Técnicas Avanzadas de Programación. Contenido Conceptos generales de programación orientada a...

Técnicas Avanzadas de Programación

Contenido Conceptos generales de programación orientada a objetos

Concepto de clase, método, mensaje, objeto

Ejemplo: un programa para manejo de Pozos

Ocultamiento de información

Algunos lenguajes orientados a objeto

Diseño orientado a objetos

Diseño dirigido por responsabilidades

UML (Lenguaje de modelado unificado - unified modeling language)

Contenido Mecanismos de reutilización de código

Herencia

Composición

Delegación

Tipos parametrizados

Enlace estático y dinámico

Asignación estática y dinámica de tipos

Enlace estático y dinámico de métodos

Contenido Herencia y tipos

Distribución de la memoria

Asignación y Equivalencia

Conversión de tipos

Herencia de clases y herencia de interfaces

Ocultamiento de información

Acoplamiento y cohesión

Control de acceso y visibilidad

Contenido Polimorfismo

Objetos polimórficos

Sobrecarga

Interfaces

Patrones de diseño

Estructura de un patrón de diseño

Patrones creacionales

Patrones estructurales

Patrones de comportamiento

Contenido Programación con hilos

Concurrencia y paralelismo

Hilos y procesos

Modelos de programación multihilos

Ciclo de vida de un hilo

Prioridades

Sincronización

Prácticas recomendadas

Acceso a bases de datos

JDBC

Conceptos Generales

Programación Orientada a Objetos Los especialistas ven la P.O.O. desde dos puntos de vista

El primero sostiene que la POO es una nueva forma de programar. Un nuevo paradigma

El segundo sostiene que la POO es simplemente una evolución de técnicas de programación ya existentes (tipos de dato abstractos)

Programación Orientada a Objetos La programación orientada a objetos como un nuevo paradigma de

programación

Programación Orientada a Objetos

ClaseAplicación

ClaseMenú

ClaseFactura

App Menu Factura

Emisor Receptor Receptor

Mensaje Mensaje

mostrar mostrar

Acción:muestra las opcionesdel menu

Acción:Imprime los datos dela factura


Algunos conceptos básicos

Mensaje. Un mensaje es una solicitud de que se realice una acción. Se acompaña de cualquier información adicional (argumentos) necesaria para llevar a cabo la acción

Método. Es la acción que realiza el receptor de un mensaje para satisfacer la solicitud (un procedimiento)

Diferencias entre llamar a un procedimiento y pasar un mensaje:

Los mensajes tienen un receptor, los procedimientos no

La acción que se realiza en respuesta a un mensaje depende de quien recibe el mensaje


La acción realizada en respuesta a un mensaje depende del receptor del mensaje

Menú

NuevoAbrirGuardarGuardar como

Mostrar

Factura

Fecha: 12/03/00Cliente: Pedro PérezCant. Descrip. Monto 1 Lavadora 5000,00 2 ...

Mostrar

Programación Orientada a Objetos Clases. Son categorías de objetos

Todos los objetos son ejemplares de una clase

El método invocado por un objeto en respuesta a un mensaje queda determinado por la clase del receptor

Todos los objetos de una clase usan un mismo método en respuesta a un mismo mensaje

Objetos. Son entes capaces de responder a un mensaje ejecutando una acción (método)

Los objetos tienen variables internas que determinan su estado. Las variables que tiene un objeto dependen de la clase pero los valores son particulares de cada objeto

Programación Orientada a Objetos Para programar en forma orientada a objetos es necesario:

Decidir que objetos se necesitan para resolver un problema

Determinar que métodos implementa cada clase

Si las clases requeridas no están disponibles será necesario diseñarlas

Diseñar una clase consiste en:

Establecer los métodos de la clase

Definir las variables internas o variables de estado que tendrán los objetos


Ejemplo: un programa de manejo de cuentas de banco

En este ejemplo se presenta una clase Cuenta que puede ser el fundamento para un programa de manejo de cuentas

En primer lugar se presenta la definición de la clase, incluyendo la implementación de los métodos.

Luego se presenta la forma de utilizar la clase, es decir:

Como crear una Cuenta

Como pasar mensajes a una Cuenta

El ejemplo está implementado en Java


Declaración de la clase Cuenta

package cuentas;

public class Cuenta {

private int id;

private String nombre;

private double saldo;

public Cuenta() {

}

public int getId() {

return id;

}

public void setId(int id) {

this.id = id;

}

public String getNombre() {

return nombre;

}

setNombre(String nombre) {

this.nombre = nombre;

}

public double getSaldo(){

return saldo;

}

public void depositar(double

cantidad) {

this.saldo += cantidad;

}

public boolean retirar(double

cantidad) {

if (cantidad > this.saldo) {

saldo -= cantidad;

return true;

}

return false;

}

}


Elementos que constituyen una clase

Declaración de la clase

Contiene el nombre de la clase y otros atributos

Variables

Las variables definen el estado del objeto

Métodos

Los métodos son procedimientos que se ejecutan cuando se pasa un mensaje a la clase

Constructores

Son procedimientos que permiten inicializar el objeto


Como usar la clase Cuenta

// Como crear una cuenta

Cuenta c;

c = new Cuenta(3);

// Como pasar mensajes a una cuenta

c.depositar(10000);

int saldo = c.getSaldo();

System.out.println(saldo);

http://System.out.println/

Programación Orientada a Objetos Estructura de un mensaje

c.setId(2);

mensajereceptordel mensaje

argumentos

Programación Orientada a Objetospublic class Carta {

public static final int ROJO=0;

public static final int NEGRO=1;

private int pinta;

private int valor;

public Carta(int p, int v) {

this.pinta = p;

this.valor = v;

}

public int getPinta() {

return this.pinta;

}

public int getValor() {

return this.valor;

}

public int getColor() {

if (pinta==CORAZON ||

pinta==DIAMANTE) {

return ROJO;

}

else {

return NEGRO;

}

}

}

Programación Orientada a Objetos La programación orientada a objetos como evolución de técnicas

preexistentes

Los programas se hacen más complejos en la medida que su tamaño aumenta

La complejidad se debe principalmente a la interconexión entre diferentes partes del programa

Técnicas para el manejo de la complejidad

Procedimientos.

