Conceptos Basicos de POO

IAGP Programación Orientada a Objetos 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. No preguntes primero qué hace el sistema , pregunta ¡¡A QUIÉN LO HACE!!

IAGP Programación Orientada a Objetos 2.1 Orígenes El tiempo transcurrido entre el desarrollo convencional del software y el desarrollo orientado a objetos, no se solapa. Hay más de 25 años, surgió con el lenguaje Simula , en Noruega, aunque comercialmente se ha difundido recientemente. Simula es acrónimo de “simulación lenguaje” y fue creado para soportar simulaciones, por O. J. Dahl yKristen Nygaard. Su propósito fue la simulación de sistemas físicos complejos con muchos cientos de componentes. En Simula los módulos no se basan en procedimientos como en la programación convencional, sino en los objetos físicos que se modelan en la simulación.

IAGP Programación Orientada a Objetos Los objetos del mundo real pueden exhibir una variedad infinita de efectos sobre otros, creando, destruyendo, levantando, uniendo, comprando, doblándose, enviando, etc. Esta gran variedad suscita un problema: ¿Cómo se pueden representar en software las diversas clases de interacciones ? Los autores de Simula lograron una solución elegante a este problema: el mensaje . Los objetos interaccionan el uno con el otro con mensajes que piden que los objetos realicen sus métodos. Un mensaje es simplemente el nombre de un objeto seguido por el nombre de un método que el objeto sabe ejecutar. Si un método requiere alguna información adicional para saber qué hacer, el mensaje incluye la información como parámetros .

IAGP Programación Orientada a Objetos El objeto que inicia un mensaje se llama el remitente de ese mensaje, y el objeto que recibe el mensaje se llama el receptor. El hecho de que los métodos están asociados siempre a objetos específicos tiene un efecto secundario interesante que resulta ser ventajoso. Diversos objetos pueden responder al mismo mensaje genérico, pero cada objeto puede interpretar el mensaje de una manera distinta. Por ejemplo, un objeto camión podría poner en ejecución su propia versión del mensaje mueve_A, al igual que una nave, un tren, un avión, una persona, o cualquier cosa que se mueva. En el mundo real la manera en que estos objetos determinan sus rutas, planean sus movimientos, y realizan estos desplazamientos se diferencia radicalmente, pero todos entenderían una petición común de ir a un destino especificado.

IAGP Programación Orientada a Objetos La capacidad de diversos objetos para responder al mismo mensaje de diversas maneras se llama polimorfismo , que en griego significa "muchas formas." El término puede intimidar, y el polimorfismo a menudo se considera un concepto avanzado en tecnología de objetos. Pero la idea básica no podía ser más simple: cada objeto puede tener una respuesta única al mismo mensaje. A veces, una simulación implica solamente un ejemplo de una clase particular de objeto. Sin embargo es mucho más común, necesitar más de un objeto de cada tipo. Esta posibilidad levanta otra preocupación: sería extremadamente ineficaz redefinir los mismos métodos en cada ocurrencia de ese objeto.

IAGP Programación Orientada a Objetos Aquí, otra vez, los autores de Simula aportaron una solución elegante: la clase . Una clase es una plantilla de software que define los métodos y las variables que se incluirán en un tipo particular de objeto. Los métodos y las variables que hacen el objeto se definen solamente una vez, en la definición de la clase. Los objetos que pertenecen a una clase se llaman generalmente instancias de la clase y contienen solamente sus propios valores particulares para las variables. Un programa orientado a objetos (poo), se define de la forma: Objetos + Mensajes = Programa

IAGP Programación Orientada a Objetos

La programación orientada a objetos, se dice a menudo que es más natural que la programación tradicional, y es verdad en dos niveles.
En un nivel, la POO es más natural porque permite que organicemos la información de la forma que nos es familiar, según lo ilustrado en las jerarquías de las clases.
En otro nivel más profundo, es más natural porque refleja técnicas propias de la naturaleza para manejar complejidad.
Es interesante fijarse en la estructura de organismos vivos para establecer un marco para entender la naturaleza adaptativa de los objetos.

