Aula 23. Programação Orientada à Objetos vs. Programação Modular

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1 Aula 23 Programação Orientada à Objetos vs. Programação Modular Alessandro Garcia LES/DI/PUC-Rio Maio 2010 Barbara Liskov, CLU Turing Award 2008 Aula de hoje... Objetivos discutir os conceitos básicos de programação orientada a objetos (OO) discutir relação com programação modular Exemplos em Java Capítulo 9 do livro exemplos em C++ 2/ 27 1

2 Sumário Programação OO: Motivação e Conceitos Básicos Herança e Polimorfismo Visibilidade e Encapsulamento Interfaces e Pacotes (em Java) Diferenças básicas com Módulos em C 3/ 27 Programação Orientada a Objetos (POO) Um dos paradigmas de desenvolvimento de programas Problema resolvido: suporte direto a princípios de ProgMod Novas abstrações e mecanismos: abstrações: classes, objetos, métodos e atributos mecanismos de composição: chamada de métodos, herança (especialização) e polimorfismo Evolução da programação modular baseada em estruturas de funções Programação OO: criação de hierarquia i de classes na qual se pode derivar classes mais genéricas e especializadas reuso de código 4/ 27 2

3 Classes Classes são uma única estrutura que encapsula os atributos (dados) as métodos (funções) que manipulam estes dados Classes correspondem a abstrações do mundo real e que guardam similaridade entre si Exemplo: podemos abstrair propriedades comuns das entidades do mundo real João, José e Maria, formando a classe Pessoa A partir das classes, se instancia objetos classes são entidades sem existência própria durante a execução do programa para utilizar uma lista, é necessário instanciar primeiro um objeto a partir da classe Lista estado dos objetos Lista é usualmente diferente cada objeto, mesmo que da mesma classe, tem um tempo de vida diferente 5/ 27 Exemplo de Declarações de Classes (Java) Exemplo: Lâmpada class Lamp { Variável private boolean LampIsOn; public Lamp() { LampIsOn = false; public void turnknob() { LampIsOn =!LampIsOn; Construtor Método 6/ 27 3

4 Lista Ligada em Java public class No { public int dado; public No proximo; public No(int d, No p) { dado = d; // aqui armazena-se o valor do elemento proximo = p; // aqui armazena-se uma referencia para // o proximo elemento da lista Para criamos um No que contenha o valor 10 basta fazer: No primeirono i = new No(10, null); // instanciacao i do No Para adicionar um novo elemento na frente do primeiro: No auxiliar = new No(9, primeirono); // instanciacao do No primeirono = auxiliar; // encadeamento dos Nos OU: Para adicionar um novo elemento atrás do primeiro: No auxiliar = new No(9, null); // instanciacao do No primeirono.proximo = auxiliar; // encadeamento dos Nos 7/ 27 Objetos e Classes em Java Criando um objeto da classe Lamp Lamp l; l = new Lamp(); Lamp l1 = new Lamp(); Lamp l2 = new Lamp(); Se Lista fosse definida como uma classe em Java int numalunos, numturmas; Lista listaalunos = new Lista(); Lista listaturmas = new Lista(); um objeto é uma variável do tipo da classe utilizada para instanciá-lo Acessando variáveis e métodos numalunos = listaalunos.obtercardinalidade(); numturmas = listaturmas.obtercardinalidade(); l1.turnknob(); l2.lampison = true; Viola definição de visibilidade 8/ 27 4

5 Identificação de um Objeto Formas de se identificar um objeto Principalmente, através de nome (Java/C++): Lista listaalunos = new Lista(); // Java Lamp l1 = new Lamp(); // Java Lamp l2 = new Lamp(); // Java É possível: Passar um novo objeto (sem nome) como parâmetro Criar referências para objetos (Java) CLista minhalista = new CLista(); // Java 9/ 27 Destruição de Objetos Finda a necessidade do objeto, ele deve ser destruído Em algumas linguagens OO, tais como C++, cabe ao programador destruir explicitamente todos os objetos uso de delete Em outras linguagens OO, tais como Java, a destruição é implícita através do mecanismo de coleta de lixo (garbage collection) é uma forma automática de recuperação de espaços de dados alocados dinamicamente espaços que deixaram de ser acessíveis ao programa em execução o Garbage Collector roda em uma thread de baixa prioridade e remove todos os objetos que não são mais referenciados antes de um objeto ser destruído, o Garbage Collector executa o método finalize do objeto (quanto existir) isto permite fechamento de arquivos e conexões de rede 10 / 27 5

