PCS Laboratório de Programação Orientada a Objetos para Engenharia Elétrica. Aula 5: Encapsulamento e Tipo Abstrato de Dados

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1 PCS 3111 Laboratório de Programação Orientada a Objetos para Engenharia Elétrica Aula 5: Encapsulamento e Tipo Abstrato de Dados Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

2 Agenda Questões Típicas Modularização do Software Princípios de Modularização do Software Encapsulamento Tipo Abstrato de Dados (TAD) Contrato e Implementação de TAD Classe como TAD Classe e Arquivos 2

3 Questões Típicas O que caracteriza um bom projeto de software? Uma boa organização do software Qual é a estratégia para essa organização? Modularização do software Existem princípios que ajudam na modularização do software? Abstração Refinamento passo a passo Ocultação de informações Como deve ser um software? Reusável Extensível 3

4 Questões Típicas Quais são os benefícios desses princípios na modularização do software? Facilidade de construção do software Facilidade de teste e depuração do software Facilidade de modificação do software Legibilidade do software Facilidade de comunicação entre os desenvolvedores Menor time-to-market 4

5 Modularização do Software Quebra a solução de software em módulos Cada módulo pode ser implementado e compilado independentemente Os módulos podem ser ligados (linked) formando a solução completa Permite isolar os erros cometidos e eliminar redundâncias Torna o desenvolvimento do software gerenciável 5

6 Princípios de Modularização Abstração Refinamento Passo a Passo Ocultação de Informações 6

7 Abstração Torna visíveis somente detalhes do módulo que interessam PC PC visto com Placa Mãe, Placas de Vídeo, Placa de Rede, Placa de Som, Placa de Memória Placa vista com Circuitos Integrados, Resistores, Capacitores 7

8 Abstração Uma solução modular pode ter muitos níveis de abstração Abstração procedimental: a ação de ligar o equipamento de ar condicionado pode ter uma sequência de passos procedimentais. Por exemplo: Pegue o controle remoto Acione o botão de ligar Escolha a temperatura Ative a temperatura escolhida 8

9 Abstração Uma solução modular pode ter muitos níveis de abstração Abstração de dados: equipamento pode ser caracterizado por outros dados: Por exemplo: Fabricante No. de série Modelo Ano 9

10 Refinamento Passo a Passo Uma solução modular pode ter muitos níveis de refinamento A medida que se desenvolve o software, mais detalhes são incorporados aos módulos 10

11 Refinamento Passo a Passo Exemplo 1: Escolha a temperatura, um procedimento da abstração ligar, pode ser definido como: Acione o botão temp+ para aumentar a temperatura ou Acione o botão temp- para diminuir a temperatura Exemplo 2: Fabricante, um dado da abstração equipamento, pode ser definido como: string de até 10 caracteres. Ex. Brastemp 11

12 Ocultação de Informações Uma solução modular esconde detalhes do módulo de outros módulos Especifica um módulo do ponto de vista externo Separa o propósito de um módulo de sua implementação Restringe o acesso de outros módulos a detalhes de implementação e a qualquer estrutura de dados do módulo 12

13 Encapsulamento Uma solução modular pode ser obtida usando princípios na modularização de software apresentadas anteriormente, mantendo a integridade dos dados O encapsulamento esconde detalhes do módulo que não essenciais para compreender suas características O encapsulamento permite o acesso aos dados do módulo somente através de interfaces definidas 13

14 Encapsulamento O que há dentro dos objetos? Métodos (operações) Variáveis (atributos) 14

15 Tipo de Dados Conjunto de valores que uma variável pode assumir, em uma dada linguagem de programação. Por exemplo, em C++: int i = 1234; char a = A ; bool flag = true; 15

16 Tipos de Dados Exemplo: Inteiros (Integer) Operadores: Aritméticos Unários (+; -) Ex: +5 resulta 5 Ex: -8 resulta -8 Aritméticos Binários (+; -; *; /; %) Ex: resulta 5 Ex: 8 % 3 resulta 2 (resto) Relacionais (==;!=; <; <=; >; >=) Operadores sobre Inteiros encapsulam números inteiros Ex: a!= b resulta True se a é diferente de b, caso contrário, é False Ex: a > b resulta True se a é maior do que b, caso contrário, é False 16

17 Tipo Abstrato de Dados (TAD) É um conceito central de design de programa, sobretudo na abordagem OO É independente de linguagem específica de programação Incorpora princípios de modularização de software Encapsula uma coleção de dados e um conjunto de operações sobre esses dados Pode ter várias implementações diferentes 17

18 Tipo Abstrato de Dados (TAD) Ar Condicionado Residencial Painel de Controle Min, Max Ventilador Aquecedor Refrigerador 18

