Композиция в Python

Еще одной особенностью объектно-ориентированного программирования является возможность реализовывать так называемый композиционный подход. Заключается он в том, что есть класс-контейнер, он же агрегатор, который включает в себя вызовы других классов. В результате получается, что при создании объекта класса-контейнера, также создаются объекты других классов.

Чтобы понять, зачем нужна композиция в программировании, проведем аналогию с реальным миром. Большинство биологических и технических объектов состоят из более простых частей, также являющихся объектами. Например, животное состоит из различный органов (сердце, желудок), компьютер — из различного "железа" (процессор, память).

Не следует путать композицию с наследованием, в том числе множественным. Наследование предполагает принадлежность к какой-то общности (похожесть), а композиция — формирование целого из частей. Наследуются атрибуты, т. е. возможности, другого класса, при этом объектов непосредственно родительского класса не создается. При композиции же класс-агрегатор создает объекты других классов.

Рассмотрим на примере реализацию композиции в Python. Пусть, требуется написать программу, которая вычисляет площадь обоев для оклеивания помещения. При этом окна, двери, пол и потолок оклеивать не надо.

Прежде, чем писать программу, займемся объектно-ориентированным проектированием. То есть разберемся, что к чему. Комната – это прямоугольный параллелепипед, состоящий из шести прямоугольников. Его площадь представляет собой сумму площадей составляющих его прямоугольников. Площадь прямоугольника равна произведению его длины на ширину.

По условию задачи обои клеятся только на стены, следовательно площади верхнего и нижнего прямоугольников нам не нужны. Из рисунка видно, что площадь одной стены равна xz, второй – уz. Противоположные прямоугольники равны, значит общая площадь четырех прямоугольников равна S = 2xz + 2уz = 2z(x+y). Потом из этой площади надо будет вычесть общую площадь дверей и окон, поскольку они не оклеиваются.

Можно выделить три типа объектов – окна, двери и комнаты. Получается три класса. Окна и двери являются частями комнаты, поэтому пусть они входят в состав объекта-помещения.

Для данной задачи существенное значение имеют только два свойства – длина и ширина. Поэтому классы "окна" и "двери" можно объединить в один. Если бы были важны другие свойства (например, толщина стекла, материал двери), то следовало бы для окон создать один класс, а для дверей – другой. Пока обойдемся одним, и все что нам нужно от него – площадь объекта:

class WinDoor:
    def __init__(self, x, y):
        self.square = x * y

Класс "комната" – это класс-контейнер для окон и дверей. Он должен содержать вызовы класса "ОкноДверь".

Хотя помещение не может быть совсем без окон и дверей, но может быть чуланом, дверь которого также оклеивается обоями. Поэтому имеет смысл в конструктор класса вынести только размеры самого помещения, без учета элементов "дизайна", а последние добавлять вызовом специально предназначенного для этого метода, который будет добавлять объекты-компоненты в список.

class Room:
    def __init__(self, x, y, z):
        self.square = 2 * z * (x + y)
        self.wd = []
 
    def add_wd(self, w, h):
        self.wd.append(WinDoor(w, h))
 
    def work_surface(self):
        new_square = self.square
        for i in self.wd:
            new_square -= i.square
        return new_square
 
 
r1 = Room(6, 3, 2.7)
print(r1.square)  # выведет 48.6
r1.add_wd(1, 1)
r1.add_wd(1, 1)
r1.add_wd(1, 2)
print(r1.work_surface())  # выведет 44.6

Практическая работа

Приведенная выше программа имеет ряд недочетов и недоработок. Требуется исправить и доработать, согласно следующему плану.

При вычислении оклеиваемой поверхности мы не "портим" поле self.square. В нем так и остается полная площадь стен. Ведь она может понадобиться, если в списке wd произойдут изменения, и придется заново вычислять оклеиваемую площадь.

Однако в классе не предусмотрено сохранение длин сторон, хотя они тоже могут понадобиться. Например, если потребуется изменить одну из величин у уже существующего объекта. Площадь же помещения всегда можно вычислить, если хранить исходные параметры. Поэтому сохранять саму площадь в поле не обязательно.

Исправьте код так, чтобы у объектов Room было четыре поля – width, length, height и wd. Площади (полная и оклеиваемая) должны вычислять лишь при необходимости путем вызова методов.

Программа вычисляет площадь под оклейку, но ничего не говорит о том, сколько потребуется рулонов обоев. Добавьте метод, который принимает в качестве аргументов длину и ширину одного рулона, а возвращает количество необходимых, исходя из оклеиваемой площади.

Разработайте интерфейс программы. Пусть она запрашивает у пользователя данные и выдает ему площадь оклеиваемой поверхности и количество необходимых рулонов.

Курс с примерами решений практических работ:
pdf-версия