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2. Fundamentos de Estruturao de Software Neste captulo so
descritos sucintamente os mecanismos bsicos que utilizamos para
organizar o nosso conhecimento e administrar a complexidade do
mundo em que vivemos. So apresentados os conceitos de processo
simblico, abstrao, hierarquias, agregados, classes e tipos.
2.1. Introduo Sistemas computacionais so, essencialmente,
ferramentas para ampliar a capacidade da nossa mente, assim como os
sistemas eletromecnicos estendem nossa capacidade fsica. Qualquer
sistema eletromecnico, por mais complexo e potente que seja,
projetado e construdo a partir de um conjunto limitado de
mecanismos relativamente simples, tais como dnamos, motores,
alavancas, engrenagens, roldanas e correias. De forma anloga, os
sistemas computacionais modernos empregam um conjunto limitado de
mecanismos bsicos, inspirados no modo como organizamos o nosso
conhecimento e dos processos mentais que empregamos na resoluo de
problemas, que so objetos de estudo das chamadas cincias
cognitivas. Nas sees seguintes iremos apresentar alguns desse
mecanismos fundamentais.
2.2. Processo Simblico
"O processo mediante o qual os seres humanos podem
arbitrariamente fazer com que certas coisas representem outras,
pode-se chamar de processo simblico." [Hayakawa63]
O processo simblico assimilado e desenvolvido desde os primeiros
meses de vida de uma criana, tornando-se to automtico quanto
respirar. Esse processo est presente em todas as formas de
comunicao humana e a essncia da cultura de um povo. Logo que
nascemos recebemos um nome que nos representa ao longo de toda a
nossa vida. A lngua, as tradies religiosas, o sistema monetrio, o
modo de vestir, so exemplos de traos culturais que no existiriam
sem esse processo. As linguagens de programao de segunda gerao como
Assembler, tambm chamadas "linguagens simblicas", j ofereciam esse
recurso fundamental: a possibilidade de se utilizar smbolos para
representar as instrues do processador e os endereos de memria dos
seus operandos.
2.3. Abstrao
"O processo de abstrair, isto , deixar caractersticas de fora,
uma comodidade indispensvel." [Hayakawa63]
O nome "Edson Arantes do Nascimento" representa uma pessoa em
particular, natural de Trs Coraes (MG) e que foi jogador do Santos
Futebol Clube. Como acontece com os nomes prprios em geral, h uma
relao precisa entre o smbolo (o nome) e o objeto concreto
representado (a pessoa). Quando nos referimos ao "Rei do Futebol"
estamos destacando apenas as caractersticas profissionais daquela
mesma pessoa, deixando de fora (abstraindo) suas demais
caractersticas como a cidade onde nasceu e quantos filhos teve. Com
isso estamos nos distanciando da realidade, de infinita
complexidade, para criar uma representao de uma imagem simplificada
dessa realidade. Subimos, portanto, um degrau numa escala de
abstrao crescente. Podemos prosseguir nesse sentido criando smbolos
ainda mais abstratos, de imagens cada vez mais simplificadas de um
mesmo objeto concreto.
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8 Cap. 2 / Fundamentos de Estruturao de Software
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As linguagens de programao de terceira gerao, tambm chamadas "de
alto nvel", como Fortran, COBOL e Algol, se caracterizavam por
proporcionar ao programador nveis de abstrao mais elevados que as
linguagens de segunda gerao. Expresses aritmticas, vetores e
arquivos so algumas das abstrataes que simplificam enormemente o
trabalho de programao nessas novas linguagens quando comparadas,
por exemplo, com Assembler.
2.4. Hierarquias Todo-Partes
"hierarquia. S. f. Fig. Srie contnua de graus ou escales, em
ordem crescente ou decrescente; escala." [Dicionrio Aurlio]
Outro recurso que utilizamos intuitivamente na tentativa de
compreender uma realidade complexa a decomposio de um todo em vrias
partes menores, que sejam mais simples de serem observadas e
analisadas separadamente. Para nos ajudar a entender o corpo
humano, por exemplo, o dividimos em cabea, tronco e membros. Cada
uma dessas partes pode ser subdividida, sucessivamente, em partes
menores, como mos, dedos, falanges, ossos, clulas, etc ... Chamamos
de agregao a operao inversa, quando criamos uma nova abstrao (o
agregado) a partir de um conjunto de objetos relacionados (os
componentes). Por exemplo, uma constelao formada por um conjunto de
estrelas espacialmente relacionadas. Algumas linguagens de
programao ainda de segunda gerao, como Macro Assembler, j ofereciam
recursos para decomposio de um todo em partes menores tanto na
definio de dados estruturados em registros ("structures") como na
definio de estruturas de procedimentos modulares ("procedures ").
