Classe (informatique)

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En programmation orientée objet, la déclaration d'une classe regroupe des membres, méthodes et propriétés (attributs) communs à un ensemble d'objets.

La classe déclare, d'une part, des attributs représentant l'état des objets et, d'autre part, des méthodes représentant leur comportement.

Une classe représente donc une catégorie d'objets. Elle apparaît aussi comme un moule ou une usine à partir de laquelle il est possible de créer des objets ; c'est en quelque sorte une « boîte à outils » qui permet de fabriquer un objet. On parle alors d'un objet en tant qu'instance d'une classe (création d'un objet ayant les propriétés de la classe).

Il est possible de restreindre l'ensemble d'objets représenté par une classe A grâce à un mécanisme d'héritage. Dans ce cas, on crée une nouvelle classe B liée à la classe A et qui ajoute de nouvelles propriétés. Dans ce cas, différents termes sont utilisés :

Dans les exemples ci-dessous on définit dans différents langages une classe Point avec deux attributs x et y. Cette classe contient :

• un constructeur,
• deux méthodes retournant la valeur des attributs (getX() et getY()),
• une méthode déterminant si le point représente l'origine (isOrigin())
• une méthode effectuant une translation.

Le constructeur est une règle de procédures d’initialisation qui sera appelée lors de la création d'une nouvelle instance d'une classe. Il définit un premier état valide pour l'état interne de l’objet. Cette règle peut se traduire sommairement par la notion de « déclaration de structures, de variables ». Il peut y avoir plusieurs constructeurs déclarés. En l’absence de constructeur, le compilateur en génèrera un par défaut.

La méthode est une règle de procédures appliquée aux attributs de la classe. Cette règle peut se traduire sommairement par la notion de « fonction » ou « routine ». Il peut y avoir plusieurs méthodes dans une classe.  Les méthodes sont les éléments clés de la classe.

class Point
{
public:
    Point(int x, int y) : m_x(x), m_y(y) {}
    int getX() const { return m_x; }
    int getY() const { return m_y; }
    bool isOrigin() const { return m_x == 0 && m_y == 0; }

    Point translate(const Point& point) const {
        return Point(m_x + point.getX(), m_y + point.getY());
    }
private:
    int m_x;
    int m_y;
};

class Point
{
    public Point(int x, int y)
    {
        X = x;
        Y = y;
    }

    public int Y { get; private set; }

    public int X { get; private set; }

    public bool IsOrigin()
    {
        return X == 0 && Y == 0;
    }

    public Point Translate(Point p)
    {
        return new Point(X + p.X, Y + p.Y);
    }
}

public class Point {
  private int x;
  private int y;

  public Point(int x, int y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
  }

  public int getX() { return x; }
  public int getY() { return y; }

  public boolean isOrigin() {
    return (x == 0) && (y == 0); 
  }

  public Point translate(Point pt) {
     return new Point(x + pt.getX(), y + pt.getY());
  }
}

À partir de l’édition de 2015 (ECMAScript 6), une syntaxe de définition de classes a été ajoutée, simplifiant l’utilisation de son mécanisme d’héritage prototypal pour le développement orienté objet^[1] :

class Point {
    
    constructor(x, y) {
        this._x = x;
        this._y = y;
    }
    
    getX() {
        return this._x;
    }
    
    getY() {
        return this._y;
    }
    
    isOrigin() { 
        return this._x === 0 && this._y === 0; 
    }
    
    translate(pt) {
        return new Point(this._x + pt._x, this._y + pt._y);
    }
    
}

unit Point;

interface

type
  TPoint = class
  protected
    fX, fY: integer;
    function GetY : integer;
  public
    property X : integer read fX;   //Avec accesseur implicite
    property Y : integer read GetY; //Sans accesseur implicite
    constructor Create(X, Y: integer); overload;
    constructor Create; overload;
    function IsOrigin: Boolean;
    function Translate(Pt: TPoint): TPoint;
  end;

implementation

function TPoint.GetY: integer;
begin
  Result := fY;
end;

constructor TPoint.Create(X, Y: integer);
begin
  fX := X;
  fY := Y;
end;

constructor TPoint.Create;
begin
  Create(0,0);
end;

function TPoint.IsOrigin: Boolean;
begin
  Result := (fX = 0) and (fY = 0);
end;

function TPoint.Translate(Pt: TPoint): TPoint;
begin
  Result := TPoint.Create(fX + Pt.X, fY + Pt.Y);
end;

end.

class Point {
  private $x;
  private $y;

  public function __construct($x, $y) {
    $this->x = (int) $x;
    $this->y = (int) $y;
  }

  public function getX() { return $this->x; }
  public function getY() { return $this->y; }

  public function isOrigin() { return ($this->x == 0) && ($this->y == 0); }

  public function translate(Point $point) {
    return new Point($this->x + $point->getX(), $this->y + $point->getY());
  }
}

class Point
	attr_reader :x, :y

	def initialize(x, y)
		@x = x.to_i
		@y = y.to_i
	end

	def origin?
		@x.zero? and @y.zero?
	end

	def translate p
		 Point.new(@x + p.x, @y + p.y)
	end
end

class Point(object):
    def __init__(self, x, y):
        super(Point, self).__init__()
        self._x = x
        self._y = y