Módulos.

Tipos de dato abstracto.

Programación orientada a objetos.

Programación Orientada a Objetos La programación orientada a objetos puede verse como una evolución de

los tipos de dato abstractos.

Tipo de dato abstracto: un tipo de dato definido por el programador.

Consiste de una estructura de datos y una serie de operaciones implementadas mediante procedimientos o funciones.

Las clases son un mecanismo o técnica de implementación de tipos de dato abstracto.

Al definir un TDA mediante clases se pueden especificar las operaciones válidas para el nuevo tipo de dato.

Esto permite al compilador verificar la validez de las operaciones al igual que para los tipos de datos predefinidos.


struct pila {

int tope;

int valores[100];

};

void push(struct pila *p, int v) {

p->valores[++(ps->top)]=v;

return;

}

void pop(struct pila *p) {

if (empty(p)) {

/* error */

}

else {

return (p->valores[ps->top--]);

}

}

main()

{

struct pila p;

push(&p, 10);

x = pop(&p);

p.valores[5]=10; // bien

}

Ejemplo: implementación de una pila en C y C++


public class Pila {

private int tope;

private int valores[100];

public Pila() {

tope = -1;

}

public void push(int v) {

valores[++top]=v;

return;

}

public int pop() {

if (empty(p)) {

/* error */

}

else {

return (valores[top--]);

}

}

}

Ejemplo: implementación de una pila en C y C++

public static void main(String[] args)

{

Pila p = new Pila();

p.push(10);

x = p.pop();

p.valores[5]=10 //error

}

Programación Orientada a Objetos Bjarne Stroustrup, creador del C++, prefiere el término tipo de

dato definido por el usuario al de clase

En lugar de Subclase habla de tipo de dato derivado

Los métodos son funciones miembro

En el diseño de un programa se pueden mezclar tipos definidos por el usuario con programación convencional (no orientada a objetos)

Los tipos definidos por el usuario son una herramienta más (aunque muy importante) entre las que el programador puede escoger para resolver problemas


Encapsulamiento y ocultamiento de la información

Quién invoca un método de un objeto mediante un mensaje no tiene que saber lo que hace el objeto para satisfacer la solicitud

No se debe acceder directamente a las variables internas de un objeto

Los lenguajes de programación difieren en el soporte que dan al ocultamiento de la información



Cuenta c = new Cuenta();

c.id = 2;

En este ejemplo se esta modificando directamente una variable interna del objeto c. Esto no es recomendable

Si se cambia la implementación de la clase Cuenta, todas las partes del programa que contengan construcciones de este tipo deberán ser modificadas

Las variables internas de un objeto solo deben ser modificadas por el objeto mismo



La forma correcta de modificar el identificador de la cuenta es invocando un método diseñado para ese fin

Cuenta c = new Cuenta();

c.setId(2);



En Java existen modificadores que permiten determinar la visibilidad de los elementos de una clase:

private. Solo se puede acceder al elemento desde la clase en la cual está declarado

protected. Se puede acceder al elemento desde la clase, las subclases y el paquete

package. Se puede acceder al elemento desde la clase y cualquier otra clase que esté en el mismo paquete

public. Se puede acceder al elemento desde cualquier parte del programa



En general deben ser privados siempre:

Las variables de instancia

Métodos que son invocados por otros métodos de la misma clase y que no deben ser invocados externamente

Deben ser públicos

Los constructores y métodos que serán invocados por otras clases

Pueden ser públicos o privados

Las constantes



Pueden ser protected

Las variables de instancia que se sabe que serán accedidas por subclases de la clase en la cual está declaradas

Esto es controversial. Hay quienes sostienen que las subclases deben acceder a las variables de las superclases invocando métodos públicos o protegidos.

Cuando usar package

Package se puede usar en lugar de protected para permitir que subclases accedan a las variables de instancia de las superclases.

En ese caso las subclases deben estar en el mismo paquete



En C++

Existe private, public y protected

En smalltalk

No existen modificadores, todas las variables son privadas y todos los métodos son públicos


Algunos lenguajes orientados a objetos

Smalltalk

Un lenguaje 100% orientado a objetos

El lenguaje incluye en su definición básica el mecanismo de mensajes

Todo lo demás se logra mediante una biblioteca de clases

No hay tipos de datos. Las variables no tienen tipo

Los valores que contienen las variables son objetos que pertenecen a una clase

Es un lenguaje interpretado, lo que lo hace menos eficiente que lenguajes compilados, tales como C y Pascal

Programación Orientada a Objetos C++, Object Pascal

Lenguajes híbridos que combinan programación convencional con P.O.O.

Las clases se implementan mediante un nuevo tipo de dato (class) similar a una estructura que permite definir, además de variables, una lista de métodos que constituyen el comportamiento de los ejemplares

El problema principal de estos lenguajes es la implementación de clases mediante tipos de dato. Esto causa problemas sobre todo en el manejo de la herencia

En general son más eficientes que los lenguajes 100% orientados a objetos

Programación Orientada a Objetos Java

Sintaxis similar al C++

Lenguaje fuertemente orientado a objetos. (No 100 %)

Lenguaje con tipos (por tanto presenta los mismos problemas que C++ y Object Pascal)

Existe una jerarquía de clases predefinida que incluye clases que representan los tipos de dato básicos (integer, float, etc)

Es un lenguaje interpretado. Menos eficiente que C++

Existen, sin embargo, compiladores “just in time”, que mejoran considerablemente la eficiencia

Diseño Orientado a Objetos

Diseño Orientado a Objetos El primer paso en el diseño orientado a objetos consiste en

determinar

Cuales son las clases que se necesitan para la solución de un problema en particular

Que acciones debe realizar cada clase

Como se relacionan las clases

Existen numerosas metodologías de diseño orientado a objetos

Presentamos un método conocido como “Diseño dirigido por responsabilidades”


