Modularidad: Tipos abstractos de datos Programación Orientada a Objetos Tema 2: Modularidad

Transcripción

1 TEMA 2 1 Modularidad: Tipos abstractos de datos

2 CONTENIDOS 2 1. Abstracción 2. Tipos de datos 3. Tipos abstractos de datos 4. Modularidad 5. Reutilización 6. Paradigmas y lenguajes 7. Diseño estructurado vs. OO

3 Abstracción 3 Supresión intencionada, u ocultamiento, de algunos detalles de un proceso o artefacto, con el objeto de destacar de manera más clara otros aspectos, detalles o estructuras. Capacidad de centrarse en las características esenciales de las distintas partes de un sistema, ignorando sus propiedades accidentales. Permite dividir la información en componentes aislados que posteriormente se ensamblan para construir el todo. Limitación de la capacidad humana para operar la complejidad: Ordenando el caos: divide et impera. En SW: Abstracción Modularidad

4 Abstracción 4 Castaño Olmo Abedul Pino Chopo Haya Abeto Arbol - altura - tipo de madera - tipo de hoja - tipo de fruto Persona DNI Nombre Edad calcularedad()

5 Abstracción 5 Abstracción aplicada: Diferentes niveles: Nos centramos en los elementos más grandes e importantes. Progresivamente: Tratamos volúmenes de información menores que revelen más detalles. Diferentes tipos: Funcional o procedural, de Datos.

6 Abstracción 6 Encapsulación: Proceso de almacenar en un mismo compartimento los elementos de una abstracción que constituyen su estructura y su comportamiento [Booch 96]

7 Tipos de Datos 7 Un tipo de dato es un conjunto de valores y un conjunto de operaciones definidas por sus valores. Tipo de dato = Representación + Operaciones. Ejemplos: Tipo de datos entero, operaciones de +,-,*,/. Tipo cadena, operaciones de concatenación, subcadena, etc.

8 Tipos Abstractos de Datos 8 Los TADs permiten ampliar los tipos de datos definidos por el lenguaje de programación. Un tipo de dato definido por el programador se denomina TAD. Un TAD es un tipo de datos que consta de datos y operaciones que se pueden realizar sobre esos datos. Los TADs ocultan la implementación de las operaciones definidas por el usuario asociadas con el tipo de datos. La ocultación de información de un TAD significa que poseen interfaces públicos (operaciones que se pueden realizar), sin embargo, las implementaciones de esos interfaces son privados.

9 Tipos Abstractos de Datos 9 Un TAD consta de : TIPO: tipo (=cjto de objetos) que se está especificando FUNCIONES: signatura (tipo de los argumentos y resultado) AXIOMAS: definición implícita del valor de la función INVARIANTES: condición booleana que debe mantenerse con exactitud PRECONDICIONES POSTCONDICIONES

10 Tipos Abstractos de Datos 10 Ejemplo TAD Pila TIPO Pila[X] FUNCIONES poner: Pila[X] x X Pila[X] vacia: Pila[X] Boolean item: Pila[X] X new: Pila[X] AXIOMAS Para x: T, s: Pila[T]; item(poner(s,x)) = x vacia(new) not vacia(poner(s,x)) PRECONDICIONES item (s:pila[t]) requiere not vacia(s)

11 Modularidad 11 Propiedad que tiene un sistema que ha sido descompuesto en un conjunto de módulos cohesivos y débilmente acoplados [Booch 96] Alta cohesión: Un módulo con responsabilidades altamente relacionadas y que no hace una gran cantidad de trabajo. Bajo acoplamiento: Un módulo que no depende de demasiados otros módulos. Favorece: Comprensión modular: Es posible entender un módulo sin conocer los otros. Continuidad modular: Un cambio en la especificación afecta sólo a un módulo o a unos pocos. Protección modular: El efecto de una situación anormal producida en un módulo afecta sólo a éste o a unos pocos. Los módulos se comunican mediante interfaces bien definidas.

