Объектно-ориентированная модель Smalltalk

ОБЯЗАТЕЛЬНОДЛЯ НОВИЧКОВ

Разработчику Архитектору

Сначала — общие понятия (раздел 4 "Код")

Если ООП для вас новое, сначала пройдите материалы без привязки к синтаксису: парадигмы и уровни абстракции, затем ООП — о разделе — зачем объекты, введение, абстракция, инкапсуляция, наследование, полиморфизм.

Ниже — живая ООП-модель Smalltalk в Pharo.

Теория и модель Smalltalk

Smalltalk — эталон сообщений и идей Алана Кэя (шесть принципов) — всё — объект, вычисление — обмен сообщениями, иерархия классов с корнем.

Понятие ООП	В Pharo / Smalltalk
Сообщение	receiver selector argument — отправка имени метода объекту
Класс	объект, порождающий экземпляры
Инкапсуляция	инстанс-переменные, протоколы методов
Полиморфизм	ответ на сообщение зависит от класса получателя
Метакласс (с ST-80)	класс — тоже объект; метакласс (объект, описывающий сам класс) хранит методы класса (new, initialize)

С Smalltalk-80 метаклассы делают буквальной формулу "всё — объекты": экземпляры, их классы и классы классов участвуют в одной модели сообщений. Подробнее о метаклассах — в справочнике, об общей идее — в абстракции и инкапсуляции.

Определения без привязки к языку — раздел 4-08-oop.

Кратко для новичка:

• Класс в Browser — объект-шаблон; Person new отправляет сообщение классу создать экземпляр.
• Селектор — имя сообщения (name:, attack:); метод — ответ на селектор.
• Переменные экземпляра скрыты; снаружи — только сообщения (геттеры и сеттеры).
• Наследование — subclass:; super обращается к реализации в суперклассе.
• Полиморфизм — один селектор area у Circle и Rectangle в общем цикле.

В Pharo класс создают в Class Browser, методы группируют по протоколам; ниже — пример Fighter фрагментами по вкладкам браузера.

---

ООП в Smalltalk

Интерактивная схема — класс и объект (псевдокод; в Smalltalk "всё — объект"). Полный разбор принципов: ООП в разделе "Код и разработка".

КЛАСС Кот
  поля: имя, возраст
  метод мяукнуть()
КОНЕЦ

объект barsik := новый Кот(имя="Барсик", возраст=3)
barsik.мяукнуть()

Play ITЗагрузка интерактивного демо…

---

Пример класса

В Pharo класс создаётся в Class Browser (шаблон "New class"), а каждый метод — в отдельной вкладке протокола. Ниже — фрагменты, которые вводят по очереди в соответствующих вкладках.

Объявление класса (панель определения класса):

Object subclass: #Fighter
    instanceVariableNames: 'name intel agility strength health'
    classVariableNames: ''
    package: 'Game-Entities'

Инициализация (протокол initialization):

initialize
    super initialize.
    name := 'Боец'.
    intel := 10.
    agility := 10.
    strength := 10.
    health := 100.
    ^ self

Поведение (протокол combat):

damage
    ^ intel + agility + strength

attack: aTarget
    | dmg |
    dmg := self damage.
    Transcript show: name, ' → ', aTarget name, ': ', dmg printString; cr.
    aTarget health: aTarget health - dmg

Доступ к состоянию (протокол accessing):

Код ITЗагрузка примера кода…

Запуск в Playground (после сохранения методов — Ctrl+S):

Код ITЗагрузка примера кода…

Выражение Object subclass: #Fighter создаёт класс-подкласс Object. instanceVariableNames перечисляет переменные экземпляра (у каждого объекта свои значения). package: — пакет в Pharo (аналог модуля в других языках).

Сообщение new создаёт экземпляр; дальше обычно вызывают initialize явно или переопределяют new, чтобы он вызывал initialize сам. Цепочка warrior name: 'Воин'; intel: 5; ... — каскад: каждый сеттер возвращает self (через yourself или неявно).