6 POO e Um Pouco de História Precursores Lisp: suporte a coleta automática de lixo Simula (1967): 1ª a incluir conceitos de OO CLU ( ), 75), Barbara Liskov, suporte à: Tipos abstratos de dados Gerência automática de memória influenciou Java Suporte explícito a tratamento de exceções influenciou Java, C++, C# e Ada Entretanto, nenhum suporte a herança e polimorfismo... quebra de encapsulamento... Barbara Liskov Recipient of 2008 Turing Award; OOPSLA 2009 Keynote Speaker (primeira mulher com PhD in CS) Smalltalk (1971): primeira linguagem, oficialmente, intitulada OO Ex. suporte a herança, mecanismo de TE completamente OO exceções como objetos; tratadores associados com classes e objetos Eiffel (1985): suporte explícito a assertivas no nível de funções e classes; integração com TE, política de retry é possível 11 / 27 Importância da classificação de conceitos em OO: gerando-se hierarquias de entidades (classes) Generalização: todas as funções e atributos (dados, variáveis membro) de Mamíferos são herdados por Homem, Cão e Gato 12 / 27 6

7 Herança múltipla Classificação estritamente baseada em herança/hierarquia não é uma solução natural para todos os casos uma entidade (classe) pode ter várias superclasses - herança múltipla: C++ tem Java não tem mas usa interfaces herança múltipla não é incorporada certas linguagens OO estudos empíricos indicaram que introduz complexidade adicional e afeta negativamente robustez e estabilidade Animais_Cauda Cauda Balançar_Cauda() 13 / 27 Refinamento de Classes Uso de extends class Ponto { private float x, y; public Ponto(float ax, float ay){ //garante o estado do objeto this.x = ax; this.y = ay;... class PtoMove extends Ponto { //adicione algum atributo private se quiser public PtoMove (float a, float b) { super(a,b); //chamada do construtor da classe pai public void move (float dx, float dy) { this.altera_x(retorna_x()+dx); this.altera_y(retorna_y()+dy); 14 / 27 7

8 Classes Abstratas Uso de extends e abstract abstract class Ponto { private float x,y; public Ponto(float ax, float ay){ //garante o estado do objeto this.x = ax; this.y = ay;... somente se existe um método abstrato class PtoMove extends Ponto { //adicione algum atributo private se quiser public PtoMove (float a, float b) { super(a,b); //chamada do construtor da classe pai public void move (float dx, float dy) { this.altera_x(retorna_x()+dx); this.altera_y(retorna_y()+dy); 15 / 27 Outro Exemplo: Emprestador/Emprestável classe abstrata Lendable {abstract name : String Borrower borrow( l : Lendable ) : boolean return( l : Lendable ) getacruedfine( ) : int name : String isonloan( ) : boolean checkout( b : Borrower ) : boolean checkin( ) getborrower( ) : Borrower isoverdue( ) : boolean {abstract getfine( ) : int {abstract definem diferentes políticas de controle de prazos e cálculo de multa Book Journal Video 16 / 27 8

9 Implementação public abstract class Lendable { private String name; private Borrower borrower; private Calendar dateborrowed; public boolean isonloan( ) { if (borrower!= null) return true; else return false; public boolean checkout( Borrower b ) { boolean success = false; if(! isonloan( ) ) { success = true; borrower = b; dateborrowed = Calendar.getInstance( ); public void checkin( ) { borrower = null; dateborrowed d = null; public Borrower getborrower( ) { return borrower; public abstract boolean isoverdue( ); public abstract int getfine( ); Projetado para ser reusado 17 / 27 Implementação public class Book extends Lendable { public boolean isoverdue( ) { OurDate dateloaned = new Date( dateborrowed.get( Calendar.YEAR ), dateborrowed.get( Calendar.MONTH ), dateborrowed.get( Calendar.DAY ) ); Calendar now = Calendar.getInstance( ); OurDate today = new OurDate( now.get( Calendar.YEAR ), now.get( Calendar.MONTH ), now.get( Calendar.DAY ) ); if( OurDate.subtract( dateloaned, today ) > 28 ) return true; else return false; Reuso 18 / 27 9

10 Programação OO: polimorfismo, conceito Todas as funções e atributos (dados, variáveis membro) de Quadrilátero são herdados por Quadrilátero CalcularArea( ) Trapézio, Retângulo e Quadrado Todas as funções e atributos de Retângulo são herdados por Quadrado Trapézio Retângulo CalcularArea( ) CalcularArea( ) Se todas as classes implementam o método CalcularArea( ) ocorre a redefinição desse método nas classes herdeiras amarração da invocação: busca do método é de baixo para cima sempre a implementação mais específica é executada caso especial: imposição de tipos... Quadrado CalcularArea( ) Maio 2009 Alessandro Garcia LES/DI/PUC-Rio 19 / 27 Programação OO: mudança de tipo Um objeto de uma classe herdeira pode sempre ser promovido para uma de suas super-classes Objeto é polimorfo Trapézio Quadrilátero Retângulo Um objeto de uma superclasse CS somente poderá ser refinado para um objeto de uma classe herdeira CH se o objeto tiver sido construído (criado) como objeto dessa classe CH ou de alguma de suas classes herdeiras Quadrado Quadrado para Retângulo vale Quadrilátero para Retângulo vale somente se o objeto havia sido criado como Retângulo ou Quadrado Maio 2009 Alessandro Garcia LES/DI/PUC-Rio 20 / 27 10

