Programação Orientada a Objetos

Transcrição

1 1/61 Programação Orientada a Objetos Introdução

2 2/61 #include <iostream> int main() { std::cout << "Bem-vindos a FCM-702 << std::endl; }

3 Número de linhas Ano SO Linhas (milhões) 1993 Windows NT Windows NT Windows NT Windows Windows XP Windows Server /61

4 Número de linhas SO Linhas (milhões) Debian Debian Debian Debian OpenSolaris 9.7 FreeBSD 8.8 Mac OS X 86 LinuxKernel LinuxKernel LinuxKernel /61

5 5/61 Custo Debian 2.2 (caso desenvolvido por empresa) 56 milhões de linhas pessoas-ano (4.000 linhas/pessoa/ano) 1,9 bilhão de dólares! Dados da Wikipedia.

6 6/61 Taxa de erros Após depuração! Software comercial: 5 para cada 1000 linhas Software militar: 1 para cada 1000 linhas

7 7/61 Desenvolvimento Ciclo de Vida

8 8/61 Ciclo de Vida Um software apresenta ciclo de vida Algumas fases do ciclo de vida: Especificação Desenvolvimento Manutenção

9 9/61 Especificação Antes de iniciar a programação deve-se saber o que se pretende com o programa. Especificação deve ser feita em conjunto com o cliente (usuário). Especificação deve resultar num contrato. Contratos com especificação formal são as soluções ideais.

10 Desenvolvimento Engloba: Programação. Testes. Documentação. O desenvolvimento deve partir da especificação. 10/61

11 Programação Deve fornecer uma implementação do produto especificado. Um método sistemático precisa ser usado para: Reduzir incidência de erros. Simplificar programação. Fornecer uma estrutura de comunicação entre diferentes programadores. Idealmente devem ser usados métodos formais. 11/61

12 Testes O programa deve ser continuamente testado. Os testes devem verificar: Que o programa esteja executando corretamente. Que ele seja adequado aos objetivos originais. Testes também ajudam a refinar a especificação. São realizados geralmente em duas fases: Alfa: testes internos. Beta: testes externos. 12/61

13 13/61 Documentação Envolve dois aspectos: Documentação externa: manuais de usuário, explicando as funcionalidades do software e seu uso. Permite ao usuário tirar proveito do software. Documentação interna: comentários no código e documentos descritivos. Permitem a compreensão do código do programa.

14 14/61 Manutenção Envolve todas as atividades relacionadas com programação do software após ele haver sido entregue ao usuário. Principais: Correção de erros. Parte do desenvolvimento adicional (novas versões que não impliquem em mudanças significativas).

15 Erros Erros de implementação. Erros internos. Erros de interação. Erros de compreensão. Erros de especificação. 15/61

16 16/61 Versões Usuários requerem novas funcionalidades ao iniciar a utilização do software. Mudanças externas (ex: legislação, novas técnicas industriais) requerem adaptação do software. Novas tecnologias permitem uma expansão das funcionalidades.

17 Histórico 17/61

18 18/61 Espaço Restrito Computadores iniciais tinham espaço para apenas alguns milhares de palavras. Muitas palavras eram necessárias para os dados do programa. Pouco espaço restante para o código do programa. Programas eram simples e pequenos.

19 19/61 Linguagem de Máquina Programas precisavam (e podiam) ser escritos como uma seqüencia de instruções de máquina. A=B+C LD R1, 1001 LD R2, 1002 ADD R1, R2 ST 1000, R1 HALT

20 Macro Assemblers Novas arquiteturas mais rápidas e com mais memória permitiram que o computador executasse parte do processo (geração do código binário). LD R1, _B LD R2, _C ADD R1, R2 ST _A, R1 HALT VAR _A VAR _B VAR _C MACRO SOMA (Z,X,Y) LD R1, X LD R2, Y ADD R1, R2 ST Z, R1 END MACRO SOMA (_A, _B, _C) HALT VAR _A VAR _B VAR _C 20/61

21 21/61 Linguagens de Alto Nível Novos desenvolvimentos permitiram operações mais complexas. Surgiram as linguagens de alto nível. Essas linguagens permitem ao programador esquecer a arquitetura do sistema e se concentrar no problema.

22 22/61 Complexidade Maior facilidade de programação estimulou o desenvolvimento de programas mais complexos. Programas mais complexos têm compreensão mais difícil. Técnicas de programação são introduzidas para facilitar o desenvolvimento. Volta-se ao primeiro ponto...

23 23/61 Complexidade Softwares atuais são muito complexos. Lembre-se dos números de linhas! Complexidade gera a chamada crise do software.

