Estructuras de Datos I

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1 Estructuras de Datos I Introducción Ángel Lucas González Martínez Jaime Ramírez DLSIIS. Facultad de Informática Universidad Politécnica de Madrid 1 Objetivo de la asignatura Aprender técnicas y conocimientos para el desarrollo de programas/sistemas grandes (> 10Kloc) Dos problemas: El cerebro no es capaz de manejar tanta información simultáneamente por lo que se necesitan procesos y herramientas cognitivas Además, los programas monolíticos no ayudan a desarrollar un buen software La solución pasa por organizar y estructurar tanto el conocimiento como los programas Introducción 2 1

2 Abstracción La palabra clave es ABSTRACCIÓN es decir, no detenerse en los detalles hasta que no sea necesario La abstracción es la herramienta cognitiva principal, que nos permite abordar problemas enormes Por ejemplo, para conocer el número de alumnos que hay en una clase una persona los contaría, pero para un programa, muy probablemente el problema lo hayamos visualizado como cardinal de un conjunto, o número de elementos de una lista, propiedad que abstrae los detalles de cada uno de los alumnos Introducción 3 Modelizar Otro concepto esencial es MODELIZAR consiste en representar el mundo real (el universo del discurso) en un determinado lenguaje Los puntos claves en el proceso de modelización son: Entender el problema con un nivel de abstracción adecuado: Qué es lo importante? Qué detalles no interesan? Necesitamos un lenguaje adecuado para representar el modelo en función del nivel de abstracción Representar la solución con un nivel lde abstracción adecuado d La capacidad de modelizar y abstraer se adquiere con la experiencia. Misma realidad + distintos problemas Mod. Diferentes Introducción 4 2

3 Arquitectura: orden y estructura Observemos la siguientes clasificaciones de las piezas de un automóvil: de plástico de metal bloque motor carburador volante cuadro de porcelana encendido palanca de cristal telas etc. chasis interior etc. elevalunas climatizador etc. Cuál nos gusta más? Por qué? Seríamos capaces de identificar a qué se dedican las personas que hicieron las clasificaciones anteriores? Fueron un chatarrero, un ingeniero y un conductor. Introducción 6 Cohesión y Acoplamiento La ingeniería del software busca: Eficiencia para construir nuevos sistemas Efectividad a la hora de resolver los problemas Poder reutilizar y aprovechar esfuerzos realizados Facilitar el crecimiento gradual y controlado de los sistemas desarrollados Facilitar el mantenimiento del software realizado No ser rehenes de las personas que realizaron el software La solución: Compartimentar la solución Separar lo genérico (más reutilizable) de lo específico Documentar y especificar Introducción 8 3

4 Cohesión y Acoplamiento La compartimentación depende del problema... a un chatarrero no le vale de nada la estructuración del ingeniero Compartimentar a dos niveles: genérico y particular La cohesión y el acoplamiento son dos conceptos esenciales para la correcta organización del software La cohesión habla del grado de relación (similitud) que existe entre los elementos de un mismo compartimiento El acoplamiento habla del grado de relación (dependencia) que existe entre compartimentos diferentes Los objetivos a perseguir son: Maximizar la cohesión Minimizar el acoplamiento Introducción 9 Módulos Supongamos que tenemos un programa monolítico de 10 Kloc Cómo lo estructuraríamos? Clasificación alfabética por la primera letra del identificador Por un lado las operaciones de entrada/salida, por otro los elementos básicos definidos (tipos), por otro las operaciones de tratamiento de esos datos, por otro la miscelánea, etc. Se empaqueta cada tipo con las operaciones que trabajan sobre ellos Cualquier lenguaje de programación mínimamente aceptable permite compartimentar el código en módulos. Ada es un lenguaje que permite la utilización de módulos (paquetes). Java es un lenguaje que permite la utilización de dos tipos de módulos: clases y paquetes. Introducción 10 4

5 Necesidad de ocultación En Ada 95: package Fecha is subtype Tipo_Día is Positive range ; subtype Tipo_Mes is Positive range ; subtype Tipo_Año is Positive range ; type Tipo_Fecha is record Día : Tipo_Día; Mes : Tipo_Mes; Año : Tipo_Año; end record; Posibles Puntos de acoplamiento procedure Crear_Fecha (Día : in Tipo_Día; Mes : in Tipo_Mes; Año : in Tipo_Año; Fecha : out Tipo_Fecha); function dardía (Fecha : Tipo_Fecha) return Tipo_Día; -- etc. end Fecha; Introducción 11 Necesidad de ocultación En Java: public class FechaPublico{ public int dia; public int mes; public int anio; Posibles Puntos de acoplamiento public FechaPublico(int dia, int mes, int anio) { } public int dardia() { } }} Qué puede hacer un programa cliente con este paquete? Cuáles son los puntos de acoplamiento? Qué debería quedar oculto? Introducción 12 5

6 Necesidad de ocultación public class TestFechaPublica { public static void main(string[] args) {//MAIN Fecha.FechaPublicoFechaPublico fecha1; Puntos de acoplamiento try { fecha1 = new Fecha.FechaPublico(30, 5, 2005); System.out.println("La primera fecha es " +fecha1); fecha1.mes =2; //se crea una fecha incorrecta!! System.out.println("La primera fecha es " + fecha1); //Se produce una excepción fecha1 = new Fecha.FechaPublico(30, FechaPublico(30 2, 2005); } catch (Fecha.FechaIncorrecta e) { e.printstacktrace(); } }//MAIN } Introducción 13 Un poco de terminología Un código ya existente se dice que ofrece unos servicios El programa que lo usa se dice que es un cliente Los mecanismos de ocultación de los lenguajes hacen que los programas clientes conozcan sólo la interfaz (los servicios). De esta forma se abstraen los detalles de implementación Sin embargo, para usar correctamente un código el programador debe conocer qué hace dicho código y el coste. Para ello, junto al interfaz debe aparecer una explicación de lo que dicho código hace. Introducción 14 6

7 Soporte para la ocultación Las ventajas de la ocultación son: permite minimizar el acoplamiento, permite abstraerse de los detalles, independencia de la implementación, muy importante, reusabilidad Los lenguajes de programación ofrecen mecanismos para ocultar e impedir a los clientes el uso de ciertos elementos de nuestro código Cómo se instrumenta la ocultación y qué ofrecen los lenguajes? Los módulos tienen dos partes bien diferenciadas : Una parte pública o interfaz (specification en Ada). Una parte privada o implementación (body en Ada). Introducción 15 Otros conceptos importantes Sobrecarga Genéricos o plantillas Herencia/Polimorfismo Legibilidad: convenios de nombres de identificadores Eficiencia: orden de complejidad etc. Introducción 16 7