Термин "объект" в программной индустрии впервые был введен в языке Simula (1967 г.) и означал какой-либо аспект моделируемой реальности. Сейчас под объектом понимается "нечто, имеющее четко определенные границы" (определение известного американского специалиста Г.Буча). Объекты, обладающие одинаковыми свойствами, составляют классы (например, курица, пингвин и чайка - объекты класса "птицы"). Обычно класс описывается как новый тип данных, а объекты (экземпляры класса) - определенные на его основе переменных.
Сразу же необходимо заметить, что общепринятого определения "объектно-ориентированной модели данных" не существует. Сейчас можно говорить лишь о неком "объектном" подходе к логическому представлению данных и о различных объектно-ориентированных способах его реализации.
Мы знаем, что любая модель данных должна включать три аспекта: структурный, целостный и манипуляционный. Посмотрим, как они реализуются на основе объектно-ориентированная парадигмы программирования:
Структура:
Структура объектной модели описываются с помощью трех ключевых понятий:
Class Point { // вводим новый тип данных - объект "точка"
X,Y : int; // данные объекта - координаты точки
.........
Point(X : int, Y : int); // конструктор объекта - процедура, вызываемая при
// определении переменной на базе объекта и
// присваивающая значения его данным
.........
Draw(); // метод "нарисовать точку"
Erase(); // метод "стереть точку"
Move(newX,newY); // метод "переместить точку" (изменяет данные объекта)
int GetX(); // метод "получить значение поля X"
int GetY(); // метод "получить значение поля Y"
.........
// все методы должны быть описаны, например
// реализация метода Move:
Move(newX : int, newY : int) {
X=newX; // запись новых данных в объект
Y=newY; //
}
} // конец описания объекта
Begin // основная процедура программы
Point A(0,0); // создать новый объект и присвоить ему данные
for i=1 to 100 // создать цикл
A.Draw(); // нарисовать точку
A.Hide(); // стереть точку
A.Move(i,i*10); // присвоить экземпляру объекта новые данные
endfor; //
print(A.GetX(),A.GetY()); // получить и напечатать данные объекта
End.
Из этого примера видно, что мы не можем напрямую обратиться к данным объекта, а должны
вызывать метод Move для изменения его данных и GetX, GetY для
считывания значений этих данных. Т.е. объект скрывает свою внутренню структуру, именно это
свойство и называется "инкапсуляцией". Class Circle extend Point { // создаем новый объект "окружность", наследующий
// свойства объекта "точка"
Radius : int; // добавляем новое поле "радиус", поля X и Y наследуются
// от родительского объекта
.............
Circle(X:int,Y:int,Radius:int); // конструктор нового объекта
.............
Draw(); // переопределяем некоторые методы
Hide(); // родительского объекта, метод Move наследуется
.............
ChangeRadius(Radius); // вводим новый метод "изменить радиус"
.............
GetRadius(); // вводим новый метод "получить значение радиуса"
// методы GetX и GetY наследуются от родительского
// объекта
}
Begin Point A(100,100); Circle B(200,200,50); A.Draw(); // рисует точку B.Draw(); // рисует окружность End.
Целостность данных:
Для поддержания целостности объектно-ориентированный подход предлагает использовать следующие средства:
Средства манипулирования данными:
К сожалению, в объектно-ориентированном программировании отсутствуют общие средства манипулирования данными, такие как реляционная алгебра или реляционное счисление. Работа с данными ведется с помощью одного из объектно-ориентированных языков программирования общего назначения, обычно это SmallTalk, C++ или Java.
Подведем теперь некоторые итоги:
В объектно-ориентированных базах данных, в отличие от реляционных, хранятся не записи, а объекты. ОО-подход представляет более совершенные средства для отображения реального мира, чем реляционная модель:
Появление объектно-ориентированных СУБД вызвано потребностями программистов на ОО-языках, которым были необходимы средства для хранения объектов, не помещавшихся в оперативной памяти компьютера. Также важна была задача сохранения состояния объектов между повторными запусками прикладной программы. Поэтому, большинство ООСУБД представляют собой библиотеку, процедуры управления данными которой включаются в прикладную программу. Примеры реализации ООСУБД как выделеного сервера базы данных крайне редки.