24 24/61 Equipes Um programador consegue desenvolver no máximo uns poucos milhares de linhas de código depurado por ano. Programas complexos precisam ser desenvolvidos por equipes de programadores. Limites de tempo exigem equipes ainda maiores. Os programadores precisam trabalhar efetivamente em equipe.

25 25/61 Divisão de Trabalho O trabalho precisa ser distribuído entre os programadores. É necessário determinar precisamente a forma de interação entre as diversas partes. Deve ser possível realizar testes (parciais) de partes sem que tudo esteja pronto. É necessário o uso de técnicas precisas de programação.

26 26/61 Técnica e Linguagem Idealmente a técnica utilizada deve ser refletida na linguagem. Se a técnica de programação não tem apoio na linguagem toda a informação estrutural fica externa ao código. Isso dificulta a implementação. Informação fica rapidamente desatualizada.

27 Orientação a Objetos Orientação a objetos usada para: Organização do software. Programação. Procura auxiliar na programação: Isolando detalhes de implementação. Facilitando o reaproveitamento de código. Facilitando o desenvolvimento de códigos extensíveis. 27/61

28 Programação Estruturada 28/61

29 29/61 Estruturas de Controle Substituição de código deve ser facilitada. Substituição é dificultada se um bloco a ser substituído tem múltiplos pontos de entrada ou múltiplos pontos de saída. Programação estruturada: cada bloco possui apenas um ponto de entrada e um ponto de saída.

30 Múltiplas Entradas Exemplo de múltiplas entradas: if (a > b) goto la; tmp = a; a = b; b = tmp; while (a!= b) { if (b > a) { tmp = a; a = b; b = tmp; } la: a -= b; } 30/61

31 Múltiplas Saídas Exemplo de múltiplas saídas: i = 0; while (i < n) { if (dados[i] == chave) goto fim; i++; } dados[i] = chave; cont[i] = 0; n++; fim: cont[i]++; return i; 31/61

32 32/61 Estruturas Padrão Desenvolvimento de um conjunto de estruturas padrão: Condicional (if). Seleção (switch). Repetição (while, for, do). Uso de rotinas (funções).

33 33/61 Rotinas Rotinas auxiliam na estruturação: O corpo da rotina pode ser inteiramente substituído (tem existência separada). A interação com o código restante é determinada por: Parâmetros. Valores de retorno. Variáveis globais utilizadas. Evitando variáveis globais desacoplamos a rotina de seu contexto.

34 34/61 Estrutura de Dados Dados distintos possuem relações entre si. As relações devem preferencialmente ser expressas na linguagem de programação. Para isso foram introduzidas técnicas de estruturação de dados.

35 35/61 Exemplo Precisamos manter uma lista de números. Além de guardar os números precisamos saber quantos números estão armazenados na lista. Primeira opção: Um vetor para guardar os números. Uma variável para indicar quantos números foram armazenados.

36 36/61 Exemplo Lista de inteiros: int lista[100]; int n; n = 0; /* outras operações */ lista[n] = 3; n++;

37 37/61 Problemas As variáveis lista e n são relacionadas logicamente, mas independentes no código. O código não apresenta a informação semântica da relação entre as duas variáveis. Segunda opção: Usar uma única variável para guardar tanto a lista como o contador. Permitir variáveis com estrutura interna.

38 38/61 Exemplo O mesmo exemplo usando dados estruturados: struct Lista { int lista[100]; int n; } umalista; umalista.n = 0; /* outras operações */ umalista.lista[umalista.n] = 3; umalista.n++;

39 39/61 Vantagens Contador e lista são claramente relacionados pelo uso de uma única variável. A mesma estrutura pode ser utilizada para outras listas semelhantes (simplesmente declarando novas variáveis desse tipo). No caso anterior, os lista e n das diversas listas não serão confundidos.

40 Orientação a Objetos 40/61

41 Estruturas e Operações A estruturas de dados são associadas geralmente operações. Ex: Na lista de inteiros: Inserção. Busca. Realizadas através e rotinas que operam sobre variáveis da estrutura. 41/61

42 Exemplo Lista de números e operações de inserção e busca nessa lista struct Lista { int lista[100]; int n; }; bool busca(lista *lst, int chave) { int i = 0; while (i < lst->n && lst->lista[i]!= chave) i++; return!(i == lst->n); } void insere(lista *lst, int valor) { lst->lista[lst->n] = valor; lst->n++; } 42/61

43 43/61 Problema Existe uma separação no código entre as estruturas utilizadas para representar os dados e as operações sobre elas. É interessante que haja uma ligação sintática entre os dados estruturados e as operações sobre eles. Isto está relacionado com tipos abstratos de dados.