11 É importante... Estruturar bem, de forma antecipada, as hierarquias de classes estrutura inadequada é fonte constante de aborrecimentos quaisquer mudanças à hierarquia tende a exercer um efeito cascata de modificações no sistema todo Entretanto: necessidade de uma taxiologia eficaz envolvimento de todos os stakeholders, pois possuem visões diferentes das entidades do mundo real conciliar diferentes visões é necessário para produzir as hierarquias de classes Regra simplista: substantivos são sempre candidatos a classes verbos são candidatos a métodos adjetivos e advérbios são candidatos à atributos Maio 2009 Alessandro Garcia LES/DI/PUC-Rio 21 / 27 Diferenças entre... Módulos (em C) e Classes (Linguagens OO) Classes possuem um operador de instanciação explícito Hierarquia de classes Uso de herança para reuso de estrutura e comportamento C: reuso somente através de chamadas de funções Destruição de objetos (desalocação de memória) em algumas linguagens OO é feita de forma automática Suporte direto a definição de interfaces / 27 11

12 Interfaces (em Java) Interfaces As interfaces definem assinaturas de conjuntos de métodos, mas não os implementam tem o papel do módulo de declaração (*.h) Interface é uma especificação que permite que classes, não diretamente relacionadas na mesma hierarquia, possam incorporar propriedades similares Uma classe que implemente a interface deve implementar TODOS os métodos definidos nesta. public interface Sleeper { public void wakeup(); public long ONE_SECOND = 1000; // milli 23 / 27 Diferenças entre... Módulos (em C) e Classes (Linguagens OO) Classes possuem um operador de instanciação explícito Hierarquia de classes Uso de herança para reuso de estrutura e comportamento C: reuso somente através de chamadas de funções Destruição de objetos (desalocação de memória) em algumas linguagens OO é feita de forma automática Suporte direto a definição de interfaces... Linguagens OO: melhor controle de visibilidade (graus de encapsulamento) exemplo: Java / 27 12

13 Visibilidade de membros da classe Controlando o acesso aos membros da classe Especificador classe subclasse pacote todos private X protected X X X public X X X X default X X 25 / 27 Pacotes (em Java) Pacotes Para facilitar o uso, controle de acesso e controle de conflito de nomes, os programadores agrupam classes e interfaces relacionadas em pacotes Para definir qual pacote uma classe pertence, basta incluir no início arquivo da classe a linha: package nomepacote; Os pacotes necessários a uma classe devem ser incorporados através do comando import similar ao include 26 / 27 13

14 Abstract e Final Métodos Abstract: não possuem implementação e devem ser implementados pelas subclasses classe deve ser definida como abstract quando possuir pelo menos um método abstrato Métodos Final: não podem ser sobrescritos é válido estender uma classe não marcada como final mas não podemos sobrescrever seus métodos final Erro de compilação 27 / 27 Membros estáticos de uma classe Métodos e variáveis estáticos Declarados com o especificador static São comuns a todos os objetos da classe Utilizados para declaração de constantes t Utilizados para declaração de métodos que não necessitam de uma instância da classe static int FALSO 0; static int VERDADEIRO 1; public static boolean testa( int p ) { if( p == this.verdadeiro ) return( true ); else return( false ); 28 / 27 14

15 Diferenças entre... Módulos (em C) e Classes (Linguagens OO) Classes possuem um operador de instanciação explícito Hierarquia de classes Uso de herança para reuso de estrutura e comportamento C: reuso somente através de chamadas de funções Destruição de objetos (desalocação de memória) em algumas linguagens OO é feita de forma automática Suporte direto a definição de interfaces... Linguagens OO: melhor controle de visibilidade (graus de encapsulamento) exemplo: Java... Suporte direto à funções polimórficas É possível a implementação de funções polimórficas em C? 29 / 27 Polimorfismo em C? Função como um dado Uma função definida é uma seqüência de bytes contida em um espaço de dados usualmente contíguo em geral, não alterável constante possui um nome usualmente o nome da função possui um endereço origem de execução nome da função Função de acesso( x, y,..., z ) Meio Endereço do espaço Tamanho Espaço de dados possui também um tipo... Maio 2009 Alessandro Garcia LES/DI/PUC-Rio 30 / 32 15

