conceptos de de la programación orientada a objetos

Introducción (I)
CONCEPTOS DE POO
• La programación orientada a objetos es un paradigma de
programación que utiliza objetos que se comunican a través de
mensajes para la solución de problemas.
• Algunos lenguajes de programación orientados a objetos (orden
cronológico)
• Simula: 1967 (antecedente de todos, por Dahl, Myhrhaug y Nygard)
• Smalltalk: 1980 (lenguaje poo puro desarrollado en Xerox Palo Alto
Reasearch Center Learning Research Group)
• Eiffel: ‘80 (por Bertrand Meyer, orientado a objetos y con técnicas
de verificación de programas y herramientas de ingeniería)
• C++: 1983-1990 (por Bjarne Stroustrup)
• Object Pascal: 1986 (esqueleto simplificado de lenguaje poo por
desarrolladores de Apple Computer y Niklaus Wirth)
• LISP/CLOS: 1988 (diseñado por un comité presidido por Daniel
Bobrow a partir de la ACM Lisp and Fuctional Programming
Conference de 1986)
• Java: 1995, 1997, 1998 (objeto de este curso)
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Objetos (I)
CONCEPTOS DE POO
• Los objetos del mundo real comparten tres características:
• estado o estructura: por ejemplo, en un coche el nº de marchas, la
velocidad actual, la marcha actual, etc...
• comportamiento: por ejemplo, un coche puede arrancar, acelerar,
frenar, cambiar marcha, etc....
• identidad: aquello que distingue a un objeto de todos los demás, por
ejemplo, si la estructura de una persona es su nombre y edad, es
posible que haya dos juanes de 20 años que no son la misma persona.
• Los objetos software también tienen esas características:
• estado: se almacena en un conjunto de variables.
• comportamiento: se implementa con métodos. Un método es una
función (subrutina, subprograma, procedimiento).
• identidad: garantizada por los sistemas de poo.
Un objeto es una agrupación de variables y métodos distinguible
de todos los demás (identidad propia) desde su creación.
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Objetos (II)
CONCEPTOS DE POO
• Los objetos software se utilizan para:
• representar objetos del mundo real.
• en un juego de carreras de coches, los coches del mundo real se podrían
representar mediante objetos software.
• en una aplicación de dibujo, las figuras geométricas (polígonos, rectas,...)
se podrían representar mediante objetos software.
• en una aplicación de gestión de personal de una empresa, los
trabajadores de la empresa se podrían representar mediante objetos
software.
• representar conceptos abstractos.
• en interfaces gráficas de usuario, es habitual representar con objetos
(llamados eventos) las acciones realizadas por el usuario (ratón y
teclado).
• en un entorno de simulación e identificación de la estructura
tridimensional de una proteína, las posibles estructuras candidatas (no se
corresponden con ningún objeto real) podrían represantarse mediante
objetos.
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Objetos (III)
CONCEPTOS DE POO
• Representación visual de un objeto software.
Métodos
(comportamiento)
Variables
(estado)
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Mensajes (I)
CONCEPTOS DE POO
• Una aplicación orientada a objetos se compone de múltiples
objetos que se comunican mediante mensajes.
• Si un objeto A quiere que un objeto B ejecute uno de sus
métodos, el objeto A le envía un mensaje al objeto B.
mensaje
objeto A
objeto B
• Cada mensaje tiene tres componentes:
• el objeto destinatario del mensaje
• el nombre del método a ejecutar
• los parámetros (si existen) del método
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Mensajes (II)
CONCEPTOS DE POO
• Por ejemplo, en un juego de ordenador de carreras de coches,
cada piloto se comunica con su coche.
Mensaje sin parámetros
arrancar
piloto
coche
Mensaje con parámetros
cambiar marcha (2)
piloto
coche
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Clases (I)
CONCEPTOS DE POO
• Los objetos del mundo real se pueden agrupar en tipos (clases)
(personas, coches, ordenadores, lavadoras, aviones, etc) de
manera que los objetos de la misma clase tienen la misma
estructura (estado) y el mismo comportamiento, aunque el estado
de dos objetos puede ser distinto.
