Introducción a la Programación Orientada a Objetos

Tema 1

TACC II1

TACC IICurso 2008/09

IndiceIndice

Ci l d Vid C lid d d lCiclo de Vida y Calidad del Software.Paradigmas de Programación.Programación Orientada a Objetos.Conceptos de Programación Orientada a Objetos.

Clases ObjetosClases y ObjetosEncapsulamiento.HerenciaHerencia.Polimorfismo.Frameworks y Notaciones.

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y

Ciclo de Vida del SoftwareCiclo de Vida del Software

Conjunto de fases por las que pasa el sistemaque se está desarrollando desde que nace laidea inicial hasta que el software es retirado oreemplazado:

Análisis.Diseño.Codificación.Pruebas.Mantenimiento.

3Construir Software no es sólo programar.

Ciclo de Vida del SoftwareDistribución del Esfuerzo

Distribución del esfuerzo durante el ciclo de vida

Análisis ≈ 6% 40

2530354045

o R

elat

ivo(

Análisis ≈ 6%.Diseño ≈ 5%.Codificación ≈ 7%

117

15 13 14

05

101520

ño ón s r r r

Esfu

erzoCodificación ≈ 7%.

Pruebas ≈ 15%.Mantenimiento 67%

Análi

sis y

diseñ

oIm

plemen

tación

Prue

bas

Adap

tar

Mejorar

Correg

irMantenimiento ≈ 67%.

4

Calidad del Software

Efi i i

Factores de Calidad

EficienciaPortabilidadFacilidad de pruebaFacilidad de pruebaIntegridad (protección contra procesos sin derecho de acceso)acceso)Facilidad de usoCorrecciónFiabilidad (situaciones anómalas)ExtensibilidadReutilizaciónCompatibilidad

5...

IndiceIndice

Ci l d Vid C lid d d l S ftCiclo de Vida y Calidad del Software.

Paradigmas de Programación.Paradigmas de Programación.Programación Orientada a Objetos.Conceptos de Programación Orientada aConceptos de Programación Orientada a Objetos.

Clases y ObjetosClases y ObjetosEncapsulamiento.HerenciaHerencia.Polimorfismo.Frameworks y Notaciones

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Frameworks y Notaciones.

Paradigmas de Programacióng gAbstracción

Capacidad para encapsular y aislar la información del diseño y ejecución.y jMecanismos en programación:

P di i t f iProcedimientos y funcionesTipos abstractos de datos (TAD)Clases: son TAD a los que se añaden

mecanismos como herencia, métodos, etc.

7

Paradigmas de ProgramaciónParadigmas de ProgramaciónEstructuradaEstructurada.

Fortran.Basic.Pascal Desde principios de los 70.Pascal. C.…

Funcional

esde p c p os de os 0Dificultad para el trabajo en grupo.No hay correspondencia estrecha entre d t lFuncional.

Lisp.…

Lógica

datos reales y programas.

Lógica.Prolog.…

POOPOO.Smalltalk.C++.Java

8

Java.…

IndiceIndice

Ci l d Vid C lid d d l S ftCiclo de Vida y Calidad del Software.Paradigmas de Programación.Programación Orientada a Objetos.Conceptos de Programación Orientada aConceptos de Programación Orientada a Objetos.

Clases y ObjetosClases y ObjetosEncapsulamiento.Herencia.e e c aPolimorfismo.Frameworks y Notaciones.

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y

Programación Orientada a ObjetosProgramación Orientada a Objetos

Ventajas de uso:Reusabilidad (mecanismos de abstracción y( y

herencia)En programación convencional: uso deEn programación convencional: uso de

funciones y procedimientosAdecuación a entornos de bases de datosAdecuación a entornos de bases de datos.Idónea para tratamiento de Interfaces de Usuario.Ad d t ti i l ióAdecuada en prototipos y simulación.

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Programación Orientada a Objetosg jCaracterísticas Generales

Construcción de sistemas complejos a partir de componentes.p p

M d l d á fi l d l d lModelado más fiel del mundo real.

Estimación de reducción de 40% con respecto a la programación con encionalrespecto a la programación convencional.

