Unidade: Introdução à POO (Programação Orientada a Objetos)

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1 Unidade: Introdução à POO (Programação Orientada a Objetos) 0

2 Unidade: Introdução à POO (Programação Orientada a Objetos) Paradigmas de Programação Um paradigma de programação fornece (e determina) a visão que o programador possui sobre a estruturação e execução de um programa. Assim como ao resolver um problema podemos adotar uma entre variadas metodologias, ao criar um programa podemos adotar um determinado paradigma de programação para desenvolvê-lo. No início da década de 70 foi desenvolvido um paradigma de programação conhecido como programação estruturada ou procedimental. Nesse paradigma o código é composto de vários subprogramas ou subrotinas que são ligadas através de chamadas. O foco da programação eram os algoritmos criados nas rotinas e a organização dos dados ficava em segundo plano. Dentre as linguagens que usam paradigma estruturado podemos citar a linguagem C, Pascal, Cobol, Basic, Clipper, etc. Por outro lado, no paradigma de POO o foco da programação é em cima dos dados e sua estruturação e em seguida examina os algoritmos que manipularão esses dados. Embora a POO exista desde a década de 60, os últimos 10 anos têm visto um crescimento exponencial no uso e aceitação de tecnologias de objeto, sendo o paradigma mais utilizado no momento para o desenvolvimento de projetos de software. Dentre as linguagens que aceitam OO, podemos destacar SMALTALK, SIMULA-67, EIFFEL, Modula-3, JAVA, C++, Object Pascal, C#, etc. Figura 1 - Modelos de Programação 1

3 As linguagens OO diminuem a distância entre o mundo real e o computacional, pois propõem a abstração e modelagem de objetos do mundo real no mundo virtual através de modelos matemáticos ou classes, diferente da programação estruturada onde os algoritmos eram muito abstratos e somente compreendidos por programadores. Na POO a modelagem de dados é a parte mais importante do projeto através de classes que representam entidades do mundo real. As classes (ou modelos) geram objetos que se comunicam com outros objetos através de mensagens. Temos vários mecanismos na POO para facilitar o reaproveitamento de código como herança, polimorfismo e encapsulamento, nos quais entraremos com mais detalhes nas unidades seguintes. De certa forma, um programa OO se torna uma simulação viva do problema que está se tentando resolver. Esse paradigma exige que o analista tenha uma visão global do problema em nível conceitual, permitindo o uso de substantivos, adjetivos e verbos do domínio do seu problema. Porque usar POO Os sistemas projetados atualmente são maiores, mais complexos e sujeitos a constantes alterações e adaptações aos diversos ambientes computacionais. Através do encapsulamento de informações, a reutilização de esforços empregados em projetos anteriores e a modificação do sistema se tornaram mais fáceis. A metodologia OO é baseada em objetos do mundo real, e por este motivo, é mais intuitiva ao ser humano, tais como: objetos e atributos, classes e membros, estruturas e componentes, ação e reação. Os métodos de desenvolvimento de software anteriores ao surgimento desse paradigma organizam a especificação de um sistema de acordo com suas funções ou com os dados manipulados. Geralmente, esses métodos apresentam dificuldades na transição da representação do sistema em uma fase para outra do processo de desenvolvimento (da Análise para o Projeto e, do Projeto para a Implementação). 2

4 Em um sistema orientado a objetos, os dados e todas as operações, que manipulam esses dados, são agrupados em uma única estrutura: as classes. Desde o início do desenvolvimento desses sistemas e, em todas as suas fases, o analista trabalha com o mesmo elemento de abstração, os objetos. Nos dias atuais, temos uma dependência generalizada em sistemas de computação. O software é parte cada vez maior dos custos e do sucesso desses sistemas, e a produção do software é uma atividade complexa, pois são cada vez maiores e mais elaborados, exigindo métodos cada vez mais disciplinados de desenvolvimento. A indústria de software não consegue atender toda a demanda, principalmente porque os programas precisam ter alta disponibilidade, alcance global, estrutura escalar, alto desempenho, segurança e usabilidade. Os negócios evoluem mais rápido que as soluções de TI. Como manter um software atualizado com o menor custo de desenvolvimento? O mercado muda constantemente, as tecnologias mudam inevitavelmente e a vontade e objetivos dos usuários mudam imprevisivelmente! Portanto, precisamos de um paradigma de programação capaz de diminuir o tempo e o custo de mudanças e aumentar a capacidade de adaptação e, por isso, os objetos são ótimos recursos para melhorar isso. Classes Uma classe é uma entidade que descreve um conjunto de objetos com propriedades e comportamentos semelhantes e com relacionamentos comuns com outros objetos. Consiste no modelo ou esquema a partir do qual os objetos são criados. As classes são as partes mais importantes de qualquer sistema orientado a objetos, pois elas representam a modelagem do objeto do mundo real no sistema computacional. Usamos as classes para capturar o vocabulário do sistema que está em desenvolvimento. 3

