Principios de Diseño Orientado a Objetos

Transcripción

1 Principios de Diseño Orientado a Objetos

2 PRINCIPIOS DE DISEÑO DE CLASES PRINCIPIO ABIERTO- CERRADO (OCP): Un módulo debe ser abierto para extensión pero cerrado para modificación. Wikipidia: La noción de que las en?dades de deben estar abiertas para su extensión, pero cerradas para su modificación. Principio Abierto- Cerrado: Abierto a extensiones Cerrado a modificaciones de código existente debido a extensiones

3 PRINCIPIOS DE DISEÑO DE CLASES El Principio Open/Closed (Open/Closed Principle, OCP) fue acuñado por el Dr. Bertrand Meyer en su libro "Object Oriented Construc?on" y básicamente lo que nos dice este principio es que "las en?dades de so@ware (clases, módulos, funciones ) deben estar abiertas para extenderse, pero cerradas para modificación". Las clases que cumplen con OCP?enen dos caracterís?cas: Son abiertas para la extensión; es decir, que la lógica o el comportamiento de esas clases puede ser extendida en nuevas clases, usando herencia. Son cerradas para la modificación, y por tanto el código fuente de dichas clases debería permanecer inalterado. Qué significa esto?: Que una en?dad?ene que ser extendida sin necesidad de ser modificada internamente. Por ejemplo, deberíamos poder ampliar la funcionalidad de una clase vía herencia sin necesidad de tener que modificar su comportamiento interno.

4 Principio abierto/cerrado Las en7dades so8ware deben estar abiertas para su extensión, pero cerradas para su modificación Bertran Meyer Finalidad Sistema funcionando (cerrado), pero ampliable (abierto) Conseguir cambios añadiendo nuevo código sin afectar al resto de elementos del diseño Clase A Clase B Diseño cerrado/cerrado

5 Principio abierto/cerrado Análisis Ambigüedad La dependencia uno a uno se transforma en una dependencia de uno a muchos Ventajas Evita que cambios en un módulo afecten a otros módulos Clase A Clase B Diseño cerrado/cerrado Clase A Clase Abstracta B Clase B1 Clase B2 Diseño abierto/cerrado

6 Principio abierto/cerrado Análisis Están abiertos para su extensión Eso implica que el comportamiento de los módulos puede ser extendido. Se puede hacer que un módulo se comporte de formas nuevas cuando los requisitos de la aplicación cambien. Están cerrados para su modificación El código fuente del módulo es inalterable. No se permite realizar cambios al código fuente. Clase A Clase B Diseño cerrado/cerrado Clase A Clase Abstracta B Clase B1 Clase B2 Diseño abierto/cerrado

7 EJEMPLO: NO cumple el Principio abierto/cerrado Se?ene una aplicación que es capaz de dibujar círculos y cuadrados. Los círculos y los cuadrados deben ser dibujados en un determinado orden, por lo tanto se creará una lista en el orden apropiado de círculos y de cuadrados para que la aplicación recorra la lista en ese orden y dibuje cada círculo o cada cuadrado. U?lizando una versión estructurada que NO se ajusta al principio abierto/cerrado, u?lizando lenguaje C, se puede resolver este problema como se muestra en el ejemplo EPDiseno0. Se puede observar que tanto la estructura Cuadrado como la estructura Círculo?enen el primer elemento en común, que no es más que un iden?ficador del?po de figura.

8 EJEMPLO: NO cumple el Principio abierto/cerrado La función DibujaFiguras recorre la matriz de punteros a elementos de?po Figura, examinando el?po de figura y llamando a la función apropiada. Sin embargo, la función DibujaFiguras no cumple el principio abierto/cerrado porque no está cerrada a nuevos?pos de figuras. Si se quiere extender esta función para dibujar rectángulos, se?ene que modificar la función DibujaFiguras. VER <EPD0.CPP>