Метод attack: посылается объекту warrior, аргумент mage — другой Fighter. Состояние меняется через сеттер health:; низкоуровневый instVarAt:put: оставляют для отладки в Inspector.

Результат смотрите в окне Transcript. Любую строку из Playground можно выполнить по отдельности (Ctrl+G / Do it) и сразу увидеть эффект в живой системе.

---

Философия — всё объект и всё сообщение

Smalltalk — один из немногих языков, где ООП — единственная модель вычисления, без отдельного процедурного слоя. В Java есть static void main, в Python — функции верхнего уровня, в C — свободные функции. В Pharo любое выражение — отправка сообщения объекту:

В других языках	В Smalltalk
3 + 4	3 + 4 — сообщение + числу 3 с аргументом 4
if (x > 0)	x > 0 ifTrue: [ ... ] — условие как сообщение булеву значению
Person.new()	Person new — сообщение new классу Person
list.get(0)	list first — сообщение first коллекции

Приоритет операторов не зашит в язык отдельным слоем: даже + и * — это сообщения объектам Number. Отсюда единая объектная модель: класс, число, блок кода, исключение — всё объекты с методами.

Общая теория без синтаксиса — введение в ООП, зачем объекты.

---

Терминология Smalltalk и общая ООП

Понятие ООП	Термин в Smalltalk / Pharo
Класс (шаблон)	Class — объект, экземпляр метакласса
Объект (экземпляр)	Instance — обычный объект с собственным состоянием
Поле экземпляра	Instance variable (name, health) — приватны для объекта
Поле класса	Class variable (Count) — одно на иерархию классов
Переменная пула	Class instance variable / Shared pool — общие именованные ячейки
Метод	Method — ответ на селектор (имя сообщения, по которому объект выбирает реализацию)
Конструктор	Сообщения new, new:, initialize, переопределение new в классе
Интерфейс	Протокол (группа селекторов) или соглашение, что объект понимает нужные сообщения
Вызов метода	Отправка сообщения — выбор метода по селектору и получателю
this	self — получатель текущего сообщения
Наследование	subclass: / цепочка superclass
Полиморфизм	Один селектор — разные реализации; утиная типизация (duck typing) — объект подходит, если отвечает на нужные сообщения
Метакласс	Объект класса Person class — тоже объект, создаёт экземпляры Person

---

Класс, метакласс и объект

Класс как объект

Object subclass: #Person
    instanceVariableNames: 'name age'
    classVariableNames: ''
    poolDictionaries: ''
    category: 'MyApp-Model'

Разбор:

• Object subclass: #Person — Person наследует от Object (корень иерархии в Pharo).
• instanceVariableNames: — имена переменных экземпляра (у каждого Person свои name и age).
• classVariableNames: — переменные, общие для класса и всех подклассов (редко в учебном коде).
• category: — группировка в браузере классов (не влияет на семантику).
• Символ #Person — имя класса как литерал; строка в кавычках 'name' — список имён полей через пробел.

Класс Person после определения — обычный объект. Его класс — метакласс Person class (объект, который создаёт экземпляры Person и хранит методы класса). Цепочка "всё есть объект" буквальна:

Person class                    "→ метакласс Person"
(Person class) class            "→ метакласс метакласса"
Person superclass               "→ Object"
Person allSelectors             "→ все селекторы методов экземпляра"
Person allInstances size        "→ число живых экземпляров Person в образе"

В Inspector (инспектор объекта) можно кликнуть любой объект и увидеть класс, переменные, методы — это основа рефлексии и отладки в Pharo.

Подробнее о метаклассах — справочник Smalltalk.

Создание экземпляра

| person |
person := Person new.
person initialize.    "если нужна явная инициализация"

Разбор:

• Person new — сообщение классу Person. Класс (метакласс) создаёт пустой экземпляр и возвращает его.
• initialize — обычный метод, который вы реализуете в протоколе initialization. По соглашению его вызывают после new, чтобы задать начальное состояние.
• Переменная person хранит ссылку на объект; присваивание := копирует ссылку, не сам объект.