Esses recursos se tornaram amplamente disponveis nas linguagens de
terceira gerao.
2.5. Categorizao e Instanciao
"classe. S. f. Lg. Conjunto de objetos que se define pelo fato
de tais objetos, e s eles, terem uma ou mais caractersticas
comuns." [Dicionrio Aurlio]
Quando tentamos compreender o ambiente em que vivemos buscamos,
intuitivamente, identificar semelhanas e diferenas entre as
diversas coisas que nos cercam. Percebemos, por exemplo, que h uma
semelhana entre o sangue e a gua, pois ambos escorrem entre nossos
dedos, asssim como percebemos que alguns animais podem voar e
outros no. Procuramos identificar caractersticas, como "escorre" ou
"sabe voar", que nos ajudem a distingir uma coisa da outra - a
selecionar. Ao mesmo tempo juntamos - categorizamos - as coisas que
no conseguimos dintingir daquela forma, que consideramos
semelhantes. Criamos, assim, classes (ou categorias) que
representam conjuntos de coisas com caractersticas semelhantes,
como por exemplo "lquido" e "ave". Atravs dessas classes,
simplificamos a nossa viso da realidade tratando coisas diferentes
como se fossem iguais, ou seja, abstraindo as diferenas entre elas.
Com isso podemos adotar uma maneira uniforme de agir ao enfrentar
situaes diversas, sem dispender um novo esforo de avaliao e
planejamento. Por exemplo, se algo redondo, leve e macio se
aproxima ento deve ser "do tipo bola", portanto, chute-a de volta,
no importando a cor, o cheiro ou o que tenha dentro dela. bastante
provvel que isso seja a coisa certa a fazer. Uma classe, portanto,
um conceito abstrato e totalmente arbitrrio. Um mesmo objeto
concreto pode ser visto como pertencente a classes diferentes,
dependendo do ponto de vista, da cultura e dos interesses de quem o
faz. Se estivermos interessados em estudar problemas cardacos
relacionados com a prtica de esportes, por exemplo, podemos criar a
classe "jogador de futebol" para nos referirmos ao
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Cap. 2 / Fundamentos de Estruturao de Software 9
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conjunto de pessoas que praticam aquela modalidade de esporte,
nela incluindo tanto "O Rei do Futebol" como qualquer
"perna-de-pau" de fim de semana. Isso nos permite buscar
caractersticas comuns a um amplo conjunto de pessoas, como por
exemplo a reao a um determinado tratamento. A linguagem de
programao Simula-67 [Dahl70], derivada de Algol [Backus63],
introduziu o conceito de classes permitindo a definio de abstraes
com caractersticas (atributos e operaes) a serem aplicadas a um
conjunto de objetos manipulados pelo programa (instncias concretas
da classe).
2.6. Generalizao e Especializao Em nosso processo natural de
categorizao empregamos duas outras operaes bsicas: a generalizao e
a especializao. Atravs da especializao criamos uma nova classe para
agrupar parte dos elementos de uma classe j existente, que se
diferenciam dos demais elementos dessa mesma classe. Por exemplo:
examinando os elementos da classe "carro" caracterizados como: meio
de transporte, automotor, sobre rodas, dispensa trilhos, para
pessoas, uso individual ou familiar; podemos identificar uma
sub-classe "carro esportivo" abrangendo os elementos da classe
"carro" que se caracterizam por: potente e veloz. A subclasse tambm
chamada de partio. A generalizao opera no sentido inverso, criando
uma nova classe, mais genrica, para representar os elementos de
duas ou mais classes existentes. Por exemplo: podemos agrupar os
elementos das classes "carro", "barco" e "metr" numa super-classe
"veculo de transporte de passageiros", que incluir todos os
elementos que rena as caractersticas: meio de transporte,
automotor, para pessoas.
