Orientação a Objetos Alcides Calsavara alcides@epsilon.pucpr.br

Orientação a Objetos

Alcides Calsavara

alcides@epsilon.pucpr.br

Objetivo

Estudar técnicas e ferramentas para análise, projeto e implementação de sistemas orientados a objetos (OO)

Ementa

Conceituação de OO Método para modelagem OO

– Modelagem de Objetos– Modelagem Dinâmica– Modelagem Funcional

Programação OO

Bibliografia Básica

James Rumbaugh et al. Modelagem e Projetos Baseados em Objetos. Editora Campus, 1994. ISBN 85-7001-8410-X.

Grady Booch. Object-Oriented Analysis and Design with Applications. Second Edition. Addison-Wesley, 1994. ISBN 0-8053-5340-2.

Ivar Jacobson. Object-Oriented Software Engineering - a Use Case Driven approach. Addison-Wesley, 1996. ISBN 0-201-54435-0.

Peter Coad. Objet Models - Strategies, Patterns & Applications. Prentice-Hall, 1997. ISBN 0-13-840117-9.

Dennis de Champeaux. Object-Oriented Development Process and Metrics. Prentice-Hall, 1997. ISBN 0-13-099755-2.

Gregory Satir and Doug Brown. C++ : The Core Language. O’Reilly & Associates, 1995. ISBN 1-56592-116-X.

Bibliografia Complementar

Jag Sodhi and Prince Sodhi. Object-Oriented Methos for Software Development. McGraw Hill, 1996. ISBN 0-07-059574-7.

Chris Zimmermann (Ed). Advances in Object-Oriented Metalevel Architectures and Reflection. CRC Pr, 1996. ISBN 0-84-932663-X.

Jonathan Pletzke. Advanced Smalltalk.. John Wiley & Sons, 1996. ISBN 0-47-116350-3.

Al Stevens. C++ Database Development. Mis Pr, 1994. ISBN 1-55-828357-9.

Grady Booch and Ed Eykholt (Eds). The Best of Booch: Designing Strategies for Object Technology. Prentice-Hall, 1996. ISBN 0-13-739616-3.

Grupo de Usuários da Tecnologia de Objetos (GUTO) Página WWW

http://www2.pucpr.br/guto/ Lista de discussões

Mensagem para:

maiser@rla12.pucpr.br

Com conteúdo:

sub GUTO-L

Conceitos de OO

Modelagem de Objetos

Vantagens

Independência de implementação Esconder detalhes Flexibilidade Clareza conceitual Modularização Reusabilidade

Áreas de aplicação

Linguagens de programação Bancos de dados Sistemas operacionais Sistemas distribuídos Interface gráfica Métodos de modelagem de sistemas Métodos formais: Z++ Empacotamento de software: classes, componentes Integração de sistemas: CORBA, DCOM Reflexão: tolerância a falhas, reconfiguração

Conceitos fundamentais

Objeto Identidade Encapsulamento Classificação/Instanciação Generalização/Especialização Herança Polimorfismo

Objeto

Um conceito, uma abstração, algo com limites e significados definidos para o problema em questão

Um objeto do mundo real Um conjunto de atributos (estado) e

métodos (comportamento) Uma instância de uma classe

Identidade

Característica peculiar de um objeto que denota a existência em separado do objeto, mesmo que ele tenha os mesmos valores de atributos de outro objeto

Uma identificação única de cada objeto

Encapsulamento

Técnica de modelagem e implementação que separa os aspectos externos de um objeto dos detalhes internos de implementação do mesmo objeto

Os atributos (estado) de objeto só é modificável a partir de seus métodos (interface)

Atributo

Propriedade denominada de uma classe, que descreve o valor de um dado contido por cada objeto da classe

Todo atributo tem um tipo e, opcionalmente, um valor default inicial

Cada instância de uma classe possui todos os atributos definidos pela classe

Método (ou Operação)

Função ou transformação que pode ser aplicada aos objetos de uma classe

Todo método definido para uma classe pode ser aplicado a qualquer instância daquela classe

Um método tem um nome, uma lista de argumentos, um tipo de retorno e uma implementação

