Programação Orientada a Objetos

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1 Programação Orientada a Objetos [email protected] 1 Histórico O conceito de Classe foi introduzido na década de 60 através da LP Simula 67. A primeira LP OO pura foi Smalltalk desenvolvida durante a década de 70. Outros exemplos de LPs OO são Eiffel, Java, Object Pascal e C#. LPs como C++, Ada e Perl suportam o conceito de classe mas não são consideradas LPs OO em um sentido mais rigoroso. [email protected] 2

2 Introdução Com o desenvolvimento de aplicações de software cada vez mais complexas, cresceram as demandas por metodologias que pudessem abstrair e modularizar as estruturas básicas de programas. A programação OO suporta a abstração e mudularização através da especificação de tipos abstratos de dados (as classe), e promove a reutilização de software por meio do mecanismos de herança. [email protected] 3 Introdução A programação OO busca modelar aplicações seguindo uma estrutura semelhante àquela encontrada no mundo real. O mundo é composto por objetos que apresentam estados e comportamentos. Um gato por exemplo tem um nome, uma cor e uma raça (os estados) e ele come, mia e caça ratos (os comportamentos). [email protected] 4

3 Modelo OO Uma aplicação OO é composta por diferentes objetos e uma sequência de ações (interações). Uma ação se inicia através do envio de uma mensagem para um agente (um objeto) que será responsável por tratar essa ação. A mensagem carrega uma requisição, além de toda a informação necessária (argumentos) para que a ação seja executada. Se o agente receptor da mensagem a aceita, ele tem a responsabilidade de executar um método para cumprir a requisição. [email protected] 5 Objetos Constituem as estruturas básicas de uma aplicação. Estão preparados para cumprir um determinado conjunto de requisições. Recebem essas requisições através de mensagens. Possuem a responsabilidade de executar um método que cumpra a requisição. Possuem um estado representado por informações internas. [email protected] 6

4 Atributos, Métodos e Mensagens Um objeto é composto por atributos e métodos. O estado de um objeto é representado por variáveis denominadas atributos. Alterações no estado de um objeto geralmente ocorrem através da invocação de seus métodos. Métodos são as rotinas que descrevem os possíveis comportamentos ou ações de um objeto. Um método de um objeto é invocadodo através do envio, ao objeto, de uma mensagem apropriada [email protected] 7 Interface (Protocolo) Parte privada do objeto (visão interna) Métodos usados internamente e atributos Parte compartilhada do objeto (interface ou protocolo) Métodos que podem ser invocados externamente Corresponde às mensagens que um objeto é capaz de responder Especifica portanto um contrato quais as operações que o objeto pode e deve realizar Não contém qualquer informação sobre como as operações devem ser executadas ou implementadas [email protected] 8

5 Encapsulamento Princípio aplicado a programação OO visando garantir a abstração dos dados (esconde( os detalhes da implementação). Um objeto não deve permitir que nenhum outro objeto acesse seus dados diretamente. O relacionamento entre objetos deve ocorrer preferencialmente a partir de métodos públicos (interface). Caso haja uma mudança na implementação da classe,, o relacionamento entre os objetos não será afetado. [email protected] 9 Classes Especificam que informações um objeto irá armazenar (os atributos), e o conjunto de requisições que um objeto pode cumprir (os métodos). Encapsulam a implementação dos métodos. Definem a interface de um objeto. Objetos são instâncias de classes. Classes podem ser compostas em hierarquias, através de herança. [email protected] 10

6 Exemplo - Java atributos interface class Produto { private String nome; private float preco; private void calcmargem(float p) (){ public String getnome(){ métodos public void setnome(string n) (){ public float getpreco() (){ [email protected] 11 Figura Polígono Elipse Triângulo Retângulo uma classe meu_triangulo retangulo2 um objeto [email protected] 12

7 Exemplo - Object Pascal type Figura=class private BaseX,BaseY: integer; Visible: boolean; public constructor Cons(bx,by: integer); destructor Destroi; interface procedure Desenha(cor: integer); virtual; procedure Apaga; procedure Move(dx,dy: integer) end; [email protected] 13 Herança Permite a definição de classes específicas (subclasses) a partir de classes gerais (superclasses). Subclasses herdam todos os atributos e métodos da superclasse. Subclasses podem declarar novos métodos e atributos ou mesmo redeclarar métodos definidos pela superclasse (sobreescrever - overriding). [email protected] 14