19 Contrato (Especificação) de um TAD TAD nome_tad é Dados [Descreve a estrutura de dados] Operações Construtor Valores iniciais: [Dados usados para iniciar o objeto] Processo: [Inicia o objeto] Operação 1 Importante: O Contrato não especifica a representação dos dados e nem os algoritmos que implementam as operações Entrada: [Dados vindos do cliente] Pré-condições: [Estado (condição) necessário(a) do sistema antes de executar a operação] Processo: [Ações executadas com os dados] Saída: [Dados retornados para o cliente] Pós-condições: [Estado do sistema depois de executar a operação] Operação 2... Operação n... Destrutor Processo: [Destrói o objeto] Fim TAD nome_tad ( Adaptado de Ford e Topp, 1996) 19

20 Exemplo: Contrato do TAD Sensor TAD Sensor é Dados Um número real não negativo que especifica o código do sensor. Um valor booleano que indica o estado do sensor. Operações Construtor Valores iniciais: O código default do sensor. Processo: Atribuir um valor inicial ao sensor. Ativação Entrada: Código do sensor. Pré-condições: Nenhuma. Processo: Ativar sensor. Saída: Nenhuma. Pós-condições: Nenhuma. Leitura Entrada: Código do sensor. Pré-condições: Nenhuma. Processo: Ler estado do sensor. Saída: Retorna estado do sensor. Pós-condições: Nenhuma. Destrutor Fim TAD Sensor Processo: Destruir sensor. 20

21 Classe como TAD Uma Classe definida pelo usuário implementa um TAD em C++ Classe Privado Dados membros: valor 1, valor 2... Operações internas Encapsulamento Público Construtor Operação 1 Operação 2 Destrutor Interface de Acesso (Adaptado de Ford e Topp, 1996) 21

22 Exemplo em C++ Classe Sensor Privado Estado Público Construtor Ativação Leitura Destrutor class Sensor { private: bool estado; public: Sensor() { estado=false; void Sensor::ativaSensor() { estado = true; bool lesensor() { return estado; ~Sensor() { ; 22

23 Stack Push Pop Peek Clear 23

24 Contrato do TAD Stack TAD Stack é Dados Uma lista de itens com uma posição topo que indica o topo da Stack. Operações Construtor Valores iniciais: Nenhum. Processo: Inicia o topo da Stack. StackEmpty Pop Entrada: Nenhuma. Pré-condições: Nenhuma. Processo: Verificar se a Stack está vazia. Saída: Retorna True se estiver vazia e False, caso contrário. Pós-condições: Nenhuma. Entrada: Nenhuma. Pré-condições: Stack não está vazia. Processo: Remover o item do topo da Stack. Saída: Retorna o elemento do topo da Stack. Pós-condições: Elemento do topo da Stack é removido. (Ford e Topp, 1996) 24

25 Contrato do TAD Stack Push Entrada: Um item da Stack. Pré-condições: Nenhuma. Processo: Armazenar o item no topo da Stack. Saída: Nenhuma. Pós-condições: A Stack tem um novo elemento no topo. Peek Entrada: Nenhuma. Pré-condições: Stack não está vazia. Processo: Recuperar o valor do item no topo da Stack. Saída: Retorna o valor do item do topo da Stack. Pós-condições: A Stack está inalterada. ClearStack Entrada: Nenhuma. Pré-condições: Nenhuma. Processo: Deletar todos os itens da Stack e resetar o topo da Stack. Saída: Nenhuma. Pós-condições: A Stack está resetada para a sua condição inicial. Destrutor Processo: [Destrói a Stack] Fim TAD Stack (Ford e Topp, 1996) 25

26 Implementação do TAD Stack Dado um contrato de um TAD, escolher a melhor forma de implementação Uma TAD Stack pode ser implementada usando diferentes estruturas de dados, como por exemplo, um vetor (Array) ou uma lista ligada 26

27 Classe Stack (Implementação usando Vetor) #include <iostream> using namespace std; int maxstacksize = 10; class Stack { private: int stackelement[10]; int top; public: bool stackempty(); int pop(); void push(int x); int peek(); void clearstack(); ; bool Stack::stackEmpty(){ if (top == -1) return true; else return false; int Stack::pop(){ int x; if (stackempty()) { cout << "pilha vazia!!! "; return -1; else { x = stackelement[top]; top--; return x; void Stack::push(int x) { if (top < maxstacksize-1){ top++; stackelement[top] = x; else cout << "pilha cheia" << endl; 27

28 Classe Stack (Implementação usando Vetor) int Stack::peek(){ int x; if (stackempty()){ cout << "pilha vazia!!! "; return -1; else { x = stackelement[top]; return x; void Stack::clearStack() { for (int x = 0; x < maxstacksize; x++) { stackelement[x] = 0; top = -1; int main() { Stack s; s.clearstack(); cout << s.peek() << endl; s.push(10); s.push(20); s.push(30); cout << s.pop() << endl; cout << s.pop() << endl; cout << s.pop() << endl; cout << s.pop() << endl; s.push(1100); s.push(1200); s.push(1300); cout << s.pop() << endl; s.clearstack(); cout << s.peek() << endl; return 0; Saída pilha vazia!!! pilha vazia!!! pilha vazia!!! -1 28