• Los objetos software también se pueden agrupar en clases
utilizando un criterio similar: los objetos de la misma clase
comparten estado y comportamiento.
• En terminología orientada a objetos, un objeto concreto de una
clase es una instancia de la clase.
Una clase es un patrón o prototipo que define las variables y
los métodos comunes a todos los objetos de un cierto tipo.
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Clases (II)
CONCEPTOS DE POO
• Las variables en las que se almacena el estado de un objeto, se
llaman variables de instancia.
• Los métodos que implementan el comportamiento de un objeto se
llaman métodos de instancia.
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Clases (III)
CONCEPTOS DE POO
• Por ejemplo, la clase Coche declara las
variables de instancia necesarias para
almacenar el Nº de marchas, la
velocidad actual, y la marcha actual.
La clase también declara y proporciona
la implementación de los métodos de
instancia que permiten arrancar,
acelerar, frenar y cambiar de marcha.
arrancar
cambiar de
marcha
acelerar
Coche
frenar
Nº de marchas
velocidad actual
marcha actual
Después de crear la clase Coche se pueden crear los objetos de la clase.
Cada instancia de la clase tiene su propia copia de todas las variables de
instancia definidas en la clase.
cambiar de
marcha
Nº de marchas =5
velocidad actual =80
cambiar de
marcha
Nº de marchas =4
velocidad actual =120
arrancar
frenar
marcha actual =3
arrancar
frenar
marcha actual = 4
acelerar
acelerar
coche 1 coche 2
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Clases (IV)
CONCEPTOS DE POO
• Variables de clase: las clases, además de definir las variables de
instancia, también pueden definir variables de clase, que
contienen información común para todas las instancias de la clase.
Si un objeto modifica el valor de una variable de clase, esta
modificación afecta a todos los objetos de la clase.
• Por ejemplo, en una aplicación de facturación, la clase Factura puede
tener una variable de clase con el IVA que se aplica a las facturas, ya
que este valor es común a todos los objetos de la clase Factura, y no
sería eficiente que cada uno de los objetos de la clase tuviera una
copia.
• Si en una aplicación se quiere contabilizar el número de instancias que
hay de una determinada clase, se puede utilizar una variable de clase.
Por ejemplo, la clase Ventana de una iterfaz gráfica puede declarar
variables de clase para almacenara el número de ventanas visibles, el
tamaño por omisión y el tamaño máximo de cualquier ventana.
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Clases (V)
CONCEPTOS DE POO
• Métodos de clase: son métodos que afectan a la clase en sí, y a
los cuales se puede acceder directamente desde la clase en
oposición al acceso a los métodos de instancia, que se realiza
siempre a través de los objetos
• Es importante señalar que para invocar un método de clase no es
necesario haber creado ningún objeto que reciba como mensaje una
invocación de ese método.
• Para usar un método de instancia, por el contrario, se necesita
obligatoriamente que se cree un objeto de la clase que reciba el
mensaje de ese método.
• Por ejemplo, en la clase Factura se podrían tener métodos para consultar
y modificar el valor del IVA aplicable a las facturas, ya que este valor
tiene sentido en sí mismo y no está condicionado a la existencia de
objetos de la clase.
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CONCEPTOS DE POO
Conceptos fundamentales del modelo de objetos
MODELO DE OBJETOS
ABSTRACCIÓN
ENCAPSULAMIENTO
HERENCIA
POLIMORFISMO
Hay cuatro conceptos fundamentales en el paradigma de
orientación a objetos: abstracción, encapsulamiento,
herencia y polimorfismo.
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Abstracción
CONCEPTOS DE POO
• La abstracción consiste en extraer los aspectos esenciales de
una entidad e ignorar sus propiedades accidentales, es una
herramienta en el proceso de creación del modelo a partir de un
problema real que está determinada por los siguientes factores:
• Identificación de clases: los conceptos que tienen entidad en sí
mismos, no dependen de otros, se puden describir, comprender y
analizar pueden abstraerse como una clase.
• El objetivo del modelo:
• determina tanto el grado de detalle como la información relevante.
• Ejemplos:
– Aplicación de macroeconomía: los empleados de una empresa pueden no ser
importantes como individuos porque sólo interese su comportamiento global
como plantilla; habrá una clase plantilla pero no una clase persona.