    @property
    def x(self):
        return self._x

    @property
    def y(self):
        return self._y

    def is_origin(self):
        return (self._x == 0) and (self._y == 0)

    def __add__(self, point):
        return Point(self._x + point.x, self._y + point.y)

Public class Point
  Protected intX As Integer, intY As Integer

  Public Sub New(ByVal pX As Integer, ByVal pY As Integer)
    Me.intX = pX
    Me.intY = pY
  End Sub

  Public ReadOnly Property X() As Integer
    Get
      Return Me.intX
    End Get
  End Property

  Public ReadOnly Property Y() As Integer
    Get
      Return Me.intY
    End Get
  End Property

  Public Function IsOrigine() As Boolean
    Return ((Me.intX = 0) And (Me.intY = 0))
  End Function

  Public Function Translate(ByVal pP As Point) As Point
    Return New Point(Me.intX + pP.x, Me.intY + pP.y)
  End Function

package Point_Pack is
   -- une classe en Ada est un type dit "étiqueté"
   -- ici on décide en plus de cacher le contenu du type (partie privée)
   type Point is tagged private;

   -- les méthodes sont déclarées en dehors du type
   function Get_X (P : Point) return Integer;
   function Get_Y (P : Point) return Integer;
   function Is_Origin (P : Point) return Boolean;
   function Translate (P, Vector : Point) return Point;

   -- pas de constructeur "intégré"
   function New_Point (X, Y : Integer) return Point;

private
   -- définitions inaccessibles à l'utilisateur du type
   type Point is tagged record
      X, Y : Integer;
   end record;
end Point_Pack;

-- la suite contient l'implémentation de la classe: en Ada il est important de séparer 
-- le code (le corps) et les déclarations "visibles" (la spécification) : en général dans 2 fichiers différents
package body Point_Pack is
-- les méthodes nomment explicitement l'objet en argument
   function Get_X (P : Point) return Integer is
   begin
      return P.X;
   end Get_X;

   function Get_Y (P : Point) return Integer is
   begin
      return P.Y;
   end Get_Y;

   function Is_Origin (P : Point) return Boolean is
   begin
      return P.X = 0 and then P.Y = 0;
   end Is_Origin;

   function Translate (P, Vector : Point) return Point is
   begin
      return Point'( X => P.X + Vector.X, Y => P.Y + Vector.Y );
   end Translate;

   function New_Point (X, Y : Integer) return Point is
   begin
      return Point'(X => X, Y => Y);
   end New_Point;

end Point_Pack;

class Point {
    
    private let x: Int
    private let y: Int
    
    // Pour instancier un nouveau Point, on fera :
    // var point = Point(8, 42)
    public init(_ x: Int,_ y: Int) {
        self.x = x
        self.y = y
    }
    // x fait automatiquement référence à self.x
    // La visibilité public rend la méthode accessible même si la classe est importée dans un autre projet
    public func getX() -> Int { 
        return x 
    }
    
    // Pas de visibilité rend la méthode accessible uniquement dans le projet
    func getY() -> Int { 
        return y 
    }
    
    // Cette méthode ne peut être utilisé que par un élément déclaré dans le fichier 
    fileprivate func isOrigin() -> Bool { 
        return (x == 0) && (y == 0) 
    }
    
    // Cette méthode n'est accessible que par une instance de la classe Point
    // Pour utiliser cette méthode, on fera :
    // translate(point: instanceDePoint)
    private func translate(point: Point) -> Point {

        return Point(x + getX(), y + getY());
    }

}

Une classe est dite immuable s'il n'est pas possible de modifier un objet de cette classe après sa création. Par exemple, la classe Point, décrite ci-dessus dans différents langages, est immuable car elle n'expose aucune méthode permettant de modifier la valeur de ses variables membres. La méthode translate retourne un nouvel objet au lieu de modifier l'objet lui-même. La classe java.lang.String de l'environnement Java est un autre exemple de classe immuable, tout comme la classe System.String du Framework Microsoft .NET.

Dans certains langages, une classe peut être partiellement définie. En particulier, certaines méthodes de cette classe n'ont pas de corps ou d'implémentation. Ces méthodes sont dites « abstraites » (ou virtuelles en C++).

Les classes possédant au moins une méthode abstraite sont aussi dites classes abstraites (ou virtuelles) et ne peuvent pas être instanciées directement — sauf en créant une sous-classe non abstraite.

Exemple

On souhaite modéliser les relations objets d'un dessin vectoriel. On peut dire qu'un objet dessin est un ensemble de géométries (la classe abstraite) et chaque géométrie peut être un point, un polygone ou une ligne brisée (ces trois classes héritent de géométrie). La classe abstraite n'est donc pas indispensable en soi, mais elle est indispensable^[2] pour un modèle propre, générique et simplifié.

