Programación Orientada a Objetos

Programación Orientada a Objetos
La programación orientada a objetos brinda un principio, una metodología y herramientas que apoyan al proceso de desarrollo de software en todas sus etapas. Las principales herramientas son el lenguaje de modelado y el lenguaje de programación. El principal objetivo de la programación orientada a objetos es favorecer la calidad y la productividad. El mecanismo de abstracción sigue siendo dividir el problema en subproblemas para reducir la complejidad. La metodología nos indica cómo dividir. Introducción a la Programación Orientada a Objetos

Calidad de Software La calidad de un producto de software puede definirse como su capacidad para satisfacer los requisitos establecidos durante el desarrollo de requerimientos. La calidad puede medirse de acuerdo a distintos factores. Algunos de estos factores son percibidos por el usuario o cliente. Otros factores son transparentes para el usuario o cliente, aunque por supuesto lo afectan indirectamente. Introducción a la Programación Orientada a Objetos

Calidad de Software Correctitud
Un producto de software correcto actúa de acuerdo a los requerimientos especificados. Eficiencia Un producto de software es eficiente si tiene una baja demanda de recursos de hardware, en particular tiempo de CPU, espacio de memoria y ancho de banda. Ejemplo de poco eficiente public boolean tieneDigito (int numero, int digito){ //Se asume numero > 0 boolean tiene = false; int cant = contarDigitos (numero) for (int i= 1;i <=cont; i++){ if (numero % 10 == digito) tiene = true; numero = numero / 10; } returno tiene; while (numero > 0 ) { tiene = (numero % 10 == digito); Portabilidad Un producto de software es portable si puede ejecutarse sobre diferentes plataforma de hardware y de software. Introducción a la Programación Orientada a Objetos

Calidad de Software Simplicidad
Un producto de software es simple si es fácil de usar, su interfaz es amigable y no requiere demasiado entrenamiento ni capacitación. Robustez Un producto de software es robusto se reacciona adecuadamente aun en circunstancias no especificadas en los requerimientos.

Productividad de Software
Extensibilidad Un producto de software es extensible si es fácil adaptarlo a cambios en la especificación de requerimientos. El primer requerimiento para la extensibilidad es la legibilidad. Reusabilidad Un módulo de software es reusable si puede utilizarse para la construcción de diferentes aplicaciones. Cuando hablamos de que es fácil de adaptar significa que pueden agregarse nuevos módulos con modificaciones mínimas sobre los anteriores. La verificación está también acotada. Observemos que cuando hablamos de reusabilidad no estamos hablando de la aplicación, sino de los módulos que conforman un sistema. Por ejemplo un módulo que brinde servicios para dibujar figuras geométricas puede ser usados en diferentes aplicaciones. Introducción a la Programación Orientada a Objetos

Lenguajes Orientados a Objetos
Un lenguaje de programación orientado a objetos brinda mecanismos que favorecen la aplicación de la metodología. Uno de los mecanismos debe permitir dividir el programa en módulos. El mecanismo de modularización provisto por la mayoría de los lenguajes de programación orientados a objetos es la clase. Una clase es un módulo de software que puede construirse y verificarse con cierta independencia respecto a los demás.

Estructura de un programa en Java
Un programa va a estar constituido por una colección de clases relacionadas entre sí. Cada clase es una pieza, una componente de la colección de clases que en conjunto van a conformar el programa. Cada clase define un conjunto de miembros que pueden ser: atributos (de clase y de instancia) constructores métodos (comandos y consultas)

En Java una de las clases deben contener un método llamado main() que inicia la ejecución del programa. Esa clase puede crear un objeto de otra clase y enviarle un mensaje. Cuando un objeto recibe un mensaje selecciona un método dentro de su clase y lo ejecuta. Si la programación es secuencial, terminar la ejecución del método el control continúa en la instrucción que sigue al envío del mensaje.

class Control{ public static void main(String a[]){ float p; PresionArterial obj = new PresionArterial (100,60); p = obj.obtenerPresionPulso(); } class PresionArterial{ //Atributos de instancia private float maxima; private float minima; … public float obtenerPresionPulso(){ return maxima-minima; }

Una clase puede pensarse como un PROVEEDOR de servicios. Cada servicio va a ser usado desde una clase CLIENTE. Entre la clase CLIENTE y la clase PROVEEDORA se establece un contrato a través de las responsabilidades que asume cada una. Un mismo problema puede modelarse de maneras diferentes. En cada diseño alternativo la asignación de responsabilidades puede variar.