Diseño dirigido por responsabilidades

Se hace una analogía entre las clases que se requieren para la solución de un problema y un grupo de personas que se reúnen para realizar una actividad

Cada clase corresponde a una persona

A cada persona se asignan una serie de responsabilidades

Toda acción que se debe realizar debe estar asignada a una persona (en caso contrario la acción no se realizará)


Nombre de la clase

Responsabilidades

Colaboradores

Para el diseño se recomienda usar fichas

Cada clase es descrita por separado en una ficha

Diseño Orientado a Objetos La lista de responsabilidades son todas las acciones que deberán

realizar los miembros de la clase

En última instancia las responsabilidades se convertirán en métodos de la clase

La lista de colaboradores está formada por aquellas clases en las cuales se puede apoyar una clase para realizar su trabajo

Al comienzo del diseño no se hace distinción entre clases y ejemplares

Diseño Orientado a Objetos Los nombres de las clases deben ser palabras pronunciables, que

describan claramente aquello a lo que se refieren

Se recomienda usar mayúsculas o el carácter de subrayado para separar las palabras. Ej. MenúPrincipal o menu_principal

Las abreviaturas deben ser claras

Se debe evitar el uso de números en los nombres

Diseño Orientado a Objetos Ejemplos de nombres de clase:

LeerValores // No recomendable. No es un sustantivo

// Los nombres de clases deben ser sustantivos

M20 // No sugiere lo que representa la clase

ManejadorCuentas // Nombre adecuado

manejador_cuentas // Nombre adecuado


Categorías de clases

Las clases se pueden agrupar en categorías según el tipo de responsabilidades que tienen

Clases manejadoras de datos

Fuentes de datos o pozos de datos

Clases de vista o visualización

Clases auxiliares


Clases manejadoras de datos

Son clases cuya responsabilidad principal es mantener cierta información

Por ejemplo en un juego de cartas la clase Carta es un manejador de datos

En un programa de contabilidad una clase Cuenta es un manejador de datos

Las clases manejadoras de datos generalmente son los bloques fundamentales de un diseño

Diseño Orientado a Objetos Los datos que pertenecen a una clase manejadora de datos solo

deben ser manipulados por su dueño (encapsulamiento)

Las demás clases no deben modificar o leer directamente los datos que pertenecen a un manejador de datos

Para tener acceso a la información deben solicitarlo mediante un mensaje a la clase dueña

Es un factor importante del diseño determinar cuales datos deben ser manejados por una clase manejadora de datos

Diseño Orientado a Objetos Únicamente el manejador de datos debe acceder a la información

que le pertenece

Manejadorde Cuentas

Archivode cuentas

ProcesadorTransacciones

leerCuenta(100)

ObtenerSaldo(100)

LeerCuenta(100)

ManejadorCuentas


Fuentes de datos de datos

Son clases que generan datos (por ej. un generador de números aleatorios), o los aceptan para realizar algún procesamiento

Los datos fluyen a través de la clase pero ésta no es dueña de los datos

Por ejemplo una clase Archivo que tiene como responsabilidades

Abrir un archivo en disco

Leer y escribir datos al archivo

Cerrar el archivo

Diseño Orientado a Objetos Una fuente de datos no es dueña de los datos

ManejadorCuentas

Archivode cuentas

Manejadorfacturas

LeerRegistro

ManejadorArchivos

LeerRegistro

Archivode facturas


Clases de vista o visualización

Son clases que permiten mostrar o visualizar información en un dispositivo de salida

Generalmente el código que realiza estas actividades es complejo, modificado frecuentemente e independiente de los datos que se muestran

Es recomendable separar el código de visualización del código de manejo de los datos

Cuando se tiene un manejador de datos y una clase de vista asociada se dice que el manejador de datos es el modelo y la clase visualizadora es la vista


Ejemplo:

La clase Pozo es un manejador de datos. Sus instancias representan o modelan pozos del mundo real

Un graficador de pozos tiene tiene una lista de pozos y se encarga de mostrar una gráfica con la información que ellos contienen

GraficadorPozos

Pozo

Manejadorde datos

Clase devisualización


Caso de estudio: Una aplicación de supervisión de pozos

Se tiene una base de datos con información histórica de pozos

Se desea crear una aplicación que permita visualizar una gráfica de la producción de crudo y gas de los pozos.


Clases

Un formulario mediante el cual se puede introducir una lista de las clases que se desea visualizar y las características del gráfico que se desea obtener

Una clase GraficadorPozos que se encarga de crear el gráfico con las características definidas por el usuario. Es una clase de visualización

Una clase Pozo que almacena la información de un pozo. Es una clase manejadora de datos

Una clase BaseDatos que hace acceso a la base de datos que contiene la información de los pozos

Diseño Orientado a Objetos Tarjeta CRC de la clase Formulario

Graficador Pozos

Formulario

Pedir al usuario la lista de pozos que se desean graficar

Solicitar al graficador de pozos que despliegue la gráfica

Diseño Orientado a Objetos Tarjeta CRC de la clase GraficadorPozos

PozoGraficadorPozos

Crear los pozos con los identificadores de pozos recibidos del Formulario

Solicitar a cada pozo la producción de crudo y de gas

Crear el gráfico con la información obtenida

Diseño Orientado a Objetos Tarjeta CRC de la clase Pozo

BaseDatosPozo

Leer los datos del pozo al cual representa

Mantener los datos del pozo

Devolver la producción de crudo y gas

Diseño Orientado a Objetos Tarjeta CRC de la clase BaseDatos

BaseDatos

Devolver la producción de crudo de un pozo dado el id del pozo

Devolver la producción de gas de un pozo dado el id del pozo

Diseño Orientado a Objetos Otro ejemplo: un programa para cajeros automáticos

El programa debe

Mostrar un mensaje de bienvenida a los usuarios

Esperar a que se introduzca una tarjeta

Leer el id de la cuenta de la tarjeta

Solicitar al usuario que introuzca la clave

Verificar si la clave es correcta

Presentar al usuario un menú de opciones (retiro, consulta, ...)