8 Exemplo C++ class Poligono { protected: int altura, largura; public: void set_valor (int a, int b) { largura=a; altura=b; ; class Retangulo: public Poligono { public: int area (void) { return (altura * largura); ; int main () { Retangulo ret; ret.set_valor(4,3); um objeto uma mensagem [email protected] 15 Herança Quando uma classe B herda de A,, diz-se que B é uma sub- classe de A,, e A é a superclasse de B. B No exemplo anterior Retângulo é uma subclasse de Polígono, e Polígono é a superclasse de Retângulo. Uma subclasse especializa uma superclasse quando redefine métodos, sem ampliar sua interface. Uma subclasse estende uma superclasse quando amplia a sua interface, declarando novos métodos, mas sem redefinir os métodos herdados. Uma subclasse pode ao mesmo tempo estender e especializar uma superclasse. [email protected] 16

9 Herança de Interface Em algumas LPs é possível distinguir entre herança de implementação e herança de interface. Na herança de interface uma classe herda uma ou mais interfaces. As interfaces estabelecem os métodos (e as respectivas assinaturas) que devem ser implementados pela classe, mas a implementação deve ser integralmente especificada pela subclasse. A herança de implementação usualmente implica na herança de interface. [email protected] 17 Exemplo - Java public interface Relogio { Date getdata(); Time gethora(); void setdata(date d); void sethora(time t); uma interface public Class RelogioDigital implements Relogio{ Date getdata(){ Time gethora(){ void setdata(date d){ void sethora(time t){ void setalarme(int size){ void Display(){ uma classe que herda e implementa a interface [email protected] 18

10 Herança de Interface A herança de interface é utilizada quando é preciso garantir que uma determinada classe seja capaz de tratar um conjunto particular de mensagens. A implementação das mensagens é específica de cada classe, e não faz sentido a reutilização de código. Um exemplo comum é a interface Runnable: interface Runnable { void run(); [email protected] 19 Herança Múltipla Em algumas situações pode ser interessante definir uma classe a partir de propriedades de duas ou mais classes distintas. Algumas LPs (C++, Eiffel, Smalltalk) suportam este tipo de estrutura através do mecanismo de herança múltipla. [email protected] 20

11 Exemplo C++ class square{int side; public: int area(){return side * side; ; class color{ char *color_name; public: char *get_color(){return color_name; ; class colored_square: public color, public square{ ; int main () { colored_square s; x = s.get_color(); y = s.area(); [email protected] 21 Anomalia de Herança O mecanismo de herança múltipla introduz um problema conhecido como anomalia de herança. O que acontence com a subclasse se duas super-classes contém métodos com a mesma assinatura? Animais Mamíferos Aquáticos Baleia [email protected] 22

12 Relacionamentos Uma aplicação OO é estruturada através da especificação de classes e objetos, e dos relacionamentos entre estes. A relação de herança por exemplo é usada para obter o efeito de especialização entre classes. Caminhão é uma especialização de veículo. A relação inversa de especialização é a generalização (veículo é uma generalização de caminhão). [email protected] 23 Relacionamentos Outros exemplos de relacionamento entre classes são: Composição ou agregação; Associação; Uso. [email protected] 24

13 Composição Neste caso podemos definir uma classe como sendo composta por objetos de outras classes. Não é necessário nenhuma construção especial para suportar composições, basta declarar as classes componentes como atributos da classe composta. 25 Exemplo Carro Motor Chassi class carro { Motor motor; Chassi chassi; atributos [email protected] 26

14 Uso Ocorre quando as instâncias de uma classe usam os serviços oferecidos por instâncias de outra classe. No exemplo abaixo, Motorista usa os serviços acelera() e freia() de Veículo. Motorista dirigir() Veiculo motor cambio acelera() freia() [email protected] 27 Associação Ocorre quando um objeto faz referência a um objeto de outra classe. No exemplo abaixo, um Motorista está associado a um Veículo. Motorista nome endereço veículo Veículo [email protected] 28

15 Polimorfismo Polimorfismo é a capacidade de um objeto tomar diversas formas. polimorfismo universal adhoc paramétrico subtipo sobrecarga coerção [email protected] 29 Coerção e Sobrecarga Em LPs com coerção um tipo pode ser transformado em outro dependendo do contexto: int x =5; float y = 3.5*x; No caso de sobrecarga, um mesmo nome denota funções diferentes também conforme o contexto: String s = João + Silva ; int x = 4 + 5; [email protected] 30

