Modelagem e Processos

Transcrição

1 Modelagem e Processos

2 A relação UML Orientação a Objetos

3 Introdução: Von Neumann e a programação

4 Introdução: Von Neumann e a programação O primeiro computador, como conhecemos atualmente, foi idealizado por Von Neumann. Sua idéia era criar uma espécie de caixa misteriosa, cuja intenção seria executar tarefas possiveis à mente humana que, no entanto, fossem executadas autonomamente.

5 Introdução: Von Neumann e a programação O ENIAC (Eletronic Numeric Integrator And Calculator) primeiro computador a válvulas desenvolvido pelo exército americano, era capaz de fazer quinhentas multiplicações por segundo e foi projetado para calcular teorias balísticas. No ENIAC, o programa era feito rearranjando a fiação em um painel

6 Introdução: Von Neumann e a programação Nesse ponto John von Neumann propôs a idéia que transformou os calculadores eletrônicos em cérebros eletrônicos : modelar a arquitetura do computador segundo o sistema nervoso central. Para isso, eles teriam que ter três características:

7 Introdução: Von Neumann e a programação 1. Codificar as instruções de uma forma possível de ser armazenada na memória do computador. Von Neumann sugeriu que fossem usados uns e zeros; 2. Armazenar as instruções na memória, bem como toda e qualquer informação necessária a execução da tarefa, e 3. Quando processar o programa, buscar as instruções diretamente na memória, ao invés de lerem um novo cartão perfurado a cada passo.

8 Introdução: Von Neumann e a programação Este é o conceito de programa armazenado, cujas principais vantagens são: rapidez, versatilidade e automodificação. Assim, o computador programável que conhecemos hoje, onde o programa e os dados estão armazenados na memória ficou conhecido como Arquitetura de Von Neumann.

9 Introdução: Von Neumann e a programação Os primeiros programadores não conseguiram enxergar o que estava por trás da invenção (constatação) de Von Neumann. Os programadores eram obrigados a pensar como a máquina (como a máquina tinha de pensar). O ponto de partida para conseguir trazer êxito à idéia de Von Neumann foi o advento de verdadeiras linguagens de programação.

10 Introdução: Von Neumann e a programação Mas,... O que é programar um computador? (Discussão)

11 Introdução: Von Neumann e a programação Pode-se gastar livros com este assunto, mas o importante é destacar um único ponto comum a qualquer linguagem de programação: Programar é um exercício de ABSTRAÇÃO. Um problema complexo precisa ser abstraído num emaranhado de variáveis, tipos, estruturas etc. até chegar-se a um modelo de solução. Em linguagens como Basic, Fortran, C, Pascal e muitas outras, esse foco de abstração ainda está intimamente ligado ao velho Assembly, ou seja, nossas soluções geralmente (quase invariavelmente) baseiam-se na estrutura do computador e não na estrutura do problema.

12 Introdução: Von Neumann e a programação De acordo com o enunciado anterior, poder-se-ia pensar que sempre programou-se erroneamente (mas afinal, tem muita coisa por aí que já foi programada neste formato e funciona!), mas... Será que as atuais soluções são duradouras? Será que os programas estruturados são fáceis de modificar, do ponto de vista de funcionalidade? Será que uma pessoa externa tem facilidade para entender como alguém solucionou um problema estruturado? Será que é fácil organizar uma equipe para desenvolver uma série de programas estruturados que devam se comunicar?

13 Introdução: Von Neumann e a programação Independente das respostas dadas a estas perguntas, é necessário conhecer o outro lado da moeda. Com relação às questões, pode-se respondê-las com outras perguntas: Será que a única forma de programar computadores baseiase no formato estruturado? Será que não conseguir-se-ia uma maior produção se todos pudessem compartilhar de um desenvolvimento mais organizado e menos complexo? Será que é possível obter programas de fácil manutenção se pensarmos em uma solução mais ligada ao problema e não ao computador?

14 Introdução: Von Neumann e a programação A resposta para estas perguntas está na proposta da orientação a objetos.

15 Princípios de Orientação a Objetos

16 Princípios de Orientação a Objetos A proposta da orientação a objetos é permitir que os programadores organizem os programas da mesma forma que as nossas mentes enxergam os problemas: não como um conjunto de espaços de memória, mas como um conjunto de coisas que fazem parte do problema.

17 Princípios de Orientação a Objetos O programador não será mais obrigado a abstrair do problema variáveis e suas respectivas organizações, mas imaginar o problema como um grande conjunto de OBJETOS. Dessa forma, é necessário haver uma modificação na maneira como enxergamos os programas. Não é mais permitido, neste paradigma, orientar a solução dos problemas de acordo com as funções identificadas no problema, mas de acordo com o que existe no escopo do problema: OBJETOS.