– Aplicación de nóminas: necesita manipular la información de cada persona de
manera independiente; habrá una clase persona
– Con el mismo grado de detalle de la aplicación de nóminas, los antecedentes
clínicos de una persona son irrlevantes en una aplicación de préstamo
bibliotecario pero fundamentales en una aplicación hospitalaria de ayuda al
diagnóstico de enfermedades; en ambas aplicaciones habrá una clase persona
pero sólo la segunda tendrá variables miembro para antecedentes clínicos.
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Encapsulamiento (I)
CONCEPTOS DE POO
“El encapsulamiento es el proceso de almacenar en un mismo compartimento
los elementos de una abstracción que constituyen su estructura y su
comportamiento; sirve para separar la interfaz contractual de una
abstracción y su implantación” (Booch)
• Cada clase “firma un contrato con el exterior” comprometiéndose
a exhibir un determinado comportamiento, pero cómo lo consigue
queda oculto o encapsulado en el interior de la clase.
“La abstracción y el encapsulamiento son conceptos complementarios: la
abstracción se centra en el comportamiento observable de un objeto,
mientras que el encapsulamiento se centra en la implementación que da
lugar a ese comportamiento” (Booch).
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Encapsulamiento (II)
CONCEPTOS DE POO
• Una de las grandes ventajas del encapsulamiento es que posibilita
que la implementación de un objeto se pueda cambiar sin afectar
a las aplicaciones que lo utilizan.
• Ejemplo:
• Supongamos que la clase Pila representa a pilas de números enteros, y
permite crear una pila, apilar un elemento, desapilar un elemento y
consultar el estado de la pila (vacía o no vacía).
• Internamente se utiliza un vector para almacenar los elementos de la
pila.
• Si se mantiene el comportamiento, se podría cambiar la
representación interna de los datos de la pila y sustituir el vector por
una lista sin afectar a las aplicaciones que utilizan la clase Pila.
• Esto es posible porque desde el exterior es invisible la
implementación de la clase Pila.
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Herencia (I)
CONCEPTOS DE POO
• La herencia es el mecanismo que permite definir una clase
(subclase) a partir de otra clase (superclase), de manera que la
subclase hereda la estructura (estado) de la superclase a través
de las variables, y hereda el comportamiento a través de los
métodos.
• Por ejemplo, si se define la superclase Coche con las variables para
almacenar el Nº de marchas, la velocidad actual, y la marcha actual, y
los métodos que permiten arrancar, acelerar, frenar y cambiar de
marcha, se puede construir la subclase CocheCarreras a partir de
Coche utilizando la herencia. De esta manera, la clase CocheCarreras
hereda las variables y los métodos de la clase Coche.
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Herencia (II)
CONCEPTOS DE POO
• Habitualmente una subclase aumenta o redefine la estructura y el
comportamiento de su superclase.
• Por ejemplo,
• Se define la superclase Reloj con variables para almacenar la hora y la
fecha actuales, y los métodos que permiten fijar la hora y fijar al fecha.
• Se puede construir la subclase RelojDespertador a partir de Reloj
utilizando la herencia.
• La clase RelojDespertador aumenta el comportamiento de la clase Reloj
ya que es capaz de emitir una alarma a una hora previamente prefijada,
para ello, la clase RelojDespertador aumenta la estructura con una
variable para almacenar la hora de la alarma, otra para alamacenar el
estado de la alarma (activada/desactivada) y los métodos que permiten
fijara la hora de la alarma y activarla o desactivarla.
• Por ejemplo,
• Se define la superclase Polígono con distintas variables y métodos, entre
los cuales está el método que permite calcular el área del polígono.
• Se definen las subclases Triángulo y Pentágono
• En cada una de ellas la fórmula matemática para el cálculo del área es
diferente. El método de la superclase Figura que calcule el área del
polígono deberá “redefinirse” en cada una de las subclases.
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Herencia (III)
CONCEPTOS DE POO
• Que una clase sea subclase de una superclase significa (semántica)
que es un caso especial de la misma y por eso a esta relación entre
clases se la conoce con el nombre “es-un”. Por ejemplo:
• Un coche de carreras “es-un” coche.