Часто переопределяют new, чтобы initialize вызывался автоматически:

Person class >> new
    ^ super new initialize

Разбор:

• Person class >> — определение метода класса (сообщение, посылаемое самому классу Person).
• super new — создание экземпляра через реализацию родительского метакласса.
• initialize в конце — гарантия, что каждый новый Person получит начальное состояние.

Фабричные сообщения и параметризованное создание

Person class >> named: aString age: anInteger
    ^ self new
        name: aString;
        age: anInteger;
        yourself

Разбор:

• named:age: — ключевой селектор с двумя аргументами (двоеточия в имени).
• Цепочка name: ...; age: ...; yourself — каскад: каждый сеттер возвращает self, yourself явно возвращает получателя для присваивания.
• Фабричное сообщение читается как Person named: 'Анна' age: 30.

Запись в переменные и состояние объекта

| warrior mage |
warrior := Fighter new.
warrior
    name: 'Воин';
    health: 100;
    intel: 8.

mage := Fighter new.
mage name: 'Маг'; mage health: 80.

warrior attack: mage.   "сообщение attack: с аргументом mage"

Разбор:

• Локальные переменные объявляются в начале метода или Playground: | warrior mage |.
• Состояние экземпляра меняется только сообщениями его методов (или сеттерам внутри класса) — снаружи поля health напрямую недоступны.
• warrior attack: mage — отправка селектора attack: объекту warrior с одним аргументом mage (модель сообщений, см. полиморфизм).

---

Селекторы, протоколы и методы

Виды селекторов

Тип	Пример селектора	Вызов
Унарный	printString	x printString
Бинарный	+	3 + 4
Ключевой (один аргумент)	name:	p name: 'Анна'
Ключевой (несколько)	name:age:	Person named: 'А' age: 20

Имя метода в коде совпадает с селектором. setName: aName — параметр aName локален; в сообщении пишут только name: 'Анна'.

Протоколы методов (группы в классе)

В Browser методы группируют по протоколам (accessing, initialization, combat, testing). Это организация кода внутри класса, а не отдельный тип как interface в Java. Для контракта поведения используют:

• абстрактные методы — self subclassResponsibility в теле;
• traits (в Pharo) — композиция поведения без наследования;
• соглашение, что объект понимает сообщения draw и bounds.

Shape >> draw
    self subclassResponsibility

Подклассы обязаны реализовать draw, иначе при вызове получите понятное исключение.

Методы класса и метода экземпляра

"Метод экземпляра — в протоколе instance side"
Person >> greet
    ^ 'Привет, я ', name

"Метод класса — в протоколе class side (Person class)"
Person class >> description
    ^ 'Класс для моделирования людей'

Разбор:

• Методы экземпляра видят self как конкретного человека.
• Методы класса видят self как объект-класс Person (удобно для фабрик и счётчиков).

---

Доступность и инкапсуляция

Интерактивная схема — инкапсуляция (псевдокод). Подробнее: Инкапсуляция.

Play ITЗагрузка интерактивного демо…

В Smalltalk нет ключевых слов public / private / protected на уровне полей:

• Переменные экземпляра доступны только методам того же класса (и подклассов для унаследованных имён). Из другого класса обращаются через геттер: person name.
• Инкапсуляция полей обеспечивается языком (см. инкапсуляцию).
• Инкапсуляция поведения — договорённость: публичный API класса — набор селекторов без префикса; внутренние методы иногда помечают категорией private или префиксом в имени.