Le mixin est un cas particulier de classe abstraite. Il permet d'ajouter un service aux sous-classes.

Une classe ne possédant que des méthodes abstraites est appelée interface ou classe purement virtuelle (en C++) ou protocole (en Objective C).

La classe d'une classe est une métaclasse. Les métaclasses permettent de réaliser de la réflexion structurelle.

Une classe, comme définie précédemment, est un ensemble de membres (méthodes et attributs) qu'on est forcément amené à manipuler. Si p est une instance de Point(a,b) où a et b sont de type int, on accède aux membres de p comme ceci :

• p.x = a et p.y = b (accès aux attributs)
• p.getX() et p.getY() (accès aux méthodes)

La question qui vient tout de suite à l'esprit est la suivante : pourquoi définir une méthode getX(), alors qu'on peut accéder directement aux champs x et y de la classe Point ?

En fait, lorsqu'on est amené à manipuler de nombreuses classes ainsi que de nombreuses relations entre ces classes (cf. héritage), le schéma, les données et les opérations peuvent devenir très complexes (surtout pour un individu n'ayant pas conçu le code). On a donc recours à un mécanisme qu'on appelle encapsulation des données, lequel se charge de masquer à certaines parties du programme les champs de la classe dans un souci d'intégrité. L'utilisateur est donc amené à ne manipuler que des méthodes qui ont été approuvées et qui en théorie remplissent bien leur rôle.

Selon le principe d'encapsulation, les méthodes ont un accès public - cela signifie que tout élément d'un programme peut utiliser une méthode. Quant aux attributs composant l'état, ils ont un accès privé (private) - seul l'objet lui-même (et donc les méthodes qu'il contient) a un accès direct à ses attributs. Dans ce cas, le seul moyen d'accéder à ces attributs est d'utiliser les méthodes de l'objet. Les attributs ne peuvent pas être utilisés directement par un autre élément du programme ni même un autre objet, même si cet objet est de la même classe. Autre point : tous les attributs d'un objet qui sont hérités sont directement accessibles par les autres membres de cet objet.

En ce qui concerne les dernières remarques, il y a souvent confusion sur la sémantique de l'accès privé. Le principe d'encapsulation implique une protection des attributs que nous appellerons verticale (seuls l'objet lui-même et les objets d'une sous-classe y ont accès). Nous retrouvons cette sémantique dans des langages comme Smalltalk, Oz ou OCaml. Cependant certains langages, comme C++, Pascal ou Java, plaident pour une protection des attributs que nous appellerons horizontale (les objets d'une même classe y ont accès, mais pas les objets des sous-classes).

Certains langages permettent, lors de la déclaration de la classe, de modifier la portée de ses membres et, par conséquent, des membres des objets instanciés à partir de cette classe; la modification de la portée réduit la visibilité et, par conséquent, l'accessibilité aux membres.

Par exemple, les langages C++ et Pascal Objet proposent les modifications de portée suivantes :

public

protected

private

La sémantique de ces modifications de portée et leur nombre varient selon le langage de programmation.

Par exemple, Java propose une définition un peu différente pour les membres protégés; elle s'étend à l'ensemble des objets de la même classe, des classes filles et des classes du même paquetage.

Par exemple, Python propose la possibilité de modifier la visibilité des membres d'une classe en préfixant le nom du membre par le caractère souligné ('_'):

• getX() est une méthode publique.
• _getX() est une méthode protégée, c'est-à-dire accessible seulement par les éléments du même module.
• __getX() est une méthode privée.

Lorsqu'on est amené à manipuler des données de même type (c'est par exemple le cas de points dans un repère), on peut vouloir appliquer à ces objets (au sens de la POO) des opérations. Ainsi, la fusion de deux zones (polygones) donne bien une nouvelle zone, tout comme l'addition de deux points donne un nouveau point.

• Pour une addition de points, une première méthode consisterait à créer une méthode membre de la classe Point qu'on nommerait translate(Point) et qui renverrait un nouveau Point ayant subi l'addition. On a :

  ...
  p=Point(6,2)
  q=Point(6,3)
  m=Point(0,0)
  m=p.translate(q) // p+q 
  ...

• En fait une notation plus naturelle et beaucoup plus simpliste serait de représenter l'addition tout simplement par m = p+q. Pour cela on utilise un mécanisme appelé surcharge d'opérateurs, qui redéfinit un opérateur donné pour une action donnée^[3].

Continuons sur notre classe Point. L'exemple Python suivant est très parlant :

  class Point:
  (...)
    def __add__(self,point):                             # Surcharge de '+'
      return Point(self.x + point.x, self.y + point.y)

  p=Point(0,0)
  q=Point(2,3)
  r=p+q

Ainsi r.getX() retournera 2.

• Classe abstraite
• Métaclasse
• Unified Modeling Language
• Encapsulation des données
• Programmation par contrat
• Programmation orientée prototype : programmation objet sans classe.
• ClassFile Inspector : plugin pour Eclipse, éditeur de bytecode Java.

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