44 Tipos Abstratos de Dados Ligam novos tipos de dados com as operações sobre eles. Permitem separar interface de implementação: Interface: a forma como o cliente enxerga o tipo. Implementação: a representação interna do tipo e a forma de implementação das operações. Isto providencia o que é conhecido com encapsulação da implementação. 44/61

45 Exemplo Lista de números e suas operações class Lista { int lista[100]; int n; public: bool busca(int chave); void insere(int valor); }; bool Lista::busca(int chave) { /*... */ } void Lista::insere(int valor) { lista[n] = valor; n++; } 45/61

46 Encapsulação Implementação (dados e possivelmente rotinas) fica encapsulada e inacessível para o cliente. Pode ser utilizada apenas por rotinas ligadas ao próprio tipo de dados. Erro na representação interna se deve a erro em alguma das rotinas do tipo. Se quisermos mudar a representação do tipo isso não afetará os clientes desde que a interface permaneça inalterada. 46/61

47 Exemplo Mudança da lista para lista ligada: class Lista { struct No { int val; No *prox; }; No *lista; public: /* Outros métodos */ bool busca(int chave); void insere(int valor); }; bool Lista::busca(int chave) { /*... */ } void Lista::insere(int valor){ No *novo = new No; novo->val = valor; novo->prox = lista; lista = novo; } 47/61

48 48/61 Representação Implementação Interface

49 49/61 Interação entre Objetos Mensagens

50 50/61 Composição Um objeto pode ser constituído de outros objetos, suas partes. Por exemplo: um carro tem motor, chassi, distribuição, sistema elétrico, etc. Cada uma das partes pode ser descrita por um tipo de dados distinto. Isso é denominado composição.

51 Composição 51/61

52 52/61 Herança Alguns tipos podem ser relacionados com outros por relação de subconjunto. Por exemplo: carro é um veículo, e portanto tem características e comportamento comuns a todos os veículos (forma de tração, capacidade de carga, anda, para, etc.). Esse tipo de relação pode ser indicada em orientação a objetos por meio de herança.

53 Cachorros com classe... class Comida { /*... */ }; class Animal { public: void anda(); void come(comida &c); }; class Cachorro : public Animal { public: void late(); }; class RacaoDeCachorro : public Comida { }; /*... */ RacaoDeCachorro mac_cao; Cachorro rex; rex.anda(); rex.come(mac_cao); rex.late(); 53/61

54 54/61 Usos de Herança Permite descrever sintaticamente a relação de subconjunto existente entre dois tipos. Permite reaproveitar código previamente desenvolvido para um tipo em tipos similares (subtipos). Permite abstrair características comuns a um conjunto de tipos.

55 55/61 Nomenclatura O tipo mais geral é chamado classe base ou superclasse. O tipo mais específico é chamado classe derivada ou subclasse. Uma hierarquia de classes indica uma ordem de classes base e derivadas, numa estrutura normalmente hierárquica.

56 56/61 Polimorfismo Se diversos objetos são de tipos derivados (direta ou indiretamente) de uma mesma classe base, então eles têm algumas características e comportamento em comum. Essa parte comum é definida pelas características presentes na classe base. Se existem características comuns, deve ser possível efetuar operações similares sobre todos esses objetos.

57 57/61 Polimorfismo Ao efetuarmos a operação sobre os diversos objetos da coleção desejamos que essa operação se adapte aos distintos tipos desses objetos. Se não sabemos de antemão quais os tipos dos objetos e isto precisa ser decidido no momento da execução, então estamos lidando com polimorfismo.

58 Exemplo Num software de desenho temos diversos tipos de figuras. Todas as figuras têm os mesmos tipos de comportamento: desenhar, mover, apagar, copiar, etc. Cada tipo de figura (círculo, triângulo, quadrado, etc.) tem uma forma diferente de realizar essas operações. Operações devem ser realizadas sobre grupos de figuras. 58/61

59 59/61 Exemplo Por exemplo: mover 5 figuras diferentes simultaneamente. As figuras que devem ser movidas são inseridas numa coleção. A ordem de mover é dada a todas as figuras dessa coleção. Cada figura aplica a operação de mover definida por seu tipo.

60 60/61 Vantagens Generalidade: uma algoritmo apenas precisa indicar que uma operação é necessária, mas não a forma de executá-la e portanto é válido para dados de todos os tipos compatíveis. O algoritmo não precisa saber de antemão todos os tipos de dados com os quais irá operar.

61 61/61 Continuação Detalhamento desses conceitos. Utilização desses conceitos para programação usando a linguagem C++. Detalhes da linguagem. Uso dos conceitos na linguagem. Alguns (vários?) conceitos adicionais.