Introducción a la Orientación a Objetos

Transcripción

1 Introducción a la Orientación a Objetos

2 Breve historia de la OO 1960s. Simula incorpora características propias de la OO. 1970s. Smalltalk. Lenguaje totalmente OO. 1990s. Boom de la OO Hoy. Época dorada de la OO. Si yo tuviera que vender mi gato (al menos a un informático), no diría que es amable y autosuficiente y que se alimenta de ratones: más bien diría que está orientado a objetos Roger King 2

3 Metodologías y OO Presente en todas las fases de la metodología de desarrollo: Análisis Diseño Implementación Validación Mantenimiento 3

4 Breve historia de UML Representar artefactos en metodologías OO 1990s: - James Rumbaugh: OMT, Grady Booch: Booch's method, Ivar Jacobson: OOSE - Unified Modelling Language (UML) ISO/IEC 19501:2005 Information technology Open Distributed Processing Unified Modeling Language (UML) Version UML es el estándar adoptado por la industria Última versión: UML 2.0 (2.1.x) 4

5 OO desde la Programación Estructurada OO como evolución del concepto de TAD - Un objeto es una entidad simple - Los sistemas complejos se forma estableciendo relaciones entre objetos - Una aplicación es un conjunto de objetos que interactúan entre sí mediante paso de mensajes - El control de la aplicación viene dado por el orden en que se envían los mensajes 5

6 OO y Paso de Mensajes (i) Paso de mensajes - Un objeto envía un mensaje a otro, invocando una operación - El receptor ejecuta el método correspondiente y devuelve el resultado controladorpedidos 1: validarpago() pasareladepago 2: enviarpedido() almacen 6

7 OO y Paso de Mensajes (ii) Paso de mensajes - Visión ortodoxa Cada objeto es un thread de ejecución independiente Paso de mensajes = mensajes entre threads - Implementaciones actuales Inicialmente un único thread Paso de mensajes = llamada a función Manejo explícito de threads y RPCs 7

8 Visión General de la OO - Problemas que pretende resolver la OO: Mantenimiento Extensibilidad Reutilización - Cómo? Idea inicial: las entidades (objetos) del dominio son la parte más estable del sistema - Características básicas de la OO: Abstracción. El objeto representa entidades cercanas al dominio del problema, no a la máquina Encapsulación. El objeto oculta su información, los demás objetos acceden a su información a través de una interface definida por él (concepto de caja negra) 8

9 Ejercicio Identificar posibles objetos en una aplicación de mensajería instantánea Qué problemas propios de la OO nos hemos encontrado? - Identificar objetos - Establecer atributos y métodos 9

10 Introducción a UML (i) - Es en su mayoría un lenguaje gráfico - Cubre análisis, diseño, despliegue - Extensible, sus componentes son opcionales - Abierto a interpretación (p.e. implementar un diseño) 10

11 Introducción a UML (ii) Distintos tipos de diagramas para expresar distintos aspectos del desarrollo: - Diagrama de casos de uso - Diagrama de clases, de paquetes, de componentes - Diagrama de secuencia, de colaboración, de actividad, de estados - Diagrama de despliegue -... Especificación: ~ páginas 11

12 Introducción a UML (iii) Herramientas de UML - Papel y lápiz - Software de dibujo especializado - Herramienta integrada en un entorno de desarrollo 12

13 Propiedades de los objetos (i) Objeto: "encapsulamiento de un conjunto de operaciones (métodos) que pueden ser invocados externamente, y de un estado que recuerda el efecto de los servicios" "Análisis y diseño detallado de Aplicaciones informáticas de gestión" [Piattini et al., 1996] 13

14 Propiedades de los objetos (i) Estado - Viene dado por el valor de sus atributos - Cambia a medida que se ejecuta el programa unalista - items = [ abc, foo, bar ] - last = 3 - it =2 + añadir(item:string) + borrar(item:string) + elemento_en(i:int):string + siguiente():string 14

15 Propiedades de los objetos (ii) Identidad - Cada objeto tiene identidad propia, independientemente de su estado. unalista otralista - items = [ abc, foo, bar ] - last = 3 - it = 2 - items = [ abc, foo, bar ] - last = 3 - it = 2 15