IAGP Programación Orientada a Objetos Programa OO Clase Objeto Los objetos se comunican mediante mensajes Colección estructurada de clases Implementación de un TAD Una instancia de una clase

IAGP Programación Orientada a Objetos 2.2 Comparación con los seres vivos El bloque de edificio básico a partir del cual se componen los seres vivos es la célula. Las células son "paquetes orgánicos", como objetos, combinan la información relacionada y comportamiento. La mayoría de la información está contenida en moléculas de proteína, dentro del núcleo de la célula. El comportamiento, que puede extenderse desde conversión de energía al movimiento, es realizado por estructuras fuera del núcleo. Las células están rodeadas por una membrana que permite solamente ciertas clases de intercambios químicos con otras. Esta membrana protege el funcionamiento interno de la célula contra la intrusión exterior, y también oculta la complejidad, presentando un interfaz relativamente simple al resto del organismo.

IAGP Programación Orientada a Objetos Todas las interacciones entre las células ocurren a través de los mensajes químicos, reconocidos por la membrana de la célula y pasados a su través al interior de la célula.

IAGP Programación Orientada a Objetos Los objetos que contienen a otros, se llaman objetos compuestos, son importantes porque pueden representar estructuras más sofisticadas que los objetos simples. Un avión consiste en alas, motores, y otros componentes que son demasiado complejos para representarlos de forma simple. Colecciones de objetos Hay una clase especial de clases, a menudo llamada la colección de clases, que se puede encontrar en la biblioteca de clases en la mayoría de los lenguajes comerciales. Como el nombre sugiere, la función básica de una colección es recolectar juntos los objetos que se deben manejar como grupo.

IAGP Programación Orientada a Objetos En un avión, por ejemplo, no crearíamos una variable separada para cada objeto del asiento, agruparíamos todos los objetos del asiento en una colección y pondríamos una referencia a esa colección en un solo conjunto llamado variable.

IAGP Programación Orientada a Objetos Aunque los mecanismos reales de células y de objetos apenas podrían ser más diferentes, sus funciones son similares. Las células y los objetos encapsulan datos y comportamientos asociados; ambos tienen interfaces que definen qué señales responderán a su ambiente; ambos utilizan la comunicación basada en mensajes para ocultar complejidad; ambos se pueden organizar en una jerarquía de tipos especializados; y ambos proporcionan los bloques de edificio fundamentales para construir una variedad infinita de sistemas complejos. Esta semejanza, considerando la gran variedad de organismos vivos, demuestra claramente la flexibilidad de este acercamiento básico a a la construcción de sistemas complejos.

¡ La naturaleza, después de todo, ha estado utilizando el acercamiento algunos miles de millones de años más que los diseñadores del software !
Anatomía de los componentes de un mensaje
Un mensaje consiste de tres partes:
Un objeto receptor
Un método que el receptor sabe ejecutar
Un conjunto de parámetros que el método requiere para realizar su función

IAGP Programación Orientada a Objetos Respuestas a los mensajes En la mayoría de los sistemas, los mensajes requieren una cierta clase de respuesta del receptor. Esta respuesta es generalmente llamada valor de retorno, puede ser datos simples, valores u objetos.

IAGP Programación Orientada a Objetos La potencia de los polimorfismos, simplificación de programas Supónganos que estamos desarrollando un sistema que incluya instrumentos financieros tales como bonos y acciones. El sistema debe permitir que realicemos una variedad de operaciones tales como añadir una nueva acción, seguir el funcionamiento de varias clases de instrumentos, y supervisión del valor actual de la cartera en su totalidad. Nuestra primera clase es cartera , un objeto compuesto que contiene un objeto de la colección de objetos llamada instrumentos_financieros. Nuestro primer método es agregar , que toma un objeto instrumento financiero como su parámetro.

