1. diel - Úvod do objektovo orientovaného programovania vo VBA

V minulej lekcii, Úvod - Evolúcia metodík , sme ukázali cestu, ktorá viedla k dnešnému objektovo orientovanému programovaniu.

Vitajte pri prvej lekcii kurzu Objektovo orientovaného programovania vo VBA. Nadväzujeme na znalosti kurzov Základy Microsoft VBA a VBA pre Excel. V tomto on-line kurze Objektovo orientovaného programovania vo VBA sa naučíme objektovo programovať a hlavne objektovo myslieť. Je to niečo trochu iné, než sme robili doteraz, a samotný program už nebudeme chápať ako niekoľko riadkov príkazov, ktoré interpret vykonáva zhora nadol.

Objektovo orientované programovanie (ďalej len OOP) nevzniklo náhodou, ale je dôsledkom vývoja, ktorý k nemu smeroval. Ide o modernú metodiku vývoja softvéru, ktorú podporuje väčšina programovacích jazykov. Častou chybou je, že sa ľudia domnievajú, že OOP sa využíva iba pri písaní určitého druhu programov a inak je na škodu. Opak je pravdou - OOP je filozofia. Je to nový pohľad na funkciu programu a komunikáciu medzi jeho jednotlivými časťami. Malo by sa používať vždy, či už robíme malú utilitku alebo zložitý databázový systém. OOP nie je len technika alebo nejaká odporúčaná štruktúra programu. Je to hlavne nový spôsob myslenia, nový náhľad na problémy a nová éra vo vývoji softvéru.

Najprv sa pozrieme do histórie, ako sa programovalo skôr a ktoré konkrétne problémy OOP riešia. Je to totiž dôležité na to, aby sme pochopili, prečo OOP vzniklo.

Evolúcia metodík

Medzi tým, ako sa programovalo pred 40 rokmi a ako sa programuje dnes, je veľký rozdiel. Prvé počítače neoplývali veľkým výkonom a aj ich softvér nebol nijako zložitý. Vývoj hardvéru je však natoľko rýchly, že sa počet tranzistorov v mikroprocesoroch každý rok zdvojnásobí (Moorov zákon). Bohužiaľ, ľudia sa nedokážu rozvíjať tak rýchlo, ako sa rozvíja hardvér. Stále rýchlejšie počítače vyžadujú stále zložitejší a zložitejší softvér (resp. ľudia toho chcú po počítačoch stále viac a viac). Keď sa v jednej chvíli zistilo, že okolo 90 % softvéru je vytvorených s oneskorením, s dodatočnými nákladmi, alebo zlyhalo úplne, hľadali sa nové cesty, ako programy písať. Vystriedalo sa tak niekoľko prístupov, presnejšie sa im hovorí paradigma (chápajme ako smer myslenia). My si ich tu popíšeme.

1. Strojový kód

Program bol len súborom inštrukcií, kde sme nemali žiadnu možnosť pomenovávať premenné alebo zadávať matematické výrazy. Zdrojový kód bol samozrejme špecifický pre daný hardvér (procesor). Táto paradigma bola čoskoro nahradená.

2. Neštruktúrovaná paradigma

Neštruktúrovaný prístup je podobný assemblerom. Ide o súbor inštrukcií, ktorý sa vykonáva zhora nadol. Zdrojový kód už nebol závislý od hardvéru a bol lepšie čitateľný pre človeka. Prístup na nejaký čas umožnil vytvárať komplexnejšie programy. Boli tu však stále mnohé úskalia. Jediná možnosť, ako urobiť niečo viackrát, alebo ako sa v kóde vetviť, bol príkaz GOTO. GOTO nám umožňuje "skákať" na jednotlivé miesta v programe. Miesta boli predtým špecifikované číslom riadku zdrojového kódu, čo je samozrejme nepraktické. Keď do kódu vložíme nový riadok, čísla prestanú súhlasiť a celý kód je rozbitý. Neskôr vznikla možnosť definovať tzv. „návestia“. Takto sa obchádzala napr. absencia cyklov. Takýto spôsob písania programov je samozrejme veľmi neprehľadný a čoskoro prestal postačovať na vývoj zložitejších programov.

