การเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ

การเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ (Object-oriented programming, OOP) คือหนึ่งในรูปแบบคอมพิวเตอร์ ที่ให้ความสำคัญกับ วัตถุ ซึ่งสามารถนำมาประกอบกันและนำมาทำงานรวมกันได้ โดยการแลกเปลี่ยนข่าวสารเพื่อนำมาประมวลผลและส่งข่าวสารที่ได้ไปให้ วัตถุ อื่นๆที่เกี่ยวข้องเพื่อให้ทำงานต่อไป

แนวคิดการเขียนโปรแกรมแบบดังเดิมวิธีการคิดแบบการเขียนโปรแกรมเชิงกระบวนการ

เมื่อมีการหยอดเหรียญเข้าตู้:

1. ตรวจสอบจำนวนเหรียญและชนิดของเหรียญ
2. แสดงผลชนิดของน้ำที่สามารถเลือกซื้อได้
3. ตรวจสอบจำนวนน้ำกระป๋องที่มีอยู่ในตู้
4. รับผลการเลือกชนิดน้ำ
5. ส่งน้ำที่เลือกออกมาจากช่อง
6. จัดเก็บเงินเข้าระบบ
7. หากมีเงินทอน ให้ทอนเงินที่เหลือ ที่ช่องรับเงินทอน

วิธีการคิดแบบการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ

ตู้ขายเครื่องดื่มอัตโนมัติ ประกอบด้วยส่วนประกอบต่างๆได้แก่ หน่วยตรวจสอบและจัดการเรื่องเงิน หน่วยจัดการเครื่องดื่ม หน่วยแสดงผลและรอรับคำสั่ง

• หน่วยตรวจสอบและจัดการเรื่องเงิน มีข้อมูลเกี่ยวกับเงินที่ได้รับ และเงินที่มีอยู่ในระบบ สามารถรับและตรวจสอบเงินที่หยอดเข้ามาได้ และทอนเงินได้
• หน่วยจัดการเครื่องดื่ม มีข้อมูลชนิดของเครื่องดื่ม จำนวนเครื่องดื่ม สามารถจัดเตรียมชนิดเครื่องดื่มที่พอกับเงินที่หยอด และสามารถจ่ายเครื่องดื่มออกมาจากตู้ได้
• หน่วยแสดงผลและรอรับคำสั่ง มีหน้าที่รอรับคำสั่ง และแสดงผลเงินที่หยอดเข้ามา