В качестве примера рассмотрим объектно-ориентированную СУБД ObjectStore, которая обеспечивает долговременное хранение в базе данных объектов, созданных программами на языках C++ и Java. Вся работа с объектами ведется обычными средствами включающего ОО-языка. При этом СУБД как бы расширяет виртуальную память операционной системы. Происходит это следующим образом. Когда прикладная программа обращается к объекту, то ищет его по адресу в оперативной памяти. Нужная страница оперативной памяти может быть вытеснена в виртуальную память (область хранения неиспользуемых страниц оперативной памяти на диске). Если объекта с таким адресом в виртуальной памяти не существует, то операционная система генерирует ошибку. СУБД эту ошибку перехватывает и извлекает объект из базы данных.
ObjectStore поддерживает транзакции (в данный момент времени может существовать только одна транзакция), допускает методы доступа: хеш-таблица для несортированных данных и B-дерево для сортированных, также возможно использование SQL.
Бесплатную копию ObjectStore можно получить с веб-сервера компании Object Design Inc.
ODMG (Object Data Management Group) - консорциум поставщиков ООБД и других заинтересованных организаций, созданный в 1991 г. Его задачей является разработка стандарта на хранение объектов в базах даннных. В настоящее время опубликован вторая версия стандарта, которую так и называют ODMG 2.0. Рассмотрим кратко основные положения этого документа.
Стандарт на хранение объектов ODMG 2.0 разработан на основе трех существующих стандартов: управление базами данных (SQL), объекты (стандарты OMG - Object Management Group) и стандарты на объектно-ориентированные языки программирования (C++, Smalltalk, Java).
ODMG добавляет возможности взаимодействия с базами данных в объектно-ориентированные языки программирования: определяются средства долговременного хранения объектов и расширяется семантика языка, вносятся операторы управления данными. Стандарт состоит из нескольких частей:
Попытки совместить средства манипулирования данными реляционной модели и способы описания внешнего мира объектно-ориентированной модели получили развитие в языке SQL-3. (см. статью Д.Бича К объектным базам данных, опубликованную в журнале "Открытые системы" N 4 за 1994 г.). Здесь мы рассмтотрим только предлагаемые способы определения данных.
Разработчики SQL-3 считают, что харакетристики объекта определяется описанием строки таблицы. Поэтому, вводится специальная возможность описания нового типа данных:
Create type Address (
number char (6),
street char (30),
aptno integer,
city char (30),
state char (2),
zip integer
);
На основе нового типа могут быть определены таблицы, например:
Create table Addresses of Address;
Новые типы допускается использовать и для определения столбцов (т.е. игнорируется требование атомарности атрибутов реляционной модели):
Сreate table People of new type Person (
name char (30),
address Address,
birthdate date,
);
Наследование определяется с помощью фразы under.
Create type Employee under Person (
empno char(10),
dept ref(Department)
);
Здесь атрибут dept является ссылкой на объект, хранящийся в таблице Department. Т.е. в понятиях
реляционной модели в этом столбце должен быть записан внешний ключ, указывающий на на одну из строк
таблицы Department. На самом деле, в SQL-3 предполагается, что каждый объект имеет уникальный
идентификатор - OID, именно он используется при создании ссылок на объекты.
Также в операторе CREATE TABLE можно определить и методы доступа к вновь созданным типам данных:
Create table People of new type Person (
name char(30),
address Address,
birthdate date
function age(:р ref(Person)) return date;
begin
current_age:=:р.birthdate-current_date;
return current_age;
end;
);
В этом примере задана функция age, которая вычисляет текущий возраст объекта типа Person,
хранимого в таблице People. К данной функции можно обращаться из оператора SELECT.
Здесь свойства SQL-3 рассмотрены весьма кратко. Более полное представление о них можно получить из указанной статьи Д.Бича, а также из литературы, посвященной возможностям СУБД Oracle 8, которая подерживает данный язык.
Заметим, что К.Дейт придерживается мнения, что областью определения объекта надо считать не строку, а столбец реляционной таблицы. Подробнее об этом см. в его книге.
Еще один подход к объединению свойств реляционной модели и объектно-оринетированного программирования обсуждается в следующем параграфе.