Programación Orientada a Objetos

Programación Orientada a Objetos
INTRODUCCIÓN Y CONCEPTOS

Profesora Tanya Recalde Estudios Trabajo
Ingeniera en Sistemas Computacionales (U. Católica de Guayaquil 2003) Master en Ciencias de la Computación Aplicada (VUB 2002) Trabajo Profesora del ECOTEC

Estudiantes Entrevista Cruzada ¿Quién es? ¿En que trabaja?
Origen de su Nombre

El Curso Programación Orientada a Objetos
Semana 1: 29 Agosto - 02 de Septiembre Semana 2: 05 – 09 de Septiembre Semana 3: 12 – 16 de Septiembre Semana 4: 19 – 23 de Septiembre Semana 5: 26 – 30 de Septiembre Semana 6: 03 – 07 de Octubre Semana 7: 10 – 14 de Octubre

El Curso ¿Qué quisiera aprender a hacer en este curso? (Expectativas)

El Curso Objetivo General
Analizar, Diseñar e Implementar Sistemas Computacionales utilizando el Paradigma de la Orientación a Objetos a través del conocimiento de su sustentación teórica y de la resolución de ejemplos prácticos en el área de sistemas de control.

Las Reglas Asistencia: La asistencia es obligatoria
Se toma lista a los 15 minutos de empezada al hora. Se puede ingresar a la clase más tarde, pero no se marca la asistencia

Las Reglas Evaluación: Exámenes parciales
Los viernes de cada dos semanas: 50 puntos Proyecto: 30 puntos Actividades de Clase: 20 puntos Sustentación de Proyecto (12 y 13 de Octubre) Exposición (individual): 50 puntos Recursos Multimedia: 20 puntos Documentación escrita y CD: 30

Las Reglas Sitio Web Estarán disponibles en un sitio web de la materia en E-Thalent En este sitio se encontrará información referente a la materia (diapositivas, programa, ejemplos, enlaces, etc)

Las Reglas Trabajos en Grupo Proyectos
Durante las sesiones de clase se realizarán pequeños talleres para la resolución de problemas sobre los temas aprendidos Proyectos Se realizarán un proyecto que englobe todo lo aprendido en la materia.

Introducción a Orientación a Objetos

Paradigma Procedimental
El paradigma procedimental ve a un sistema de computo como un “procesador de datos” Los datos ingresan al programa y se van transformando al pasar por una serie de funciones

Sistema de Rol de Pagos: Obtener la lista de empleados Obtener el registro de horas de trabajo Obtener las tablas de remuneración y descuentos Para cada empleado: Calcular la cantidad a pagar Calcular las retenciones e impuestos Calcular la paga neta Preparar el cheque Anotar el cheque en el sistema de contabilidad Enviar el cheque al empleado Devolver todos los documentos a su respectivo lugar

Esas operaciones pueden llevarse a cabo con un computador Los pasos necesarios para llegar a cabo una tarea se conocen como “proceso” Cada uno de los pasos se conoce como “procedimiento”

¿Cuales serían los procedimientos para el programa de rol de pagos?

¿Cuales serían los procedimientos para el programa de rol de pagos? Abrir base de Datos Calcular Cantidad a Pagar Calcular Sueldo Calcular Retenciones Imprimir Cheques Actualizar Base de Datos Cerrar Base de Datos

Cada procedimiento recibe datos de entrada, los procesa y luego los transmite a otro procedimiento y finalmente a un humano. Los datos son dados a los procedimientos de una manera similar a la que la materia prima es alimentada una línea de ensamblaje.

El diseñador trata de descomponer los problemas en pequeños procedimientos que siendo ejecutados en el orden correcto hacen que el sistema llegue a una respuesta. Esto funciona muy bien para problemas pequeños. ¿Pero que pasa con sistemas grandes y donde lo que gobierna al sistema no son los datos sino los eventos?

Ejemplos de este tipo de problema son los sistemas interactivos En ellos el flujo del programa ya no es lineal, sino que dependerá de la respuesta del usuario El orden en que los procedimientos son llamados no se conoce de antemano

Construcción de una casa para “fido”
Puede hacerlo una sola persona Requiere: Modelado mínimo Proceso simple Herramientas simples Extraída desde la presentación “Software Architecture and UML” de Grady Booch (Rational Software).

