Programación Orientada a Objetos

UNIVERSIDAD DEL CAUCA - PIS Ing. Miguel Angel Niño Zambrano EDII

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Programación Orientada a Objetos

Repaso


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Historia

Crisis del softwareSistemas ambiciosos y carosCalidad insuficienteDifíciles de planearCasi imposibles de manejar

Mayor capacidad de hardware (reutilización)El software se ha quedado atrás


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Revolución del software

• “La ciencia no progresa de forma continua, expandiendo gradualmente un paradigma ya establecido; avanza en una serie de cataclismos revolucionarios. El descubrimiento de deficiencias insalvables en un paradigma establecido produce una crisis, que puede dar lugar a una revolución en la cual el paradigma establecido es derrocado y sustituido.” Thomas Kuhn


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• Programación en ensamblador• Dificultad en recordar toda la información que

necesitaban conocer para desarrollar o corregir su software. – ¿Qué valor tienen las variables?– ¿La declaración de un nuevo identificador

generará un conflicto con identificadores previamente creados?

– ¿Qué variables es necesario inicializar?.


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• La generación de lenguajes de alto nivel como FORTRAN, COBOL y ALGOL, solucionaron muchos de los problemas mientras se generaban nuevos problemas, más complejos y que requerían de mayor esfuerzo humano en cantidad y tiempo.


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• Los sistemas se hacían cada vez más complejos y el software era difícil de reutilizar. Además, el mantenimiento de estos sistemas era una tarea muy costosa en tiempo y dinero.


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• Así, surgió un nuevo paradigma basado en el producto, en el cual el progreso se mide, principalmente, por la agregación de componentes estándar, intercambiables y reutilizables, y sólo secundariamente por el avance de los procesos que se emplean para construirlo

Programación orientada a objetosProgramación orientada a objetos


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Programación orientada a objetos

Basada en el Diseño recursivoDefinir nuevas estructuras a partir de otras ya

existentesNoción de objeto: conjunto de localidades de

memoria junto con las operaciones que pueden cambiar los valores de las mismas

Clases: conjunto de objetos con las mismas propiedades

Un objeto: instancia de una clase


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Mecanismos de Abstracción

• Los programadores se han enfrentado al problema de complejidad por largo tiempo en la historia de la ciencia de la computación.

• Para entender mejor la importancia de las técnicas orientadas a objetos, debemos explicar algunos de los mecanismos que se utilizan para controlar la complejidad.


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• Abstracción: la capacidad de encapsular y aislar información. De alguna forma las técnicas orientadas a objetos pueden considerarse como un resultado natural de progreso desde procedimientos, a módulos, a tipos de datos abstractos y objetos.


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• Procedimientos

– Repetir tareas reutilizando código

– Ocultamiento de información

• Módulos

– Resuelve Information Hidding (parte pública y privada)

– Instanciar nuevas estructuras

NO

NO


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Mecanismos de Abstracción • Tipos de datos abstractos (TAD - TDA)

– Estructura Algebraica compuesta por un conjunto de objetos abstractos, que modelan elementos del mundo, y un conjunto de operaciones para su manipulación, que modelan el comportamiento real del objeto en el mundo.

– TAD (Nombre, Formalismo, Invariante, operaciones(constructoras, modificadoras y analizadoras, adicionales(comparación, copia, destrucción, salida, persistencia))).


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• Tipos de datos abstractos - Estructuras de Datos

– Tipo de dato definido por el usuario que puede manipularse como dato del sistema (datos y operaciones sobre éstos).

– Para crearlos:• Exportar una definición de tipo• Definir operaciones• Proteger los datos• Realizar múltiples instancias


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Mecanismos de abstracción

• Un TAD = Datos + Algoritmos.

• Programa = TAD + Interfaz.

• Un objeto es un tipo de dato abstracto como estructura de datos junto con las siguientes características

– Código compartido

– Reusabilidad


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• Lenguajes OO años 60´s con el proyecto SIMULA

Diseñar un lenguaje de programación que hiciera de Algol60 una forma de desarrollar simulaciones del mundo real en la computadora


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• Incorporar al lenguaje la noción de un objeto, que es una entidad con ciertas propiedades, y con la capacidad de reaccionar a ciertos eventos.