หมายเหตุ ตัวอย่างนี้เป็นเพียงตัวอย่างโดยสังเขป

แนวคิดที่สำคัญของการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ

• คลาส (Class) - ประเภทของวัตถุ เป็นการกำหนดว่า วัตถุ จะประกอบไปด้วย ข้อมูล(data) หรือคุณสมบัติ(property) และ พฤติกรรม(behavior)หรือการกระทำ() อะไรบ้าง ซึ่ง คลาส (เช่น มนุษย์) เป็นโครงสร้างพื้นฐานของการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ
• วัตถุ (Object) - โดยมากจะเรียกว่า อ็อบเจกต์ คือ ตัวตน(instance) ของ คลาส(เช่น นายทักษิณ, นายสนธิ) ซึ่งจะเกิดขึ้นระหว่าง run-time โดยแต่ละ อ็อบเจกต์ จะมีข้อมูลเฉพาะของตัวเอง ทำให้ อ็อบเจกต์ แต่ละ อ็อบเจกต์ ของ คลาส ซึ่งใช้ source code เดียวกันมีคุณลักษณะและคุณสมบัติที่แตกต่างกัน
• Encapsulation - การปิดบังข้อมูล เป็นวิธีการกำหนดสิทธิในการเข้าถึงข้อมูล หรือการกระทำกับ อ็อบเจกต์ ของ คลาสนั้นๆ ทำให้แน่ใจได้ว่าข้อมูลของอ็อบเจกต์นั้นจะถูกเปลี่ยนแปลงแก้ไขผ่านทาง methods หรือ properties ที่อนุญาตเท่านั้น (เช่น การกำหนดตำแหน่งทางการเมือง เป็น public method ที่ผู้อื่นสามารกระทำได้ ส่วนการลาออกจากตำแหน่ง เป็น private method ที่มีแต่ อ็อบเจกต์ ของ คลาส เท่านั้นที่จะสามารถทำได้ แต่การกดดันและการขับไล่สามารถสร้าง data ที่อาจจะส่งผลเกิดการลาออกได้เช่นกัน)
• Inheritance - การสืบทอดคุณสมบัติ เป็นวิธีการสร้าง คลาสย่อย ที่เรียกว่าซับคลาส (subclass) ซึ่งจะเป็นกำหนดประเภทของวัตถุให้จำเพาะเจาะจงขึ้น ซึ่ง ซับคลาส จะได้รับถ่ายทอดคุณสมบัติต่างๆมาจากคลาสหลักด้วย (เช่น คลาส มนุษย์ สืบทอดมาจาก คลาส สิ่งมีชีวิต)
• Abstraction - นามธรรม เป็นการแสดงถึงคุณลักษณะและพฤติกรรมของ object เท่าที่จำเป็นต้องรับรู้และใช้งาน โดยซ่อนส่วนที่เหลือเอาไว้เพื่อไม่ให้เกิดความสับสน เช่น ตามปกติแล้ว นายทักษิณ จัดเป็นตัวตนของ คลาส มนุษย์ ซึ่งจะมีพฤติกรรม การกระทำทุกอย่างที่ตามที่กำหนดไว้ตามโครงสร้างของ คลาส มนุษย์ แต่ในบางกรณีที่นำไปใช้งาน เราไม่ต้องการให้เกิดการสับสนต่อการใช้งานหรือการจัดประเภทมากเราสามารถจัดการหรือใช้งาน อ็อบเจกต์ นายทักษิณ ให้อยู่ในรูปของสิ่งมีชิวิต ก็ได้
• Polymorphism - ภาวะที่มีหลายรูปแบบ เป็นวิธีการกำหนดรูปแบบการกระทำที่เหมือนกันแต่ได้ผลที่แตกต่างกัน เช่น การเปล่งเสียง เป็น method หลักของ คลาส สิ่งมีชีวิต ซึ่งมีคลาส มนุษย์ และคลาสสุนัข เป็น ซับคลาส แต่ผลของการเปล่งเสียงของอ็อบเจกต์จากคลาสทั้งสองจะออกมาไม่เหมือนกันมักนิยมใช้ การเขียนโปรแกรมเชิงกระบวนการ (Procedural Programming) ซึ่งให้ความสำคัญกับขั้นตอนกระบวนการที่ทำ โดยแบ่งโปรแกรมออกเป็นส่วนๆตามลำดับขั้นตอนการทำงาน แต่แนวคิดการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุนั้นให้ความสำคัญกับ ข้อมูล(data) และ พฤติกรรม(behavior) ของวัตถุ และความสัมพันธ์กันระหว่างวัตถุกันมากกว่า