Uvedomme si, že obrovské rozšírenie počítačov za posledných niekoľko dekád má na svedomí rast dopytu po softvéri a logicky aj rast dopytu po programátoroch. Iste existujú ľudia, ktorí dokážu bez chyby písať programy v assembleri alebo iných nízkych jazykoch, ale koľko ich je? A koľko si asi za takú nadľudskú prácu účtujú? Je potrebné písať programy tak, aby aj menej skúsení programátori dokázali písať kvalitné programy a nepotrebovali na tvorbu jednoduchej utilitky 5 rokov praxe.

3. Štruktúrované programovanie

Štruktúrované programovanie je prvou paradigmou, ktorá sa udržala dlhšiu dobu a naozaj chvíľu postačovala na vývoj nových programov. Programujeme pomocou cyklov a vetvenia. To je v podstate to, kam sme sa doteraz dostali.

Pri štruktúrovanom programovaní hovoríme o tzv. funkcionálnej dekompozícii. Problém sa rozloží na niekoľko problémov a každý problém potom rieši určitá funkcia s parametrami. Nevýhodou je, že funkcia vie len jednu činnosť. Keď chceme niečo iné, musíme napísať novú funkciu. Neexistuje totiž spôsob, ako vziať starý kód a len ho trochu modifikovať, musíme písať znova a znova – vznikajú zbytočné náklady a chyby. Túto nevýhodu je možné čiastočne obísť pomocou parametrizácie funkcií (počet parametrov potom ale rýchlo narastá), alebo použitím globálnych premenných. S globálnymi dátami vzniká však nové nebezpečenstvo – funkcie majú prístup k dátam ostatných. To je začiatok konca. Nikdy totiž neustrážime, aby niekde nedošlo k prepísaniu globálnych dát medzi funkciami, a začne dochádzať k nekontrolovateľným problémom. Celý program sa potom skladá z nezapuzdrených blokov kódu a zle sa udržuje. Každá úprava programu zvyšuje zložitosť. Program potom nutne dôjde do stavu, keď náklady na pridávanie nových funkcií vzrastú na toľko, že sa program už neoplatí rozširovať. Zástupcovia tohto prístupu sú napríklad jazyky C, Pascal alebo QBasic.

Medzi štruktúrovaným programovaním a objektovo orientovaným programovaním existoval ešte medzičlánok, tzv. modulárne programovanie, ktoré nám umožňuje zapuzdriť určitú funkcionalitu do modulov. Stále však neexistuje spôsob, ako už napísaný kód modifikovať a znova využiť.

Ako už bolo spomenuté na začiatku článku, niekedy sa uvádza, že sa jednoduché programy majú písať neobjektovo, teda štruktúrovane. Nie je to však pravda. Keď zabudneme na fakt, že porušujeme filozofiu OOP ako takú, nikdy nemôžeme vedieť, či sa tento program neuchytí az malej utilitky sa nestane niečo vážnejšie. Potom opäť nutne dospejeme do stavu, kedy program nebude možné ďalej rozširovať a budeme ho buď musieť zahodiť alebo celý prepísať s pomocou OOP.

Neobjektové metódy písania kódu sa prezývajú "spaghetti code" pre ich neprehľadnosť (pretože špagety sú zamotané).

Objektovo orientovaný prístup

Jedná sa o filozofiu a spôsob myslenia, dizajnu a implementácie, kde kladieme dôraz na znovupoužiteľnos­ť. Prístup nachádza inšpiráciu v priemyselnej revolúcii - vynález základných komponentov, ktoré budeme ďalej využívať (napr. keď staviame dom, nebudeme si páliť tehly a sústružiť skrutky, jednoducho ich už máme hotové).