5 Figura 2 - Exemplo de classe (Pessoa) Na Figura 2 mostramos um exemplo de representação de classes, que se chama Diagrama de Classes. Esse diagrama provém do modelo UML (Unified Modeling Language), que consiste em uma linguagem de modelagem de sistemas OO. Além do Diagrama de Classes, a UML ainda possui o Diagrama de Caso de Uso, Diagrama de Transição de Estados, Diagrama de Atividades, Diagrama de Sequência, dentre outros. Para nossos estudos nessa disciplina, usaremos apenas o Diagrama de Classes. Toda classe é dividida em três partes sendo a primeira o nome da classe, que deve ser no singular, pois representa um modelo. Em seguida, temos os atributos que representam as características dos objetos e por fim temos os métodos que representam as ações que os objetos podem executar. Os objetos se comunicam através de mensagens que são executadas através dos métodos. No exemplo da Figura 2 temos uma classe chamada Pessoa. O objetivo dessa classe é abstrair as principais características em comum de pessoas do mundo real, nesse caso, usamos nome e idade como atributos. Essa classe é um molde para a criação de qualquer pessoa, pois todas terão a mesma característica. Temos 4 métodos no padrão set e get que veremos com detalhes quando falarmos de encapsulamento. Veja outro exemplo na Figura 3. 4

6 Figura 3 - Exemplo de classe (Livro) Na Figura 3 acima, vemos as três etapas de construção de uma classe. Na primeira etapa temos o objeto do mundo real (livros). Esses objetos são abstraídos e as principais características comuns são modeladas em uma classe conforme etapa 2, onde temos como atributos isbn, titulo e autor. Além dos atributos (dados) também criamos os métodos, que correspondem às ações que podem ser executadas em cima dos dados. Na última etapa, de implementação, escolhemos uma linguagem para implementar a classe, no nosso exemplo escolhemos Java. No momento não é importante entender a programação Java e sim as etapas de construção de uma classe. Para dar outro exemplo, vamos ver como faríamos um modelo em um esquema POO de uma fração, ou seja, essa estrutura matemática que tem um numerador e um denominador que divide ao numerador, por exemplo, 3/2. Podemos criar uma classe de nome Fracao que terá dois atributos, o numerador e o denominador. Logo, poderia ter vários métodos como simplificar, somar com outra fração ou número, subtrair com outra fração, etc. Claro que um Diagrama de Classes UML geralmente não tem apenas uma classe. Ele contempla várias classes do sistema e como elas trocam mensagens, porém no momento vamos trabalhar com uma classe de cada vez. 5

7 Objetos Objetos são quaisquer coisas na natureza que possuam propriedades (características) e comportamentos (operações). Veja alguns exemplos na Figura 4 abaixo. Figura 4 - Exemplo de objetos O termo orientação a objetos significa organizar o mundo real como uma coleção de objetos que incorporam estrutura de dados e um conjunto de operações que manipulam estes dados. Figura 5 - Exemplos de classes Note na Figura 5 anterior que a classe possui sempre duas partes além do nome, os atributos que representam as propriedades comuns dos objetos e os métodos que representam os comportamentos comuns dos objetos. Note que classe não tem vida, são apenas modelos conceituais. Enquanto não criamos objetos baseados nessa classe, não existem dados, apenas abstrações. 6

8 Classe é uma especificação para um conjunto de objetos com características semelhantes; Uma classe representa um tipo de dados complexo; Objetos são instâncias de uma classe (exemplos). Figura 6 Exemplos de Objetos Para criar objetos devemos especificar a classe a partir da qual o objeto será criado. Note na Figura 6 anterior que temos uma classe chamada Casa e três instâncias dessa classe, ou seja, três objetos da classe Casa chamados c1, c2 e c3 cada um contendo dados para seus atributos, gerando um estado do objeto. O mesmo ocorre com a classe Livro que possui três objetos instanciados, cada com um o seu estado do objeto. Vimos na Figura 6 que para instanciar objetos usamos o operador new. Veremos esse operador com mais detalhes quando partirmos para a programação em si. Todos os objetos, que são instâncias da mesma classe, compartilham uma semelhança de família suportando o mesmo comportamento. O comportamento de um objeto é definido pelos métodos que você pode chamar. No exemplo da casa da Figura 6, o método abre Porta () pode ser usado por 7