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Programación Orientada a Objetosg jCaracterísticas

El modelo objeto (Booch, 1994): AbstracciónAbstracción

Las características esenciales del objeto:• Documento: insertar borrar• Documento: insertar, borrar, ...• Una grapadora: rellenar, grapar, ...

E l i t ( lt ió d i f ió )Encapsulamiento (ocultación de información)• Una clase contiene:

una interfaz pública. una implementación.

12

Ejemplo IEjemploPersona

- nombre- edad

Persona

nformaci

+mostrar()+setNombre(string)

Interfaz

- id- setID()+mostrar()

tN b ( t i )

ón privad

+getNombre(): string+setEdad(int)+getEdad(): int

z pública

+setNombre(string)+getNombre(): string+setEdad(int)+getEdad(): int

da

getEdad(): int

Clases, Tipos especificación

p1 Personap2 Persona

Objetos, “instancias”

especificaciónejecución

p1 : Persona- nombre=“Pedro”- edad=23

id=“3456789K”

p2 : Persona- nombre=“María”- edad=25

id=“55567876G”

13

- id= 3456789K- id= 55567876G

Programación Orientada a Objetos

Modularidad:

g jCaracterísticas

Modularidad:Subdivisión de una aplicación en otras más pequeñas (módulos). Un módulo es un conjunto de clases.

JerarquíaOrdenación de las abstraccionesTipos:

Herencia (“es-un”); generalización/especialización• Herencia simple o múltiple

Agregación (“parte-de”)g g ( p )

PolimorfismoUna misma operación (método) realizada de diferente modo

( l ó ) l ífcomer (vaca, persona, león); clase mamíferodibujar (triángulo, cuadrado); clase figura

Otras propiedades14

Otras propiedadesconcurrencia (multitarea), persistencia, uso de excepciones

EjemploEjemplonombre

Persona

+ mostrar()

- nombre- edad

()

- sueldo_bruto - nombre_empresatelefono de contacto

Empleado Clientesubordinados

+mostrar()

+ mostrar ()+ calcular_salario_neto()

- telefono_de_contacto

empleados clientes

- categoria

DirectivoEmpresa

15+ mostrar ()

categoria- nombre

Ejemploe1 : Empleadoe2 : Empleado

Ejemploe1 : Empleado

- nombre=“Pedro”- edad=23- sueldo bruto=30000

e2 : Empleado- nombre=“María”- edad=25- sueldo bruto=36000 sueldo_bruto 30000sueldo_bruto 36000

subordinados empleados empleados

d1 : Directivo- nombre=“Luis”

Empresa- nombre=“HGJ”

empleados

- edad=35- sueldo_bruto=36000- categoria=“C1”

1 Cli tclientes

c1 : Cliente- nombre=“Luis”- edad=35

nombre empresa=“Macroware”

16

- nombre_empresa= Macroware- telefono_de_contacto=91555666

Programación Orientada a Objetosg jModelado del mundo real

Nombres: ObjetosPropiedades de objetos

Adjetivos: Valores de las propiedades

Verbos: Comportamiento de los objetos

“El coche tiene color rojo y se mueve”“El d t ti l t d t ”

17“El documento tiene letra grande y se muestra”

Lenguajes de POOLenguajes de POO

C l íCronología: Fortran (1958), LISP (1959), BASIC (1964), Pascal (1969), Prolog (1971), C (1973), Smalltalk-80 (1980), C++ (1986), g ( ), ( ), ( ), ( ),Object Pascal (1988), CLOS (1989), Java (1995).The jounal of object-oriented programming (1988). Journal of Object Technology (2002-) etcObject Technology (2002 ), etc.Muchas conferencias científicas sobre el tema: OOPSLA, ECOOP, etc.