จุดเริ่มต้นของภาษาซี

จุดเริ่มต้นของภาษาซี

ภาษาซีเกิดขึ้นในปี ค.ศ.1972 โดย Dennis Ritchie แห่ง Bell Labs โดยภาษาซีนั้นพัฒนามาจาก ภาษา B และจากภาษา BCPL ซึ่งในช่วงแรกนั้นภาษาซีถูกออกแบบให้ใช้เป็นภาษาการเขียนโปรแกรมในระบบ UNIX และเริ่มมีคนสนใจมากขึ้นในปี ค.ศ.1978 เมื่อ Brain Kernighan ร่วมกับ Dennis Ritchie พัฒนามาตรฐานของภาษาซีขึ้นมา คือ K&R (Kernighan & Ritchie) และทั้งสองยังได้แต่งหนังสือชื่อว่า "The C Programming Language" โดยภาษาซีนั้นสามารถจะปรับใช้กับเครื่องคอมพิวเตอร์รูปแบบต่างๆได้ ต่อมาในช่วง ปี ค.ศ.1988 Ritchie และ Kernighan ได้ร่วมกับ ANSI (American National Standards Institute) สร้างเป็นมาตรฐานของภาษาซีขึ้นมาใหม่มีชื่อว่า "ANSI C"Dennis Ritchieภาษาซีนั้นจัดเป็นภาษาที่ใช้ในการเขียนโปรแกรมที่นิยมใช้งาน ซึ่งภาษาซีจัดเป็นภาษาระดับกลาง (Middle-Level Language) เหมาะกับการเขียนโปรแกรมแบบโครงสร้าง (Structured Programming) โดยมีคุณสมบัติโดดเด่นอย่างหนึ่งคือ มีความยืดหยุ่นมาก กล่าวคือ สามารถทำงานกับเครื่องมือต่างๆ สามารถปรับเปลี่ยนการเขียนโปรแกรมในรูปแบบต่างๆได้ เช่น สามารถเขียนโปรแกรมที่มีความยาวหลายบรรทัดให้เหลือความยาว 2-3 บรรทัดได้ โดยมีการผลการทำงานที่เหมือนเดิมครับเหตุผลที่ควรเรียนภาษาซีก็เนื่องจากภาษาซีเป็นภาษาแบบโครงสร้างที่สามารถศึกษาและทำความเข้าใจได้ไม่ยาก อีกทั้งยังสามารถเป็นพื้นฐานในการเขียนโปรแกรมภาษาอื่นๆ ได้อีก เช่น C++, Perl, JAVA เป็นต้นจาก C สู่ C++ถูกพัฒนาโดย Bjarne Stroustrup แห่ง Bell Labs โดยได้นำเอาภาษา C มาพัฒนาและใส่แนวคิดการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ หรือ OOP (Object Oriented Programming) เข้าไปด้วย ซึ่งเป็นที่มาของ C++ ก็คือ นำภาษา C มาพัฒนาปรับปรุงให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นBjarne Stroustrupจำเป็นไหม? ที่ต้องเรียนภาษา C ก่อน เรียน C++ เลยไม่ได้เหรอ? คำตอบก็คือ คุณจะเรียน C++ เลยก็ได้ครับ โดยไม่ต้องศึกษาภาษา C มาก่อน แต่ถ้าคุณเข้าใจหลักการทำงาน และการเขียนโปรแกรมภาษา C แล้วจะสามารถต่อยอด C++ ได้เร็วกว่า อีกทั้งยังสามารถเข้าใจแนวคิดการเขียนโปรแกรมภาษาอื่นๆ ได้อีก ซึ่งในบทความในช่วงแรกผมจะนำเสนอหลักและแนวคิดในการเขียนโปรแกรมภาษา C ก่อนนะครับ เพื่อให้ผู้อ่านได้เข้าใจในพื้นฐานก่อนนะครับต่อไปจะขอเกริ่นถึงการเขียนโปรแกรมแบบโครงสร้างสักเล็กน้อยก่อนนะครับ แล้วก็จะเริ่มเข้ากระบวนการการเขียนโปรแกรมกันลักษณะโปรแกรมแบบโครงสร้างการเขียนโปรแกรมแบบโครงสร้าง (Structured Programming) ก็คือ การนำโครงสร้างของคำสั่งหลายๆ รูปแบบ นำมาใช้ในโปรแกรม โดยจะมีการใช้คำสั่งลักษณะ goto ให้น้อยที่สุด ตัวอย่างการเขียนโปรแกรมแบบโครงสร้าง ก็มี ภาษา C, Pascal และ Cobol เป็นต้นครับ ผมจะยกตัวอย่างในภาษา C ในรูปแบบการเขียนโปรแกรมแบบโครงสร้างให้ดูดังด้านล่างนะครับภาพ: โปรแกรมที่เขียนด้วยภาษาซีแบบง่ายๆ แสดงถึงโครงสร้างจากโปรแกรมข้างต้นนะครับ สามารถแบ่งโครงสร้างตามลักษณะหน้าที่การทำงานได้ 3 ส่วนหลักๆ นะครับ ก็คือส่วนที่ 1 ประกาศค่าตัวแปร และ การกำหนดค่าให้กับตัวแปร (Declare)ส่วนที่ 2 เพิ่มค่า และเก็บค่าไว้ในตัวแปร (Calculation)ส่วนที่ 3 แสดงผลทางจอภาพ (Display)