2.7. Hieraquias de Classes Atravs das operaes de generalizao e
especializao criamos inmeras hierarquias para organizar o nosso
conhecimento cientfico: as chamadas taxonomias. Um cientista da
natureza interessado num vegetal extico, por exemplo, procura
identifica-lo atravs de suas caractersticas observveis, tentando
"encaix-lo" numa das classes mais especializadas das taxonomias
botnicas existentes. Caso isso no seja possvel, em se tratando de
um elemento com caractersticas significativamente distintas dos
outros j classificados, cria-se uma nova classe que includa numa
das classes mais genricas existentes e que lhe seja "mais prxima"
(de menor diferena). Suponhamos que aquela planta extica possua um
grande nmero de caractersticas comuns aos elementos de uma classe
genrica denominada "Magnolifitas". Com isso o conhecimento que j se
tem acumulado sobre essa classe de vegetais, como suas aplicaes
medicinais por exemplo, transferido para a nova espcie encontrada e
reduz-se a investigao s diferenas entre a nova espcie e outras
"Magnolifitas". Em outras palavras, a nova classe "herda" o que j
conhecemos sobre a super-classe. Foram as primeiras linguagens de
programao orientadas a objetos, como Smalltalk [], que introduziram
recursos para definio de hierarquias de classes e herana de
comportamento.
2.8. O Conceito de Tipo
"tipo. S. m. Coisa que rene em si os caracteres de uma clase."
[Dicionrio Aurlio]
Como vimos nas sees anteriores, uma classe uma abstrao que
representa um conjunto finito e bem determinado de elementos. A
classe "animal", por exemplo, representa o conjunto de todos os
animais j existentes sobre a face da terra. Ainda que o seu nmero
seja desconhecido com preciso esse conjunto finito e bem
determinado.
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Em muitas situaes, porm, no queremos nos referir a um conjunto
determinado de elementos mas sim a um elemento hipottico, sem
especificarmos precisamente qual. Textos legais e regulamentos so
exemplos de tais situaes, como no aviso: "Ao convidado do scio no
permitida a prtica de atividades esportivas nas dependncias do
clube." A expresso "convidado do scio" utilizada para representar
uma pessoa ainda indeterminada. Mesmo no havendo convidados no
clube aquela frase permanece vlida e permite formularmos hipteses e
anteciparmos concluses como: "se eu for convidado no poderei nadar
na piscina". Em situaes como essa empregamos uma nova abstrao que
um modelo idealizado para representar um elemento indeterminado.
Estamos abstraindo (deixando de fora) os elementos do mundo real e
criando um elemento imaginrio - o tipo - que poder, posteriormente,
ser substitudo por um elemento concreto. Freqentemente definimos
tipos associados a determinadas classes, num relao biunvoca.
Considere, por exemplo, a frase "O associado dever tirar a foto na
secretaria do clube dentro do horrio de funcionamento". Podemos
presumir que h uma relao direta entre o tipo "associado" e a classe
"scio": qualquer elemento da classe "scio" pode ocupar o lugar de
"associado". Se Joo pertence classe scio ento Joo associado e,
conseqentemente, Joo dever tirar a foto na secretaria do clube
dentro do horrio de funcionamento. Essa relao biunvoca entre uma
classe e um tipo no , porm, sempre necessria. Analisando a frase "O
Conselho Deliberativo ser dirigido por um Presidente, escolhido
entre seus membros por voto da maioria", por exemplo, podemos
identificar um conjunto determinado de pessoas, que formam a classe
"membro do Conselho". Podemos definir ainda dois tipos de pessoas:
o tipo "Conselheiro", que representa um elemento qualquer daquela
classe, e o tipo "Presidente", que representa um elemento em
especial daquela mesma classe. Temos, assim, de um lado uma
hierarquia de tipos onde "Presidente" um sub-tipo de "Conselheiro"
e, de outro lado, uma nica classe "membro do Conselho".
Membro doConselho
Conselheiro
Presidente
FIg. 2.8 - Exemplo de Hierarquia de Tipos
Alguns autores no fazem essa distino entre classe e tipo,
utilizando os dois termos como sinnimos. O mesmo ocorre em algumas
importantes linguagens de programao orientadas a objetos, como C++.
As linguagens mais modernas, como Java, j oferecem recursos
distintos para definio de hierarquias de classes e de tipos.
2.9. Referncias J. F. Sowa. Conceptual Structures.
Addison-Wesley. 1984. S. I. Hayakawa. A Linguagem no Pensamento e
na Ao. Livraria Pioneira Editora. SP. 1963.
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Cap. 2 / Fundamentos de Estruturao de Software 11
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Aurlio B. H. Ferreira. Dicionrio Aurlio Bsico da Lngua
Portuguesa. Editora Nova Fronteira S/A. 1988.