Realizar la operación solicitada y actualizar la cuenta

Entregar el dinero

Diseño Orientado a Objetos Tarjeta CRC de la clase LectorDeTarjetas

LectorDeTarjetas

Mostrar mensaje, esperar tarjeta

Pedir el Verificador de clave que compruebe validez

LLamar al selector de actividad

Devolver Tarjeta

VerificadorDeClave

SelectorDeActividad


VerificadorDeClave

Recibir clave del ManejadorDeCuenta.

Verificar si existe la cuenta

Presentar ventana de solicitud de clave

Recibir clave del usuario

Comparar claves y devolver el resultado.

ManejadorDeCuenta


ManejadorDeCuenta

Verificar validez de cuenta y devolver la clave

Verificar información de retiro y depósito.

ManejadorDeCuenta


SelectorDeActividad

Mostrar menú de actividades

Esperar selección del usuario

Llamar al manejador de transacción apropiado

ManejadorDeDepósitos

ManejadorDeRetiros


ManejadorDeRetiros

Preguntar al usuario cantidad del retiro Verificar la cantidad con el ManejadorDe

Cuenta Decirle a CajaElectrónica que descarge el

efectivo

ManejadorDeCuentas

ManejadorDeRetiros

CajaElectrónica


CajaElectrónica

Dar efectivo Dar sobre de depósito Recuperar sobre de depósito


Unified Modeling Language (UML)

Es una notación para representar modelos orientados a objetos

A finales de la década de los 80 aparecieron varios métodos de modelado: Booch, Rumbaugh y Jacobson

UML es la unificación de estos métodos

Está en proceso de estandarización por ISO/ANSI

Diseño Orientado a Objetos Un modelo consiste de clases y objetos relacionados entre si, que

describen o representan un aspecto del mundo real

Para la descripción de un modelo en UML existen varios tipos de diagramas:

Diagramas de clases (modelo estructural)

Diagramas de objetos (modelo de interacción)

Diagramas de secuencia

Use cases (casos de uso)


Modelo estructural

Una vista de un sistema que hace énfasis en la estructura de los objetos, incluyendo sus clasificadores, relaciones, atributos y operaciones


Diagrama de clases

Un diagrama de clases contiene representaciones de clases y relaciones entre clases

Una clase se representan mediante un rectángulo dividido en tres áreas o bandas: banda de nombre, banda de atributos y banda de operaciones

Pozo

IdproducciónCrudoproducciónGas

devolverProducciónCrudodevolverProducciónGas

Diseño Orientado a Objetos Se utiliza también un diagrama simplificado de clases en el que se

omiten la segunda y tercera banda

En este caso la clase Pozo se representa como sigue

Pozo


Relaciones

UML permite definir varios tipos de relación entre clases. A continuación se enumeran algunos

Asociación

Agregación

Composición

Generalización


Asociaciones

Para representar relaciones de asociación entre clases se usan líneas para conectar las clases relacionadas

La multiplicidad sirve para especificar cuantos ejemplares de una clase se pueden asociar con un ejemplar de la otra clase

En el ejemplo un GraficadorPozos se puede asociar con 0 o más pozos (* denota 0..n)

Graficador

PozosPozo

1 *

tiene

Diseño Orientado a Objetos A continuación se presentan algunos ejemplos de multiplicidad

T

T

T

T

Cero o más (muchos)

Uno o más

Entre uno y 40

Exactamente 5

*

1..*

1..40

5

Diseño Orientado a Objetos Ejemplos adicionales

* 1..*

Contrato

Patrono Empleado

Empresa * Persona1..*

Patrono Empleado

Emplea

Empresa Persona


Agregación

Es un tipo especial de asociación que describe una relación todo-parte

Ejemplo

Universidad FacultadTiene

1..*

Diseño Orientado a Objetos Composición

La composición es un forma de agregación que implica una fuerte relación de propiedad

Avión

TrenAterrizajeFuselaje Motor

1 1 2

Diseño Orientado a Objetos Composición

Motor 2

Fuselaje 1

TrenAterrizaje 1

Avión


Generalización

Es una relación entre una clase general y una clase más específica

Ejemplo

Empleado

VendedorGerente

Diseño Orientado a Objetos Diagrama de clases UML correspondiente a la aplicación de

ejemplo

Graficador

PozosPozo

1 1..*

tiene

Formulario

Pozos

1

1tiene

BaseDatos

1

1

tiene

Diseño Orientado a Objetos Diagramas de secuencia

Verificar(noCta)

LectorTarjeta VerificadorClave

ManejadorCuenta

DevolverClave()

ManejadorTeclado

LeerClave()

Creación de objetos

Creación de objetos Una vez que se han definido las clases, el siguiente paso es crear

objetos

Al momento de arrancar el programa deberá crear uno o varios objetos iniciales (por lo menos uno)

Posteriormente los diferentes objetos que constituyen el programa pueden crear (y destruir) otros objetos

Por lo tanto la creación y destrucción de objetos es un proceso que se realiza durante toda la ejecución del programa

Cuando el programa finaliza el último paso debe ser destruir el objeto (u objetos) creado inicialmente

Creación de objetos Organización de la memoria de un programa

Memoria automática(Pila)

Memoria dinámica(Montículo – heap)

Memoria estática


Memoria automática

Conocida como la pila del programa

La memoria se asigna y libera automáticamente

Las variables se asignan cuando se ejecuta el bloque de código donde están declaradas

Por ejemplo, en C++ o Java

void graficar() {

int n;

Pozo p(10);

...

}


Memoria estática

Las variables estáticas se asignan cuando el programa arranca y se liberan cuando termina

Por ejemplo, en C++

Pozo pozo;

void graficar() {

static Pozo p(10);

static int x;

...

}


Memoria estática

Ejemplo en C y C++

void getNextNumber() {

static int number = 0;

number += 1;

return number;

}

void main()

{

int n;

for (n=0; n<5 ; ++n) {

printf("%d ", getNextNumber());

}

}


Memoria estática

Ejemplo en Java

class MyClass

{

public static int number = 0;

...