12 Modularidad 12 Programa modular: formado por un conjunto de módulos. Módulo: unidad básica de descomposición de un sistema software. Los módulos deben ser lo más independientes posibles. Un método de construcción de software es modular si ayuda a producir sistemas software a partir de elementos autónomos interconectados por una estructura simple y coherente. La programación modular trata de descomponer un programa en un pequeño número de abstracciones coherentes que pertenecen al dominio del problema y cuya complejidad interna esta oculta por el interfaz.

13 Modularidad 13 Un módulo se estructura mediante una interfaz y una implementación. Esta compuesto por un conjunto de operaciones y atributos. Interfaz Primitivas de acceso Sección Privada Atributos Operaciones

14 Modularidad 14 Reglas para obtener módulos: Unidades modulares: El lenguaje debe proporcionar estructuras modulares con las cuales se puedan describir las diferentes unidades. POO Clases. Ocultación de información: Todos los módulos deben seguir el principio de ocultación de información. Una abstracción de datos puede verse como que tiene dos caras: Interfaz: operaciones que definen el comportamiento (cliente) Implementación (programador)

15 Modularidad 15 Principio abierto-cerrado: Un módulo se considera a la vez cerrado (terminado, útil o activo) y abierto (cambios y modificaciones). No debe afectar a los demás módulos. Un módulo está abierto si está disponible para ampliarlo. Un módulo está cerrado si está disponible para su uso. Los dos objetivos son incompatibles con las técnicas tradicionales: o está abierto no se puede utilizar todavía. o se cierra cualquier cambio provoca cambios en cadena.

16 Modularidad 16 EJEMPLO: Módulo que define cuentas bancarias Representación NombreCli:String Codigo:String Saldo:Entero Interfaz reintegro() ingreso() versaldo() Un modulo incluye una estructura de datos junto con un conjunto de operaciones para manipularla. Operaciones reintegro() ingreso() versaldo() calculaintereses() NO SI

17 Reutilización 17 Por qué el software no es como el hardware (catálogos de dispositivos que se combinan)? Por qué cada nuevo proyecto software arranca de la nada? Creciente importancia de los componentes en la industria del software: (COM, JavaBeans, ). Internet favorece la reutilización. La tecnología OO hará realidad en un futuro cercano el sueño de una industria basada en componentes.

18 Reutilización 18 Beneficios esperados de la reutilización: CONSUMIR elementos reutilizables: Oportunidad (se reduce el tiempo de desarrollo). => Mejora la productividad. Disminuye el esfuerzo del mantenimiento. Aumenta fiabilidad. Aumenta eficiencia. PRODUCIR elementos reutilizables: Inversión: preservar la experiencia de los mejores desarrolladores. Si un elemento software se utilizará en muchos proyectos es rentable invertir en mejorar su calidad. Consumir antes de producir

19 Reutilización 19 Qué debemos reutilizar? PERSONAL: La experiencia previa ayuda en el nuevo desarrollo. DISEÑO: Difícil garantizar compatibilidad diseño-implementación. Seguir un enfoque donde la diferencia entre módulo diseño y módulo de implementación desaparece. Necesidad de generalidad en los componentes. PATRONES DE DISEÑO: Ideas aplicables a toda una gama de dominios. Un patrón propone una solución para un problema de diseño.

20 Reutilización 20 Por qué no es común la reutilización? Naturaleza repetitiva de la programación (ordenar, buscar, recorrer,...) Cuántas veces en los últimos 6 meses has escrito código para buscar un elemento en una colección? Obstáculos: Síndrome N.I.H. (Not Invented Here): Reacción cautelosa frente a componentes nuevos. Coste adicional de aprendizaje. Económicos: Se centran en los costes a corto plazo. Estrategias de las compañías software: Y si el cliente no vuelve a necesitarnos?. Dificultades técnicas: Diseñar código reutilizable es difícil. Hacemos las mismas cosas pero no de la misma forma. Difícil captura de las similitudes. Permitir adaptación. La noción correcta de módulo debe reconciliar: abierto - cerrado reutilización - extensibilidad