16 Propiedades de los objetos (iii) Comportamiento - Todo objeto posee un conjunto de métodos que determinan su comportamiento unalista unalistaordenada - items = [ abc, foo, bar ] - last = 3 - it = 2 - items = [ abc, bar, foo ] - last = 3 - it = 2 + añadir(item:string) + borrar(item:string) + elemento_en(i:int):string + siguiente():string + añadir(item:string) + borrar(item:string) + elemento_en(i:int):string + siguiente():string 16

17 Propiedades de los objetos (iv) Tiempo de vida - El objeto existe durante un período finito de tiempo. - La mayoría una parte de la ejecución del programa 17

18 Resumen OO cubre el ciclo de desarrollo completo - Encapsulación Objeto - Encapsula: Características: - Abstracción Atributos Métodos - Propiedades: Paso de mensajes UML Estado Identidad Comportamiento Tiempo de vida 18

19 LOO basado en prototipos o clases Basado en prototipos - Javascript, self,... - Menos populares (salvo javascript) - Un objeto se crea duplicando otro objeto existente Basado en clases - Java, C#, C++, Ruby, Smalltalk, Eiffel,... - Más extendidos - Los objetos se crean a partir de clases 19

20 Clases Clase: definición abstracta de un objeto. conjunto de, plantilla, definición de,... Una clase es una descripción de un conjunto de objetos que manifiestan los mismos atributos, operaciones, relaciones y la misma semántica (Object Modelling and Design [Rumbaught et al., 1991]) Una clase es un conjunto de objetos que comparten una estructura y un comportamiento comunes [Booch G., 1994] 20

21 Especificación de una clase Definición de una clase: - Nombre de la clase - Lista de atributos - Lista de métodos 21

22 Clases. Problemas de diseño No Bajo acoplamiento Clases sin métodos 22

23 Visibilidad (i) Visibilidad de atributos y métodos - Público - Privado Los atributos públicos rompen la encapsulación selectores / modificadores (getters / setters) métodos públicos: interface (contrato) 23

24 Visibilidad (ii) Ámbitos especiales: - Protegido (#) - Paquete (~) Solucionan problemas de implementación, no de diseño 24

25 Instanciación Crear un objeto (instancia) a partir de la definición de una clase 25

26 Clases. Convenciones Nombres de las clases - Guía de estilo. P.e. CamelCase - Singular - Sustantivos Nombres de los atributos - Privados comenzando por subrayado _ 26

27 Paquetes (i) Un paquete (package) es una agrupación de clases relacionadas. Favorece el reuso y la creación de librerías. Los LOO suelen tener soporte de paquetes. 27

28 Paquetes (ii) Estereotipos y relaciones entre paquetes 28

29 Relaciones (i) Permiten - Intercambio de mensajes - Composiciones complejas de objetos Tipos de relaciones - Dependencia - Generalización - Asociación - Agregación / composición 29

30 Relaciones (ii) Datos de una relación - Cardinalidad - Navegabilidad - Restricciones 30

31 Asociación Relación de tipo general 31

32 Implementación de asociaciones Las relaciones se implementan como atributos según su cardinalidad => referencia - 0..n => colección (lista, array,...) Los atributos no se especifican en el diseño Práctica común: - nombre del atributo = papel en la relación 32

33 Paso de mensajes Mensaje: nombre + argumentos Un mensaje invoca una operación - Cada operación se corresponde con un método - Distintos objetos implementan la operación mediante métodos con implementaciones distintas - En general, los mensajes son síncronos - Los LOO implementan el paso de mensajes como llamadas a función 33

34 Diagrama de secuencia Secuencia temporal de envío de mensajes - Muestra un caso concreto 34

35 Agregación y composición (i) Relación es_parte_de - Jerarquía todo / parte - Permite la creación de estructuras complejas - El objeto base delega en sus agregados Composición vs. agregación - es_parte_de completo / incompleto - Tiempo de vida vinculado Implementación: equivalente asociaciones 35

36 Agregación y composición (ii) 36

37 Generalización (i) Relación es_un - Jerarquía generalización / especialización - Permite la herencia entre clases - Jerarquía de clases. Superclases, subclases Las clases hijas heredan atributos y métodos de la clase padre y ancestros. Pueden redefinir y añadir atributos y métodos. 37