16 Polimorfismo Paramétrico O comportamento de uma estrutura qualquer depende de uma parâmetro que indica o tipo de dado a ser tratado: Class stack [T] variable lst : List[T] := new List[T] method push(x:t) returns nothing lst := lst.prepend(x) method pop() returns T variable tmp : T := lst.head() lst := lst.tail() return tmp method top() returns T return lst.head() method empty?() returns Boolean returns lst.empty?() [email protected] 31 Polimorfismo de Subtipo Este é o polimorfismo mais comum em LPs OO, e é o tipo ao qual geralmente nos referimos quando utilizamos o termo polimorfismo. Quando declaramos uma variável como sendo de uma classe específica, ela pode conter instâncias de quaisquer subclasses desta classe específica. Como a interpretação de uma mensagem é da responsabilidade do objeto que a recebe, uma mesma mensagem pode ser interpretada de forma diferente dependendo do objeto que a recebe. A definição do método que irá ser executado como resultado do envio de uma mensagem geralmente só acontece em tempo de execução (late( late-binding). [email protected] 32

17 Exemplo Animal a; a = new Cachorro(); a.falar(); au! au! a = new Gato(); a.falar(); miau! miau! a = new Galinha(); a.falar(); cocorocó! [email protected] 33 Typecast Para acessar um método específico de uma subclasse é necessário fazer um typecast da variável declarada como da superclasse. Exemplo: Animal a; a = new Galinha(); ((Galinha)a).botar_ovo; a = new Cachorro(); ((Galinha)a).botar_ovo; erro [email protected] 34

18 Classes Abstratas Na hierarquia abaixo, a classe Figura existe apenas para dar origem às classes Polígono e Círculo.. Não podem ser criadas instâncias dessa classe já que sua especificação é imcompleta. Figura Polígono Círculo Classes abstratas são classes para as quais não podem ser criadas instâncias. Elas existem na hierarquia de classes apenas para definir a interface de subclasses. [email protected] 35 Exemplo C++ class Figura { public: virtual float get_area() = 0; virtual float get_perimetro = 0; ; class Circulo::Figura { public: float get_area(){ return 3.14*raio*raio; float get_perimetro{ return 6,28*raio; ; [email protected] 36

19 Métodos Virtuais ou Abstratos Quando apenas a assinatura de um método é declarada por uma classe este método é denominado virtual ou abstrato. Classes abstratas devem ter pelo menos um método virtual. Em C++ apenas os métodos declarados como virtuais são vinculados dinamicamente (late- binding). Em Java todos os métodos são vinculados dinamicamente. [email protected] 37 Late Binding em C++ Para implementar o late binding de métodos, o compilador C++ cria uma tabela denominda VTABLE para todas as classes que contém métodos virtuais. A VTABLE armazena o endereço dos métodos virtuais. Adicionalmente, para todas as classes com métodos virtuais é criado um atributo denominado vpointer (VPTR) que aponta para a VTABLE do objeto. Quando um método é invocado, a VTABLE do objeto é utilizada para descobrir o endereço do método especívifo que deve ser executado. [email protected] 38

20 Late Binding em C++ Animal a[3]; a[0] = new Gato(); a[1] = new Cachorro(); a[2] = new Galinha(); array de Animal instância de Gato vptr instância de Cachorro vptr instância de Galinha vptr VTABLEs &Gato:: falar &Gato:: comer &Cachorro:: falar &Cachorro:: comer &Galinha:: falar &Galinha:: comer [email protected] 39 Construtores e Destrutores A instanciação de um objeto usualmente acontece através da invocação de um método especial conhecido como construtor. O construtor é responsável por inicializar adequadamento o objeto. Algumas LPs OO suportam também o conceito de destrutores, métodos que são executados antes de um objeto ser destruído (desalocado da memória). [email protected] 40

21 Exemplo class Date { private: int day; int month; int year; public: // Construtor Date(int d, int m, int y) { set(d, m, y); // Destrutor ~Date(){ void set(int d, int m, int y); ; [email protected] 41 Sobrecarga em LPs OO Em programação OO é bastante comum a definição de métodos sobrecarregados. Um exemplo de aplicação é na definição de construtores. O método associado a uma invocação pode ser determinado a partir da análise léxica (estática) do código (desde que não haja a possibilidade de polimorfismo). [email protected] 42

22 Exemplo class Date { private: int day, month, year; public: // Construtor 1 Date(int d, int m, int y) { set(d, m, y); // Construtor 2 Date() { set(1, 1, 2000); ; int main () { Date d(); // Construtor 1 [email protected] 43 Atributos de Classes e Métodos Estáticos Em algumas LPs OO pode-se definir atributos associados diretamente a uma classe. Os atributos de uma classe podem ser manipulados apenas por métodos estáticos métodos que também são associados a uma classe. Atributos de classe são equivalentes a variáveis globais de LPs não OO, e métodos estáticos equivalem a funções ordinárias. [email protected] 44

23 Exemplos public class Math{ private static double pi = 3.14; public static double getpi(){ return pi; public class Teste{ private static int instances = 0; public Test(){ ++instances; [email protected] 45