Poskladanie programu z komponentov je výhodnejšie a lacnejšie. Môžeme mu veriť, je otestovaný (o komponentoch sa vie, že fungujú, pretože sú otestované a udržiavané). Ak je niekde chyba, stačí ju opraviť na jednom mieste. Sme motivovaní k písaniu kódu prehľadne a dobre, pretože ho po nás používajú druhí alebo my sami v ďalších projektoch (priznajme si, že človek je od prírody lenivý a keby nevedel, že sa jeho kód bude znovu využívať, nesnažil by sa ho písať kvalitne:) )

Znalosti, ktoré sme sa doteraz naučili, samozrejme budeme používať ďalej. Náš kód budeme iba inak štruktúrovať a to do komunikujúcich objektov.

Ako OOP funguje

Snažíme sa nasimulovať realitu tak, ako ju sme zvyknutí vnímať. Môžeme teda povedať, že sa odpútavame od toho, ako program vidí počítač (stroj) a píšeme program skôr z pohľadu programátora (človeka). Ako sme vtedy nahradili assembler ľudsky čitateľnými matematickými zápismi, teraz ideme ešte ďalej a nahradíme aj tie. Ide teda o určitú úroveň abstrakcie nad programom. To má značné výhody už iba v tom, že je to pre nás prirodzenejšie a prehľadnejšie.

Základnou jednotkou je objekt, ktorý zodpovedá nejakému objektu z reálneho sveta (napr. objekt človek alebo databáza):

Objekt má svoje atribúty a metódy.

Atribúty

Atribúty objektu sú vlastnosti alebo dáta, ktoré uchováva (napr. u človeka jmeno a vek, u databázy heslo). Ide o jednoduché premenné, s ktorými sme už stokrát pracovali. Niekedy o nich hovoríme ako o vnútornom stave objektu.

Slovo vlastnosť si v Microsofte vyhradili pre špecifické využitie a to isté platí pre atribút. Premenným objektov hovoria field, čo sa zase kryje s českým slovom poľa. Budeme teda používať slovo atribút, aj keď to nebude úplne korektné.

Metódy

Metódy sú schopnosťami, ktoré vedia objekt vykonávať. U človeka by to mohli byť metódy: JdiDoPrace(), Pozdrav() alebo Mrkni(). Pri databáze PridejZaznam() alebo Vyhledej(). Metódy môžu mať parametre a môžu tiež vracať nejakú hodnotu. Ak niečo vracia, hovorí sa im funkcia. Veľmi dobre ich poznáme, používali sme napr. metódu Count() na objekte Collection. Collection je vlastne objekt, ktorý reprezentuje v realite nejakú kolekciu prvkov. Vidíme, že si môžeme jednoducho predstaviť, že rokujeme s kolekciou, ktorej sa v tomto prípade pýtame na počet v nej obsiahnutých prvkov:

V starších jazykoch metódy nepatrili objektom, ale voľne sa nachádzali v moduloch. Do tejto skupiny patrí aj VBA, aj keď aj vo VBA by sa našlo zopár ďalších objektov. Preto som sa rozhodol napísať tento seriál. Zatiaľ čo teraz bez znalostí OOP musíme zisťovať napríklad dĺžku reťazca takto: Len(retezec). Nevýhodou je samozrejme najmä to, že metóda Len() tu nikam nepatrí. Nie je spôsob, akým si vyvolať zoznam toho, čo sa s reťazcom dá robiť av kóde je neporiadok. Navyše nemôžeme mať 2 metódy s rovnakým názvom.

Po absolvovaní lekcií tohto kurzu sa dostaneme na úroveň moderných jazykov, kedy si vytvoríme objekt, ktorý bude predstavovať textový reťazec, a tohto objektu sa budeme môcť pýtať napríklad takto: retezec.Delka(). Nebudeme teda musieť premýšľať, ako sa ten príkaz Len volá. Objekt retezec nám totiž sám na sebe ukáže, s akými metódami dokáže pracovať. V OOP môžeme mať retezec.Delka() a clanek.Delka(). To je veľmi prehľadné a jednoduché. V štruktúrovanom programe by sme museli písať: spocitej_delku1(retezec) a spocitej_delku2(clanek), pričom druhá spomínaná metóda by sa líšila od tej prvej tým, že by napríklad nepočítala zariadkovanie. Takýchto hlúpych metód by sme museli mať niekde rozhádzaných tisíce. Ak nám to pripomína jazyk PHP, bohužiaľ máme pravdu. PHP je v tomto naozaj hrozné a to z toho dôvodu, že jeho návrh je starý.

