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Tema X:

Introducción al Paradigma Orientado a Objetos

Diana Marcela Sánchez Fúquene Ingeniería del Software de Gestión

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Índice

Introducción Elementos

Clases y Objetos Mensajes y Métodos Atributos y Estado Herencia y Polimorfismo

Principios del Paradigma Orientado a Objetos Abstracción Encapsulación Modularidad Jerarquía

Bibliografía y referencias

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Introducción

Definición: Orientación a Objetos Paradigma de computación Define y organiza el software basándose en entidades denominadas objetos Los objetos combinan datos, comportamiento e identidad

Ámbitos Programación Bases de datos Procesos de desarrollo Arquitectura Comunicaciones Etc.

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Elementos del Paradigma Orientado a Objetos

Elementos del paradigma O. O.

Las bases de la POO son los mecanismos de abstracción, encapsulación, modularización y jerarquización. Objetos y clases

Mensajes y métodos

Estado y atributos

Herencia y polimorfismo

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Objetos y Clases

Clase: descripción de los datos (atributos) y de las operaciones que describen el comportamiento de un cierto conjunto de elementos homogéneos Resultado del proceso de abstracción “Molde” de infinitos objetos con ciertas características para

crear en el dominio de la computadora un reflejo del mundo real “Infinitud de objetos” no estrictamente necesaria

(meses, universo) Ej.: coche, fracción, pila, radio, persona, autobús

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Objetos y Clases

Clases: Abstracción: conceptos del dominio del problema

Principio de encapsulación: vistas • Pública o Interfaz: comportamiento (= qué operaciones responden

los objetos de esta clase) • Privada o Implantación: estructuras de datos de la clase y cómo

manipulan las operaciones los datos

No existe nada más que clases y sus objetos, ni constantes, tipos y datos “sueltos”, ni procedimientos y funciones “sueltas”, etc.

Clase = nuevo bloque de construcción modular cohesión entre datos y operaciones

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Objetos y Clases

Objeto: Def.1: Ejemplar concreto (instancia) de una clase que responde al

comportamiento definido por las operaciones de la clase a la que pertenece

Def.2: Proyección de parte del mundo real (del dominio del problema o del de la solución), en la computadora

Características:

• Pueden ser: Tangibles (libros) o Intangibles (deudas) • Todo objeto se identifica unívocamente • Todo objeto tiene unos datos propios (atributos) y un comportamiento

determinado

Ej: mi coche, pila nº 2, gastos/ingresos, radio del salón, autobús 518

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Objeto:

TUNE

VOLUME TONE BALANCE

L H L H L H

ON OFF

FM AM

FM 88 90 93 97 100 102 Mhz

AM 530 650 850 900 1200 Khz

Estado: valor del volumen valor del tono AM/FM apagado/encendido frecuencia seleccionada CD introducido

Comportamiento: Subir/bajar volumen Cambiar tono Cambiar banda Encender/Apagar Selecc. frecuencia Introducir CD

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Ejercicios: Definir e identificar clases y objetos

Ej1.: Se desea crear un sistema software que permita realizar las operaciones de suma, resta, multiplicación y división. Se desea almacenar el conjunto de operaciones realizadas en un intervalo de tiempo determinado. Los números podrán ser reales o imaginarios. Ej2.: Un reproductor MP3 consta de una pantalla de visualización y una serie de botones que permiten: cambiar de canción, subir el volumen, ver cuánta batería le queda al dispositivo y cambiar los colores de la pantalla. Ej3.: La universidad desea almacenar la información de todos los profesores, las asignaturas de cada profesor, el campus en el que se imparten, las páginas Web de cada asignatura. También desea realizar la gestión de las nóminas de estos profesores en función del número de asignaturas y horas impartidas por cada profesor. Ej4.: En un zoo se quiere implementar un sistema de venta de entradas interactivo. En él se podrá consultar la información de los animales que tiene el parque, los horarios y precios del zoo. Este sistema deberá ser accesible para los discapacitados visuales. Ej5.: Se desea crear un sistema de intercambio de datos legales basado en la tecnología P2P. Para ello habrá que tener en cuenta el tipo de ficheros que se va a descargar, los protocolos de comunicaciones entre diferentes sistemas de la red P2P, los servidores a los que se conectan los clientes, el progreso de la descarga y un sistema de búsqueda eficiente de contenidos.