21 Paradigmas - Lenguajes 21 A lo largo del tiempo se han utilizado diferentes maneras de construir sistemas (paradigmas) persiguiendo parecidos objetivos. Paradigma de Construcción de un Sistema: Colección de conceptos que guían el proceso de construcción de un sistema, determinando su estructura. Estos conceptos controlan la forma en que pensamos y formulamos los sistemas. Un lenguaje de programación refleja un paradigma: PARADIGMA Imperativo Funcional Lógico Orientado a Objetos LENGUAJE COBOL, Pascal, C Lisp, Miranda, Haskel Prolog Smalltalk, Eiffel, C++, Java ELEMENTOS Algoritmos Funciones-Reglas If-Then Predicados-Reglas If-Then Clases y Objetos

22 Paradigmas - Lenguajes 22 La abstracción es la clave para diseñar buen software. Los lenguajes de programación de alto nivel permiten al programador abstraerse de la arquitectura de la máquina donde se ejecuta el software (de propósito general). Mecanismos para diseñar programas modulares: Procedimientos o funciones Módulos Tipos abstractos de datos (TADS) Objetos

23 Diseño estructurado vs. OO 23 Qué criterio usamos para encontrar los módulos? Acciones/ Funciones Objetos/ Datos Las tres fuerzas de la computación Procesadores A) Unidades de descomposición funcional Enfoque tradicional B) Basándose en los principales tipos de datos Enfoque OO

24 Diseño estructurado vs. OO 24 Descomposición funcional: Respuesta tradicional a la cuestión de modularización Responde a los requisitos de modularidad? Abstracción funcional de más alto nivel E A Secuencia B C D Bucle F G Condicional H Refinamientos sucesivos

25 EXTENSIBILIDAD Diseño estructurado vs. OO 25 Inconvenientes de la descomposición funcional: Función principal: Cima del sistema El programa principal es una propiedad volátil Sistemas reales no tienen cima Mejor la visión de un conjunto de servicios Centrado en la interfaz Primera pregunta: Que hará el sistema? La arquitectura del software debe basarse en propiedades más profundas. Ordenación temporal prematura

26 REUTILIZACIÓN Diseño estructurado vs. OO 26 Inconvenientes de la descomposición funcional: Se desarrollan elementos software para satisfacer necesidades específicas de otro elemento del nivel superior. Cultura del proyecto actual Las estructuras de datos son descuidadas. Funciones y datos deben jugar un papel complementario. Cuando un sistema evoluciona los datos son más estables que los procesos.

27 Diseño estructurado vs. OO 27 Ventajas de la descomposición funcional: Disciplina de pensamiento lógica y bien organizada. Técnica simple, fácil de aplicar. Útil para pequeños programas y algoritmos individuales. Buena para documentar diseños (describir algoritmos). Promueve el desarrollo ordenado de sistemas Adecuada para dominar la complejidad

28 Diseño estructurado vs. OO 28 En la programación tradicional tenemos por un lado los datos y por otro las operaciones sobre esos datos, pero son entidades independientes. operaciones datos

29 Diseño estructurado vs. OO 29 En la programación OO agrupamos (encapsulamos) conjuntos de datos relacionados entre sí y operaciones sobre esos datos en entidades que llamamos objetos. Ciertas operaciones son accesibles desde el exterior y constituyen servicios que el objeto ofrece a otros objetos Objeto Los datos normalmente están ocultos y únicamente son accesibles dentro del propio objeto Algunas operaciones están también ocultas, y representan servicios de utilidad dentro del propio objeto

30 Diseño estructurado vs. OO 30 Con la orientación a objetos, construimos pequeños modelos software de la realidad y simulamos ésta. Un sistema O.O. es un conjunto de objetos que interactúan entre sí enviándose mensajes mediante los cuáles se solicitan servicios unos a otros.

31 Diseño estructurado vs. OO 31 Las abstracciones funcionales son más volátiles que las de datos. Esa es una de las ventajas de la OO.

32 Orientación a Objetos 32 Desarrollo de software orientado a objetos : Definición Método de desarrollo de software que basa la arquitectura del sistema en módulos deducidos de los tipos de objetos que se manipulan (en lugar de basarse en la función o funciones a las que el sistema está destinado a asegurar). Hay que centrar la atención no sobre lo que HACE el sistema, sino principalmente sobre lo que ES el sistema, en términos de datos, de componentes, en término de manejo de entidades, de reacción a las solicitudes.