BankAccount >> balance
    ^ balance

BankAccount >> deposit: anAmount
    anAmount > 0 ifTrue: [ balance := balance + anAmount ].
    ^ self

BankAccount >> withdraw: anAmount
    (balance >= anAmount) ifTrue: [ balance := balance - anAmount ]
        ifFalse: [ self error: 'Недостаточно средств' ].
    ^ self

Разбор:

• balance — переменная экземпляра; снаружи читают только через геттер balance.
• Прямой записи account instVarAt: 1 put: -1000 в прикладном коде избегают (это отладочный API).
• Инвариант (правило, которое состояние объекта всегда соблюдает), например "баланс не отрицательный", реализуют в методе withdraw: — в поведении класса.

По сравнению с Java/C#: там private на поле плюс публичные геттеры; в Smalltalk поля скрыты языком, а методы по умолчанию доступны всем — дисциплина API остаётся на совести автора.

---

Наследование

Интерактивная схема — наследование (псевдокод). Подробнее: Наследование.

Play ITЗагрузка интерактивного демо…

Smalltalk — одиночное наследование классов. Иерархия линейна: Dog → Animal → Object.

Object subclass: #Animal
    instanceVariableNames: 'name'
    classVariableNames: ''
    package: 'Zoo'.

Animal subclass: #Dog
    instanceVariableNames: 'breed'
    classVariableNames: ''
    package: 'Zoo'.

Разбор:

• Dog наследует методы и переменные Animal, добавляет breed.
• Поиск метода: сначала класс Dog, затем Animal, затем Object.
• Множественное наследование классов отсутствует; вместо него — traits и композиция (объект содержит другой объект и пересылает сообщения).

Переопределение и super

Animal >> speak
    ^ '...'

Dog >> speak
    ^ 'Гав!'

Dog >> describe
    ^ super speak, ' Я собака породы ', breed

Разбор:

• Dog >> speak переопределяет селектор speak из Animal.
• super speak — отправка speak суперклассу, не рекурсия в Dog.
• Конкатенация строк через запятую — это сообщения , объектам String.

Абстрактные классы

Класс с методами subclassResponsibility рассчитан на подклассы — аналог абстрактного метода в Java (см. наследование).

---

Полиморфизм

Интерактивная схема — полиморфизм (псевдокод). Подробнее: Полиморфизм.

Play ITЗагрузка интерактивного демо…

Полиморфизм подтипов — один селектор, разные классы:

| shapes |
shapes := { Circle new. Rectangle new. Triangle new }.
shapes do: [ :each | Transcript show: each area; cr ]

Разбор:

• Достаточно, чтобы каждый элемент отвечал на area — отдельный interface Shape не обязателен.
• Цикл do: посылает area каждому объекту; диспетчеризация динамическая (по классу получателя).
• Это утиная типизация: объект подходит, если понимает сообщение area.

Полиморфизм через блоки (стратегия без иерархии):

comparator value: a value: b
    ^ [ a name ] value < [ b name ] value

Блок [ ... ] — объект; value — отправка ему сообщения для вычисления.

Перехват неизвестных сообщений

Если объект не находит метод, вызывается doesNotUnderstand: — можно перехватить неизвестное сообщение (прокси, отладка, DSL). Это мощный, но опасный механизм метапрограммирования.

---

Абстракция

Интерактивная схема — абстракция (псевдокод). Подробнее: Абстракция.

Play ITЗагрузка интерактивного демо…

Абстракция в Smalltalk — набор сообщений, которые клиент может послать, без раскрытия представления данных:

"Клиенту всё равно, Circle или Rectangle — важен селектор area"
totalArea: aCollectionOfShapes
    ^ aCollectionOfShapes inject: 0 into: [ :sum :shape |
        sum + shape area ]

Класс Morphic / UI в Pharo строится на том, что виджеты понимают общие сообщения (drawOn:, bounds, handleEvent:), а не на глубокой иерархии как в старых toolkit.

---

Композиция, traits и делегирование

Вместо глубокого наследования на все случаи в Pharo принято:

1. Композиция — объект содержит другие объекты и пересылает им сообщения.
2. Traits — переиспользуемые наборы методов, подключаемые к классу без цепочки super.
3. Блоки — объекты с замыканием на контекст (анонимные фрагменты поведения).