• Un árbol binario “es-un” árbol.
• Un triángulo “es-un” polígono.
• Una nevera “es-un” electrodoméstico.
• La herencia genera una jerarquía de generalización/especialización
en la que una subclase especializa el comportamiento o la estructura
más general de su superclase.
• La especialización consistirá en el aumento de la estructura y/o el
comportamiento, su redefinición o su aumento y redefinición.
• La subclase RelojDespertador de ejemplos anteriores aumenta la
estructura y el comportamiento de la superclase Reloj.
• La subclases Triángulo y Pentágono redefinen el comportamiento de la
superclase Polígono.
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Herencia (IV)
CONCEPTOS DE POO
• Se pueden distinguir distintos tipos de herencia en cuanto al
número de superclases de una subclase:
• Herencia simple: una subclase hereda solamente de una superclase.
• Herencia múltiple: una subclase hereda de más de una superclase.
• Este tipo de herencia es conceptualmente correcta pero introduce
ciertas complejidades en los lenguajes de programación.
• Por ejemplo, puede ocurrir que una subclase herede de dos superclases
que tienen atributos o métodos con el mismo nombre. Esta colisión de
nombres se resuelve de distinta manera en los lenguajes orientados a
objetos:
– en Java no se permite la herencia múltiple,
– en C++ sí se permite pero utilizando calificación explícita.
• Es fundamental señalar que la herencia no se limita a un número
determinado de niveles por lo que todas los objetos de una
aplicación heredarán de las superclases más altas de la jerarquía
de las que hereden directa o indirectamente.
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Ligadura estática y dinámica
CONCEPTOS DE POO
• En los lenguajes de poo objeto de este curso, aparecen los
siguientes conceptos relacionados con el momento en el que los
nombres se ligan con sus tipos:
• Ligadura (enlace) estática o temprana: se fijan los tipos de todas
las variables y expresiones en tiempo de compilación.
• Ligadura (enlace) dinámica o tardía: los tipos de las variables y
expresiones no se conocen hasta el momento de la ejecución.
Programación Orientada a Objetos 20

Polimorfismo (I)
CONCEPTOS DE POO
• Es la característica más potente de estos lenguajes que nace de la
interacción de la herencia y el enlace dinámico.
• Respecto al enlace dinámico:
• Es importante señalar que esta técnica tiene interés cuando variables
de un tipo pueden almacenar objetos de otros tipos.
• Esto sólo está permitido en poo cuando la variable que almacenará
objetos de distintos tipos es de una clase más general.
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Polimorfismo (II)
CONCEPTOS DE POO
• Expliquemos ese concepto mediante un ejemplo:
• Se define la superclase Polígono con el método área que permite
calcular el área del polígono.
• Se definen las subclases Triángulo y Pentágono, y en cada una de ellas
se redefine el método área: hay distintas versiones del método área.
• Un programa que utilice esta jerarquía de clases, puede declarar una
variable de tipo Polígono, supongamos que se llama mi_poligono.
• Como Polígono es una clase más general queTriángulo y Pentagono, la
variable mi_poligono puede almacenar objetos de estas dos últimas
clases.
• Supongamos que, durante la ejecución del programa, a mi_poligono se le
asigna un objeto de la clase Triángulo.
• mi_poligono, ya que “es un objeto”, puede recibir mensajes de otros
objetos; cualquier mensaje que invoque el método área de mi_poligono
invocará en este instante, la versión implementada en la clase Triángulo
• Si posteriormente a mi_poligono se le asigna un objeto de tipo
Pentágono, cualquier mensaje que invoque el método area de
mi_poligono invocará la versión del método implementada en Pentágono
Programación Orientada a Objetos 22

Relaciones entre objetos (I)
CONCEPTOS DE POO
• Se puede modelar las relaciones que se identifiquen entre las
clases. Estas relaciones pueden distinguirse por su significado o
semántica. Por ejemplo:
• Un empleado trabaja para una compañía.
Existe un relación entre la clase Empleado y la clase Compañía.
• Una frase pertenece a un párrafo.
Existe una relación entre la clase Frase y la clase Párrafo.