9 EJEMPLO: SÍ cumple el Principio abierto/cerrado En el Ejemplo EPDiseno0-1 se presenta la solución al problema planteado, pero de forma que cumpla el principio Abierto/ cerrado. Aprovechando las ventajas Programación Orientada a Objetos en C++. En este caso, se ha definido la clase Figura como clase abstracta. Esta clase cuenta con un método virtual puro denominado Dibuja. Las clases Círculo y Cuadrado son clases derivadas de la clase Figura. Por su parte, la función DibujaFiguras no necesita modificarse en el caso de que se añadan nuevas figuras a la jerarquía. De acuerdo con esto se puede extender el comportamiento de la función DibujaFiguras sin modificar nada en absoluto de su código, cumpliendo así el principio abierto/ cerrado. VER <EPD0-1.CPP>

10 Ejercicio 1: Tarea 8 Agregue a los programas EDP0.CPP y EDP0-1.CPP una nueva Figura Triángulo definida mediante 3 puntos y la función o método Dibuja según corresponda. En EDP0.CPP debe usar código estrictamente C (estructurado) y en EDP0-1.CPP código estrictamente C++ (orientado a objetos.) En cuál programa resultó más fácil y natural agregar la nueva Figura Triángulo?

11 Principio de sus?tución de Liskov Cada clase que hereda de otra puede usarse como su padre sin necesidad de conocer las diferencias entre ellas El Principio de Sus?tución de Liskov fue acuñado por Bárbara Liskov (de ahí el nombre del principio) en el año 1987 durante una conferencia sobre Jerarquía y Abstracción de datos.

12 Principio de sus?tución de Liskov Cada clase que hereda de otra puede usarse como su padre sin necesidad de conocer las diferencias entre ellas Su principal come?do es la de asegurar en la herencia entre clases de la Programación Orientada a Objetos que una clase derivada debe comportarse como la clase base. La definición es: Debe ser posible u?lizar cualquier objeto instancia de una subclase en lugar de cualquier objeto instancia de su superclase sin que la semán?ca del programa escrito en los términos de la superclase se vea afectado

13 Principio de sus?tución de Liskov Otras definiciones de este principio son: Cada clase que hereda de otra puede usarse como su padre sin necesidad de conocer las diferencias entre ellas Toda superclase debe soportar ser sus?tuida por una subclase, lo que en términos de contratos significa que las precondiciones de los métodos de la subclase no serán más fuertes que las de la clase base, y sus pos condiciones no serán más débiles, es decir, los métodos derivados no deben esperar más ni proveer menos que los originales. Los métodos que usan punteros o referencias a clases base deben ser capaces de u?lizar objetos de las clases derivadas sin tener conocimiento de ello (Mar?n96b), también: Las clases derivadas deben ser u?lizables a través de la interfaz de la clase base, sin necesidad de que el usuario conozca la diferencia Si por cada objeto O1 del?po S existe un objeto O2 del?po T tal que para todos los programas P definidos en términos de T y el comportamiento de P permanece invariable cuando O1 es sus?tuido por O2, entonces S es un sub?po de T.

14 Cuadrado ES- UN Rectángulo? Cómo programarlo para Respetar Principio de sus?tución de Liskov? Rectángulo Cuadrado Propiedades Operaciones alto ancho SetAlto(x) SetAncho(y) GetAlto() lado SetLado(z) GetLado() Rectángulo Cuadrado ES UN? GetAncho() Propiedades y métodos

15 Principio de sus?tución de Liskov Análisis Ambigüedad: Los programas no saben si trabajan con objetos de super?pos o de sub?pos Ventajas El enunciado de Mar?n es confuso: Los sub7pos deben ser sus7tuibles por los super7pos, pero la definición de sub?po se basa en la sus?tución T S S es sub?po de T Obj- 1 es un objeto de S Obj- 2 es un objeto de T Para todo programa P ( T ) comportamiento P(Obj- 1) = comportamiento P(Obj- 2) Cuando Obj- 1 es sus?tuido por Obj- 2

16 Un ejemplo de violación del principio de sus?tución de Liskov

17 Un ejemplo de violación del principio de sus?tución de Liskov

18 Un ejemplo de violación del principio de sus?tución de Liskov

19 Un ejemplo de violación del principio de sus?tución de Liskov Para ello, supongamos que a una determinado cliente (otro programa), implementa la siguiente función que espera un puntero o una referencia a un objeto de?po Rectángulo Qué sucede si se le pasa se le pasa una instancia de la clase Cuadrado?