Modularidad
Extensibilidad + Reutilización  necesidad de
arquitecturas flexibles hechas con componentes autónomos
Programa modular: formado por un conjunto de módulos
Módulo: unidad básica de descomposición de un sistema software
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.
2.3 Modularidad

Modularidad: 5 criterios
Cinco criterios, cinco reglas, cinco principios.
Requisitos que debe satisfacer un método de construcción de software para merecer el nombre de modular:
Permitir una descomposición modular
Permitir una composición modular
Producir módulos fáciles de comprender
Favorecer la continuidad del software
Protección modular

Descomposición modular
Un método de construcción de software satisface la descomposición modular si permite la descomposición de un problema en un pequeño número de subproblemas menos complejos, conectados por una estructura simple, y que se pueden abordar por separado.
Importante que las dependencias sean mínimas y que se conozcan.
Ejemplo: Diseño Descendente
Contra-ejemplo: Módulos de Inicialización

Composición modular
Un método satisface la composición modular si favorece la producción de elementos software que pueden ser combinados para crear nuevos sistemas, posiblemente en un entorno diferente a aquel en el que se idearon.
Relacionada con el objetivo de reutilización
Independiente de la descomposición modular
Ejemplos : Librerías de rutinas, Filtros de Unix
Contra-ejemplo : Preprocesadores de lenguajes

Comprensión Modular
Se satisface si facilita que quién lea un módulo pueda comprenderlo sin necesidad de acudir a otros módulos (en el peor de los casos a unos pocos módulos).
Relacionado con el mantenimiento
Contra-ejemplo : Dependencias secuenciales

Continuidad Modular
Un método satisface la Continuidad Modular si se favorecen arquitecturas software en las que un cambio pequeño en la especificación origina un cambio en un solo módulo, o en un pequeño número de módulos.
Relacionado con la extensibilidad
Ejemplos :
Constantes simbólicas y Principio de Acceso Uniforme
Contra- ejemplos :
Diseño de programas basado en la representación física de los datos y el uso de vectores estáticos

Protección Modular
Un método satisface la Continuidad Modular si se originan arquitecturas en las que el efecto de una condición excepcional acaecida en tiempo de ejecución sólo afecta al módulo dónde se produce, o sólo se propaga a los módulos vecinos.
Relacionado con la robustez
Ejemplo: Módulos de entrada de datos comprueben su validez.
Contra-ejemplo: Excepciones no disciplinadas.

Modularidad: 5 reglas
De los criterios anteriores se derivan cinco reglas que se deben seguir para asegurar la modularidad
Correspondencia directa
Pocas conexiones entre módulos
Intercambio de información intermodular mínimo
Conexiones explícitas
Ocultamiento de Información
Las cuatro últimas se refieren a la comunicación entre módulos: uso o compartición de datos

2.4 Otras consideraciones
Impacto de la POO
Desarrollo más rápido.
Mantenimiento barato
Proceso de modelado más simple
Diseños más claros y manejables
Incremento productividad de programadores
Inconveniente: Curva de aprendizaje
Diseño con objetos  diseño procedural
Librerías bien diseñadas y fáciles de usar

Abstracción y modelado
Modelado del problema: Proceso de abstracción
Lenguajes O.O.: Representa elementos del marco del problema a resolver
Código (solución): descripción del problema
Objetos: Tienen su estado y pueden realizar operaciones

Características de la O.O.
Todo es un objeto (alumno, factura, polígono)
Programa: Conjunto de objetos. Se envían mensajes para decirse qué deben hacer
Objetos pueden estar compuestos por otros
Cada objeto es de un tipo (instancia de clase)
Objetos de un mismo tipo pueden recibir los mismos mensajes

Interface de un objeto
Elementos del problema: Entidad (Objeto)
Objeto: Pertenece a una clase.
Define sus características y comportamiento
POO crea nuevos tipos e instancia los objetos necesarios de esos tipos
modelado: Mapeo 1 a 1 Problema  Solución
Tipo: Interface. Informa de las peticiones que se pueden hacer a objetos de ese tipo