Construcción de una casa
Extraída desde la presentación “Software Architecture and UML” de Grady Booch (Rational Software). Construida eficientemente y en un tiempo razonable por un equipo Requiere: Modelado Proceso bien definido Herramientas más sofisticadas

Construcción de un rascacielos
Extraída desde la presentación “Software Architecture and UML” de Grady Booch (Rational Software). Obviamente el debe ser el contexto de desarrollo (envergadura del proyecto) el que determine la configuración adecuada del proceso y los recursos necesarios. Existen propuestas radicales que promueven un proceso/modelado más “ligth”, tales como: Extreme Programming (Kent Beck) y Agile Modeling (Scott Ambler). Sin embargo, en muchos proyectos es difícil eludir un proceso y modelado más rigurosos, debido por ejemplo a relaciones contractuales, envergadura del proyecto en tiempo y participantes, etc. Una lectura interesante: Extreme Programming in the Quick-change Era 'Beware of the religion of the code-generating modeling tool.‘by Alexandra Weber Morales About 30 years ago, Barry Boehm theorized that the cost of software change increased exponentially over time; that is, if an error caught in requirements gathering cost $1, an error caught during deployment would cost $1000. "What if," said Robert Martin, a former preacher who now uses his persuasive speaking skills to promote Smalltalk guru Kent Beck's Extreme Programming (XP) methodology, "you took a moment to suspend disbelief and considered that--due to today's technology--the cost of change is essentially flat. When costs don't change over time, up-front speculative work is a liability. Ambiguity and volatility are reasons to delay." In such a world, Martin told a packed room at the UML World conference in New York city on June 14, developers need a process that exploits a flat change/cost curve?and XP is that process. The five-year-old methodology values communication (but not on paper), simplicity, feedback and courage. It's designed for small to medium-sized teams of no more than 12 people who work in a common area, integrate and test their code constantly, pair program on single computers and use whiteboards hung on the periphery to hash out designs. Source code is the preferred archival medium, and cards containing "user stories"(requirements written by customers) and tasks are the "high-density storage mechanism," according to Martin, who runs a training firm called Object Mentor out of Green Oaks, IL. "Where does modeling fit in?“ asked an audience member, reminding Martin that his talk, at this point nearly over, had promised to describe the interaction between the UML and XP. "Paper and pencil or whiteboards are the best CASE tools I know of. In Kent's case, he uses CRC cards, not the UML," said Martin. "But whether it's Booch notation or UML, you do the highest-level map you can, but you don't do all your design up front. Remember, in XP it's not an archival resource, it's a communication device. The only archive I want is the code and a few poignant, incisive documents explaining why I made certain decisions." Does this mean that ever more sophisticated modeling tools have no place in XP? Not exactly, said Martin. "If a code-generating tool works for you, use it. After all, that's what a compiler does. But beware of the religion of modeling tools that spit out executable prototypes. Sometimes getting the code from the tool is more time-consuming than writing it yourself."

Paradigma Orientado a Objetos
En el paradigma orientado a objetos, el diseñador trata de resolver un problema modelando los diferentes objetos presentes y sus diferentes interacciones En este paradigma los datos no son algo externo al programa, sino que está embebido dentro de los “objetos”

El paradigma orientado a objetos permite al programador concentrarse en el la solución al problema y no en cómo implementarla en un computador Brinda tres claras ventajas sobre el paradigma procedimental: Fácil Mantenimiento Reusable Escalable

¿Por qué la POO es Popular?
Similaridad con la forma de pensar acerca de los problemas en la vida real Es muy escalable, desde problemas triviales hasta sistemas muy complejos El uso de librerías permite el desarrollo de aplicaciones en muchos campos natural reuso

Lenguajes y Pensamiento
Una teoría muy aceptada entre los lingüistas asevera que el lenguaje que hablamos influencia directamente la manera en la cual vemos el mundo y expresamos nuestros pensamientos. Los esquimales son un ejemplo, su idioma tienes muchas palabras para describir los diversos tipos de nieve. Es muy fácil expresar situaciones complejas relacionadas con nieve en ese lenguaje que en un lenguaje menos adaptado para eso. Esto se aplica tanto a lenguajes naturales como a lenguajes computacionales.