• ข้อดีของภาษา C •

· เป็นภาษาที่มีลักษณะเป็นโครงสร้างจึงเขียนโปรแกรมง่าย โปรแกรมที่ เขียนขึ้นจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง สั่งงานคอมพิวเตอร์ได้ รวดเร็วกว่าภาษาระดับสูงอื่น ๆ· สั่งงานอุปกรณ์ในระบบคอมพิวเตอร์ได้เกือบทุกส่วนของฮาร์ดแวร์ ซึ่งภาษาระดับสูงภาษาอื่นทำงานดังกล่าวได้น้อยกว่า· คอมไพเลอร์ภาษาซีทุกโปรแกรมในท้องตลาดจะทำงานอ้างอิง มาตรฐาน(ANSI= American National Standards Institute) เกือบ ทั้งหมด จึงทำให้โปรแกรมที่เขียนขึ้นด้วยภาษาซีสามารถนำไปใช้ กับคอมพิวเตอร์ได้ทุกรุ่นที่มาตรฐาน ANSI รับรอง· โปรแกรมที่เขียนขึ้นด้วยภาษาซีสามารถนำไปใช้กับเครื่องคอมพิวเตอร์ ที่ใช้ซีพียูต่างเบอร์กันได้ หรือกล่าวได้ว่าโปรแกรมมีความยืดหยุ่น (portabiliy) สูง
· สามารถนำภาษาซีไปใช้ในการเขียนโปรแกรมประยุกต์ได้หลายระดับ เช่น เขียนโปรแกรมจัดระบบงาน (OS) คอมไพเลอร์ของภาษาอื่น โปรแกรมสื่อสารข้อมูลโปรแกรมจัดฐานข้อมูล โปรแกรมปัญญาประดิษฐ์ (AI = Artificial Inteeligent) รวมทั้งโปรแกรมคำนวณงานทางด้าน วิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ เป็นต้น· มีโปรแกรมช่วย (tool box) ที่ช่วยในการเขียนโปรแกรมมาก และ ราคาไม่แพงหาซื้อได้ง่าย เช่น vitanin c หรืออื่น ๆ· สามารถประกาศข้อมูลได้หลายชนิดและหลายรูปแบบ ทำให้สะดวก รวดเร็วต่อการพัฒนาโปรแกรมตามวัตถุประสงค์ของผู้ใช้· ประยุกต์ใช้ในงานสื่อสารข้อมูล และงานควบคุมที่ต้องการความแม่นยำ ในเรื่องเวลา (real time application) ได้ดีกว่าภาษาระดับสูงอื่น ๆ หลาย ๆ ภาษา

• ข้อเสียของภาษา C •
ภาษา C ไม่มีตัวจัดการจองหน่วยความจำในตัวเอง เมื่อเวลาเราต้องการจองหน่วยความจำแบบ Dynamic ภาษา C ทำ wrapper เพื่อติดต่อกับ OS เพื่อขอจองหน่วยความจำโดยตรง ปัญหาก็คือ การติดต่อกันระหว่างโปรแกรมของเรากับ OS เป็นไปอย่างหลวมๆ ถ้าโปรแกรมลืมบอก OS ว่าเลิกจองหน่วยความจำดังกล่าว หน่วยความจำนั้นก็จะถูกจองไปเรื่อยๆ เราจะเห็นเครื่องคอมพิวเตอร์ทำงานได้เร็วในตอนเช้า แต่พอตกบ่ายก็ช้าลงจนทำงานไม่ไหว จนสุดท้ายต้อง boot ใหม่ สาเหตุหลักของปัญหานี้คือ สิ่งที่เรียกว่าหน่วยความจำรั่ว หรือ Memory Leak