9 qualquer objeto instanciado, porém somente o terceiro usou (ou invocou). Para trabalhar com POO você precisa ser capaz de identificar três características-chave dos objetos: 1. O comportamento do objeto o que você pode fazer com esse objeto ou quais métodos pode aplicar nele. Quando um objeto é instanciado, todos os métodos da classe a que pertence podem ser invocados pelo objeto. 2. O estado do objeto conjunto de valores internos de um objeto. Quando objetos são instanciados, uma área de memória é aberta para cada objeto, sendo que os valores são armazenados distintamente. 3. A identidade do objeto como o objeto é diferenciado e identificado entre outros objetos que possuem o mesmo comportamento e estado. Os objetos podem ter exatamente o mesmo estado, ou seja, seus atributos podem ter o mesmo valor, porém eles são diferenciados pelo nome do objeto que foram criados. Implementação de Classes e Objetos Para exemplificar a criação de classes e objetos, vamos usar a linguagem Java, mesmo porque a utilização em outras linguagens segue o mesmo conceito e as diferenças são pequenas. Figura 7 - Implementando uma classe O modelo de uma classe pode ser implementado em um arquivo com o mesmo nome da classe pública que contém. Cada arquivo JAVA só pode conter uma classe pública. 8

10 Existem alguns padrões para programação em Java, sendo que nomes de classes e atributos são criados com identificadores que usam as seguintes regras: - somente letras, números e underline; - não começam com número; - não podem ter espaço em branco; - não podem ser palavras reservadas da linguagem; - não podem ter caracteres especiais #, *, etc. Para classes, as iniciais devem ser maiúsculas e para atributos todas as letras devem ser minúsculas. Em Java temos 8 tipos primitivos que podem ser usados como tipos de atributos, sendo: byte - 8 bits (inteiro) short - 16 bits (inteiro) int - 32 bits (inteiro) long - 64 bits (inteiro) float - ponto flutuante de 32 bits (real) double - ponto flutuante de 64 bits (real) char - Unicode de 16 bits (1 caractere) boolean true / false (lógico) Além dos tipos primitivos, podemos usar tipos abstratos como tipos de atributos. Em Java existem muitas classes prontas que podem ser utilizadas como tipos para atributos, como por exemplo, a classe String para armazenar texto. Na Figura 8 a seguir, a classe Aluno representada foi implementada em Java. Figura 8 Classe Aluno 9

11 Na Figura 8 mostramos um Diagrama de Classe com a classe Aluno que foi implementada em Java. No exemplo, o arquivo gerado é Aluno.java. Ao criar uma classe, ela passa a ser um tipo abstrato de dados que pode instanciar objetos. Para instanciar objetos usamos o operador new. Figura 9 Instanciando objetos da classe Aluno Note que na linha 1 estamos criando outro arquivo (TesteAluno.java) que contem uma classe pública TesteAluno. No caso mais simples, para o programa identificar que existe uma classe Aluno pronta (Aluno.java), os arquivos devem estar na mesma pasta do sistema. Na linha 2 criamos um método principal (main) que será executado quando o programa for rodado. Nas linhas 5 e 6 instanciamos 2 objetos da classe Aluno (maria e joao). Os 2 objetos criados possuem os atributos de nome, idade e altura. Nas linhas de 9 a 12 estamos criando o estado dos objetos. Podemos acessar os atributos de um objeto através do seu nome e seu atributo separados por um ponto. Para confirmar que os dados foram atribuídos, nas linhas de 15 a 19 estamos imprimindo na tela os valores. Para finalizar esta Unidade, vamos então ver outro exemplo de criação de classes e instância de objetos. 10

12 Figura 10 Classe Carro Na Figura 10 vemos uma classe de nome Carro, que deve estar em um arquivo de nome Carro.java. Note que ainda não estamos usando os métodos (ações), apenas os atributos. Figura 11 Instanciando objetos da classe Carro Na Figura 11 vemos a criação de instâncias (objetos) da classe Carro. 11

13 Referências SINTES, Tony. (2002) Aprenda Programação Orientada a Objetos em 21 dias. 1 ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2002, v. 1, p DEITEL, P.; DEITEL, H. (2010) Java Como Programar, 8 ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2010, p HORSTMANN, C.S.; CORNELL, G. (2010) Core Java. 8 ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2010, v. 1, p

14 13 Responsável pelo Conteúdo: Prof. Ms. Amilton Souza Martha Lattes: Revisão Textual: Profa. Ms. Rosemary Toffoli Campus Liberdade Rua Galvão Bueno, São Paulo SP Brasil Tel: (55 11)