Lenguajes de Programación y Solución de Problemas
Ejemplo: análisis de una secuencia de DNA Las secuencias de DNA es representada como un vector de valores enteros: ACTCGGATCTTGCATTTCGGCAATTGG….. Encontrar si un patrón de largo M (donde M es pequeño y fijo) esta repetido en una secuencia de DNA de longitud N (siendo N muy muy largo)

Solución en Fortran DO 10 I = 1, N-M DO 10 J = 1, N-M FOUND= .TRUE.
DO 20 K = 1, M IF X[I+K-1] .NE. X[J+K-1] THEN FOUND = .FALSE. IF FOUND THEN ….

Solución en APL ACTCCTCGATCCATTTCGGCAATTGG….
Reorganizar en una matriz N x M Ordenar la matriz por columnas Buscar filas adyacentes iguales ACTCCTC ACTCCTC CTCCTCG CCTCGAT TCCTCGA CGATCCA CCTCGAT CTCCTCG CTCGATC CTCGATC TCGATCC TCCTCGA CGATCCA TCGATCC

Comparación de las 2 Soluciones
Los programadores de Fortran (procedimentales) piensan en términos de lazos. La solución en Fortran es extremadamente lenta O(M x N2) El programador de APL (funcional) piensa en términos de manipulación de secuencias, el ordenamiento es algo interno del lenguaje y los lazos no existen. La solución en APL es mas rápida O(M x NlogN) a pesar de que APL no es un lenguaje más eficiente que Fortran

Conjetura de Church e Hipótesis de Safir-Worf
Hipótesis Safir-Worf: afirma que un individuo utilizando un lenguaje dado puede tener ideas o pensamientos que no pueden ser traducidas o entendidas por un individuo que usa otro lenguaje. Conjetura de Church: cualquier programa puede ser escrito por una máquina de Turing, o sea que cualquier programa puede ser escrito en cualquier lenguaje de programación. Si bien Church demuestra su conjetura, un nuevo lenguaje puede no ofrecer mayor poder de computo pero puede proveer una manera más fácil o natural para resolver cierto tipos de problemas.

Soluciones OO y Lenguajes OO
El uso efectivo de los principios de la orientación a objetos requiere que el programador vea el mundo de una manera diferente El uso de un lenguaje orientado a objetos simplifica el desarrollo de soluciones orientadas a objetos. El uso de un lenguaje orientado a objetos no convierte al individuo en un programador orientado a objetos. “programas de Fortran pueden ser escritos en cualquier lenguaje”

Programación OO Vista Macro: Vista Micro:
La programación orientada a objetos trata sobre el desarrollo de software utilizando un paradigma que descompone el problema en objetos independientes Vista Micro: La programación orientada a objetos es utilizar un lenguaje orientado a objetos para implementar soluciones de software

Vista Macro Análisis y Diseño Orientado a Objetos (UML) Reuso
Diseño basado en Patrones Marcos de Trabajo (Frameworks) Componentes

Vista Micro Clases y Objetos Mensajes y Métodos
Jerarquía de Clases y Herencia Encapsulación y Ocultamiento de Información Unión de Métodos y Polimorfismo Lenguajes

¿Un nuevo paradigma? Paradigma = conjunto de teorías, estándares y métodos que juntos representan maneras de organizar el conocimiento y ver el mundo. En la ciencia una revolución ocurre cuando un paradigma viejo es reexaminado, rechazado y remplazado por uno nuevo Paradigma de Programación = una manera de conceptuar que significa computar y como estructurar y organizar las tareas que deben ser llevadas a cabo por una computadora

Para entender POO necesitamos comprender los siguientes conceptos: Objeto Clase Y los siguientes principios Encapsulación Paso de Mensajes Herencia Polimorfismo

POO: Una nueva manera de ver el mundo
“ Juan quiere mandar flores a su amiga Ana que vive en otra ciudad. Debido a la distancia Juan no puede llevar las flores directamente a Ana. Juan acude a Pedro, un florista local, y le da el número y tipo de flores que quiere enviarle a Ana y su dirección. Juan puede estar seguro que las flores serán entregadas a Ana. ”

Agentes, Responsabilidad, Mensajes y Métodos
Juan encuentra un agente apropiado (Pedro) Y le envía un mensaje que contiene una petición. Es la responsabilidad de Pedro el satisfacer esa petición. Existe algún método (conjunto de operaciones) usadas por Pedro para entregar las flores. Juan no necesita conocer el método particular que Pedro utilizará, esa información esta oculta.

