобщенной функции является тип, который используется при ее параметризации
• С помощью механизма шаблонов можно создать функцию, которая бы работала с разнотипными аргументами
• Примером таких функций являются обобщенные алгоритмы из STL

Чистый полиморфизм

• Чистый полиморфизм имеет место, когда одна и та же функция применяется к аргументам различных типов
• В случае чистого полиморфизма имеется одна функция (тело кода) и несколько ее интерпретаций
• Реализация чистого полиморфизма возможна только при наличии полиморфных переменных, а точнее полиморфных аргументов
• Чистый полиморфизм позволяет реализовывать обобщенные алгоритмы

Перегрузка или полиморфизм ad hoc

• Перегрузка возникает, когда имеется два или более кода, связанных с одним именем
• Главное назначение перегрузки − сужение концептуального пространства

Перегрузка методов в несвязанных классах

• Все ОО-языки разрешают использовать методы с одинаковыми именами в несвязанных между собою классах − это перегрузка методов
• В этом случае привязка перегруженного имени производится за счет информации о классе, к которому относится получатель сообщения

Параметрическая перегрузка

• Стиль перегрузки, при котором функциям и методам в одном и том же контексте разрешается использовать совместно одно имя, а двусмысленность снимается за счет анализа числа и типов аргументов, называется параметрической перегрузкой.

Замещение методов

• Замещение возникает, когда в базовом и производном классах имеются два метода с одинаковым именем и параметрами
• В этом случае метод базового класса перекрывается методом производного класса с точки зрения пользователя класса

Назначение механизма замещения методов

• Замещение происходит прозрачно (незаметно) для пользователя класса, и, как в случае перегрузки, два метода представляются семантически как одна сущность
• Главное назначение замещения методов − сужение концептуального пространства

Пример замещения метода

Class MyEllipse
{
public:
float area() const

};

{
public:
float area() const
{//использ. более эффективный алгоритм расчета
}
};

MyEllipse ellipse;
MyCircle circle;

// Будет вызван метод MyEllipse::area()
ellipse.print();

// ВНИМАНИЕ!!! Будет вызван метод MyEllipse::area()
circle.print();

Переопределение методов

• При замещении метод базового класса перекрывается методом производного класса только снаружи. Внутри класса вызывается метод базового класса (см. предыдущий пример)
• Переопределение метода возникает, когда метод производного класса подменяет метод базового класса не только снаружи, но и внутри класса
• В языке Си++ для переопределения метода необходимо использовать механизм динамического связывания, т.е. объявить метод виртуальным

Пример переопределения метода

Class MyEllipse
{
public:
virtual float area() const
{ /* численный метод расчета */ }
void print() { printf("area = %f\n", area()); }
};
class MyCircle: public MyEllipse
{
public:
float area() const
{ //использ. более эффективн. алгоритм расчета
return 3.14*Radius1*Radius2;
}
};

MyEllipse ellipse;
MyCircle circle;

// Будет вызван метод MyEllipse::area()
printf("Ellipse area= %f\n", ellipse.area());

// Будет вызван метод MyEllipse::area()
ellipse.print();

// Будет вызван метод MyCircle::area()
printf("Circle area= %f\n", circle.area());

// ВНИМАНИЕ!!! Будет вызван метод MyCircle::area()
circle.print();

Назначение механизма переопределения методов

• Наличие механизма переопределения методов позволяет реализовать в базовом классе общую часть поведения, подразумевая, что отдельные действия будут доопределены (переопределены) в производных классах
• Таким образом, главное назначение механизма переопределения методов - сокращение объема программы

Отложенные методы

• Отложенный метод − это частный случай переопределения, когда метод базового класса не имеет реализации, а любая полезная деятельность задается в методе дочернего класса

Отложенные методы в языке Си++

• В языке Си++ отложенный метод должен быть описан в явном виде с ключевым словом virtual
• Тело отложенного метода не определяется, вместо этого функции «приписывается» значение 0

Полиморфизм – это принцип ООП, который позволяет использовать один интерфейс и разные алгоритмы. Целью полиморфизма, применительно к ООП, является использование одного имени для задания разных действий. Выполнение действия будет определяться типом данных.

Виды полиморфизма:

Статический (определяется во время компиляции). Перегрузка функций, методов, операторов и т.д.

Динамический (определяется во время выполнения). Содержит виртуальные функции и методы.

22. Наследование как механизм реализации полиморфизма, создания иерархий классов. Типы наследования.

Наследование – механизм ООП, посредством которого новые классы создаются на базе существующих. Эти классы наследуют свойства и поведение базовых классов и могут приобрести новые. Это позволяет уменьшить объем программы и время на ее разработку. Полиморфизм позволяет нам писать программы для обработки большого разнообразия логически связанных классов. Наследование и полиморфизм представляют собой эффективные методики для разработки сложных программ.

Типы наследования: прямое и косвенное, простое и множественное.

23. Классы. Базовые, производные, полиморфные, абстрактные, виртуаль-ные. Примеры.

Класс – особый тип данных, в котором описываются и атрибуты данных и действия, выполняемые над атрибутами.

Базовый класс – класс, члены которого наследуются.

Производный класс – класс, который наследует чужие члены.

Полиморфный класс – класс, содержащий виртуальные методы.

Абстрактный класс – класс, содержащий чисто виртуальные методы.

Виртуальный класс - класс, который при множественном наследовании не включается в классы-потомки, а заменяется ссылкой в них, во избежание дублирования.

24. Принципы раннего и позднего связывания.

Связывание - это процедура установки связи между идентификатором, используемым коде программы, и его физическим объектом (в общем случае любым программным компонентом: переменной, процедурой, модулем, приложением и т. д.)

Ранее связывание - установка таких связей до начала выполнения программы. Обычно под этим понимается связывание в процессе компиляции исходных модулей и компоновки исполняемого модуля из объектных.

Позднее связывание - установка связей в процессе выполнения программы. Речь идет обычно либо о динамических связях (когда только в ходе работы приложения определяется какие объекты будут нужны) либо о формировании таких объектов во время работы.

25. Использование языка uml для спецификации

26. Описание иерархий классов диаграммами uml.

Отношения классов через . И показать разные отношения: прямое, косвенное, множественное.

27. Классы-шаблоны. Описание в uml.

Шабло́н класса - средство языка C++, предназначенное для кодирования обобщённых алгоритмов классов, без привязки к некоторым параметрам (например, типам данных, размерам буферов, значениям по умолчанию).

Синтаксис:

template

class NAME_CLASS

NAME_CLASS B; //Вызов