V tomto článku si vysvetlíme len úplné základy, teda ako objekty vytvárať a ako zapuzdriť ich vnútornú logiku. Ďalším funkciám OOP (hovorím najmä o dedičnosti) bude venovaný až ďalší diel, aby toho nebolo zrazu veľa

Trieda

S pojmom trieda sme sa už tiež stretli. Chápali sme ju ako súbor príkazov. Trieda však umožňuje oveľa viac. Trieda je vzor, podľa ktorého sa objekty vytvárajú. Definuje ich vlastnosti a schopnosti.

Objekt, ktorý sa vytvorí podľa triedy, sa nazýva inštancia. Inštancie majú rovnaké rozhranie ako trieda, podľa ktorej sa vytvára, ale navzájom sa líšia svojimi dátami (atribútmi). Majme napríklad triedu Clovek a od nej si vytvorme inštancie karel a josef. Obe inštancie majú určite tie isté metódy a atribúty, ako trieda (napr. jmeno a vek) a metódy (JdiDoPrace() a Pozdrav()), ale hodnoty v nich sa líšia (prvá inštancia má v atribúte jmeno hodnotu "Karel" a vo vek 22, druhá "Josef" a 45):

Komunikácia medzi objektmi prebieha pomocou odovzdávania správ, vďaka čomu je syntax prehľadná. Správa zvyčajne vyzerá takto: prijemce.JmenoMetody(parametry). Napr. karel.Pozdrav(sousedka) by mohol spôsobiť, že inštancia karel pozdraví inštanciu sousedka.

OOP stojí na základných troch pilieroch:

• Zapúzdrenie
• Dedičnosť
• Polymorfizmus

Vysvetlime si prvú z nich.

Zapuzdrenie

Zapúzdrenie umožňuje skryť niektoré metódy a atribúty tak, aby zostali použiteľné len pre triedu zvnútra. Objekt si môžeme predstaviť ako čiernu skrinku (anglicky blackbox), ktorá má určité rozhranie (interface), cez ktoré jej odovzdávame inštrukcie/dáta a ona ich spracováva.

Nevieme, ako to vo vnútri funguje, ale vieme, ako sa navonok chová a používa. Nemôžeme teda spôsobiť nejakú chybu, pretože využívame a vidíme len to, čo tvorca triedy sprístupnil.

Príkladom môže byť trieda Clovek, ktorá bude mať atribút datumNarozeni a na jeho základe ďalšie atribúty: plnolety a vek. Keby niekto objektu zvonku zmenil datumNarozeni, prestali by platiť premenné plnolety a vek. Hovoríme, že vnútorný stav objektu by bol nekonzistentný. Toto sa nám v štruktúrovanom programovaní môže pokojne stať. V OOP však objekt zapuzdrime a atribút datumNarozeni označíme ako privátny, zvonku teda nebude viditeľný. Naopak von vystavíme metódu ZmenDatumNarozeni(), ktorá dosadí nový dátum narodenia do premennej datumNarozeni a zároveň vykoná potrebný prepočet veku a prehodnotenie plnoletosti. Použitie objektu je bezpečné a aplikácia stabilná.

Zapúzdrenie teda donúti programátorov používať objekt len tým správnym spôsobom. Rozhranie (interface) triedy rozdelí na verejne prístupné (public) a vnútornú štruktúru (private).

V budúcej lekcii, Prvá objektová aplikácia vo VBA - Hello object world , si vytvoríme svoju prvú objektovú aplikáciu pre VBA - Hello object world. Naučíme sa tvoriť triedy (class), atribúty a metódy s parametrami.