POO: el Principio General
Un programa orientado a objetos esta estructurado como una comunidad de agentes que interactúan entre si llamados objetos. Las acciones son iniciadas por la transmisión de mensajes a un agente (un objeto). El mensaje codifica un requerimiento de acción y es acompañado por información adicional (argumentos) necesaria para llevar a cabo el requerimiento. El receptor es el agente al cual el mensajes es enviado. Si el receptor acepta el mensaje, acepta la responsabilidad de llevar a cabo la acción solicitada. En respuesta a un mensajes el receptor ejecutará algún método para satisfacer el requerimiento.

Objeto ¿Qué es un objeto?
Así como los procedimientos son la base para construir programas estructurados, los objetos son usados para construir programas orientados a objetos Un programa orientado a objetos es una colección de objetos que están organizados para, y cooperan para, lograr un objetivo.

Objeto Cada objeto: Contiene datos: Los datos guardan información que describe el estado del objeto. Tiene un conjunto de comportamientos: Estos comportamientos son cosas que el objeto sabe como hacer y que son disparadas por mensajes enviados al objeto. Tiene identidad individual: Esto hace posible distinguir un objeto de otro así como es posible distinguir una variable de otra

Objeto Objeto empleado: Datos: Comportamiento: Empleado # 03123
Nombre: Juan Perez Horas que trabaja a la semana: 40 Afiliado al seguro: si Comportamiento: Calcular Sueldo Calcular Retenciones Cambiar horario de trabajo

Objeto Un objeto es una abstracción de una entidad del mundo real.
Los datos de un objeto son conocidos como los atributos Los comportamientos de un objeto son conocidos como métodos.

Enviar Mensajes vs. Llamadas a Procedimientos
Un mensaje tiene un receptor designado (algún objeto) La interpretación del mensaje, ej.: el método usado en respuesta a un mensaje es determinado por el receptor y pude variar entre diferentes receptores. Muy frecuentemente el receptor real no es conocido sino hasta tiempo de ejecución. A esto se lo conoce como unión tardía o dinámica entre un mensaje y el fragmento de código (método) utilizado para responder al mensaje.

Responsabilidad y Abstracción
Analizar un problema en términos de responsabilidades incrementa el nivel de abstracción y permite una mayor independencia entre agentes. La conjunto completo de responsabilidades asociadas con un objeto se describes con el término protocolo o interfaz. Un receptor acepta la responsabilidad de responder a un mensaje. El que envía no necesita conocer los detalles de método usado. Esta es una forma estándar y poderosa de abstracción conocida como ocultamiento de información.

Paso de Mensajes Es la manera en que un objeto se comunica con otro El método de un objeto pude llamar a un método público de otro objeto Por ejemplo el objeto “conductor” puede enviar el mensaje “acelerar” al objeto “automovil”

Paso de Mensajes Objeto B Objeto A Metodo Datos Metodo Datos

Encapsulación Encapsulación es el proceso de empaquetar los objetos, de tal manera que cada uno tenga dos partes, la interfaz y la implementación La interfaz es la parte pública de un objeto (la que todos pueden ver) La implementación es la parte privada de un objeto (la que solo conoce el programador)

Encapsulación Este no es un concepto original de POO. ¿Podemos encontrar ejemplos del mundo real donde se utilice la encapsulación? La encapsulación hace que el mantenimiento de mi programa sea mucho más sencillo.