}

La variable se asigna al momento de cargar la clase (generalmente la primera vez que se usa)


Memoria dinámica

Los objetos son creados en memoria dinámica de manera explícita, es decir, el programador determina el momento exacto en que se debe crear el objeto.

Así mismo los objetos deben ser destruidos por el programador

Por ejemplo en C++

void graficar() {

Pozo *p;

p = new Pozo(2);

...

delete p;

}


En C++ se pueden crear objetos de varias maneras

Al declarar una variable de un tipo correspondiente a una clase

...

Pozo p(2); // se ha creado un pozo

En este caso el objeto se puede crear en memoria estáfica o dinámica

Se puede crear un objeto en memoria dinámica mediante el operador new

Pozo *p; // aquí no se ha creado el pozo

p = new Pozo(2); // se crea el pozo en memoria

// dinámica


Creación de objetos en Java

En Java los objetos siempre son creados en memoria dinámica

Sólo hay una forma de crear objetos

...

Pozo p; // Aquí no se ha creado el pozo

p = new Pozo(1); // Se crea el pozo en memoria

// dinámica

Los objetos son destruidos automáticamente mediante un recolector de basura

Creación de objetos En Java las referencias de los objetos y los valores de tipos

primitivos pueden ser almacenados en memoria automática

int getNextNumber() {

int next = 0;

return ++next;

} o en memoria estática

public class SequenceManager {

static int next = 0;

static int getNextNumber() {

return ++next;

}

}


Creación de objetos en Objective C

Los objetos siempre se crean en memoria dinámica

...

Pozo *p; // Aquí no se ha creado el pozo

p = [ Pozo alloc ]; // Se crea el pozo en memoria

// dinámica


Inicialización

Java y C++ tienen un mecanismo de inicialización automático conocido como constructores

Los constructores son métodos con el mismo nombre que la clase

...

class Cuenta

{

private:

int id;

...

public:

Cuenta();

Cuenta(int);

int getId();

void setId(int idCta);

...

};


Inicialización

...

Cuenta::Cuenta()

{

id = 0;

}

Cuenta::Cuenta(int idCta)

{

this->id = idCta;

}


Inicialización en Java

class Cuenta

{

private int id;

...

public Cuenta() {

}

public Cuenta(int idCta) {

this.id = idCta;

}

int getId() {

return this.id;

}

...

};



También se pueden usar métodos de clase

class Cuenta

{

private int id;

...

private Cuenta() {

}

public static Cuenta crear(int idCta) {

Cuenta cta = new Cuenta();

cta.id = idCta;

}

...

};



También se pueden usar métodos de clase

...

Cuenta c = Cuenta.crear(10);

...


Inicialización en Objective C

No hay constructores. Se usan métodos de inicialización y métodos de clase (factory methods)

@interface Cuenta : Object

{

int idCuenta;

char nombre[20];

double saldo;

}

+(Cuenta *) create: (int) id;

-(Cuenta *) init: (int) id;

...



No hay constructores. Se usan métodos de inicialización y métodos de clase (factory methods)

+(Cuenta *) create: (int) idCta

{

Cuenta *c = [ [ Cuenta alloc ] init: idCta ];

return c;

}

-(Cuenta *) init: (int) idCta

{

self = [super init];

if ( self) {

[self setId: idCta];

}

return self;

}



main()

{

Cuenta *c;

c = [ Cuenta alloc ] init: 10 ];

c = [ Cuenta create: 20 ];

[ c depositar: 1500.0 ];

...

}

Creación de objetos Objetos en el montículo y objetos en la pila

Asignación

Verificación de igualdad

Constructures de copia en C++

Mecanismos de Reutilización de Código


Herencia Composición


Herencia

Es posible que existan varias clases con características similares

Por ejemplo, en relación con un pozo de levantamiento artificial por gas (gaslift) es necesario conocer la presión del gas a la entrada del pozo

Esta información no es requerida para pozos de flujo natural

Por otra parte, los pozos de flujo natural y los de gaslift comparten características similares, tales como profundidad del pozo, producción de crudo, etc


Herencia

En este caso, en lugar de crear dos clases independientes, es posible definir una jerarquía de clases

Pozo

PozoFlujoNatural PozoGasLift


Herencia

Es posible construir jerarquías de clases más complejas

Número

Entero

EnteroCorto

Real Complejo

EnteroLargo


Herencia

Las subclases heredan las variables y métodos de las superclases (pero no los valores de las variables)

Las subclases pueden agregar nuevos métodos, y variables o redefinir los métodos existentes

Un objeto puede responder a un mensaje que no esté definido en su clase si el método está implementado en algunas de las superclases

Mecanismos de Reutilización de Código Clase Pozo

public class Pozo{ private int id; private double prodCrudo; private double prodGas; public void leerValores() { ... }

public double getProdCrudo() { return this.prodCrudo; }

public double getProdGas() { return this.prodGas; }}

Mecanismos de Reutilización de Código Clase PozoGasLift

public class PozoGasLift extends Pozo{ private double presionEntrada;

public void leerValores() { super.leerValores(); presionEntrada = ... }

public double getPresion() { return presionEntrada; }}


Herencia

Cuando se pasa un mensaje a un objeto, la búsqueda del método a ejecutar comienza por la clase del objeto

Si no se encuentra el método en la clase la búsqueda continúa hacia arriba en la jerarquía de clases hasta llegar a la raíz del árbol

Se ejecuta el primer método encontrado o, si no se encuentra ningún método, se produce un error


Ejemplo

PozoGaslift pozo;

pozo = new PozoGasLift();

// Se ejecuta el método devolver presión

// de la clase PozoGasLift

double presion = pozo.getPresion();

// Se ejecuta el método get producción

// de crudo de la clase Pozo

int prod = pozo.getProdCrudo();

// error, el método imprimir no está definido

pozo.imprimir()


Anulación y refinamiento de métodos

Una clase que hereda de otra puede:

Agregar nuevas variables o métodos

Redefinir o anular un método

Refinar un método

Mecanismos de Reutilización de Código Redifinir o anular un método

Esto ocurre cuando la subclase tiene un método con el mismo nombre que un método de la superclase

En el ejemplo anterior, el método leerValores() está definido en la clase Pozo, pero está siendo redefinido en la clase PozoGasLift

public void leerValores()

{

this.prodCrudo = ...

this.prodGas = ...

