Programación Orientada a Objetos

Introducción
Los problemas suelen tener varias soluciones posibles.
En programación existen diversas metodologías que nos ayudan a enfrentar un problema.
Cada metodología tiene diversos lenguajes que las soportan.
Algunos lenguajes soportan varias metodologías.

Programación Orientada a Objetos
Definición:
La Programación Orientada a Objetos (OOP) es un método de programación en el cual los programas se organizan en colecciones cooperativas de objetos, cada uno de los cuales representa una instancia de alguna clase, y cuyas clases son, todas ellas, miembros de una jerarquía de clases unidas mediante relaciones de herencia.
Comentarios:
Usamos objetos en lugar de algoritmos como bloque fundamental
Cada objeto es una instancia de una clase
Las clases están relacionadas entre sí por relaciones tan complejas como la herencia

Ventajas de la POO
Proximidad de los conceptos modelados respecto a objetos del mundo real
Facilita la reutilización de código
Y por tanto el mantenimiento del mismo
Se pueden usar conceptos comunes durante las fases de análisis, diseño e implementación
Disipa las barreras entre el qué y el cómo

Desventajas de la POO
Mayor complejidad a la hora de entender el flujo de datos
Pérdida de linealidad
Requiere de un lenguaje de modelización de problemas más elaborado:
Unified Modelling Language (UML)
Representaciones gráficas más complicadas

Conceptos de la OOP
Conceptos básicos
Objeto
Clase
Características de la OOP
Abstracción:
Encapsulamiento:
Modularidad:
Jerarquía
Otros conceptos OOP
Tipos
Persistencia
Tipos de relaciones
Asociación
Herencia
Agregación
Instanciación
Representaciones gráficas
Diagramas estáticos (de clases, de objetos...)
Diagramas dinámicos (de interacción...)

Objeto y Clase
Un objeto es algo de lo
que hablamos y que
podemos manipular
Existen en el mundo real (o en nuestro entendimiento del mismo)
Una clase describe los
objetos del mismo tipo
Todos los objetos son instancias de una clase
Describe las propiedades y el comportamiento de un tipo de objetos

Conceptos OOP: Abstracción
Nos permite trabajar con la complejidad del mundo real
Resaltando los aspectos relevantes de los objetos de una clase
Ocultando los detalles particulares de cada objeto
Separaremos el comportamiento de la implementación
Es más importante saber qué se hace en lugar de cómo se hace:
Un sensor de temperatura
Se define porque...
mide la temperatura
nos muestra su valor
se puede calibrar...
No sabemos... (no nos importa)
cómo mide la temperatura
de qué está hecho
cómo se calibra

Conceptos OOP: Abstracción
La abstracción no es única:
Un coche puede ser...
Una cosa con ruedas, motor, volante y pedales (conductor)
Algo capaz de transportar personas (taxista)
Una caja que se mueve (simulador de tráfico)
Conjunto de piezas (fabricante)

Conceptos OOP: Encapsulamiento
Ninguna parte de un sistema complejo debe depender de los detalles internos de otra.
Complementa a la abstracción
Se consigue:
Separando la interfaz de su implementación
Ocultando la información interna de un objeto
Escondiendo la estructura e implementación de los métodos (algoritmos).
Exponiendo solo la forma de interactuar con el objeto

Conceptos OOP: Encapsulamiento
Vemos que se puede...
Construir con:
4 puntos (y restricciones)
1 punto y 2 vectores
1 punto, 1 vector, 1 ángulo y 1 lado
Transformaciones:
Escalado
Rotación
Desplazamiento
Dibujar
No vemos...
Como está representado internamente
4 puntos?
1 punto y 2 vectores?
...
Como se modifica su escala
Guardando el factor?
Escalando en el momento?
Idem para rotación, traslación, etc...
Ejemplo: Un paralelogramo