Primeros lenguajes POO:Simula-67

Objeto (datos+métodos) Clase HerenciaObjeto (datos+métodos). Clase. Herencia. Smalltalk-80

Verdadero primer lenguaje de POOC t d d j ( ti ió d ét d )

18

Concepto de paso de mensajes (activación de métodos)

Lenguajes de POO

O i t ió

g jClasificaciones

Orientación: puros (Smalltalk)híbridos (C++)

Tipificación:Tipificación:estática (en tiempo de compilación), Object Pascaldinámica (en tiempo de ejecución), Python

Ligadura:Ligadura:estática (C++)dinámica (Java C++)

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dinámica (Java, C++)

Lenguajes de POOg jParadigmas

Clase-ElementoNinguna clase es objetog j

C++Toda clase es un objetoToda clase es un objeto

Smalltalk, JavaPrototipo-Elemento

Todo objeto puede ser prototipo de otrosTodo objeto puede ser prototipo de otrosAmulet

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Otras Ventajas de POOOtras Ventajas de POO

Mejor mantenimiento.Estructuras más reales de la informaciónEstructuras más reales de la información.Escalabilidad.Adaptabilidad.Más apropriada para aplicacionesMás apropriada para aplicaciones dirigidas por eventos.

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Inconvenientes de POOInconvenientes de POO

Necesidades de estandarización:Notación de Modelado (OMG, Object ( , j

Management Group).Lenguajes de Programación.Lenguajes de Programación.

Coste de conversión de software legado

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IndiceIndice

Ci l d Vid C lid d d l S ftCiclo de Vida y Calidad del Software.Paradigmas de Programación.Programación Orientada a ObjetosProgramación Orientada a Objetos.

Conceptos de Programación Orientada Obj ta Objetos.

Clases y ObjetosEncapsulamiento.Herencia.Polimorfismo.Frameworks y Notaciones

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Frameworks y Notaciones.

Conceptos de POOConceptos de POO

Conceptos principales:Clase.

Similar al concepto de estructura en Pascal.Además de datos (atributos), se añaden funciones( ),(métodos) que operan sobre esos datos.Estructuración (herencia).

Objeto (una instancia de una clase)Jerarquía de herencia entre clases.Jerarquía de herencia entre clases.

Herencia de atributos y métodos.

24

Conceptos de POOConceptos de POO

Objetos: objeto=datos+métodosjmiembros de un objeto (o clase):

datos (atributos)datos (atributos)métodos

identificador del objetoidentificador del objeto nombre de variable

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Conceptos de POO

Clase: Robot

pEjemplo

Clase: RobotDatos: x (entero), y (entero)Métodos:Métodos:

• void avanzar (entero, entero)• entero posicionX ()

entero posicionY ()• entero posicionY ()• void avanzar (entero)• Constructores:

R b t ( t t )Robot (entero, entero)Robot (entero)

Instanciación: • objeto “robot1” (Robot)• robot1 = Robot(1,2)

Datos de clase:26

Datos de clase:• numeroRobots (entero)

Creación y Destrucción de ObjetosCreación y Destrucción de ObjetosEquivalencia de conceptos con programaciónEquivalencia de conceptos con programación clásica:

Tipo ClaseTipo ClaseDato ObjetoVariable: existe en ambos tipos de programaciónp p g

Creación (uso de constructor):Ejemplo:Ejemplo:

robot1 = Robot(1,2) robot2 = Robot(3)DestrucciónDestrucción

Automática (Java, Garbage collection)Explícita (montón) o automática (pila) (C++).

27

p ( ) (p ) ( )Destructores.

EncapsulamientoEncapsulamientoMiembros privados y públicosInterfaz pública de una clase (miembros públicos, datos y métodos)

Se pueden invocar desde fuera de la claseEjemplo (clase Robot)Ejemplo (clase Robot)

Datos: • privado x (entero)• privado y (entero)

Métodos: • público void avanzar (entero entero)público void avanzar (entero, entero)• público entero posicionX ()• público entero posicionY ()• público void avanzar (entero)

Constructores: • público Robot (entero entero)

28

público Robot (entero, entero)• público Robot (entero)

Encapsulamiento

clase: Robot

pRepresentación

clase: RobotDatos

x

Mét d

xy

MétodosRobot (entero, entero)

void avanzar (entero, entero)Robot (entero)

void avanzar (entero)entero posicionY ()

29entero posicionX ()

Ejecución de MétodosEjecución de Métodos

U ét d d fi i ió dUn método es una definición de una función.

Se dice que un método se ejecuta cuando el objeto recibe un mensaje de ejecución del

ét dmétodo.Puede acceder a otros miembros de la clase.