Clases e Instancias A pesar de que Juan no conoce a Pedro muy bien, el tiene una idea aproximada de como tratar y que pedir a Pedro. Juan es capaz de hacer ciertas asunciones basado en su experiencia previa con otros floristas. El espera que Pedro, siendo una instancia de la categoría de floristas, se ajuste a ese patrón. Todos los objetos son instancias de una clase. El método invocado por un objeto para responder a un mensaje es determinado por su clase. Todos los objetos de una misma clase usan el mismo método para responder al mismo mensaje.

¿Qué es una clase? Las clases son los planos para construir los objetos Lo que se especificamos no son los objetos, sino las clases de que estos se construyen. Las clases especifican que atributos y métodos tendrá un objeto que se fabrique a partir de dicha clase.

Clase Objetos

Objetos bicicletas Abstraídos en Clase Bicicleta Atributos Tamaño de frame Tamaño de llanta Material ... Operaciones Cambio Mover Reparar

Jerarquía de clases y Herencia
Juan tiene más información acerca de Pedro, no necesariamente porque es un florista, sino porque Pedro es un vendedor, un humano, un mamífero, un animal y un objeto material. El principio que afirma que el conocimiento de una categoría más general es también aplicable a una categoría más específica es llamado herencia. Las clases pueden ser organizadas dentro de una estructura jerárquica. Una clase hija (o subclase) hereda los atributos de su clase padre (superclase). Una clase abstracta existe solamente para agrupar subclases.

Categorías de Pedro Objeto Material Animal Mamífero Humano Vendedor
Florista Pedro

Jerarquía de la clase Objeto Material
Animal Planta Mamífero Flores Perro Humano Ornitorrinco Tulipanes Sultán Vendedor Artista Fil Tulipán 1 Tulipán 2 Tulipán 3 Florista Pintor Pedro Luis

Herencia Es un mecanismo para compartir atributos y métodos entre clases. Por la herencia se forman jerarquías de clases (subclases y superclases). Las subclases heredan los atributos y métodos de las superclases Permite la reusabilidad.

Unión de Métodos y Polimorfismo
Si Juan pidiera a María, otra florista, que envíe flores a Ana por su cumpleaños, ella podría usar un método diferente al usado por Pedro. El método que se ejecuta en respuesta a un mensaje depende del receptor del mensaje. Que métodos diferentes se ejecuten en respuesta al mismo mensaje se conoce como polimorfismo.

Polimorfismo Significa que la misma operación puede comportarse diferente en clases distintas. Esto es, objetos de diferentes clases pueden responder diferente ante el mismo mensaje

Polimorfismo Atributo: Método: Atributos: Métodos: area
ObtenerArea Figura Geométrica rectángulo círculo Atributos: radio ancho Métodos: CrearCirculo ObtenerArea Atributos: longitud ancho Métodos: CrearRectangulo ObtenerArea

Unión de Métodos, Sobrescritura y Excepciones
Fil es un ornitorrinco y por lo tanto un mamífero. Los Mamíferos dan a luz crías vivas, pero Fil no, ella pone huevos. Esta es una excepción a una regla general. La información contenida en una subclase pude sobrescribir a la información heredada de una clase padre. La búsqueda de un método en respuesta a un mensaje comienza en la clase del receptor y continua hacia arriba hacia la clase de su padre. Cuando un método con el mismo nombre esta disponible en una clase más alta en la jerarquía, se dice que el método esta sobrescrito.

POO y como evitar la asignación infinita
“ En vez de procesadores procesando estructuras de datos, ahora tenemos un universo de objetos bien comportados que se preguntan cortesmente unos a otros para llevar a cabo sus diferentes deseos.” En algún punto algún objeto debe llevar a cabo algún trabajo en vez de solamente pasar requerimientos a otros. Lenguajes mixtos (C++, CLOS) escriben estos métodos utilizando su lenguaje base. Lenguajes OO puros (Smalltalk, Java) tienen operaciones primitivas o nativas.

Resumen (por Alan Kay) Todo es un objeto
El computo es llevado a cabo por objetos comunicándose entre ellos, pidiendo a los otros realizar una acción. Los objetos se comunican enviando y recibiendo mensajes. Un mensaje es una petición de una acción junto con cualquier argumento necesario para completar la tarea. Cada objeto tiene su propia memoria que consiste de otros objetos.