29 Classe Stack (Implementação usando Vetor) #include <iostream> using namespace std; class Stack { private: static const int maxsize = 10; int elementos[maxsize]; int top; public: bool empty(); int pop(); void push(int x); int peek(); void clear(); Stack(); ; bool Stack::empty() { if (top == -1) return true; else return false; int Stack::pop() { if (empty()) { cout << "Pop da pilha vazia.\n"; exit(1); else { int x = elementos[top]; top--; return x; void Stack::push(int x) { if (top < maxsize-1){ top++; elementos[top] = x; else { cout << "Push na pilha cheia.\n"; exit(1); 29

30 Classe Stack (Implementação usando Vetor) int Stack::peek() { if (empty()) { cout << "Peek na pilha vazia!"; return INT_MIN; else { return elementos[top]; void Stack::clear() { top = -1; Stack::Stack() { clear(); int main() { Stack s; cout << s.peek() << endl; s.push(10); s.push(20); s.push(30); cout << s.pop() << endl; cout << s.pop() << endl; cout << s.pop() << endl; s.push(1100); s.push(1200); s.push(1300); cout << s.pop() << endl; s.clear(); cout << s.peek() << endl; Saída: Peek na pilha vazia! Peek na pilha vazia!

31 Classes e Arquivos 31

32 Classes e Arquivos C++ permite definir e implementar mais de uma classe em um mesmo arquivo Exemplo: sistema bancário class ContaCorrente {... ; int main(int argc, char** argv) {... class Agencia {... ; void ContaCorrente::depositar(double valor) {... void Agencia::adicionar(ContaCorrente c) {... class Correntista {... ; bool ContaCorrente::retirar(double valor) {

33 Classes e Arquivos Como organizar as classes em um arquivo? Quantas classes devem ser colocadas em cada arquivo? Boa prática Crie um arquivo separado para cada definição e implementação Em projetos grandes, não é possível colocar uma definição e uma implementação por arquivo. Imagine um projeto com 2000 classes. 33

34 Definição Arquivo de cabeçalho: ".h" Exemplo: ContaCorrente.h class ContaCorrente { public: double saldo; void depositar(double valor); bool retirar(double valor); ; 34

35 Arquivo.cpp Implementação Necessário fazer um #include do ".h" Exemplo: ContaCorrente.cpp #include "ContaCorrente.h" Incluindo a definição void ContaCorrente::depositar(double valor) { saldo += valor; bool ContaCorrente::retirar(double valor) { if (saldo < valor) return false; saldo -= valor; return true; 35

36 Arquivo main.cpp #include "ContaCorrente.h" #include <iostream> using namespace std; Implementação int main() { ContaCorrente conta={0; conta.depositar(1000); cout << conta.saldo << endl; Para compilar e linkar manualmente: g++ -c -std=c++11 contacorrente.cpp -o contacorrente.o g++ -c -std=c++11 main.cpp -o main.o g++ contacorrente.o main.o -o main.exe 36

37 Inclusão Indica para o compilador onde o arquivo está (O arquivo pode estar em pastas diferentes) Quando se inclui cabeçalhos da biblioteca padrão usase o "<" e ">" O compilador procura o arquivo onde as bibliotecas ficam #include "ContaCorrente.h" #include <iostream> Do projeto Da biblioteca padrão Arquivos de cabeçalho também podem fazer inclusões Exemplo: Agencia.h inclui a ContaCorrente.h 37

38 Diretiva ifndef Problema: múltipla inclusão de um cabeçalho Exemplo: tanto a Agência quanto o Correntista incluem a ContaCorrente Gera um erro de compilação! (Compiladores de outras linguagens evitam esse erro) Solução: diretiva #ifndef #ifndef CONTACORRENTE_H #define CONTACORRENTE_H Se CONTACORRENTE_H não estiver definido, define-o class ContaCorrente {... ; #endif Fim do ifndef 38

39 Classes e Arquivos Exemplo: arquivos de um sistema bancário ContaCorrente.h e ContaCorrente.cpp Agencia.h e Agencia.cpp Correntista.h e Correntista.cpp main.cpp No Netbeans Novo Arquivo C++ Classe C++ Cria tanto o cabeçalho quanto a implementação Coloca já o #ifndef no arquivo cabeçalho Cria alguns métodos (veremos na aula que vem o que eles significam) 39

40 Exercício Dado um equipamento de Ar Condicionado que pode ser operado com os seguintes comandos: Ligar, Desligar, Aumentar Ventilação, Diminuir Ventilação, Aumentar Temperatura e Diminuir Temperatura, escreva um código que permita armazenar previamente uma sequência de tarefas, que seja executada após a programação do equipamento Baixe o enunciado do exercício Aula 5 Ar Condicionado Enunciado v1.pdf e os esqueletos de códigos do Moodle 40

41 Bibliografia FORD, W.; TOPP, W. Data Structures with C++. Prentice Hall p. 41