Ejemplo:Objeto robot1 (Robot)j ( )robot1=Robot(3,2)robot1.avanzar(1,2)

30

( , )

HerenciaHerencia

Representa el concepto de “ser un tipo especial de” o “ser un/a”.pSe establece mediante la definición de subclases que dan lugar a una jerarquíasubclases, que dan lugar a una jerarquía de clases.Las subclases hijas heredan los datos y métodos de las clases padre.métodos de las clases padre.

31

Herencia

Clase: RobotConFrontera

Ejemplo

Clase: RobotConFronteraClase padre: RobotDatos:

privado limX (entero)privado limY (entero)

Métodos:Métodos: void avanzar (entero, entero)void avanzar (entero)C t tConstructores:

• RobotConFrontera (entero, entero, entero, entero)

• RobotConFrontera (entero, entero, entero)Instanciación:

objeto “robot4” (RobotConFrontera)32

j ( )robot4 = RobotConFrontera(1,2,0,0)

HerenciaHerencia

La definición en RobotConFrontera de: void avanzar (entero, entero)( , )void avanzar (entero)

es un “overriding” (especialización redefiniciónes un overriding (especialización, redefinición, etc) de los métodos ya definidos en la clase RobotRobot

33

HerenciaTipos

Herencia simple:Figura, Círculo, Rectángulo, Cuadrado, Triángulo

Herencia múltiple:Persona Profesor Investigador ProfesorUniversitarioPersona, Profesor, Investigador, ProfesorUniversitarioProblemas de ambigüedad

34

EjemploEjemploFigura

dib j ()+dibujar()+rotar(grad)

Circuloradio: real

Rectangulo-alto: real

Triangulo-tam1: real-radio: real -alto: real

-ancho: real+Circulo(r)+dibujar()+rotar(grad)

+Rectangulo(alto, ancho)+dibujar()

t ( d)

tam1: real-tam2: real-tam3: real+Triangulo(t1, t2, t3)

dib j ()(g ) +rotar(grad) +dibujar()+rotar(grad)

Cuadrado

+Cuadrado(lado)

35

( )

EjemploEjemplo- nombre

Persona

- edad

tit l i

Profesor Investigador

- titulacion - titulacion- centro

ProfesorUniversitario

- categoria

ProfesorUniversitario

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HerenciaClases Abstractas

Clase abstracta:No admite una instancia directa. Ejemplo: clase j pFigura. Sería inválido

• objeto f (Figura)objeto f (Figura)• f=Figura(....)

í í álidaunque sí sería válido• objeto f (Figura)• f=Cuadrado(3)

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PolimorfismoPolimorfismo

Sobrecarga (overloading) de un método:En una clase, el mismo nombre de método ,definido de modos distintos

Ejemplo: el método “avanzar” estáEjemplo: el método avanzar está sobrecargado en la clase Robot

38

Polimorfismo

En la programación convencional también existe

Polimorfismo

En la programación convencional, también existe “overloading”:

Ejemplo: Pascalj pprintln(“aldfkja”)println(34)

“O l di ” “O idi ” d li fi“Overloading” y “Overriding” son casos de polimorfismo:El mismo método definido de modos distintos

Ligadura dinámica:Ligadura dinámica: objeto r (Robot)r=RobotConFrontera(2,3,0,0)Al ejecutar r.avanzar(3), ¿qué definición se aplica?

• la de Robot (ligadura estática)• la de RobotConFrontera (ligad dinámica)

39

• la de RobotConFrontera (ligad. dinámica)

FrameworksFrameworks

Conjunto de clases que se coordinan para realizar una funciónPara construir una aplicación hay que subclasificarlas.Ejemplo:

MFC (C++).MFC (C ).AWT, Swing (Java).

El “main” usualmente incluido en el FrameworkEl main usualmente incluido en el FrameworkDiagramas de clases

N id d d tá d d t ió áfi40

Necesidad de un estándar de representación gráfica

UMLUMLDiagramas de Estructurag

Diagramas de clase (condensación gráfica de estructuras de clases y relaciones entre objetos y clases)

Diagramas de Comportamiento.g p

41