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Mensajes y métodos Mensaje: Es la invocación de una operación sobre un objeto Un objeto es el agente activo que lanza el mensaje y otro

objeto es el agente pasivo que recibe el mensaje El objeto que recibe el mensaje debe contemplar dicha

operación entre las definidas por la clase a la que pertenece Puede verse como la solicitud de un servicio a un objeto Un objeto siempre devuelve un objeto como respuesta al

mensaje (a veces él mismo)

Método: definición de una operación de una clase Consiste en la descripción formal del comportamiento

asociado a un objeto Puede entenderse como un servicio que ofrece el objeto

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Mensajes y métodos

Método: Tipos

Producen un cambio en el estado del objeto sobre el que se ejecuta el método procedimientos y asignación

Aquellos que sin producir ningún cambio en el estado del objeto calculan cierto valor funciones y operadores

Métodos específicos para la inicialización y finalización de la vida de un objeto constructores y destructores

Permiten la colaboración entre objetos: paso de parámetros/argumentos en los métodos (información del ‘exterior’)

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Estado y atributos

Atributo: cada uno de los datos de una clase

Representan las características que tiene un determinado objeto

Son definidas en la clase del objeto

Ej.: Coche: tipo de gasolina, capacidad del depósito, cilindrada, etc.

Estado: conjunto de los valores de los atributos que tiene un objeto, por pertenecer a una clase, en un instante dado Ej.: mi coche con gasoil, depósito vacío, 1.200cc, etc.

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Herencia

Herencia: es la transmisión de la vista pública (métodos públicos) y de la vista privada (atributos, métodos privados y definición de los métodos) de una clase a otra. Forma de estructurar tipos/clases según su comportamiento mediante la creación de una jerarquía de clasificación

Clase padre/madre/base

Superclase

Clase

hija/extendida/derivada

Subclase

Generalización

Especialización

A hereda de B

A es un refinamiento de B

A está más especializada

que B

A es una subclase de B

B es superclase de A

A “es un” B

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Propiedades de la herencia: Intuitivamente fácil de comprender Una subclase “extiende” las propiedades de su superclase Una subclase es una forma restringida de la superclase Un objeto de una subclase puede acceder a campos y métodos declarados en su superclase hereda sus atributos y operaciones

Propósitos Especificación: Si la superclase es un interfaz o una clase abstracta Especialización: La superclase proporciona funciones a las subclases, pero éstas pueden redefinir los métodos adecuándolos a su comportamiento específico Extensión: La subclase añade nueva funcionalidad (métodos y campos) pero no modifica ni altera lo heredado Subtipo Combinación múltiple: Se hereda de varias clases herencia múltiple

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Beneficios de la herencia

Reusabilidad del Software: se reutiliza el código heredado

Mayor fiabilidad: al reusarse el código existente, hay más posibilidad de encontrar errores y subsanarlos

Consistencia de interfaces: la jerarquía de herencia asegura que objetos similares tienen vistas públicas similares

Prototipado rápido: al reutilizarse código se favorece este método de desarrollo

Ocultación de información: la disponibilidad de interfaces claras reduce las interconexiones entre sistemas (clases padre como interfaz)

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Ejemplo: (herencia simple)

Figura: color rota, mueve, dibuja F_cerrada: perímetro, área Polígono: número_lados Cuadrilátero: perímetro, área Cuadrado: perímetro, área Círculo: radio perímetro

Figura

F_abierta F_cerrada

Polígono

Triángulo Cuadrilátero

Cuadrado

Elipse

Círculo

- Todas las figuras se pueden: rotar escalar - Todas tienen un color - Clases abstractas: Figura F_Cerrada F_Abierta Polígono

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Herencia múltiple:

Una clase hereda de más de un antecesor

Problema: herencia repetida

Vehículo

Caravana

Casa

Terrestre

Anfibio

Acuático

Vehículo

Lancha

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Polimorfismo: Es el principio por el cual una misma operación es resuelta de diferente forma según el objeto que recibe el mensaje

Posibilidad que tienen distintos objetos de actuar de una manera diferente (desencadenar operaciones distintas) en respuesta a un mismo mensaje (una misma llamada a función)

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Tipos de polimorfismo “Ad hoc” o estático: Sobrecarga Coerción: conversión de objetos de una clase a otra (cast)

Universal

Bases: Herencia: no se puede aplicar polimorfismo si no es con clases que hereden de otras Instanciación dinámica: una referencia a un objeto A puede estar haciendo referencia a distintos objetos derivados de la clase A el polimorfismo siempre implica enlace dinámico

Beneficios: Abstracción: no es necesario conocer toda la jerarquía de clases derivadas Extensibilidad: aumentar la funcionalidad del programa/sistema sin tener que modificar el código ya escrito

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Principios / Bases del Paradigma Orientado a Objetos