Resumen (cont) Cada objeto es una instancia de una clase. Una clase representa un agrupamiento de objetos similares. La clase es un repositorio del comportamiento asociado con un objeto. Esto es, todos los objetos que son instancias de la misma clase llevan a cabo las mismas acciones. Las clases están organizadas en una estructura de árbol llamada de herencia jerárquica. La memoria y el comportamiento asociadas con una clase son automáticamente disponibles para clases que son sus descendientes.

Manejando la Complejidad
La complejidad de los proyectos de programación es no lineal Dos programadores no pueden hacer en un mes lo que uno puede hacer en 2 meses. Añadir más programadores a un proyecto generalmente alarga, no acorta, el cronograma. La interconexión, la dependencia de una porción de código de otra porción de código es responsable de este fenómeno. Los mecanismo de abstracción tratan de manejar esto. Las técnicas orientadas a objetos ofrecen son una avance en esta dirección.

Abstracción Los mecanismos de abstracción son técnicas para crear, entender y administrar sistemas complejos. La abstracción es la supresión u ocultamiento de ciertos detalles de un proceso o artefacto para mostrar más claramente otros aspectos, detalles o estructuras. A través de la abstracción uno construye un modelo del sistema real.

Capas de abstracción en la POO
En el nivel más alto, un programa es visto como una comunidad de objetos cooperativos. Cada objeto en esta comunidad provee servicios que pueden ser usados por otros miembros. A este nivel las características importantes son los servicios proporcionados por cada objeto y las líneas de cooperación y comunicación entre ellos. El siguiente nivel de abstracción permite que grupos de objetos que trabajan juntos puedan ser agrupados en una unidad (paquetes, name spaces, unidades) permitiendo que algunos nombres sean expuestos al mundo exterior a la unidad, mientras otros permanecen ocultos.

Capas de abstracción en la POO
Los siguientes 2 niveles de abstracción manejan la interacción entre 2 objetos individuales, donde uno (el cliente) usa los servicios de otro (el servidor) El servidor anuncia los servicios que pude proveer a los clientes a través de una interfaz, el cliente utiliza esta interfaz. El servidor provee una implementación concreta para esta interfaz. El último nivel de abstracción considera una tarea en aislamiento. Ej.: los pasos seguidos para implementar un método.

Mecanismos de Abstracción en los Lenguajes
Procedimientos y Funciones (centrado en funciones) + ocultamiento de información por el detalle del comportamiento Ocultamiento de información por el detalle de los datos encapsulasión Módulos y Paquetes (centrado en datos) + ocultamiento de información + encapsulasión - La instanciación no es siempre soportada Tipo de Datos Abstractos + separa la interfase de la implementación

Mecanismos de Abstracción en Lenguajes OO
Las clases son Tipos de Datos Abstractos centrados en servicios El paso de mensajes y la unión de métodos tienen como consecuencia el polimorfismo que lleva a un código más legible. Las Jerarquías de Clases y la Herencia llevan a la compartición de código, lo que resulta en aumento de la funcionalidad y reducción del tamaño del código. La herencia y el polimorfismo ayudan al trabajo con el código compartido.

Desarrollo de Software Orientado a Objetos
El desarrollo de software orientado objeto NO trata sobre la sintaxis de lenguajes de programación. El desarrollo de software orientado a objetos trata sobre las técnicas de diseño basadas en la determinación y delegación de responsabilidades. Responsabilidad implica no-interferencia, corta o reduce los enlaces entre diferentes objetos que dependen en detalles de su implementación. Va más allá del ocultamiento de información y la encapsulación cuando trata de la programación de sistemas grandes.

Programando lo pequeño vs. Programando lo grande
Código desarrollado por un solo programador o por un grupo pequeño de programadores. Cada individuo entiende todos los aspectos del proyecto. El esfuerzo principal es diseñar y desarrollar algoritmos para tratar con el problema El sistema de desarrollado por un equipo numeroso. Ningún individuo es responsable por el problema total o entiendo todos sus aspectos. El esfuerzo principal es la administración de los detalles y de la comunicación entre las diferentes porciones del proyecto.

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