18 Princípios de Orientação a Objetos Como exemplo, imagine um consultório médico, para resolver os seguintes problemas: Cadastro de um paciente; Consulta ao cadastro de um paciente. Poderíamos imaginar o seguinte conjunto de estruturas: Tipos Variáveis Funções (sub-rotinas) Estruturas Paciente Nome Cadastro Arquivo de pacientes CPF Descadastro Endereço Consulta Idade Tipo sanguíneo Convênio médico Neste caso, e se um dia tornar-se necessário controlar as consultas que forem marcadas para os pacientes?

19 Princípios de Orientação a Objetos Seria necessário criar um arquivo de dados com as consultas marcadas e suas respectivas datas, nome de médico, especialidade e outras informações necessárias. Mas, essa solução poderia causar problemas futuros: Se precisarmos armazenar a data da consulta, teremos várias datas de consultas para cada usuário (e então em qual data foi uma determinada consulta?); Se precisarmos aumentar mais uma função, por exemplo, descadastrar um médico que não será mais afiliado à clínica? Provavelmente, pela prévia falta de organização dos dados, teríamos um trabalho imenso de reorganização dos dados.

20 Princípios de Orientação a Objetos Até poderia obter-se uma solução próxima da desejada se utilizássemos as técnicas relacionadas com o Gerenciamento de Banco de Dados, mas as funções constituintes do problema iriam passear de um lugar para outro, tornando o programa mais complexo para uma futura manutenção. Muitas soluções para problemas simples e notadamente restritos a um contexto pequeno podem obter um brilhante resultado dentro das soluções citadas anteriormente, mas conforme será detalhado, o desenvolvimento orientado a objetos impõe (implicitamente) uma disciplina que diminui senão todos, a grande maioria dos esforços inúteis provenientes da Programação Estruturada e/ou das técnicas baseadas em Banco de Dados.

21 Princípios de Orientação a Objetos Fundamentos da Programação Orientada a Objetos. A Orientação a Objetos é uma tecnologia que enxerga os sistemas como sendo coleção de objetos integrantes. Ela permite melhorar a reusabilidade e extensibilidade dos softwares. A tecnologia orientada a objetos é fundamentada no que, coletivamente, chamamos de modelo de objetos, que engloba os princípios da abstração, hierarquização, encapsulamento, classificação, modularização, relacionamento, simultaneidade e persistência.

22 Princípios de Orientação a Objetos Paradigma Orientado por Objetos. A proposta da Orientação a Objetos (OO) é representar o mais fielmente possível as situações do mundo real nos sistemas computacionais. Nós entendemos o mundo como um todo composto por vários objetos que interagem uns com os outros. Da mesma maneira, a OO consiste em considerar os sistemas computacionais não como uma coleção estruturada de processos, mas sim como uma coleção de objetos que interagem entre si. Os programas OO são programas estruturados em módulos que agrupam um estado e operações sobre este estado. Apresentam ênfase em reutilização de código.

23 Princípios de Orientação a Objetos Paradigma Orientado por Objetos. Um dos grandes diferenciais da Programação Orientada a Objetos (POO) em relação a outros paradigmas de programação que também permitem a definição de estruturas e operações sobre essas estruturas, está no conceito de herança, mecanismo através do qual definições existentes podem ser facilmente estendidas. Juntamente com a herança deve ser enfatizada a importância do polimorfismo, que permite selecionar funcionalidades que um programa irá utilizar de forma dinâmica, durante sua execução.

24 Princípios de Orientação a Objetos Portanto, Orientação a Objetos consiste em considerar os sistemas computacionais como uma coleção de objetos que interagem de maneira organizada.

25 Conceitos de Orientação a Objetos (OO)

26 Objetos

27 Conceitos de OO - Objetos Usamos o termo objeto para representar um determinado elemento do mundo real. Mas somente analisaremos os objetos que tem relevância para a solução de um determinado problema. Portanto o objeto é uma entidade do mundo real que merece representação para o ambiente estudado. Objetos são instâncias de classes, que determinam qual informação um objeto contém e como este pode manipulá-la. É uma entidade capaz de reter um estado (informação) e que oferece uma série de operações (comportamento) ou para examinar ou para afetar este estado. É através deles que praticamente todo o processamento ocorre em sistemas implementados com linguagens de POO.

28 Conceitos de OO - Objetos Como exemplos de objetos, podemos citar: os objetos físicos (um livro, uma mercadoria); funções de pessoas para os sistemas (cliente, vendedor); eventos (uma compra, um telefonema); interações entre outros objetos (um item de uma nota fiscal e uma interação entre uma compra e um produto do estoque) e, lugares (loja matriz, revenda norte). Por exemplo, vamos considerar um cachorro como nosso objeto de estudo:

29 Conceitos de OO - Objetos Analisando este objeto, o cachorro, podemos deduzir que o mesmo possui algumas características que pertencem apenas a ele próprio. Por exemplo, um cachorro possui: Um nome; Uma idade; Um comprimento de pêlos; Uma cor dos pelos, Uma cor dos olhos; Um peso etc. As características que descrevem um objeto são chamadas de atributos.