}

Mecanismos de Reutilización de Código Refinar métodos

Para refinar un método se incluye un método con el mismo nombre. La diferencia con respecto a la anulación es que el nuevo método llama al método correspondiente en la superclase

public void leerValores() {

super.leerValores();

this.presionEntrada = ...

}

Mecanismos de Reutilización de Código Refinar métodos

En C++

public void leerValores() {

Pozo::leerValores();

this->presionEntrada = ...

}


Categorías o tipos de herencia

Especialización

Es el uso más común de herencia

La clase derivada es más especializada que la superclase

EjemploNúmero

Entero

EnteroCorto

Real Complejo

EnteroLargo

Mecanismos de Reutilización de Código Especificación

Se desea garantizar que las clases mantengan una interfaz común

La clase paterna especifica el comportamiento que se debe implementar

Las clases hijas implementan ese comportamiento

Construcción

Construir un concepto a partir de otro

Ejemplo:

La clase GraficadorPozo puede ser subclase de la clase JComponent de Java Swing.

En muchos casos se puede usar composición en lugar de construcción


Generalización

Lo opuesto a la especialización

La subclase es más general que la superclase

Generalmente se usa cuando se trabaja con clases que no se pueden modificar o que no se desean modificar

En general se debe evitar este tipo de herencia

Ejemplo

Ventana

VentanaColor


Composición

La herencia es una relación estática entre clases

Cuando una clase hereda de otra la relación entre las dos clases no varía durante toda la vida del programa

Cuando hay una relación de composición un objeto de clase A tiene uno o más objetos de clase B.

Vehículo

Motor


Composición

public class Vehiculo {

String modelo;

String año;

Motor motor;

...

}

public class Motor {

String modelo;

int potencia;

...

}


Composición

La composición puede ser usada como técnica de reutilización de código, al igual que la herencia

Muchos problemas que pueden ser resueltos mediante herencia también pueden ser resueltos por composición

Ejemplo: La clase GraficadorPozos puede tener una variable de clase JComponent (composición) en lugar de ser subclase de JComponent.

El método graficar invoca métodos de la clase JComponent para mostrar la gráfica en pantalla


Composición

La composición es una relación dinámica

La clase a la que pertenece el valor de la variable puede cambiar en tiempo de ejecución

Esto permite mayor flexibilidad que la herencia ya que el comportamiento puede cambiar dinámicamente


Delegación

La composición tiene la siguiente desventaja

Cuando se usa herencia los métodos siempre pueden hacer referencia al objeto this (el receptor del mensaje).

Cuando se usa composición esto no es posible

La delegación es similar a la composición. Hay una clase receptora y una clase delegada

La clase receptora tiene un objeto (el delegado) en el cual delega ciertas responsabilidades

Cada método de la clase delegada toma un parámetro del tipo de la clase receptora. Este parámetro hace las veces del objeto this.

Enlace Estático y Dinámico

Enlace Estático y Dinámico Enlace (binding): vincular un nombre con el objeto que denota

static int n = 10; // C++

Un entero es asignado en algún lugar de la memoria.

La vinculación entre el nombre n y el objeto (el valor entero) se puede hacer:

En tiempo de compilación - enlace temprano (early binding). El ejemplo anterior

En tiempo de ejecución – enlace tardío (late binding).

int *n = new int(10); // C++

Las funciones o subrutinas también pueden tener enlace temprano o tardío


El enlace implica determinar

Donde está el objeto en la memoria

¿Qué es el objeto?. Para poder determinar:

La validez de las operaciones

Cómo se realizan las operaciones

int a, b, c;

c = a + b // suma de enteros

double x, y, z;

z = x + y; // suma de punto flotante

String a = “Hola” * x;

El enlace puede ser estático o dinámico


Enlance estático. Asignación estática de tipos (C++, Java, Objective

C, Object Pascal): Se asigna un “tipo” a cada variable.

int x;

El tipo se usa para

Determinar el conjunto de valores legales que pueden contener las variables

Determinar la validez y el significado de las operaciones.

Una variable es una “caja de bits”. El tipo es lo que le da el significado a los bits.

El enlace es temprano (en tiempo de compilación)


Enlace dinámico (Objective C, Smalltalk, Python, Ruby):

Las variables no tienen tipo. Ejemplo en Smalltalk:

| x y z |

Cada valor es un objeto que pertenece a una clase

x := 10.

x := Pozo new: 4.

Asociado a cada valor está la información de “a qué clase pertenece”

No existe la idea de ”asignación ilegal de valores”

El enlace es tardío (en tiempo de ejecución)

Enlace Estático y Dinámico El enlace estático presenta ciertas dificultades cuando se trabaja

con jerarquías de clases

Cuando se pasa un mensaje a un objeto el sistema de ejecución debe:

Verificar la validez de la operación

Determinar cual método se debe ejecutar para satisfacer la solicitud

Enlace Estático y Dinámico Ejemplo

Figura

RectánguloCírculo Línea


public class Figura { protected int x; protected int y; public Figura(int cx, int cy) { x = cx; y = cy; } public void moverA(int cx, int cy)

{ x = cx; y = cy; }}


class Circulo extends Figura{ protected int radio; public Circulo(int cx, int cy, int r) { super(cx, cy); radio = r; } void dibujar() { // dibujar el circulo }}


Ejemplo

Circulo c;

c = new Circulo(100, 100, 50);

c.dibujar(); // se ejecuta el método dibujar

c.imprimir(); // error, la operación imprimir

// no está definida para Circulos


Ejemplo

Figura f;