• Un país tiene muchas ciudades.
Existe un relación entre la clase País y la clase Ciudad.
• Una ventana tiene un menú.
Existe una relación entre las clase Ventana y la clase Menú.
Programación Orientada a Objetos 23

Relaciones entre objetos (II)
CONCEPTOS DE POO
• Multiplicidad: especifica el número de instancias de una clase que
pueden estar relacionadas con una única instancia de una clase
asociada.
• Un empleado trabaja para una compañía.
• Con una única instancia de la clase Empleado se relaciona una instancia de
la clase Compañía (siempre y cuando un empleado solo pueda trabajar en
una compañía).
• Con una única instancia de la clase Compañía se relacionan varias
instancias de la clase Empleado.
• Las personas tiene acciones de las empresas.
• Con una única instancia de la clase Empresa se relacionan varias
instancias de la clase Persona..
• Con una única instancia de la clase Persona se relacionan varias instancias
de la clase Compañía.
• Los países tienen una ciudad como capital
• Con una única instancia de la clase País se relaciona una instancia de la
clase Ciudad.
• Con una única instancia de la clase Ciudad se relaciona una instancia de la
clase País.
Programación Orientada a Objetos 24

Relaciones entre objetos (III)
CONCEPTOS DE POO
• Las relaciones entre los objetos se pueden clasificar de acuerdo
a su semántica:
• Generalización
• Relación de tipo “es-un” (herencia).
• Un árbol binario “es-un” árbol.
• Un triángulo “es-un” polígono.
• Una nevera “es-un” electrodoméstico.
• Asociación
• Es una relación que describe vínculos entre objetos.
• Un País tiene muchas Ciudades.
• Un Cliente tiene una o más Cuentas (bancarias)
• Agregación
• Es una relación de tipo “todo-parte”.
• Realmente la diferencia entre una relación de agregación y una de
asociación es una cuestión de “preferencia” por parte del analista.
• Una Cadena (comercio) tiene varios Locales.
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Relaciones entre objetos (IV)
CONCEPTOS DE POO
• Composición
• Es una relación de tipo “todo-parte” más fuerte que la agregación.
• Es similar a las relaciones de composición físicas.
• Los tiempos de vida de las partes y el todo coinciden.
• Una parte no puede pertenecer a dos composiciones al mismo tiempo.
• El todo es responsable de la creación y de la destrucción de las partes.
• Una Clase tiene varios Atributos.
• Un Pedido tiene varias Lineas.
• Un Círculo está formado por muchos Puntos.
• Una Ventana tiene una Barra de título y dos Scrollbar.
• Dependencia
• Es un aspecto semántico que se puede identificar en muchos tipos de
relaciones y se refiere al hecho de que los cambios en unos objetos
afectan a otros.
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Relaciones entre objetos (V)
CONCEPTOS DE POO
• Variables miembro de una relación y clases de asociación: de
forma similar a la manera en la que las variables miembro de una
clase describen su estructura, hay ocasiones en las que existe
cierta información relevante de una relación entre clases
• Las relaciones pueden especificar variables miembro para
contener esta información.
• En este caso, puede resultar conveniente, definir una clase para
contener esa estructura.
• A estas clases se las conoce como clases de asociación
• Por ejemplo.
• En el contexto de una biblioteca, pueden existir dos clases Libro y
Cliente que estén relacionadas mediante una asociación Préstamo.
• Es posible que, para la biblioteca, sea relevante tener constancia de
la fecha de inicio y finalización del préstamo para poder establecer
posibles sanciones por entregas retrasadas.
• Puede ser conveniente definir para la relación Préstamo la clase
Préstamo que tendrá las variables miembros necesarias, por ejemplo,
Fecha_inicio y Fecha_fin.
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UML (I)
CONCEPTOS DE POO
• Es un lenguaje de modelado visual de propósito general que se
utiliza para especificar, visualizar, construir y documentar los
componentes de un sistema software.
• Ha sido adoptado con generalidad en el ámbito del desarrollo de
software orientado a objetos.
• Algunos elementos:
• Clases
• Objetos
• Relaciones
• Multiplicidad
• Diagramas de clases
• Diagramas de objetos
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