Encapsulación
Programador: Dos puntos de vista
Crear clases
Crear clientes de esas clases
Sólo muestra lo necesario para quien programa clientes. Oculta el resto
Interface  ¿Qué solicitudes puedo hacer?
Implementación: Realización de las tareas de la interface
Envío de mensajes (ejecución de un método)

Tipos Abstractos de Datos
Conjunto de objetos que ofrecen una serie de operaciones
Abstracciones matemáticas:
No se menciona cómo se implementan las operaciones
Java permite la construcción de TAD's
Mecanismos para la ocultación de detalles de implementación

Si se modifica la implementación:
El programa que usa el TAD no se modifica
Sólo cambian los métodos del TAD
Cambios transparentes al resto del programa
Operaciones soportadas por el TAD:
Decisión de diseño (Programador del TAD)
Ejemplos: Listas, conjuntos, grafos, ...

Control de acceso
Disponibilidad de métodos. Razones:
El cliente no necesita ver lo que no le afecta (simplicidad)
Modificaciones en la implementación sin afectar a la interface  Cliente no afectado
Niveles de acceso a miembros:
public, private, protected : Quién puede hacer uso

Reutilización
Uso habitual: Instanciar un objeto de una clase
Composición: Relación "tiene un" ( has-a )
Clases que contienen objetos de otras clases ( member object )
Objetos miembro: Privados si no son necesarios en la interface
Herencia: Relación "es un" ( is-a )
Modificación (especialización) de una clase ya existente

Herencia
Evita crear tipos (clases) nuevos por necesidad de similar funcionalidad
El nuevo tipo es un duplicado del otro con añadidos y/o modificaciones
Modificaciones en la clase original afectan a la clase hija
Herencia: ¿Es realmente necesaria?
Composición mucho más habitual

Herencia: Subclases
Nuevo tipo. Contiene todos los miembros del anterior
Los miembros privados son inaccesibles
Duplica el interface de la original. Es del mismo tipo que la clase base
Formas de modificar la nueva clase:
Añadir nuevos métodos
Cambiar el comportamiento de un método ( override )

Herencia: Polimorfismo
Objetos de clases derivadas se pueden tratar como de la clase base
Permite código independiente del tipo.
Fácil de escribir y entender
Al añadir nuevos tipos:
No hay que reescribir código
Programas extensibles

Ejemplos:
Polimorfismo:
Mensaje a un objeto de tipo desconocido.
Se ejecuta el método correcto
No hay que especificarlo (en C++ virtual)
Upcasting (Conversión a superclase)
Ej. Figuras geométricas
Enlace dinámico.
Ej. Trabajadores y nóminas

Clases abstractas
Subclases diferentes con un interface único
Sólo se permiten objetos de subclases
Métodos abstractos (sin implementación)
Sólo en clases abstractas
Interfaces:
Impiden implementar cualquier función
Sólo declaraciones
Herencia diferente a clases (herencia múltiple)
Las subclases "implementan" interfaces

Declaración de clases
<acceso> class <nombre>
{
<miembros> // "members"
}
Miembros:
Atributos:
Variables de instancia, globales a la clase.
Atributos de clase (información estática, compartida)
Constructores. Código de inicialización
Métodos. Comportamiento.

Constructores
Se garantiza la inicialización de cada objeto (sus atributos) con un constructor
Java invoca al constructor al crear el objeto
La instanciación ( new ) reserva el lugar de almacenamiento e invoca al constructor
Nombre del constructor = nombre de la clase
Se encargan de todas las operaciones de inicialización necesarias.

Constructor: No tiene valor de retorno
Una clase puede tener múltiples constructores
Sobrecarga de constructores
public class Coordenada
{
double x, y;
public Coordenada(){
x = 0.0; y = 0.0;
}
public Coordenada (double v1, double v2){
x = v1; y = v2;
}
}

Constructor "por defecto". Sin parámetros.
Clase sin constructor: El compilador crea un constructor "por defecto".
Si hay constructores con argumentos, no se crea el "constructor por defecto". Ejemplo.
Error si se invoca el constr. sin parámetros
Constructores que invocan a otros constructores:
llamada a this(...) . Ejemplo.

