Introduccin a la Programacin Orientada a Objetos

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Introducción a la Programación Orientada a
Objetos

• Ingeniería de la Programación
• Capítulo 1

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Contenidos

• 1.1 Introducción.
• 1.2. El concepto de objeto.
• 1.5. El envío de mensajes.
• 1.3. Las clases.
• 1.4. La instanciación.
• 1.6. La herencia.
• 1.8. Facetas de la herencia.
• 1.9. La herencia múltiple.
• 1.10. Polimorfismo.
• 1.11. Enlace estático y dinámico.
• 1.12. Metaclases.

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Introducción (I)

• Tradicionalmente, en un programa existen como
  entidades separadas los datos y los
  procedimientos o funciones que manipulan esos
  datos
• Algoritmos Estructuras de Datos Programas
• Problemas
• Acoplamiento, variables globales, etc.

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Introducción (II)

• Simula-67
• Objeto entidad de programación que encapsula
  datos y procedimientos que los manipulan
• Conceptos de la programación orientada a objetos
• objetos y clases
• encapsulación y ocultación de información
• herencia y polimorfismo

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Introducción (III)

• Evolución histórica
• Simula-67
• Años 70 encapsulación, ocultación de
  información, módulos (David Parnas)
• Smalltalk-80
• A partir de mediados de los 80, un gran número de
  lenguajes OO
• Extensiones OO de lenguajes clásicos (turbo
  Pascal con objetos, C, Ada, CLOS, )
• Lenguajes genuinamente OO (Eiffel, Java, Perl,
  PHP, C, )

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Introducción (y IV)

• Por qué ha tenido tanto éxito la POO?
• La forma de percibir y pensar sobre los problemas
  se acerca a los mecanismos cognitivos humanos y
  es muy parecida a la forma en que se abordan en
  otros dominios
• Existe la esperanza de que esta técnica sea la
  clave para incrementar la productividad y mejorar
  la fiabilidad de los sistemas software ( solución
  a la crisis del software )
• Existe la esperanza de que la transición de los
  lenguajes existentes a los nuevos orientados a
  objetos sea fácil

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Objetos

• Entidad de programación con dos componentes
• Estado Contiene la información que puede
  almacenar el objeto y que puede variar con
  respecto al tiempo
• Comportamiento Conjunto de acciones que puede
  realizar.
• Alternativamente, se define un objeto como una
  entidad con dos componentes
• Parte estática datos.
• Parte dinámica procedimientos o funciones que
  manipulan los datos.

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Objetos
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POO vs. P. tradicional
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Modelo de computación clásico
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Modelo de computación OO

• El concepto de aplicación desaparece
• Programas colecciones de objetos autónomos que
  interactúan mediante mensajes

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Paso de mensajes

• Protocolo de comunicación interobjetual
• Un mensaje se envía a un objeto específico,
  llamado el receptor
• El mensaje contiene una petición de servicio, así
  como la información que el receptor pueda
  necesitar para llevar a cabo el servicio
• El receptor, en respuesta al mensaje, ejecuta un
  método, tras lo cual devuelve un resultado al
  solicitante
• El que se ejecuta en respuesta al mensaje no es
  fijo
• Diferentes objetos pueden aceptar el mismo
  mensaje y realizar acciones diferentes.

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Mensajes

• Para que un objeto pueda responder a un mensaje,
  éste debe ser parte de su interfaz pública.
• Un mensaje incluye el nombre de una operación y
  una lista de argumentos requeridos para la misma.
  Al nombre de la operación le llamaremos selector
  del mensaje.
• Cuando el receptor recibe el mensaje, ejecuta un
  método que sólo él conoce (y que puede ser
  cualquiera, con tal de que haga lo establecido
  el emisor nunca especifica cómo debe llevarse a
  cabo esa operación)
• Al conjunto de mensajes a los que puede responder
  un objeto dado se le llama comportamiento del
  objeto.

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Mensajes

• Información contenida en un mensaje
• El objeto receptor (OBJ)
• El nombre del operador o operación (SEL)
• Los argumentos del operador (ARG)
• Ejemplos de Mensajes
• Sintaxis Lenguaje de programación
• OBJ SEL ARG Smalltalk
• OBJ.SEL(ARG) Object Pascal , C
• ARG SEL OBJ Neon
• (OBJ 'SEL ltARGgt) ExpertCommonLisp
• OBJ SEL ARG Objetive-C

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Clases

• La mayor parte de los sistemas orientados a
  objetos distinguen entre la descripción de un
  objeto y el objeto en sí
• Muchos objetos similares pueden ser descritos por
  una misma definición o esquema general
• Una clase es una definición, plantilla o molde
  que permite la creación de objetos, y contiene la
  descripción de las características comunes de
  esos objetos
• Componentes de una clase
• Parte estática Campos con nombres, atributos
• Parte dinámica Procedimientos o funciones,
  métodos

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Clases y TAD

• El concepto de clase está fuertemente relacionado
  con el concepto de tipo abstracto de datos
• Un tipo abstracto de datos viene definido por una
  serie de operaciones que se pueden efectuar sobre
  los representantes del tipo.
• Una clase es la implementación de un tipo
  abstracto de datos
• Para un mismo tipo puede haber distintas
  implementaciones

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Clases y TAD
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Declaración de clases

• Una definición de clase incluye
• El nombre de la clase.
• Las operaciones públicas, interfaz de la misma.
• La representación interna de los atributos.
• La implementación de la interfaz.