• Programa: conjunto de objetos, que pueden cambiar dinámicamente y que actúan y reaccionan unos con otros, de manera similar a los procesos del mundo real.


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• Simula67

• Smalltalk-80. Primer lenguaje OO

• OO se convirtió en la expresión de moda

– incrementar productividad

– mejorar confiabilidad

– disminuir huecos

– reducir deuda nacional


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• A pesar de que la POO tiene muchos beneficios, programar requiere de:

– Talento, creatividad, inteligencia, lógica, habilidad para abstraer y experiencia.


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• Conocer C no necesariamente ayuda a C++• Nueva forma de pensar en cómo realizar cálculos• Envío de mensajes entre objetos• Ocultamiento de información

– Si la representación de los datos debe cambiar o si hay un error en su manejo, sólo se modifican las funciones miembro, no el programa del usuario


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• Late binding (vinculación estática/dinámica)

– Polimorfismo

• El objeto que envía el mensaje desconoce los mecanismos por medio de los cuales se responderá al mismo

• Clases e instancias

• Herencia (subclases y superclases)

• Override y Method Binding


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• Lenguaje Orientado a Objetos

– Abstracción

– Polimorfismo

– Herencia

– Encapsulamiento


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Organización de la Información LPOO

Nombres de variables Miembro

Variables de clase y nombres

Funciones y miembro

Punteros a clases base

A clases base

De clasesderivadas

Puntero a clase

Variables Miembro

Puntero a clase

Variables Miembro...


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• Es un método de implementación en el que los programas se organizan como un conjunto de objetos cooperativos, cada uno de los cuales representa una instancia de alguna clase, y cuyas clases son miembros de una jerarquía de clases unidas por relaciones de herencia.


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• Un programa puede parecer orientado a objetos pero si no cumple alguno de los puntos anteriores, no lo es.

• Específicamente, programar sin herencia se conoce como programar con tipos de datos abstractos y no orientado a objetos.


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• Objeto: Es una abstracción de algo en el dominio de un problema o su implementación, que refleja la capacidad de un sistema para guardar información sobre sí mismo e interactuar. Una encapsulación de los valores de un atributo y de sus procedimientos. (Sinónimo: Una instancia).


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• Clase: Una descripción de uno o más objetos, descritos por un conjunto uniforme de atributos y procedimientos; además, puede describir cómo crear nuevos objetos en la clase.


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• Abstracción: El principio de ignorar aquellos aspectos de un sujeto que no son relevantes para el propósito principal, con el fin de tener más concentración en aquellos aspectos que sí son importantes.


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• Abstracción de datos: El principio de definir un tipo de datos en términos de las operaciones que se aplican a los objetos de ese tipo, con la restricción de que los valores de esos objetos pueden ser modificados u observados únicamente utilizando esas operaciones.


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• En C, como en otros lenguajes de programación procedural, la programación tiende a ser orientada a acciones. En C++ la programación es orientada a objetos.

• En C, la unidad de programación es la función y en C++ la unidad de programación es la clase de la cual pueden instanciarse objetos (crearse).


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Estructuras

• Las clases en C++ son una evolución natural de las estructuras en C (struct).

• Una estructura es una colección de una o más variables, de tipos posiblemente diferentes, agrupadas bajo un solo nombre para manejo conveniente.


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Estructuras

• Las estructuras ayudan a organizar datos complicados debido a que permiten que a un grupo de variables relacionadas se les trate como una unidad en lugar de como entidades separadas.