La interface de una clase
La clase CLIENTE solo conoce la interface de la clase PROVEEDORA. CLIENTE PROVEEDOR DE SERVICIOS interface La programación orientada a objetos propone que la interface de una clase esté constituida únicamente por un conjunto de servicios (constructores y métodos). Los atributos quedan encapsulados.

Encapsulamiento El encapsulamiento es un mecanismo que permite la definición de módulos de software que pueden ser utilizados como “cajas negras”, esto es, sabiendo qué hacen sin saber cómo lo hacen. Esto es, el programador escribe el código de la clase PresionArterial a partir de su especificación y diseño, sin conocer conocer la especificación y diseño del resto del sistema. El programador de la clase que usa a PresionArterial, conoce su interface, pero no la implementación.

Encapsulamiento Así, el encapsulamiento permite esconder los detalles de la implementación de un módulo, de modo que sus clientes sólo conozcan su funcionalidad. Si cambian la implementación de un módulo, en tanto no cambie su funcionalidad, los módulos que lo usan no se verán afectados. Se reducen así las dependencias entre diferentes unidades de software, de modo que estos son más fáciles de leer, verificar y modificar.

Encapsulamiento Modificadores de Acceso
En Java los modificadores de acceso determinan el nivel de encapsulamiento. Un miembro que se declara privado sólo puede ser usado dentro de la misma clase. Si un miembro se define como público es visible desde el exterior de la clase. Declararemos como privados los atributos. Declararemos como públicos los métodos que estén especificados en el diagrama de clases. Los métodos auxiliares los definiremos como privados. Introducción a la Programación Orientada a Objetos

Caso de Estudio: Presión Arterial
La presión arterial es la fuerza de presión ejercida por la sangre circulante sobre las arterias y constituye uno de los principales signos vitales de un paciente. Se mide por medio de un esfigmomanómetro, que usa la altura de una columna de mercurio para reflejar la presión de circulación. Los valores de la presión sanguínea se expresan en kilopascales (kPa) o en milímetros del mercurio (mmHg). Para convertir de milímetro de mercurio a kilopascales el valor se multiplica por 0,13.

La presión sistólica se define como el máximo de la curva de presión en las arterias y ocurre cerca del principio del ciclo cardíaco durante la sístole o contracción ventricular; la presión diastólica es el valor mínimo de la curva de presión en la fase de diástole o relajación ventricular del ciclo cardíaco. La presión de pulso refleja la diferencia entre las presiones máxima y mínima medidas. Estas medidas de presión no son estáticas, experimentan variaciones naturales entre un latido del corazón a otro y a través del día y tienen grandes variaciones de un individuo a otro.

La hipertensión se refiere a la presión sanguínea que es anormalmente alta, y se puede establecer un umbral para la máxima y otro para la mínima que permitan considerar una situación de alarma.

Alternativa 1 PresionArterial <<atributos de clase>> umbralMax,umbralMin :real <<atributos de instancia>> maxima,minima :real <<Constructores>> PresionArterial(ma,mi:real) <<Consultas>> obtenerUmbralMax():real obtenerUmbralMin():real obtenerMaximaMM():real obtenerMinimaMM():real obtenerMaximaHP():real obtenerMinimaHP().real obtenerPresionPulso():real alarmaHipertension():boolean requiere ma > mi PresionPulso: máxima-mínima alarmaHipertensión: maxima>umbralMax o minima>umbralMin Requiere máxima > mínima y ambos mayores a 0. Los valores están expresados en milímetros de mercurio.

Alternativa 1 class PresionArterial { } /*Valores representados el milímetros de mercurio*/ //Atributos de clase private static final float umbralMax=120; private static final float umbralMin=80; //Atributos de instancia private float maxima; private float minima; //Constructor public PresionArterial(float ma,float mi){ //Requiere ma > mi maxima = ma; minima = mi; }

Alternativa 1 class PresionArterial { … } //Consultas public float obtenerMaximaMM(){ return maxima; } public float obtenerMinimaMM(){ return minima; } public double obtenerMaximaHP(){ //Convierte a hectopascales return maxima*0.13; } public double obtenerMinimaHP(){ //Convierte a hectopascales return minima*0.13; }

Alternativa 2 PresionArterial <<atributos de clase>> umbralMax,umbralMin :real <<atributos de instancia>> maxima,minima :real <<Constructores>> PresionArterial(ma,mi:real) <<Consultas>> obtenerUmbralMax():real obtenerUmbralMin():real obtenerMaximaMM():real obtenerMinimaMM():real obtenerMaximaHP():real obtenerMinimaHP().real obtenerPresionPulso():real alarmaHipertension():boolean requiere ma > mi PresionPulso: máxima-mínima alarmaHipertensión: maxima>umbralMax o minima>umbralMin Requiere máxima > mínima y ambos mayores a 0. Los valores están expresados en hectopascales.