20 Un ejemplo de violación del principio de sus?tución de Liskov ERROR

21 Versión que SÍ respeta el principio de sus?tución de Liskov

22 Versión que SÍ respeta el principio de sus?tución de Liskov

23 Ejercicio 2: Tarea 8 Agregue a la Jerarquía de clases del programa EDP1.CPP dos nuevas Figuras: Rectángulo3D definido mediante alto, ancho y largo y Cuadrado3D en el que alto=ancho=largo incluyendo los métodos: void EstableceAlto( ) void EstableceAncho( ) void EstableceLargo( )

24 Principio de responsabilidad única Principio de Única Responsabilidad (Single responsibility principle) La noción de que un objeto solo debería tener una única responsabilidad El Principio de responsabilidad única (Single Responsability Principle - SRP) fue acuñado por Robert C. Mar7n en un arwculo del mismo wtulo y popularizado a través de su conocido libro [patrones Gof] "Cada objeto en el sistema deben tener una simple responsabilidad, y todos los servicios de los objetos deben cumplir con esa simple responsabilidad" En términos prác?cos, este principio establece que: "Una clase debe tener una y solo una única causa por la cual puede ser modificada. "Cada clase debe ser responsable de realizar una ac?vidad del sistema

25 Principio de responsabilidad única Principio de Única Responsabilidad (Single responsibility principle) La noción de que un objeto solo debería tener una única responsabilidad Finalidad Evitar que el cambio de una responsabilidad en una clase pueda provocar fallos en las demás responsabilidades de la clase Evitar que los clientes de una clase carguen con elementos que no u?lizan Cliente P Cliente Q Clase X Elementos asociados a la responsabilidad A Elementos asociados a la responsabilidad B Diseño con una sola clase (incorrecto)

26 Principio de responsabilidad única Diseño con una sola clase (no adecuado) Cliente P Clase X Elementos asociados a la responsabilidad A Diseño con dos clases Cliente P Clase XA Elementos asociados a la responsabilidad A Cliente Q Elementos asociados a la responsabilidad B Cliente Q Clase XB Elementos asociados a la responsabilidad B

27 Principio de responsabilidad única Análisis Realidad del principio: División salomónica puntual Ambigüedad: Aumenta entre los elementos de responsabilidades separadas Aumenta entre la clase cliente hacia las clases separadas que no u?lizan Disminuye entre la clase cliente hacia las clases separadas que u?lizan Cliente P Cliente Q Clase X Responsabilidad A Responsabilidad B Diseño con una clase Cliente P Cliente Q Clase XA Responsabilidad A Clase XB Responsabilidad B Diseño con dos clases

28 Principio de inversión de dependencias Los módulos de alto nivel no deben depender de los módulos de bajo nivel. Ambos deben depender de las abstracciones Las abstracciones no deben depender de los detalles. Los detalles deben depender de las abstracciones. Robert C. Mar?n

29 Principio de inversión de dependencias Un software que cumple sus requisitos pero que presenta alguna, o todas, de las características siguientes tiene un mal diseño: 1. Rigidez: Es difícil de cambiar porque cada cambio tiene demasiados efectos en otras partes del sistema. 2. Fragilidad: Cuando se realiza un cambio, partes inesperadas del sistema dejan de funcionar. 3. Inmovilidad: Es difícil de reutilizar en otras aplicaciones porque no puede separarse de la aplicación actual. El Principio de Inversión de dependencia ayuda a mantener nuestro código totalmente desacoplado, asegurándonos que dependemos de abstracciones en vez de implementaciones concretas. La Inyección de dependencias es una implementación de este principio, aunque ambos términos se usan de forma intercambiable.