"Упрощённое делегирование"
Forwarding >> methodMissing: aMessage
    ^ delegate perform: aMessage selector withArguments: aMessage arguments

---

Блоки, замыкания и итерация

| numbers evens |
numbers := #( 1 2 3 4 5 ).
evens := numbers select: [ :n | n even ].
evens do: [ :n | Transcript show: n; cr ]

Разбор:

• [ :n | n even ] — блок (объект типа BlockClosure); :n — параметр.
• select: — полиморфное сообщение коллекции; блок — критерий.
• Блоки захватывают окружение (замыкание) — основа коллекционных API и UI-колбэков.

---

Сравнение с Java, C# и Python

Тема	Smalltalk / Pharo	Java / C#
Вызов	Сообщение	Вызов метода
Типы	Динамические; опционально Gradual typing в будущих ветках	Статические
Интерфейс	Протокол селекторов, утиная типизация	interface
Поля	Скрыты в языке	private + accessors
Класс	Объект (метакласс)	Описание в метаданных JVM/CLR
Среда	Образ (image) + Browser	Файлы + IDE
Ошибки	MessageNotUnderstood в рантайме	Часто на этапе компиляции

С Python Smalltalk роднит идея "всё есть объект", но в Python есть модули и функции вне классов; в Pharo вычисление строится только на сообщениях.

---

Типичные ошибки новичка

Ошибка	Что происходит	Как правильно
Забыли initialize после new	Поля nil, сеттеры падают	Переопределить new или вызывать initialize
Путают . и ; в каскаде	Неверный возврат из цепочки	; для каскада, . — точка с запятой в конце выражения
Пишут instVarAt: в приложении	Ломают инкапсуляцию	Только геттеры/сеттеры
Ожидают статическую типизацию	MessageNotUnderstood в рантайме	Тесты, протоколы, assert в initialize
Глубокая иерархия	Хрупкий super	Композиция и traits

---

Паттерны, родившиеся в Smalltalk

Многие паттерны GoF (обзор) описаны на примерах Smalltalk:

• Model–View–Controller (MVC) — изначально для Pharo UI.
• Strategy — передача блока или объекта с общим селектором.
• Composite — коллекции, которые draw делегируют детям.
• Template Method — subclassResponsibility в суперклассе.

---

Чек-лист по ООП в Pharo

1. Объяснить разницу между Person new и person initialize.
2. Найти метакласс Person в Inspector.
3. Написать иерархию Shape / Circle с полиморфным area.
4. Реализовать BankAccount с инвариантом баланса без публичных полей (см. инкапсуляцию).
5. Перехватить неизвестное сообщение через doesNotUnderstand: (эксперимент в Playground).

Дальше по языку: справочник Smalltalk, синтаксис, зачем объекты.

---

Учебные примеры ООП

Небольшие самодостаточные программы, которые показывают классы, объекты, инкапсуляцию, наследование и взаимодействие нескольких типов на одной предметной области.

Класс и объект

Чертёж класса Figure и конкретные объекты — круг и квадрат.

Код ITЗагрузка примера кода…

---

Банковский счёт

Инкапсуляция: скрытое поле баланса и методы deposit/withdraw.

Код ITЗагрузка примера кода…

---

Наследование

Родитель Animal и дочерние Cat и Dog с общим eat() и своим speak().

Код ITЗагрузка примера кода…

---

Смартфон

Состояние объекта: заряд батареи, звонки и подзарядка.

Код ITЗагрузка примера кода…

---

Студент

Список оценок, средний балл и проходной порог.

Код ITЗагрузка примера кода…

---

Корзина покупок

Взаимодействие Product, Cart и Order при оформлении заказа.

Код ITЗагрузка примера кода…

---

Автомобиль

Пробег, расход топлива и напоминание о техобслуживании.

Код ITЗагрузка примера кода…

---

Пользователь

Скрытый пароль, вход в систему и публикация сообщений.

Код ITЗагрузка примера кода…