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Estructuras

struct Time {

int hour;

int minute;

int second;

};


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Estructuras

• Una estructura NO reserva espacio en memoria, únicamente crea un nuevo tipo de dato que se utiliza para declarar variables. Las variables tipo estructura se declaran como cualquier otra:

Time timeObject, timeArray[10], *timePtr;


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Estructuras

• Los miembros de una estructura pueden accederse utilizando los operadores de membresía ( . y ->). El punto (.) accede un elemento de la estructura por medio de una referencia al objeto. Por ejemplo:

timeObject.hour

timeArray[5].hour


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Estructuras

• La flecha (->) accede un elemento de la estructura por medio de un apuntador a dicho objeto.

timePtr = &timeObject

timePtr->hour;


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Clases

• Las clases permiten al programador modelar objetos que tienen atributos y operaciones.

• Las funciones miembro se conocen como métodos y son llamados en respuesta a mensajes enviados a un objeto


38

Clasesclass Time {

public:

Time( );

void setTime (int, int, int);

void printMilitary ( );

void printStandard ( );

private:

int hour, minute, second;

};


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Ejemplos

// Programa 1. Crea una estructura, actualiza sus elementos y los imprime

#include <iostream.h>

struct Time {

int hour;

int minute;

int second;

};

void printMilitary (const Time &);

void printStandard (const Time &);


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void main ( ) {

Time dinnerTime;

dinnerTime.hour = 18;

dinnerTime.minute = 30;

dinnerTime.second = 0;

cout << "La cena se servirá a las ";

printMilitary (dinnerTime); cout << "tiempo militar, " << endl << " que es ";

printStandard (dinnerTime);

cout << "tiempo estándar." << endl;

Ejemplos


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dinnerTime.hour = 29; // Colocando valores inválidos

dinnerTime.minute = 73;

dinnerTime.second = 103;

cout << endl << "La hora con valores inválidos : ";

printMilitary (dinnerTime);

}

void printMilitary (Time &t) { // Imprime la hora en formato militar

cout << (t.hour < 10 ? "0" : "") << t.hour << ":"

<< (t.minute < 10 ? "0" : "") << t.minute << ":"

<< (t.second < 10 ? "0" : "") << t.second;

}

Ejemplos


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void printStandard (Time &t) { // Imprime la hora en formato estándar

cout << ((t.hour == 0 || t.hour == 12) ? 12 : t.hour % 12)

<< ":" << (t.minute < 10 ? "0" : "") << t.minute

<< ":" << (t.second < 10 ? "0" : "") << t.second

<< (t.hour < 12 ? " AM" : " PM");

}

Ejemplos


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// Programa 2. Time class.


class Time {

public:

Time( );

void setTime(int, int, int);

void printMilitary();

void printStandard();

private:

int hour, minute, second;

};

Time::Time( ) { hour = minute = second = 0; }

void Time::setTime(int h, int m, int s) {

hour = ( h >= 0 && h < 24) ? h : 0;

minute = ( m => 0 && m < 60 ) ? m : 0;

second = ( s >= 0 && s < 60 ) ? s : 0;

}

void Time::printMilitary( ) {

cout << ( hour < 10 ? "0" : "" ) << hour << ":"

<< ( minute < 10 ? "0" : "" ) << minute << ":"

<< ( second < 10 ? "0" : "" ) << second;

}

void Time::printStandard( ) {

cout << (( hour == 0 || hour == 12) ? 12 : hour % 12)<< ":" << ( minute < 10 ? "0" : "") << minute

<< ":" << ( second < 10 ? "0" : "") << second

<< ( hour < 12 ? " AM" : " PM");

}

void main( ) {

Time t;

cout << "La hora inicial en formato militar es ";

t.printMilitary( );

cout << endl << "La hora inicial en formato estándar es ";

t.printStandard( );

t.setTime(13, 27, 6);

cout << endl << endl << "La hora cambiada en formato militar es ";

t.printMilitary( );

cout << endl << "La hora cambiada en formato estándar es ";

t.printStandard( );

t.setTime(99, 99, 99);

cout << endl << endl << "Después de intentar inicializar la hora con valores"

<< "inválidos:" << endl << "En formato militar: ";

t.printMilitary( );

cout << endl << "En formato estándar: ";

t.printStandard( );

cout << endl;