30 Principio de inversión de dependencias Finalidad: Conseguir que los cambios en los módulos de bajo nivel no afecten a los módulos de alto nivel Facilitar la reu?lización de los módulos de alto nivel Diseño tradicional Nivel Polí?ca Nivel Mecanismo Nivel U?lidad

31 Principio de inversión de dependencias Diseño tradicional Diseño con inversión de dependencias Polí?ca Nivel Polí?ca Nivel Polí?ca Interfaz Polí?ca Nivel Mecanismo Mecanismo Nivel Mecanismo Interfaz Mecanismo Nivel U?lidad U?lidad Nivel U?lidad

32 Ejemplo que NO cumple Principio de inversión de dependencias Como ejemplo se va a tomar un programa sumamente simple, el cual va a tener la misión de mandar los caracteres que se introduzcan por el teclado a un archivo en disco. El diagrama de estructura que se correspondería con dicho programa se muestra en la Figura siguiente.

33 Ejemplo que NO cumple Principio de inversión de dependencias Ver <EPD2.CPP> En este ejemplo las dos funciones de más bajo nivel LeerTeclado y GuardarArchivo son reutilizables, se pueden utilizar en otros programas para acceder al teclado y para guardar caracteres en un fichero de texto. Sin embargo, la función Copiar, que es la que encierra la política del proceso y sería deseable reutilizar, no se puede reutilizar en ningún otro proceso que no haga referencia al teclado y a un fichero. Ya que, se tiene que la función Copiar es dependiente del disco y no puede reutilizarse en otro contexto diferente.

34 Ejemplo que NO cumple Principio de inversión de dependencias Así, si se quisiese añadir una nueva funcionalidad al programa Copiar, por ejemplo que pudiese mandar los datos a un fichero de texto o a la impresora, habría que modificar el módulo Copiar añadiendo una condición que seleccione el dispositivo en función de una bandera. Esto añade cada vez más interdependencias en el sistema, de forma que cuantos más dispositivos se introduzcan mayor será el grado de dependencia del módulo Copiar con varios módulos de bajo nivel. Como consecuencia se habrá obtenido un código rígido y frágil.

35 Ejemplo que SÍ cumple Principio de inversión de dependencias Ver <EPD3.CPP> Para solventar estas dependencias de la función de alto nivel (Copiar) de las funciones de bajo nivel (Guardar Archivo, EscribeImpresora) se debe buscar la forma de independizar la función Copiar de los detalles que él controla, para que de esta forma pueda ser reutilizado sin problemas, esto es, se debe buscar un módulo que copie caracteres de cualquier dispositivo de entrada a cualquier dispositivo de salida, para lo cual se debe tener presente el principio de inversión de dependencias.

36 Ejercicio 3: Tarea 8 Agregue a los programas EDP2.CPP y EDP3.CPP una nueva una nueva funcionalidad al a la función o método (según corresponda) Copiar que luego de leer el texto por teclado lo despliegue nuevamente por pantalla. En EDP1.CPP debe usar código estrictamente C (estructurado) y en EDP3.CPP código estrictamente C++ (orientado a objetos.) En cuál programa resultó más fácil y natural agregar la nueva funcionalidad?

37 Ejemplo que SÍ cumple Principio de inversión de dependencias Ver <EPDiseno3.CPP>

38 Ejemplo que SÍ cumple Principio de inversión de dependencias El diagrama de clases anterior muestra una clase Copiar que contiene dos clases abstractas, una clase abstracta Lector y otra clase abstracta Escritor. De esta forma se tiene un ciclo trivial en el que la clase Copiar obtiene un carácter del Lector y se la manda al Escritor, pero de forma totalmente independiente de los módulos de bajo nivel. De esta forma se han invertido las dependencias, la clase Copiar depende de abstracciones, y los lectores y escritores especializados dependen de las mismas abstracciones. De esta forma ahora se puede reutilizar la clase Copiar de forma independiente de los dispositivos físicos. Se pueden añadir nuevos tipos de lectores y de escritores sin que la clase Copiar dependa en absoluto de ellos.