Classe

Descrição de um grupo de objetos com propriedades semelhantes, comportamento, relacionamentos e semântica comuns

Instância: um objeto descrito por uma classe

Generalização

Relacionamento entre uma classe e uma ou mais versões refinadas ou especializadas da classe

Especialização: relacionamento inverso Superclasse: versão mais abstrata de

outra classe, a subclasse Subclasse: versão mais refinada de

outra classe, a superclasse

Herança

Mecanismo baseado em objetos que permite que as classes compartilhem atributos e operações baseados em um relacionamento, geralmente generalização

Uma subclasse herda atributos e métodos da superclasse

Polimorfismo Assume muitas formas A propriedade segundo a qual uma operação

(método) pode comportar-se diferentemente em classes diferentes

A subclasse redefine a implementação de um método herdado da superclasse

Onde se espera uma instância de um certa classe pode aparecer uma instância de qualquer subclasse daquela classe

Exemplos/Exercícios

Componentes de uma interface gráfica: botões, menus, barras, ...

Pessoas: aluno, professor, secretária, reitor Veículos: bicicleta, veleiro, carro,

caminhão, avião, planador, motocicleta, cavalo

Habitações: tenda, caverna, barraco, garagem, celeiro, casa, arranha-céu

Ligação

Uma conexão física ou conceitual entre objetos

Exemplo: O país Brasil tem como capital a cidade de Brasília.

Exemplo: O funcionário João trabalha na empresa Transamérica S.A.

Exemplo: O artigo “OO Solutions” foi publicado na conferencia OOPSLA’99.

Associação

Relacionamento entre instâncias de duas ou mais classes descrevendo um grupo de ligações com estrutura e semântica comuns.

Exemplo: Um país tem como capital uma cidade.

Exemplo: Um funcionário trabalha numa empresa.

Agregação

Forma especial de associação, entre o todo e suas partes, na qual o todo é composto pelas partes

Também chamada de herança horizontal Exemplo: Um artigo é publicado em uma

conferência, isto é, o artigo faz parte da conferência (ou dos anais da conferência).

Multiplicidade e Papel

Multiplicidade: Número de instâncias de uma classe que podem se relacionar a uma única instância de um classe associada (ou agregada).

Papel: nome que identifica inequivocamente uma extremidade de uma associação.

Atributo de Ligação Um valor de dados presente em cada ligação

(nível de instâncias) de uma associação (nível de classes)

Uma propriedade da ligação entre objetos, e não dos objetos ligados, propriamente ditos

Exemplos: permissão de acesso que um usuário possui para a um arquivo; o salário de uma pessoa em um emprego em uma companhia

Associação como uma Classe Cada ligação de uma associação é uma

instância de uma classe Uma ligação é um objeto, com atributos e

métodos Útil quando ligações podem participar em

associações com outros objetos Útil quando ligações sofrem operações Exemplo: autorização para usuários em

estações de trabalho

Associação Ternária

Representa ligações entre 3 objetos Não pode ser dividida em associações

binárias sem que haja perda de informações Associações de grau maior que 3 são raras e

devem ser evitadas devido a complexidade de entendimento e implementação

Exemplo: pessoas que são programadoras usam linguagens de programação em projetos

Ordenação em Associações Em alguns casos o conjunto de objetos

associados a um certo objeto apresenta uma ordem

A palavra "ordenado" deve aparecer junto à multiplicade "muitos" de uma associação para indicar que existe uma ordem entre os objetos ligados

Exemplos: as janelas visíveis em uma tela possuem uma ordem; os vértices de um polígono

Associação Qualificada

Relaciona dois objetos e um qualificador O qualificador reduz a multiplicidade Exemplo: Um diretório contém muitos

arquivos, mas é o nome do arquivo dentro do diretório que identifica o arquivo (e identifica um único arquivo)

Maior precisão na informação!!