Circulo c = new Circulo(100, 100, 50);

f = c;

El tipo de “f” es Figura, pero el valor al cual se refiere es un Circulo

En este caso se dice que Figura es el tipo estático y Circulo es el tipo dinámico

Enlace Estático y Dinámico Si intentamos realizar una operación definida para círculos se

produce un error

f.dibujar();// error, esta operación no está

// definida para figuras

Esto se debe a que Java utiliza enlace estático de tipos para determinar la validez de las operaciones

El método dibujar no está definido en la clase Figura

Enlace Estático y Dinámico La solución es declarar en la clase figura todos los métodos que se

implementarán en las subclases

abstract class Figura {

private int x;

private int y;

public Figura(int cx, int cy) {

x = cx;

y = cy;

}

void moverA(int cx, int cy) {

x = cx;

y = cy;

}

void dibujar(){

// implemenado por las subclases

}

}

Enlace Estático y Dinámico Al declarar abstracto el método dibujar:

No se pueden crear objetos de clase figura

Cualquier subclase de Figura debe implementar el método o ser declarada abstracta

1. abstract class Figura { protected int x; protected int y; public Figura(int cx, int cy) { x = cx; y = cy; } void moverA(int cx, int cy) { x = cx; y = cy; } abstract void dibujar();

1. }


En Java

Se utiliza el tipo estático para determinar la validez de la operación

Se utiliza el tipo dinámico para determinar cual método se va a ejecutar para satisfacer la solicitud

En C++

Se utiliza el tipo estático para determinar la validez de la operación

La selección del método se puede hacer estáticamente o dinámicamente

En Objective C

Hay enlace estático al estilo de Java y dinámico al estilo de Smalltalk

Enlace Estático y Dinámico Enlace en C++

class Figura {

Private:

int x;

int y;

public:

Figura(int cx, int cy);

void moverA(int cx, int cy);

void dibujar(); // enlace estático

}

Enlace Estático y Dinámico Enlace en C++

class Figura {

Private:

int x;

int y;

public:



virtual void dibujar(); // enlace dinámico

}

Enlace Estático y Dinámico En C++ se pueden declarar métodos abstractos

class Figura {

protected:

int x;

int y;

public:



virtual void dibujar() = 0; // método abstracto

}

Polimorfismo

Polimorfismo El término polimorfismo se refiere a conceptos diferentes, pero

relacionados

Se habla de polimorfismo cuando un mismo nombre sirve para invocar operaciones diferentes

int a, b;

a = b + 5; // suma de enteros

float a, b;

a = b + 5.0; // suma de punto flotante

Un objeto polimórfico es una variable o argumento de función que puede tener valores de tipos diferentes durante la ejecución del programa

Polimorfismo La POO permite implementar de manera directa la primera

acepción de polimorfismo

El método que se ejecuta en respuesta a un mensaje depende de la clase del receptor

Rectangulo r;

Circulo c;

c.dibujar(); // se ejecuta Circulo::dibujar()

r.dibujar(); // se ejecuta Rectangulo::dibujar()

Polimorfismo Otro aspecto del polimorfismo: Funciones que pueden tomar

parámetros de cualquier tipo

Ejemplo

ordenar(x)

x puede ser un arreglo de cualquier cosa

Unicamente se requiere que los elementos de x respondan al mensaje mayor

x[i].mayor(y)

La respuesta sería un valor booleano que indique si el receptor es mayor que el parámetro.

El método mayor tambien es polimórfico (el parámetro “y” puede ser cualquier cosa)

Polimorfismo Esto es fácil en lenguajes de programación 100% orientados a

objetos tales como Smalltalk pero difícil de lograr en lenguajes con tipos, tales como C++ y Java

C++ y Java ofrecen características diseñadas para permitir, hasta cierto punto, objetos polimórficos

Objective C permite desarrollar al estilo de smalltalk (sin tipos estáticos) o al estilo de Java (con tipos estáticos)

Polimorfismo

Java

Interfaces

Una interfaz es una colección de definiciones de métodos sin las implementaciones.

Una interfaz define un protocolo que un objeto se compromete a implementar

Se dice que un objeto implementa una interfaz

Polimorfismo Suponga que se desea implementar un método imprimir que

imprime el valor que se le pasa como parámetro

void imprimir(int v)

{

System.out.println(v);

}

En este caso imprimir solo puede trabajar con valores enteros

Polimorfismo Para resolver este problema se define una interfaz

ObjetoImprimible:

interface ObjetoImprimible

{

String convertirEnCadena();

}

El método convertirEnCadena devuelve la representación del objeto como un string.

Polimorfismo Ahora se puede declarar el método imprimir como sigue:

void imprimir(ObjetoImprimible v)

{

String s = v.converirEnCadena();

System.out.println(s);

}

Polimorfismo Para crear un objeto imprimible la clase del objeto debe

implementar la interfaz ObjetoImprimible:

class Pozo implements ObjetoImprimible

{

...

public string convertirEnCadena() {

...

}

...

}

Polimorfismo Ejemplo: un programa de optimización

import java.util.Random;

interface FuncionObjetivo

{

double evaluar(double x);

}

public class OptimizadorMonteCarlo

{

FuncionObjetivo func;

int ciclos;

double puntoOpt;

Optimizador(FuncionObjetivo f, int c) {

func = f;

ciclos = c;

}


// Iterar por el numero de ciclos especificados

// y devolver el valor minimo obtenido

public double optimizar() {

double min = 100000;

Random rnd = new Random();

double v, p;

for (int n=0; n < ciclos; ++n) {

p = rnd.nextDouble()*10;

v=func.evaluar(p);

if (v < min) {

min = v;

puntoOpt = p;

}

}

return min;

}


// devolver el punto donde se encontro el valor mínimo

public double puntoOptimo() {

return puntoOpt;

}

}

public class Cuadrado implements FuncionObjetivo

{

public double evaluar(double x)

{

return x*x;

}

}


// Crear una función objetivo y un optimizador

Cuadrado cuadrado = new Cuadrado();

Optimizador optimizador = new Optimizador(cuadrado, 100);

// Realizar la optimización

valorOptimo = optimizador.optimizar();

puntoOptimo = optimizador.puntoOptimo();

Polimorfismo

Generics.