38 Generalización (ii) Especialización - Un objeto de la clase hija puede usarse en los mismos lugares que un objeto de la clase padre, pero no viceversa - Punto de extensión Generalización - Las clases hija heredan de las clases ancestros - Factorizan elementos de diseño e implementación 38

39 Herencia Simple vs. Múltiple Simple: una única superclase Múltiple: varias superclases Problemas de la herencia múltiple - Herencia repetida Heredar de dos clases con el mismo ancestro - Conflicto de nombres Heredar de dos clases con atributos o métodos con el mismo nombre 39

40 Problemas de la Herencia Múltiple 40

41 Herencia (i) Evolución del ejemplo: 41

42 Herencia (ii) Cuidado: no romper la encapsulación 42

43 Herencia (iii) Problema: interface de CartaRol 43

44 Herencia (iv) La interface de la raíz es la parte visible a los clientes de la jerarquía 44

45 Herencia (v) 45

46 Herencia (vi) Las relaciones también se heredan 46

47 Clase abstracta Clase que no tiene instancias Puede tener métodos sin implementar Permite - Definir interfaces comunes para las subclases - Factorizar atributos y métodos comunes Clase concreta - No abstracta, puede tener instancias - Debe implementar los métodos abstractos heredados 47

48 Clase abstracta (ii) 48

49 Clase abstracta (iii) 49

50 Generalización vs. Agregación (i) Generalización Agregación - Usa la herencia - Usa la delegación - Estática, en tiempo de diseño - Dinámica, en tiempo de ejecución - Basado en el concepto de clase - Independiente del concepto de clase - La herencia es implícita - La delegación es explícita - Relación es_un - Relación es_parte_de 50

51 Generalización vs. Agregación (ii) Delegación vs. herencia 51

52 Generalización vs. Agregación (iii) vs. 52

53 Generalización vs. Agregación (iv) vs. 53

54 Interfaces (i) Declaración de métodos públicos También elemento de OO Caso extremo de clase abstracta - Sin atributos - Todos los métodos abstractos 54

55 Interfaces (ii) Una clase realiza una interface - Similar a la especialización - Si no es abstracta debe implementar todos los métodos definidos en la interface Una clase puede implementar múltiples interfaces - Alternativa a la herencia múltiple - Permite mayor flexibilidad en diseños complejos 55

56 Interfaces (iii) 56

57 Tipos y subtipos (i) Clases e Interfaces definen tipos - Especialización y realización crean subtipos - Si B es un subtipo de A La interface de un objeto de tipo B contiene la interface definida en el tipo A Un objeto de tipo B puede representar los mismos papeles que un objeto de tipo A, pero no viceversa Polimorfismo - Un subtipo puede redefinir métodos - Un objeto puede realizar varios tipos 57

58 Tipos y subtipos (ii) Polimorfismo en Lenguajes OO - Precisan dynamic dispatch La selección del método sólo se puede resolver en tiempo de ejecución - Ejemplo (diagrama de clases Baraja/Carta): Carta c c = new NaipeEspañol() c.nombre() c = new CartaRol() c.nombre() método(c:carta) c.nombre() 58

59 Sobrecarga Otra forma de polimorfismo Métodos con el mismo nombre y distinta firma En general es considerado pernicioso - Mismo nombre para distintas operaciones 59

60 Dependencia Relación débil entre clases. Expresa: - Uso como parámetro, resultado - Instanciación 60

61 Constructores, destructores Constructor - Se ejecuta tras crear un objeto - Inicializa el estado del objeto - Puede tener argumentos Destructor - Se ejecuta antes de eliminar una instancia - Libera recursos 61

62 Referencias Referencia a objetos - Independiente de la localización en memoria - Un objeto puede tener múltiples referencias - En LOO, las variables contienen referencias Carta c1 Carta c2 c1 = new NaipeEspañol() c2 = c1 c1 = new NaipeEspañol() 62

63 Garbage collector Gestión de memoria explícita - C++ Gestión de memoria implícita - javascript, java, ruby,... - Garbage collector 63

64 Metaclases Metaclases - Las clases son ciudadanos de primer orden - Objetos que representan clases - Introspección 64