La referencia this
Referencia al objeto actual.
Permite invocar métodos del objeto actual.
No es necesario this para hacer eso
Permite referenciar atributos del objeto actual
Necesario si estan ocultos por parámetros / variables de ámbito más local. Ejemplo.
Permite devolver una ref. al objeto actual
Permite invocaciones entre constructores

La llamada a super
Referencia a la superclase de la que desciende la clase actual
Reutilización de código por medio de herencia
super invoca al comportamiento anterior.
Además se puede añadir comportamiento adicional
Implícita en constructores como 1ª instrucción
en métodos: super.nombre_metodo()

Miembros de tipo static
Miembros (métodos o atributos) implementados a nivel de clase
Desde métodos static la referencia this no tiene sentido
No se puede acceder a miembros no estáticos desde métodos estáticos
static : Semántica de "ámbito global"
Permite desarrollo de código sin usar POO

2.5 Lenguaje Smalltalk
Surge en los años 1970, en el Centro de Investigación de Xerox en Palo Alto (PARC) en EE.UU.
Creado por Alan Kay, Adele Goldberg y Daniel Ingalls
Influenciado por Simula y Lisp
“ El objetivo del proyecto de Smalltalk es proporcionar soporte informatizado para el espíritu creativo ”
“ Lenguaje de descripción ( lenguaje de programación ) que sirva como una interface entre los modelos mentales y los modelos en el ordenador, y además un lenguaje de interacción ( interfaz de usuario ) que traslade los sistemas de comunicación humana a los ordenadores ”

“ El sistema debería construirse con el mínimo nº de partes fijas y todas las partes deberían encontrarse en un marco uniforme.”
“ Un lenguaje para ordenadores debería:
soportar el concepto de Objeto y proporcionar un medio uniforme para identificarlos.
proporcionar un medio de clasificar los objetos y de crear nuevas clases con la misma base que las del núcleo.
ser Independiente de la representación ( polimorfismo )
factorizar comportamiento común ( herencia )”
“ La ejecución debería verse como una capacidad intrínseca de los objetos que pueden ser invocados de manera uniforme mediante el envío de mensajes .”

Para que un lenguaje de desarrollo llegue a ser ampliamente aceptado deber ser estandarizado .
A finales de 1993 se creó el Comité para la estandarización de Smalltalk X3J20.
El primer borrador aparece a finales de 1995
50% sintaxis/semántica y 50% Librerías de clases
Fácil debido a la simplicidad del lenguaje
Código de aplicaciones muy portable
En 1995 se forma el STIC (SmallTalk Industry Council)
“ una voz unificada para la comunidad Smalltalk”

Los objetivos del STIC son:
Lograr que Smalltalk sea el LOO elegido para el desarrollo de aplicaciones en la empresa
Responder a las necesidades de la industria Smalltalk
Favorecer la aparición de estándares
Crear un “punto de encuentro” para la comunidad Smalltalk
http://www.stic.org
Apuntes sobre Smalltalk:
http://www.um.es/informatica/alumnos/apuntes/tercero/poo/smalltalk.ppt

2.6 Ejemplo
Polígonos y Rectángulos
Tenemos la clase Poligono y necesitamos representar rectángulos.
¿Debemos crear la clase Rectangulo partiendo de cero? Podemos aprovechar la existencia de similitudes y particularidades entre ambas clases

Un rectángulo tiene muchas de las características de un polígono (rotar, trasladar, vértices,..)
Pero tiene características especiales ( diagonal ) y propiedades especiales ( 4 lados, ángulos rectos )
Algunas características de polígono pueden implementarse más eficientemente
class Rectangulo inherit Poligono feature ...Características específicas para rectángulos end

Conceptos Basicos de POO

by Henrry Eliseo Navarro Chinchilla

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