}

// Programa 38. Ejemplo de constructores y destructores


// Definición de la clase CreateandDestroy en la librería de usuario Create.h

class CreateandDestroy { public: CreateandDestroy (int); ~CreateandDestroy ( );

private:

int data;

};

CreateandDestroy::CreateandDestroy (int value) {

data = value;

cout << "Object " << data << "constructor";

}

CreateandDestroy::~CreateandDestroy ( ) {

cout << "Object " << data << "destructor";

}

Ejemplos


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Time::Time( ) { hour = minute = second = 0; }

void Time::setTime(int h, int m, int s) {

hour = ( h >= 0 && h < 24) ? h : 0;

minute = ( m => 0 && m < 60 ) ? m : 0;

second = ( s >= 0 && s < 60 ) ? s : 0;

}

void Time::printMilitary( ) {

cout << ( hour < 10 ? "0" : "" ) << hour << ":"

<< ( minute < 10 ? "0" : "" ) << minute << ":"

<< ( second < 10 ? "0" : "" ) << second;

}

Ejemplos


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void Time::printStandard( ) {

cout << (( hour == 0 || hour == 12) ? 12 : hour % 12)<< ":" << ( minute < 10 ? "0" : "") << minute

<< ":" << ( second < 10 ? "0" : "") << second

<< ( hour < 12 ? " AM" : " PM");

}

void main( ) {

Time t;

cout << "La hora inicial en formato militar es ";

t.printMilitary( );

Ejemplos


46

Ejemploscout << endl << "La hora inicial en formato estándar es ";

t.printStandard( );

t.setTime(13, 27, 6);

cout << endl << endl << "La hora cambiada en formato militar es ";

t.printMilitary( );

cout << endl << "La hora cambiada en formato estándar es ";

t.printStandard( );

t.setTime(99, 99, 99);

cout << endl << endl << "Después de intentar inicializar la hora con valores"

<< "inválidos:" << endl << "En formato militar: ";

t.printMilitary( );

cout << endl << "En formato estándar: ";

t.printStandard( );

cout << endl;

}


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Constructor y destructor

• Si no existe el constructor en la definición de una clase, el compilador genera uno por default pero no realiza ninguna inicialización; así que, cuando se crea un objeto no hay garantía de que esté en un estado consistente.


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• El destructor se llama con una tilde (~) y es el complemento del constructor. Se manda llamar cuando un objeto es destruido (cuando la ejecución de un programa deja el alcance en al cuál el objeto de una clase fue instanciado. ej. recordar Reglas de alcance).


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• Sin embargo, físicamente el destructor no destruye al objeto sino que lo deja de proteger de las reclamaciones de memoria por parte del sistema. Un destructor no recibe parámetros ni regresa algún valor.


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• Los constructores y destructores se llaman automáticamente. El orden en el que se llaman depende del momento en el que se instancían estos objetos en la ejecución.


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Ejemplos // Programa 3. Ejemplo de constructores y destructores


// Definición de la clase CreateandDestroy en la librería de usuario Create.h

class CreateandDestroy { public: CreateandDestroy (int);~CreateandDestroy ( );

private:

int data;

};

CreateandDestroy::CreateandDestroy (int value) {

data = value;

cout << "Object " << data << "constructor";

}

CreateandDestroy::~CreateandDestroy ( ) {

cout << "Object " << data << "destructor";

}


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Ejemplos// Programa 4. Ejemplo de constructores y destructores

// Utiliza la librería de usuario previa (Create.h)

#include <Create.h>

CreateandDestroy uno(1);

void create (void) {

CreateandDestroy cinco (5);

cout << "local automático en función create";

static CreateandDestroy seis (6);

cout << "local estático en función create";

CreateandDestroy siete (7);

cout << "local automático en función create";

}


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Ejemplos

void main (void) {

cout << "global creado antes del main";

CreateandDestroy dos (2);

cout << "local automático en el main";

static CreateandDestroy tres (3);

cout << "local estático en el main";

create( );

CreateandDestroy cuatro (4);

cout << "local automático en el main";

}

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