30 Conceitos de OO - Objetos Além do conjunto de características que descrevem o cachorro, podemos também identificar um conjunto de ações que ele é capaz de executar: Latir; Babar; Correr em círculos; Pegar a bola, Sentar; Comer; Dormir etc. As ações que um objeto pode executar são chamadas de métodos ou serviços.

31 Conceitos de OO - Objetos A única maneira de interagir com os objetos é através dos métodos que ele disponibiliza. Para interagir com o cachorro, utilizamos os métodos que relacionamos acima: Para alimentá-lo, utilizamos o método Comer ; Para brincar com ele, utilizamos o método Pegar a bola etc. Chamamos de interface ao conjunto de métodos disponíveis em um objeto.

32 Conceitos de OO - Objetos Vimos que os objetos são compostos de atributos e métodos. Mas, afinal... O que são atributos e métodos?

33 Conceitos de OO - Objetos Atributos: Os objetos do mundo real possuem propriedades e estas possuem valores. Estes valores definem o estado do objeto. As propriedades recebem o nome de atributos em OO. Podemos dizer que os atributos dos objetos são variáveis ou campos que armazenam os diferentes valores que as características dos objetos podem conter.

34 Conceitos de OO - Objetos Atributos: O estado de um objeto é o conjunto de valores de seus atributos em um determinado instante. O comportamento de um objeto é como ele age e reage em termos de suas mudanças de estado e troca de mensagens com outros objetos.

35 Conceitos de OO - Objetos Atributos: O cachorro no exemplo, poderia ser representado pelos seguintes atributos: Cachorro Nome: Pluto Idade: 2 anos Comprimento dos pêlos: Curtos Cor dos pêlos: Bege Cor dos olhos: Castanhos Peso: 5 Kg

36 Conceitos de OO - Objetos Atributos: Um outro objeto cachorro apresentaria valores diferentes para os mesmos atributos, por exemplo: Cachorro Nome: Snoopy Idade: 4 anos Comprimento dos pêlos: Longos Cor dos pêlos: Cinza Cor dos olhos: Pretos Peso: 8 Kg

37 Conceitos de OO - Objetos Atributos: Os atributos de um objeto somente mudam de valor através de estímulos externos ou internos. A única forma de modificar os atributos dos objetos é disparando eventos que provocam a transição desses estados no objeto.

38 Conceitos de OO - Objetos Métodos: Os métodos são procedimentos ou funções que realizam as ações próprias do objeto. Assim, os métodos são as ações que o objeto pode realizar. Tudo que o objeto faz é realizado através de seus métodos, pois é através deles (métodos) que um objeto se manifesta e interage com os outros objetos.

39 Conceitos de OO - Objetos Métodos: Um objeto exibe algum comportamento (executa uma operação) quando recebe um estímulo de outro objeto: Um objeto requisita a ação de algum outro objeto, enviando uma mensagem para ele. Esta mensagem é uma solicitação a um objeto para que sejam executadas as rotinas que chamamos de Método da Classe.

40 Conceitos de OO - Objetos Métodos: Os métodos são responsáveis por acessar ou alterar os atributos de um objeto. Imaginando os métodos do nosso objeto de estudo, o cachorro, enumeramos métodos (ações) como latir, babar, comer, sentar etc.

41 Classes

42 Conceitos de OO - Classes Uma classe representa um conjunto de objetos que possuem características e comportamentos comuns. Portanto diremos que um objeto é uma instância de uma determinada classe, ou seja, criaremos nossos objetos baseados nas características definidas nas classels. A ênfase da metodologia orientada a objetos é dada na criação das classes, e não nos objetos, como se poderia imaginar pelo nome. Olhando os dois cães dos exemplos anteriores, temos que os dois possuem exatamente o mesmo conjunto de atributos. Isso acontece porque se trata de dois objetos da mesma classe ou categoria. Significa que os dois possuem exatamente o mesmo conjunto de atributos e métodos, embora cada objeto possa ter valorers diferentes para os seus atributos.

43 Conceitos de OO - Classes Classe Cães Objetos de mesma classe possuem a mesma definição tanto para métodos quanto para atributos.