Uso de Agregação

Na dúvida, use associação! Herança não representa o

relacionamento parte-todo Agregados recursivos são frequentes Agregação normalmente implica em

propagação de operações

Classes Abstratas e Concretas

Classe abstrata: classe que não pode ter instâncias diretas, mas cujos descendentes sim; organizam características comuns a diversas classes; mecanismo para reutilizar código; pode definir operações abstratas (sem um correspondente método)

Classe concreta: classe que pode ter instâncias diretas; não pode definir operações abstratas

Cancelamento para extensão

A nova operação é igual à operação herdada, exceto pelo fato de acrescentar alguns detalhes de comportamento, normalmente afetando novos atributos da subclasse.

Cancelamento para restrição

A nova operação restringe o protocolo (assinatura da operação), podendo reduzir os tipos de argumentos.

A operação herdada fica fechada (restrita) dentro de cada subclasse específica.

Cancelamento para otimização

O novo método tem o mesmo protocolo externo e apresenta o mesmos resultados

A implementação do novo método (algoritmo utilizado) pode ser completamente diferente

Cancelamento por conveniência

Emprego adhoc de herança para reutilizar classes.

Uma nova classe é tornada subclasse de uma classe existente e substitui os métodos inconvenientes.

Semanticamente errado e conduz a problemas de manutenção; recomenda-se criar uma terceira classe (superclasse das demais)

Herança Múltipla Uma classe possui mais de uma subclasse e

herda características de todos os seus ancestrais

Maior capacidade de especificação de classes Maior oportunidade de reutilização Perda em simplicidade conceitual e de

implementação Surgem classes de junção

Modelagem Dinâmica

Modelo Dinâmico

Representa os aspectos de um sistema relativos ao tempo e às modificações de estado

Abrangência:– interações– seqüência de operações– fluxo de controle

Controle de um sistema

Descreve as seqüências de operações que ocorrem em resposta a estímulos externos, sem consideração ao que as operações fazem, sobre o que elas atuam ou como são implementadas.

Conceitos fundamentais

EVENTO: representa um estímulo externo; conduz informação de um objeto para outro.

ESTADO: representa valores (atributos e ligações) de um objeto; estado externo do objeto.

MÁQUINA DE ESTADOS FINITOS

Permite especificação de controle

Diagrama de Estados

Representação gráfica de uma máquina de estados finitos

Representa o padrão de eventos, estados e transições de estados para uma classe

O modelo dinâmico de um sistema é composto por um conjunto de diagramas de estados, uma para cada classe.

Cada máquina de estado funciona de maneira independente; são combinadas através de eventos compartilhados.

Eventos Um evento é algo que acontece

"instantaneamente", em um certo momento. Exemplos:

– pressionar um botão do mouse– aparecer uma janela na tela– partida de um avião– chegada de um avião– tocar um telefone– atender ao telefone

Relacionamentos entre eventos Causal: existe uma ordem entre os

eventos. Exemplo: O vôo 123 deve partir de Chicago antes de chegar a São Francisco.

Concorrente: ordem dos eventos é irrelevante. Exemplo: O vôo 123 pode partir antes ou depois que o vôo 456 parta de Roma. (Se fosse "para Roma", deveríamos considerar se não usam a mesma pista.)

Classes de eventos

Indicam estrutura e comportamentos comuns a eventos.

Simplificam a construção de diagramas de estados.

Exemplo: classe partidas de aviões, com atributos linha aérea, número de vôo, cidade de origem, cidade destino.

O momento ocorrência de um eventos é um atributo implícito.

Cenário Sequência de eventos que ocorrem durante

uma determinada execução do sistema Ilustra uma situação típica do sistema Auxilia no entendimento do problema e na

condução para uma representação geral (modelo dinâmico)

Diagrama de eventos: representação gráfica de um cenário. Exemplo: uma chamada telefônica.

Diagramas de Estados Relaciona eventos e estados Um objeto muda de estado dependendo do

evento e do estado atual. Transição: modificação de estado causada

por um evento (mesmo quando estado final e inicial coincidem).

Um evento pode ser irrelevante para um objeto em um certo estado.

Exemplo: linha telefônica

Tipos de diagramas de estados Diagrama de laço contínuo: representa

um ciclo de vida; sem estado inicial ou final. Exemplo: linha telefônica.

Diagrama de uma só passagem: representa objetos com vida finita; possuem um estado inicial (criação do objeto) e um estado final (destruição do objeto).