Alternativa 2 class PresionArterial { } /*Valores representados en hectopascales*/ //Atributos de clase private static final float umbralMax=15.6; private static final float umbralMin=10.4; //Atributos de instancia private float maxima; private float minima; //Constructor public PresionArterial(float ma,float mi){ //Requiere ma > mi maxima = ma; minima = mi; }

Alternativa 2 class PresionArterial { … } //Consultas public float obtenerMaximaMM(){ //Convierte a milímetros de mercurio return maxima/0.13; } public float obtenerMinimaMM(){ //Convierte a milímetros de mercurio return minima/0.13; } public double obtenerMaximaHP(){ return maxima; } public double obtenerMinimaHP(){ return minima; }

La clase tester class testPresion { public static void main (String a[]){ PresionArterial mDia; PresionArterial mNoche; mDia = new PresionArterial (115,60); mNoche = new PresionArterial (110,62); float max1 = mDia.obtenerMaximaHP(); float max2 = mNoche.obtenerMaximaHP(); System.out.println ("Maxima de la mañana "+max1); System.out.println ("Maxima de la noche "+max2); } La clase Cliente necesita saber conocer las unidades en el momento que crea el objeto.

La clase tester La ejecución del programa va a comenzar con la ejecución del método main. Las instrucciones: PresionArterial mDia; PresionArterial mNoche; Declaran dos variables de clase PresionArterial mDia = new PresionArterial (115,60); mNoche = new PresionArterial (110,62); Crean dos objetos de clase PresionArterial

La clase tester La instrucción: float max1 = mDia.obtenerMaximaHP(); envía el mensaje obtenerMaximaHP() al objeto ligado a la variable mDia. El mensaje provoca la ejecución del método provisto por la clase y retorna un valor de tipo float que se asigna a la variable max1.

Objetos y Referencias La declaración: PresionArterial mDia; Puede graficarse a través de un diagrama de objetos: mDia El valor de una variable mDia es una referencia nula.

Objetos y Referencias La creación de un objeto: mDia = new PresionArterial(95,60); Puede graficarse como: :PresionArterial maxima = 95 minima =60 mDia //Constructor public PresionArterial(float ma,float mi){ //Requiere ma > mi maxima = ma; minima = mi; }

Objetos y Referencias Una variable declarada de una clase mantiene una referencia al estado interno de un objeto de su clase. La estructura de este bloque de memoria, esto es, la estructura del estado interno, depende de las variables de instancia. En este ejemplo la variable mDia mantiene una referencia a un objeto de clase PresionArterial. El estado interno del objeto ligado a la variable mDia está formado por los atributos maxima y minima.

Objetos y Referencias PresionArterial mDia; mDia = new PresionArterial(95,60); Reserva una celda de memoria para la variable mDia Reserva un espacio en memoria para mantener el estado interno un objeto de software de clase PresionArterial Almacena la dirección del objeto de software en la variable mDia. Invoca al constructor e inicializa el estado interno de acuerdo al código del constructor.

Objetos y Referencias Las declaraciones de las variables: PresionArterial mDia,mTarde; PresionArterial mNoche; mDia mTarde mNoche Reserva tres celdas de memoria que mantendrán referencias no ligadas.