44 Conceitos de OO - Classes Tomemos uma classe gatos formada de objetos gatos. Estes objetos possuem as seguintes características: nome, idade, peso, cor de pêlos, cor de olhos e comprimento de pêlos. Além disso, o objeto possui as seguintes ações: miar, comer, dormir, subir da árvore. Classe Gatos

45 Conceitos de OO - Classes Muitos objetos do mundo real possuem características comuns e podem ser agrupados de acordo com estas características (comuns). Uma classe representa um gabarito para muitos objetos e descreve como estes objetos estão estruturados internamente. As classes Cães e Gatos possuem características e métodos comuns, por exemplo: Características comuns: Nome, Idade, peso, cor de pêlos, cor de olhos e comprimento de pêlos; Métodos comuns: Pegar a bola, comer, dormir. Surge então o conceito de subclasse e superclasse.

46 Conceitos de OO - Classes Podemos ter uma superclasse de Mamíferos:

47 Conceitos de OO - Classes Dentro da SuperClasse Mamíferos temos pelo menos quatro Subclasses. Podemos dizer que elas apresentam as seguintes características em comum: nome, idade, peso, cor dos olhos e cor dos pêlos. Além disso, estas subclasses possuem os seguintes métodos em comum: comer, sentar e dormir.

48 Conceitos de OO - Classes Observando a figura, podemos distinguir quatro categorias diferentes de animais: cães, gatos, equinos e roedores. Verificamos que existem seis objetos na superclasse mamíferos, sendo distribuídos em quatro subclasses (cães, gatos, equinos e roedores). Essa é a diferença entre classe e objeto: a classe é um modelo e todos os objetos daquela classe possuem atributos comuns, mas esses atributos possuem valores distintos, e os métodos também são comuns.

49 Conceitos de OO - Classes Utilizando a hierarquia de classe, podemos omitir da declaração de um objeto ou de uma classe inferior tudo aquilo que já foi definido na(s) classe(s) superiores. Só serão definidos no objeto os atributos e métodos particulares desse objeto que não são atribuídos aos outros objetos da mesma classe.

50 Conceitos de OO - Classes Chamamos de ancestrais às classes das quais as outras dependem e de descendentes as classes originadas a partir de outra. Na figura abaixo, a classe mamíferos tem um ancestral (animais) e dois descendentes (cães e gatos). Em cada descendente só é preciso descrever os atributos e métodos que apresentam alteração em relação á descrição do ancestral.

51 Conceitos de OO - Classes Atributos Métodos

52 Conceitos de OO - Classes As classes são definições de como os objetos devem ser e não existem na realidade. Somente os objetos tem existência. Usando o exemplo dos animais, quando vamos mostrar nosso cachorro a alguém, não dizemos esse é um cão, e sim esse é o Pluto ou Snoopy. O que se pode observar não é uma classe de seres, mas um cachorro específico, um objeto. Exemplo de Objetos

53 Conceitos de OO - Classes Instanciação: A instanciação é quando a classe produz um objeto, como se ela fosse uma espécia de modelo ou gabarito para a criação de objetos. Conforme a teoria da orientação a objetos, dizemos que um objeto é, nada mais nada menos, que a instância de uma classe.

54 Conceitos de OO - Classes Instanciação: Pelo exemplo que estamos estudando, cada cachorro que for armazenado é um novo objeto, uma nova instância da classe Cães. A classe serve de modelo para a criação de novos objetos. Instanciação

55 Conceitos de OO - Classes Classes puras ou abstratas: Classes puras são classes das quais os objetos nunca são instanciados diretamente, mas sempre por um classe descendente dela. Essas classes são criadas para facilitar o processo de Estruturação.

56 Conceitos de OO - Classes Classes puras ou abstratas: Um exemplo clássico é criar uma classe Pessoa, que contém os atributos (nome, endereço, telefone etc.) e métodos (alteração de endereço, imprimir ficha etc.) necessários para manusear dados de pessoas em um sistema de informação. A partir dessa classe genérica, criam-se classes descendentes específicas para manusear funcionário, gerente etc.

57 Conceitos de OO - Classes Classes puras ou abstratas: Exemplo de Classe Pura ou Abstrata

58 Conceitos de OO - Classes Classes puras ou abstratas: A classe Pessoa nunca terá um objeto a ela instanciado, ela só existe para unificar todos os atributos e métodos comuns às classes Gerente e Funcionário evitando assim a redundância. Pelo exemplo acima, Pessoa é uma classe pura ou abstrata. Existem notações quie sugeremque uma classe pura seja chamada também de classe-&-classe e as classes que podem ser instanciadas de classe-&-objeto.

59 Bibliografia A COAD, Peter e YOURDON, Edward Análise Baseada em Objetos. Rio de Janeiro RJ, Ed. Campus, 1992; TAFNER, Malcon A. e CORREA, Carlos H. Manual de Análise Orientada a Objetos. Blumenau SC; RICARTE, Ivab Luiz Marques Programação Orientada a Objetos: Uma Abodagem com JAVA. Campinas SP, 2001 Links: 077_POO.pdf