Clase Artículo exporta Inicializar, PrecioTotal,
PrecioTransporte , Retirar, Añadir
atributos por defecto ocultos Referencia
String Descripción String Precio
Real CantidadInteger código para los métodos
públicos y privados procedure
Inicializar(NR,NSStringNPRealNCInteger) Ref
erencia NR DescipcionNS Precio
NP Cantidad NC fin Inicializar function
PrecioTotal()Real Retorna(1.186Precio) fin
PrecioTotal function PrecioTransporte()Real Ret
orna(0.05Precio) fin PrecioTransporte procedure
Retirar(qInteger) Cantidad Cantidad - q
fin retirar procedure Añadir(qInteger) Cantidad
Cantidad q fin Añadir fin Articulo
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Declaración de clases

• Unit _Articulos
• Interface
• Type Articulo Object
• procedure Inicializar(NR,NSStringNPRealNCI
  nteger)
• function PrecioTotalReal
• function PrecioTransporteReal
• procedure Retirar(qInteger)
• procedure Añadir(qInteger)
• private parte privada de la clase
• Referencia String
• Descripción String
• Precio Real
• CantidadInteger
• End definición de clase
• Implementation
• procedure Articulo.Inicializar(NR,NSStringNPRea
  lNCInteger)
• Referencia NR DescipcionNS Precio NP
  Cantidad NC
• End Inicializar
• ...

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Instanciación

• Operación que permite la creación de
  representantes físicos de las clases, llamados
  instancias o ejemplares
• Todo objeto es una instancia o ejemplar de una
  clase determinada
• En la mayor parte de los lenguajes orientados a
  objetos, las clases existen en tiempo de
  compilación mientras que los objetos existen en
  tiempo de ejecución

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Clases y ejemplares

• Todas las instancias de una misma clase tienen el
  mismo número de atributos
• A los atributos se les suele llamar también
  variables de instancia.
• Los nombres de las variables residen en la clase,
  y los valores en los objetos.
• Los métodos son comunes a todas las instancias de
  la misma clase
• Los métodos residen en la clase

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Variables de clase

• Variables declaradas en una clase cuyo valor
  reside en la propia clase.
• Compartidas por todas las instancias de esa
  clase.
• Clase Artículo
• ....
• variables de clase
• CantidadMinima integer
• ...
• fin Artículo

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1.6 La Herencia

• Mecanismo de reutilización de código que permite
  a los programadores crear nuevas clases a partir
  de clases existentes
• Es una relación transitiva entre clases que
  permite a una nueva clase utilizar los métodos y
  atributos definidos en otra clase como si fuesen
  propios.

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Representación gráfica
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Herencia

• Enriquecimiento
• Ocultación o sustitución

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Enriquecimiento y Sustitución

• Clase Ropa
• Superclase Artículo
• Atributos
• Talla Integer
• Color char
• Métodos públicos
• Fin Ropa
• Clase ArticulodeLujo
• Superclase Artículo
• Atributos
• Métodos públicos
• PrecioTotal()
• Retorna(Precio1.33)
• Fin ArticulodeLujo

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Árbol de herencia simple
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1.7 Facetas de la Herencia

• Qué pueden redefinir las clases descendientes?.
•  
• Variables de instancia
•  
• Métodos.

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Facetas de la herencia

• Para las variables de instancia
• Sin redefinición.
• Redefinición arbitraria.
• Redefinición con restricciones.
• Definiciones ocultas.

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Facetas de la herencia

• Para los métodos
• Redefinición arbitraria.
• Redefinición con restricciones
• Únicamente el código.
• La interfaz del método.

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Ejemplo de herencia (Delphi)

• unit Unit2
• interface
• type Figura class
• // atributos
• protected
• x,y integer
• public
• constructor crear(nx,nyinteger)
• procedure desplazar( incx, incy
  integer)
• end
• type Cuadrado class(Figura)
• protected
• lado integer
• public
• constructor crear(nx,ny,nlinteger)
• procedure dibujar
• end
• implementation

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Ejemplo Delphi

• // Implementación de los métodos de figura.
• constructor Figura.crear(nx,nyinteger)
• begin x nx y ny end
• procedure Figura.desplazar( incx, incy
  integer)
• begin x x incx y y incy end
• // Métodos de cuadrado
• constructor Cuadrado.crear(nx,ny,nlinteger)
• begin
• inherited crear(nx,ny)
• lado nl
• end
• procedure Cuadrado.Dibujar
• begin
• // ...
• end

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Ejemplo Delphi (y 3)

• // En otra parte del programa.
• var f figura
• c cuadrado
• begin
• f figura.crear(10,10)
• f.desplazar(1,1)
• c cuadrado.crear(20, 20, 10)
• c.desplazar(2,2)
• c.dibujar
• end