16 Função como um dado O tipo de uma função é estabelecido pela sua assinatura física valor retornado lista dos tipos de parâmetros os nomes dos parâmetros não fazem parte da assinatura o nome da função não faz parte da assinatura exemplo: int ( int, double ) Uma função A será do mesmo tipo que a função B caso ambas tenham a mesma assinatura programador deve garantir que exista uma igualdade semântica Maio 2009 Alessandro Garcia LES/DI/PUC-Rio 31 / 32 Dado tipo ponteiro para função Em C e C++ podem ser definidas variáveis do tipo ponteiro para função exemplo: int (* VarF1 )( int, double ) VarF1 é um ponteiro para função do tipo: int ( int, double ) Exemplo de atribuição int Func( int X, double Y ) {... /* Func */ Func é uma constante do tipo ponteiro para uma função do tipo: int ( int, double ) main(...) { VarF1 = Func ; Maio 2009 Alessandro Garcia LES/DI/PUC-Rio 32 / 32 16

17 Exemplo simples: integração /* Função de integração numérica utilizando regra dos trapézios */ double Integrar( double LimInf, double LimSup, int NumInt, double ( * Func )( double X )) { double Integral = 0.0 ; Y double Intervalo ; int i ; assert( NumInt >= 2 ) ; Intervalo = ( LimSup - LimInf ) / ( NumInt - 1 ) ; Integral += Func( LimSup ) ; Integral += Func( LimInf ) ; for ( i = 1 ; i < NumInt - 1 ; i++ ) { Integral += 2 * Func( Intervalo * i ) ; /* for */ Integral *= Intervalo/2; return Integral ; /* Integrar */ h ITR 2 f A B X f1 f2 f3 fm2 fm1 fm Maio 2009 Alessandro Garcia LES/DI/PUC-Rio 33 / 32 Exemplo simples: integração por trapézio Seja f(x) uma função contínua em [a, b] h ITR 2 o problema da integração numérica consiste em calcular um valor aproximado para I b x dx solução: calcular a integral f ( ) limite superior aproximada através da regra dos trapézios f0 2 f1 f2 f3 fm2 fm1 limite inferior i Parâmetros: - número de interações: 8 - limites inferior e superior: 0 e m - e a própria função f Y fm a função a ser integrada Exemplo: f(x) = 2 * x double f A B X Maio 2009 Alessandro Garcia 0 f 1 f LES/DI/PUC-Rio 1 f 2 f 2 f 3 f 3 f m 34 / 32 17

18 Exemplo simples: integração, uso /* exemplo de uso */ double Quadrado( double X ) { return X ** 2 ; double Cubo( double X ) { return X ** 3 ; printf( \n F = x ** 2 de x=1 a x=10: %lf, Integrar( 1.0, 10.0, 20, Quadrado )) ; printf( \n F = x ** 3 de x=1 a x=10: %lf, Integrar( 1.0, 10.0, 20, Cubo )) ; Maio 2009 Alessandro Garcia LES/DI/PUC-Rio 35 / 32 Função como um dado A assinatura pode estar associada a um de vários corpos na hora da chamada é estabelecida a associação da chamada estática (tempo de compilação), caso normal de linguagens procedurais dinâmica (tempo de execução), caso freqüente em linguagens orientadas a objetos Assinatura F( int ) Chama F( float ) Associação da chamada Assinatura *F( float ) Associação dinâmica Associação estática Corpo F( float ) Corpo F( float ) Corpo F ( int ) Maio 2009 Alessandro Garcia LES/DI/PUC-Rio 36 / 32 18

19 Dúvidas, Lembretes e Dicas Trabalho 3 Devo dar suporte a certa regra X e tipos de movimentos Y e Z? Deve seguir fielmente a especificação de requisitos do tra Como implementar a interface do jogo? Fica livre para o grupo decidir simples uso de printf, scanf, etc... é mais do que suficiente Professor: minha decomposição em módulos está boa? cuidado com quebra de encapsulamento exemplo: externalizar estruturas para módulo de Interface (se houver) de forma que poderia ser evitada dica: independentemente das adaptações que você venha fazer, tente preservar as estruturas dos módulos do T2 37 / 27 Dicas e Dúvidas do Trabalho 3 Não esquecer de justificar mudanças nos módulos (e estruturas) do Trabalho 2 Não esquecer de modificar modelos e entregar novamente Teste do Jogo, duas possibilidades: Teste automatizado: definição de linguagem de script + scripts Teste manual neste caso, é necessário, entregar um documento com roteiro de testes (sequencia de comandos dos dois jogadores) Correção do enunciado: os diversos programas executáveis (construtos): TRAB3-1.EXE, TRAB3-2.EXE, TRAB3-3.EXE, e assim por diante E não TRAB2-*.EXE ATENÇÃO: não haverá adiamento da entrega do trabalho! 38 / 27 19

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