Los Generics en Java son clases o métodos cuyos tipos están parametrizados.

Volveremos a este tema después de haber visto templates en C++

Polimorfismo C++ ofrece las siguientes características que ayudan a definir

objetos polimórficos

Métodos estáticos y virtuales

Herencia múltiple

Patrones (templates)

Polimorfismo

Herencia múltiple

Una clase puede ser subclase de dos clases diferentes

Window

Clock

WindowWithMenuWindowWithBorder

Polimorfismoclass Window {

...

public:

Window(char *title);

virtual void draw();

};

class WindowWithBorder : public Window {

// cosas relacionadas con bordes

void ownDraw();

void draw();

}

class WindowWithMenu : public Window {

// cosas relacionadas con menus

void ownDraw();

void draw();

}

Polimorfismoclass Clock : public WindowWithBorder,

public windowWithMenu

{

// cosas relacionadas con relojes

void ownDraw () // dibujar agujas y numeros

void draw();

}

Polimorfismo

void WindowWithBorder::draw() {

Window::draw();

ownDraw();

}

void WindowWithMenu::draw() {

Window::draw();

ownDraw();

}

void Clock::draw() {

Window::draw();

WindowWithBorder::ownDraw();

WindowWithMenu::ownDraw();

}

Polimorfismo La herencia múltiple presenta problemas de ambigüedad cuando

dos superclases de una clase tienen métodos con el mismo nombre

C++ tiene reglas para resolver la ambigüedad

Polimorfismo En C++ se puede implementar el concepto de interfaz utilizando

herencia múltiple y métodos abstractos

class ObjetoImprimible {

virtual char *convertirEnCadena() = 0;

};

El método convertirEnCadena no se implementa puesto que es abstracto

Cualquier subclase de ObjetoImprimible debe implementar el método convertirEnCadena.

Polimorfismo Plantillas. Son clases parametrizadas

template<class T> class Pila { int tope; T datos[100]; public: Pila(); void push(T); T pop(); };

PolimorfismoTemplate<class T> void Pila<T>::push(T elem){ if (top == 100) exit(1); datos[tope] = elem; tope = tope + 1;}

Pila <int> pilaEnt;

pilaEnt.push(10);

Pila <float> pilaFloat;

pilaFloat.push(5.2);

Polimorfismo Existe una biblioteca de clases estandar basada en templates (STL:

standard template library)

Los templates resuelven el problema parcialmente.

La misma clase patrón se puede usar para implementar clases que almacenen diferentes tipos de datos, pero no para que un objeto contenedor pueda contener objetos de tipos diferentes.

Polimorfismo

Objective C

Enlace totalmente dinámico.

No hay tipos de dato

Una función o método puede recibir parámetros de cualquier tipo

La implementación de funciones polimórficas es directa

Programación propensa a errores

Programas difíciles de entender en el futuro

Tipos estáticos.

Similar al sistema de tipos de Java

Para implementar funciones polimórficas se pueden usar: interfaces (protocols en Objective C)

No hay clases parametrizadas

Polimorfismo

Genéricos en Java

Similar en concepto a los templates en C++

Muy diferente la implementación

public class ArrayList<V>

{

private V[] values;

public ArrayList() {

values = (V[]) new Object[DEFAULT_SIZE];

}

}

Polimorfismo

Genéricos en Java

Similar en concepto a los templates en C++

Muy diferente la implementación

public class ArrayList<V> {

...

public V get(int index) {

return values[index]

}

public void add(V value) {

}

}

Polimorfismo

Genéricos en Java

Uso

public class Test {

public static void main(String[] args) {

ArrayList<int> a = new ArrayList<int>();

a.add(1); // OK

a.add(new Integer(1)); // igual a la anterior

// autoboxing

a.add(“Hola”) // error

}

}

Diferencias entre los genéricos de Java y los Templates de C++

La definición de las clases template en C++ no se compilan. Se distribuyen como código fuente

Cuando se declara un objeto cuyo tipo es una clase template el compilador genera una clase con el código fuente de la clase template en la cual el tipo parametrizado se sustituye por el tipo suministrado en la declaración. Ejemplo

Pila<int> p = new Pila<int>;

El compilador genera la siguiente clase

class PilaInt {

int valores[100];

int pop();

...


Si se declara una variable con otro tipo

Pila<double> p = new Pila<double>;

El compilador genera una clase totalmente diferente a la anterior:

class PilaDouble {

double valores[100];

double pop();

...

Las dos clases son incompatibles desde el punto de vista de la programación orientada a objetos


La definición de las clases genericas en Java. Se compilan como cualquier otra clase. Los tipos parametrizados se sustituyen por Object. Esto lo llaman “type erasure” porque después que el programa está compilado no queda ninguna información del tipo

Cuando se declara una variable con un tipo simplemente se crea una instancia de la única clase existente. Ejemplo

Pila<int> p = new Pila<int>();

El compilador simplemente crea un objeto de tipo pila. Dado que el tipo de la pila es Object se le puede agregar cualquier cosa. El compilador verifica que no se le agregue algo diferente a int


Sin embargo se puede hacer lo siguiente:

Pila<int> p = new Pila<int>();

Pila p1 = p;

p.push(“Hola”);

En este caso el compilador produce una advertencia (warning) pero el programa compila


En conclusión las clases parametrizadas (template) en C++ producen clases cuyos tipos son verdaderamente enteros, dobles, etc., mientras que las clases genéricas en Java producen clases cuyo tipo es siempre Object

Las clases parametrizadas en C++ por lo tanto son más seguras (type safe) y más eficientes

Los diseñadores de los genéricos en Java justifican sus decisiones argumentando compatibilidad con programas escritos con versiones anteriores a Java 1.5

Técnicas Avanzadas de Programación. Contenido Conceptos generales de programación orientada a...

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