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Herencia múltiple

• Algunos lenguajes orientados a objetos permiten
  que una clase determinada pueda tener más de una
  superclase directa, en este caso se habla de
  herencia múltiple
• Si B posee A1,..,An superclases directas entonces
  B hereda la unión de las variables de instancia y
  de los métodos de A1..An

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Herencia múltiple conflictos de nombre

• Aparece un conflicto de nombres en la herencia
  múltiple cuando dos o más superclases directas de
  una dada poseen atributos y/o métodos con el
  mismo nombre
• Estrategias de resolución de conflictos
• Linearización del grafo de herencia.
• Renombrado de variables de instancias y de
  métodos.
• Cualificación de variables de instancia y de
  métodos

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Linearización
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Renombrado

• El compilador trabaja directamente con el grafo
  de herencia, cuando encuentra un conflicto de
  nombre genera una mensaje de error
• El programador o usuario es el que debe de
  resolver el conflicto de nombres
• Esta es la estrategia que utilizan lenguajes como
  Eiffel el renombrado se hace en la clase
  descendiente.
• Class Estudiante_Trabajador
• Inherit Empleado
• Rename bonificacion as
  bonificacion_empleado
• Estudiante
• ...
• end

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Calificación

• Cuando surge un conflicto de nombres, los
  atributos o los métodos se califican con el
  nombre de la clase a la que pertenecen
• Por ejemplo, en C
• Estudiantebonificacion
• Empleadobonificacion

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Polimorfismo (1)

• En programación un objeto polimórfico es una
  entidad (por ejemplo una variable) que puede
  contener valores de diferente tipo durante la
  ejecución de un programa.

40
Tipos de Polimorfismo
41
Sobrecarga/ Coerción

• Sobrecarga Se puede emplear el mismo símbolo
  para denotar operaciones con distinto
  significado.
• P. Ej .
• Coerción Las operaciones pueden trabajar con
  tipos mezclados.

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Polimorfismo de Inclusión

• Variables de un tipo determinado se pueden
  referirse a instancias de clases descendientes.

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Genericidad

• Clase Pila T
• Campos
• Representacion Array T
• NumElementos Integer
• Métodos
• / No se muestra el código de los métodos /
• Crear()
• Añadir(ItemT)
• Desapilar(Var Item T)
• ...
• CimaPila(Var ItemT)
• fin

• Permite la definición de clases paramétricas, que
  son aquellas que admiten uno o varios tipos como
  parámetro.

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Tipo estático/dinámico

• Lenguajes con asignación estática de tipos los
  tipos se asocian con las variables o
  identificadores mediante declaraciones
  explícitas.
• Lenguajes con asignación dinámica de tipos los
  tipos se enlazan con los valores.

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Tipo estático/dinámico (2)

• En lenguajes con asignación estática de tipos, el
  nombre (variable) de un objeto tiene asignado un
  tipo estático y un tipo dinámico.
•  El tipo estático se determina en tiempo de
  compilación, al inspeccionar la declaración de
  esa variable.
•  El tipo dinámico puede variar en tiempo de
  ejecución, queda determinado por el tipo del
  valor al que apunta esa variable.

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Polimorfismo y asignación estática

• El tipo dinámico de una variable debe ser un
  descendiente del tipo estático.

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Enlace estático/dinámico

• Cuándo se produce la asociación entre una
  expresión de paso de mensajes y el código que ha
  de ejecutarse?

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Enlace (2)

• Enlace estático (en tiempo de compilación) si el
  enlace del método al mensaje se basa en las
  características estáticas de la variable.
• Enlace dinámico (en tiempo de ejecución) si el
  enlace del método al mensaje se basa en el tipo
  del valor y no en el tipo de la declaración.

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Enlace dinámico y polimorfismo de inclusión
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Metaclases

• En algunos lenguajes las clases existen en tiempo
  de ejecución y pueden ser tratadas como objetos
• En esos lenguajes hay dos tipos de objetos
• objetos clase objetos que pueden actuar como
  plantillas y crear instancias de ellos mismos.
• objetos terminales objetos que pueden ser
  instanciados pero que no pueden instanciar otros
  objetos.

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Metaclases

• Una metaclase es una clase cuyas instancias son
  clases
• las metaclases que engendran las clases
• las clases engendran las instancias terminales
• Ventajas de utilizar metaclases
• Se pueden utilizar para almacenar información
  relativa a las instancias (información de grupo),
  en la forma de variables de clase. Los métodos
  asociados con la clase (métodos de clase) se
  emplean para manipular las variables de clase.
• Su utilización en la creación/inicialización de
  las nuevas instancias de la misma. El mensaje new
  enviado a la clase puede llevar asociado
  argumentos adicionales para inicializar las
  variables de instancia.

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Metaclases en Smalltalk
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Metaclases en LOOPS
En el modelo del lenguaje LOOPS, los objetos se
reparten en tres categorías, metaclases, clases e
instancias terminales, pero el número de
metaclases no está limitado