Objetos y Referencias La creación de los objetos modifica el diagrama: mDia = new PresionArterial (95,60); mNoche = new PresionArterial (98,61); :PresionArterial maxima = 95 minima =60 mDia mTarde :PresionArterial maxima = 98 minima =61 mNoche

Objetos y Referencias La asignación modifica nuevamente el diagrama: mTarde = mDia; :PresionArterial maxima = 95 minima =60 mDia mTarde :PresionArterial maxima = 98 minima =61 mNoche

Identidad Las mDia y mTarde referencian a un mismo objeto, tienen entonces una misma identidad. :PresionArterial maxima = 95 minima =60 mDia mTarde :PresionArterial maxima = 98 minima =61 mNoche

Identidad e Igualdad El operador relacional aplicado a variables de tipo clase, compara por identidad. :PresionArterial maxima = 95 minima =60 mDia mTarde :PresionArterial maxima = 98 minima =61 mNoche (mTarde == mDia) true

Identidad e Igualdad PresionArterial oDia, oNoche; oDia = new PresionArterial (100,70); oNoche = new PresionArterial (100,70); :PresionArterial maxima = 100 minima = 70 oDia :PresionArterial maxima = 100 minima = 70 oNoche (oDia == oNoche) false

Identidad e Igualdad PresionArterial oDia, oNoche; oDia = new PresionArterial (100,70); oNoche = new PresionArterial (100,70); :PresionArterial maxima = 100 minima = 70 oDia :PresionArterial maxima = 100 minima = 70 oNoche if((oDia.obtenerMinimaMM()==oNoche.obtenerMinimaMM() &&(oDia.obtenerMaximaMM()==oNoche.obtenerMaximaMM()))

Identidad e Igualdad class testPresion { public static void main (String a[]){ int m1,m2,m3,m4; //Lectura de valores … PresionArterial oDia,oNoche; oDia = new PresionArterial (m1,m2); oNoche = new PresionArterial (m3,m4); if((oDia.obtenerMinimaMM()==oNoche.obtenerMinimaMM() &&(oDia.obtenerMaximaMM()==oNoche.obtenerMaximaMM())) System.out.println(“No hay variación”); else System.out.println(“Hay variación”); }

Identidad e Igualdad class testPresion { public static void main (String a[]){ int m1,m2,m3,m4; //Lectura de valores … PresionArterial oDia,oNoche; oDia = new PresionArterial (m1,m2); oNoche = new PresionArterial (m3,m4); if(oDia.equals(oNoche)) System.out.println(“No hay variación”); else System.out.println(“Hay variación”); }

Identidad e Igualdad class PresionArterial { … //Atributos de instancia private float maxima; private float minima; public boolean equals (PresionArterial p){ boolean ig; ig = maxima == p.obtenerMaximaMM() && minima == p.obtenerMinimaMM(); return ig; }

Identidad e Igualdad class PresionArterial { … //Atributos de instancia private float maxima; private float minima; public boolean equals (PresionArterial p){ return maxima == p.obtenerMaximaMM() && minima == p.obtenerMinimaMM(); }

Administración de Memoria en ejecución
Cuando se declara una variable se establece su nombre, su tipo y su alcance. El tipo determina el conjunto de valores que la variable puede tomar y el conjunto de operaciones en las que puede participar. El alcance determina su tiempo de vida y el segmento del programa en el cual la variable es visible y puede ser usada. El compilador utiliza el tipo y el alcance para realizar chequeos que permiten prevenir algunos errores. En Java una variable puede ser de tipo elemental o de tipo clase.

En ejecución, el valor de una variable de tipo elemental es uno de los valores que corresponde a su tipo. El valor de una variable de tipo clase es una referencia nula o ligada a un objeto. La clase del objeto determina la estructura interna. Cualquiera sea el tipo, los valores de las variables residen en memoria. El programador tiene una visión abstracta de la memoria.

La memoria puede visualizarse como una secuencia de celdas cada una de las cuales tiene asociado una dirección y un contenido. dirección contenido 0000 0001 0010 0011 0100 …

Tanto la dirección como el contenido son secuencias de bits (0 y 1). El contenido de una celda mantiene un valor y también el tipo de ese valor. La misma secuencia de bits va a interpretarse diferente según el tipo. El contenido de una celda puede ser la dirección de otra celda en memoria. Dos celdas pueden coincidir en su contenido, pero no en la dirección. En la memoria residen no sólo los datos sino también las instrucciones.

El programador define variables y expresiones que utilizan estás variables de manera consistente, pero el manejo de memoria es transparente para él. No necesita conocer la representación interna de cada tipo, ni como se administra la memoria. Cuando se crea una variable elemental se reserva espacio en memoria para mantener su valor. Cuando se crea una variable de tipo clase reserva espacio en memoria para mantener una referencia, una dirección a otra celda de memoria. Cuando se crea un objeto se reserva espacio en memoria para mantener el estado interno del objeto.

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