Tema X: Introducción al Paradigma Orientado. a Objetos. Diana Marcela Sánchez Fúquene Ingeniería del Software de Gestión.

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1 Tema X: Introducción al Paradigma Orientado Diana Marcela Sánchez Fúquene Ingeniería del Software de Gestión a Objetos

2 Índice Introducción Elementos Clases y Objetos Mensajes y Métodos Atributos y Estado Herencia y Polimorfismo Principios Abstracción Encapsulación Modularidad Jerarquía Bibliografía y referencias

3 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.

4 Elementos 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

5 Objetos y Clases Elementos 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

6 Objetos y Clases Elementos 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

7 Objetos y Clases Elementos 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

8 Objeto: Elementos TUNE ON OFF FM Mhz FM AM AM Khz L H L H L H VOLUME TONE BALANCE 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

9 Elementos 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.

10 Elementos 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

11 Mensajes y métodos Método: Tipos Elementos 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 )

12 Estado y atributos Elementos 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.

13 Herencia Elementos 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

14 Elementos 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

15 Elementos 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)

16 Ejemplo: (herencia simple) Elementos 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 Elipse Triángulo Cuadrilátero Cuadrado Círculo - Todas las figuras se pueden: rotar escalar - Todas tienen un color - Clases abstractas: Figura F_Cerrada F_Abierta Polígono

17 Herencia múltiple: Elementos Una clase hereda de más de un antecesor Vehículo Casa Caravana Problema: herencia repetida Vehículo Terrestre Acuático Anfibio Lancha

18 Elementos 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)

19 Elementos 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

20 Principios / Bases Principios básicos (procesos a tener en cuenta) Abstracción Encapsulación u Ocultamiento Modularidad Jerarquía

21 Principios / Bases 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

22 Principios / Bases 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

23 Modularidad Principios / Bases 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)

24 Principios / Bases 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

25 Jerarquía Principios / Bases Univesidad Facultades Rectorado Composición Departament os Dirección Profesores Clasificación Titulares Asociados Interinos Funcionarios

26 Principios / Bases 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

27 Conclusión Qué es la orientación a objetos? Organizar el software como una colección de objetos que contiene tanto estructuras de datos como comportamiento. Estructura Concepto Abstracción Clase Encapsulación Herencia Definición Crear clases para simplificar aspectos de la realidad Una descripción de la organización y acciones compartidas por uno o más objetos similares 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 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 Comport. Paso de mensajes Método Polimorfismo Un objeto envía datos a otro o le solicita la invocación de un método Forma de acceder, establecer o manipular la información de un objeto Diferentes clases pueden responder de forma diferente ante un mismo mensaje Tabla extraída de The Quarks of Object-Oriented Development. Deborah J. Armstrong. Communications of the ACM. Vol.49/No.2 Febrero 2006

28 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