Principios básicos (procesos a tener en cuenta)

Abstracción

Encapsulación u Ocultamiento

Modularidad

Jerarquía

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Abstracción Def.: “Proceso mental de extracción de las características esenciales (requisitos o funciones) de algo, ignorando los detalles superfluos” Motivo: No es posible manejar todos los aspectos de un sistema al mismo tiempo un individuo puede comprender 7 ± 2 detalles a la vez Fundamentalmente subjetiva (dependiendo del interés del observador) Punto de vista del “cliente” (usuario) Implementación en OO Clases Ejemplos: Autobús visto por un mecánico y un pasajero Persona en un historial clínico y en la universidad Radio como emisora o como aparato

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Encapsulación u ocultamiento Def.: “Proceso por el que se ocultan los detalles del soporte de las características esenciales de una abstracción (cómo se realizan las funciones)” Esencial: características del ‘mundo real’ abstracción Superfluo: estructuras de datos y algoritmos

Punto de vista del “desarrollador” (sistema)

Ventajas: Delimita el área de búsqueda de errores Reduce la complejidad del sistema Facilita la modificación del sistema

Implementación en OO Un objeto sólo tiene accesible su interfaz (servicios o métodos) Los atributos son siempre privados Acceso por métodos de

solicitud y establecimiento de valor

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Modularidad

Def.: “Proceso de descomposición de un sistema en un conjunto de piezas poco acopladas (independientes) y cohesivas (con significado propio): módulos”

Conceptos asociados:

Acoplamiento: “fuerza” de la dependencia entre módulos ideal: bajo

Cohesión: mide el grado de conectividad entre los elementos de un solo módulo ideal: alta

Descomposición en OO

Descomponer para obtener las abstracciones claves del dominio del problema

El mundo es un conjunto de objetos agrupados que colaboran

Cada objeto exhibe un comportamiento definido (no identificable, necesariamente, con una función del sistema)

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Jerarquía Def.: “Proceso de estructuración por el que se produce una organización de un conjunto de elementos en grados o niveles de responsabilidad, de incumbencia o de composición entre otros”

Tipos: 1. Por grado de composición o de agregación: una abstracción

o módulo se compone de un conjunto de elementos

2. Por grados de clasificación, clasificación de las distintas abstracciones de la más general a las más específicas

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Jerarquía

Univesidad

Rectorado Facultades

Departament

os

Dirección

Profesores

Asociados Titulares

Interinos Funcionarios

Clasificación

Composición

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Jerarquía Favorece la extensibilidad:

Facilidad con la que los productos software pueden ser adaptados a cambios incrementales de especificaciones.

Principios para facilitar la extensibilidad: • Simplicidad de diseño • Descentralización

Mecanismos para ayudar a conseguir la extensibilidad: • Herencia • Polimorfismo

¿Añadir una nueva funcionalidad? Identificar qué clase la soportará.

Implementar la nueva funcionalidad en esta clase ¿Cómo? • Modificar la definición original? • Hacer copia y modificar la copia? • Modificar la original por crecimiento?

Óptimo por crecimiento: se crea una subclase que define las diferencias entre la clase existente y la nueva abstracción: • La clase existente no resulta afectada. • No hay código repetido

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Conclusión

Concepto Definición

Estructu

ra

Abstracción Crear clases para simplificar aspectos de la realidad

Clase Una descripción de la organización y acciones compartidas por uno o más objetos similares

Encapsulación Diseñar clases y objetos para restringir el acceso a los datos y comportamiento mediante la definición de un conjunto de mensajes que un objeto puede recibir

Herencia Los datos y comportamiento de una clase es incluido o usado como base de otra

Objeto Elemento individual, identificable, real o abstracto, que contiene datos sobre sí mismo y descripciones de cómo manipular dichos datos

Co

mp

ort.

Paso de mensajes Un objeto envía datos a otro o le solicita la invocación de un método

Método Forma de acceder, establecer o manipular la información de un objeto

Polimorfismo Diferentes clases pueden responder de forma diferente ante un mismo mensaje

¿Qué es la orientación a objetos? Organizar el software como una colección de objetos que contiene tanto estructuras de datos como comportamiento.

Tabla extraída de The Quarks of Object-Oriented Development. Deborah J. Armstrong. Communications of the ACM. Vol.49/No.2 Febrero 2006

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Referencias y bibliografía

Design Patterns: Elements of reusable Object-Oriented Software. E. Gamma et al. Ed. Addison-weasley, 1994

Programación II: Teoría y práctica del módulo de programación orientada a objetos. L. Fernández. Servicio de publicaciones UPM

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