Exemplo: jogo de xadrez

Condições

Uma condição é uma função booleana de valores, válida dentro de um intervalo de tempo.

Condições funcionam como guardas nas transições: uma transição só dispara quando ocorre o evento e a condição de guarda for verdadeira.

Exemplo: Pessoa com relação ao atributo "estar de luvas".

Controle de Operações

Atividades e ações podem ser vinculadas a estados e eventos a fim de se especificar o que faz o objeto quando está em um determinado estado e o que faz em resposta a estímulos externos.

Definem o comportamento do objeto!

Atividade

Está sempre vinculada a um estado Consome tempo para se completar É executada continuamente durante o tempo

em que o objeto está num certo estado Notação: faça: atividade Exemplo: Um vendedor logo após ter recebido

dinheiro para pagamento do item vendido deve calcular o troco.

faça: calcular troco

Ação

Está normalmente vinculada a um evento, mas também pode estar vinculada a um estado (ações de entrada, saída e internas)

É executada "instantaneamente" Notação: evento / ação Exemplo: Exibir um menu quando o botão

direito do mouse é pressionado.

botão direito pressionado / exibir menu

Diagramas de Estados Nivelados

Permitem refinamentos sucessivos do modelo dinâmico

Permitem uma descrição estruturada do sistema

Pode-se expandir:– um evento e sua correspondente ação– uma atividade realizada em um certo estado

Exemplo: Máquina de vender

Generalização de Estados

Os estados de um objeto podem ser organizados de forma hierárquica, em super-estados e sub-estados.

Um sub-estado é um refinamento de um super-estado, ie, um sub-estado é um dos possíveis estados do objeto dentro daquele super-estado.

Um sub-estado herda as transições do super-estado; transições que se aplicam ao super-estado também se aplicam ao sub-estado.

Exemplos: linha telefônica, transmissão automática de um automóvel

Generalização de Eventos Os eventos que ocorrem em um sistema podem

ser organizados de forma hierárquica, em super-eventos e sub-eventos.

Um sub-evento herda atributos do super-evento. Onde um evento é descrito qualquer sub-evento

seu é implicitamente descrito. A generalização de eventos facilita a abstração e

permite concisão na representação de diagramas. Exemplo: Entrada do usuário.

Concorrência de Agregação O estado de um objeto composto (um agregado) é

determinado pelos estados dos objetos que o compõem. Exemplo: O estado de um carro é determinado pelo

estado da ignição, da transmissão, do freio, do acelerador, do motor, ...

Os componentes de um agregado normalmente interagem entre si: a mudança de estado de um componente pode disparar uma transição em outro componente.

A interação entre diagramas de estados de componentes é representada através de eventos compartilhados e/ou condições de guarda.

Concorrência Interna de Objetos

O diagrama de estados de um objeto pode ser particionado de acordo com atributos e ligações em sub-diagramas.

O estado do objeto compreende um estado de cada sub-diagrama.

Um mesmo evento pode causar transições em mais de um sub-diagrama.

Exemplo: Jogo de bridge rubber.

Transição Automática

Disparada quando a atividade vinculada a um estado termina

O "evento" que causa a transição é o término da atividade

Exemplo: Máquina de vender no estado correspondente a atividade testar item e calcular troco pode disparar uma de quatro transições automáticas.

Ações de Entrada e de Saída

Ações vinculadas ao ato de entrar ou sair de um estado

Não adicionam poder de expressão, mas permitem uma representação mais concisa

Exemplo: Controle de uma porta de garagem

Envio de Eventos

Uma ação pode ser especificada como enviar um certo evento para outro objeto.

Notação: enviar E (atributos)

(palavra enviar pode ser omitida) Exemplo: Uma linha telefônica envia o evento

ligar(número-de-telefone) para o comutador quando um número completo é discado.

número completo / ligar(número-de-telefone)

Sincronização de Eventos Concorrentes

Um objeto pode executar várias atividades de forma concorrente (paralela).

As atividades não são necessariamente sincronizadas, mas todas devem terminar para que ocorra transição de estado.

Exemplo: Caixa automática.