39 Principio de separación de la interfaz Los clientes no deben ser forzados a depender de interfaces que no u7lizan Robert C. Mar?n Básicamente lo que nos quiere decir este principio es que las clases que implementen una interfaz o una clase abstracta no deberían estar obligadas a tener partes que no van a u?lizar. Una interfaz es un contrato que debe cumplir una clase, y tales contratos deben ser específicos, no genéricos; esto nos proporcionará una forma más ágil de definir una única responsabilidad por interfaz - de otra forma, violaríamos además el Principio de Responsabilidad Única

40 Principio de separación de la interfaz Los clientes no deben ser forzados a depender de interfaces que no u7lizan Robert C. Mar?n Otras definiciones de este principio son: La implementación de las abstracciones debe estar en la medida de lo posible en interfaces y no en clases. Los clientes no deben estar obligados a implementar y/o a depender de una interface que luego no usarán. Es mejor tener interfaces específicos para cada cliente que uno de propósito general, o lo que es lo mismo, no deberíamos obligar a los clientes a depender de métodos que no u?lizan.

41 Principio de separación de la interfaz Diseño con una interfaz (incorrecto) Cliente C Interfaz Z Métodos que u?liza el cliente C Diseño con dos interfaces Cliente C interfaz ZC Métodos que u?liza el cliente C Cliente D Métodos que u?liza el cliente D Cliente D Interfaz ZD Métodos que u?liza el cliente D

42 Principio de separación de la interfaz Análisis Extensión del principio de responsabilidad única Ambigüedad Aumenta entre los métodos de interfaces separadas Aumenta entre la clase cliente hacia los métodos de las interfaces no u?liza Cliente C Cliente D Interfaz Z Métodos cliente C Métodos cliente D Diseño con una interfaz Cliente C Interfaz ZC Métodos cliente C Cliente D Interfaz ZD Métodos cliente D Diseño con dos interfaces

43 Ejemplo que NO cumple Principio de separación de la interfaz Supóngase que se está desarrollando un sistema de seguridad, en el que existe una clase que es Puerta. Considérese ahora una puerta que cuando lleve abierta un determinado?empo haga sonar una alarma, y cuya clase va a denominarse PuertaConAlarma. Para conseguir este obje?vo, los objetos de la clase PuertaConAlarma deben comunicarse con los objetos de la clase Temporizador que lleva el control del?empo.

44 Ejemplo que NO cumple Principio de separación de la interfaz

45 Ejemplo que NO cumple Principio de separación de la interfaz Se ha forzado a la clase Puerta, y por tanto a la clase PuertaConAlarma, a heredar de ClienteTemporizador. Esta solución es problemá?ca, debido a que ahora Puerta depende de ClienteTemporizador, y no todas las puertas necesitan de este control de?empo, de hecho la abstracción original de Puerta no contemplaba en absoluto el?empo. Según este diseño, todas las puertas que se deriven de Puerta heredan innecesariamente de la clase ClienteTemporizador.

46 Ejemplo que SÍ cumple Principio de separación de la interfaz La solución a este problema es aplicar el principio de separación de la interfaz en el diseño, como se puede apreciar en la. Aquí se ha hecho uso de la herencia múl?ple, de forma que la clase PuertaConAlarma herede de la clase Puerta y de la clase ClienteTemporizador, de esta forma los clientes de las dos clases bases podrán recibir objetos de PuertaConAlarma, u?lizando el mismo objeto a través de interfaces separadas.

47 Ejemplo que SÍ cumple Principio de separación de la interfaz

48 Ley de Deméter La Ley de Deméter (LoD por sus siglas en ingles Law of Demeter) o Principio de Menos Conocimiento En su forma general, la LoD es un caso específico de loose coupling. Esta direc?va fue inventada en la Universidad Northeastern (Boston, Massachuse}s) a finales del año 1987, y puede ser sustancialmente resumida de las siguientes maneras: Cada unidad debe tener un limitado conocimiento sobre otras unidades y solo conocer aquellas unidades estrechamente relacionadas a la unidad actual. Cada unidad debe hablar solo a sus amigos y no hablar con extraños. Solo hablar con sus amigos inmediatos.

49 Ley de Deméter Habla sólo con tus amigos Detallando un poco más, quiere decir que para un método M de una clase O sólo deberían invocarse métodos de los siguientes?pos de objetos: del propio objeto O de los parámetros que recibe el propio método M de cualquier objeto que instancie el propio método M de cualquier atributo de O

50 Gracias.