Conceptos OOP: Modularidad
Consiste en separar el sistema en bloques poco ligados entre sí: módulos.
Organización del código
Es una especie de encapsulamiento de más alto nivel.
El C++ no lo impone aunque lo soporta (namespace)
El Java es más formal (packages)
Difícil pero muy importante en sistemas grandes.
Suele aplicarse refinando el sistema en sucesivas iteraciones
Cada módulo debe definir una interfaz clara

Conceptos OOP: Modularidad
Ejemplo: Simulación detector de AAEE
Puede dividirse en los siguientes módulos...
Geometría: Describe el detector
físicamente (forma, materiales, tamaño)
Partículas: Las partículas cuyas
interacciones nos interesan
Procesos: Aquí enlazamos la información
del detector (materia) con las propiedades
de las partículas.
...
Podríamos dividir el módulo de procesos en procesos electromagnéticos, procesos hadrónicos, ...
Lo mismo podríamos hacerlo con las partículas: leptones, hadrones, ...

Conceptos POO: Jerarquía
Es una clasificación u ordenamiento de las abstracciones
Hay dos jerarquías fundamentales:
Estructura de clases:
Jerarquía “es un/a”
Relaciones de herencia
Estructura de objetos:
Jerarquía “parte de”
Relaciones de agregación
Está implementada de manera genérica en la estructura de clases

Conceptos OOP: Jerarquía
Una figura plana es:
Algo con una posición en el plano
Escalable
Rotable
Un gráfico es algo que se puede dibujar en 2D
Un diagrama es un conjunto de cuadrados y círculos
Herencia simple
Un cuadrado es una figura
Un círculo es una figura
Herencia múltiple
es una figura
es un gráfico
Agregación
Ejemplo: Figuras planas y diagramas

Conceptos OOP: Tipo
Es el reforzamiento del concepto de clase
Objetos de tipo diferente no pueden ser intercambiados
El C++ y el Java son lenguajes fuertemente “tipeados”
Ayuda a corregir errores en tiempo de compilación
Mejor que en tiempo de ejecución

Conceptos OOP: Persistencia
Propiedad de un objeto de trascender en el tiempo y en el espacio a su creador (programa que lo generó)
No se trata de almacenar sólo el estado de un objeto sino toda la clase (incluido su comportamiento)
No está directamente soportado por el C++
Existen librerías y sistemas completos (OODBMS) que facilitan la tarea
Frameworks (entornos) como ROOT lo soportan parcialmente (reflex)
El concepto de serialización del Java está directamente relacionado con la persistencia

Relaciones
Están presentes en cualquier sistema
Definen como se producen los intercambios de información y datos
También ayudan a comprender las propiedades de unas clases a partir de las propiedades de otras
Existen 4 tipos de relaciones:
Asociación
Herencia
Agregación
Instanciación

Relación de Asociación
Relación más general
Denota una dependencia semántica
Es bidireccional
Primer paso para determinar una relación
más compleja
Ejemplo: Relación entre un producto y una venta. Cualquier venta está asociada a un producto, pero no es, ni forma parte de, ni posee ningún producto… al menos en una primera aproximación.
Cardinalidad: multiplicidad a cada lado
Uno a uno: Venta-Transacción
Uno a muchos: Producto-Venta
Muchos a muchos: Comprador-Vendedor

Relación de Herencia
¡Relación característica de la OOP!
Puede expresar tanto especialización como generalización
Evita definir repetidas veces
las características comunes a
varias clases
Una de las clases comparte la estructura y/o el comportamiento de otra(s) clase(s).
También se denomina relación “es un/a” (is a)

Relación de Herencia (vocabulario)
Clase base o superclase: clase de la cual se hereda
Clase derivada o subclase: clase que hereda
Herencia simple: Hereda de una sola clase
Herencia múltiple: Hereda de varias clases
Java solo la soporta parcialmente
Presenta diversos problemas (¿qué hacer cuando se hereda más de una vez de la misma clase?)
Clase abstracta: La que no lleva, ni puede llevar, ningún objeto asociado
Polimorfismo: Posibilidad de usar indistintamente todos los objetos de un clase y derivadas.

Relación de Herencia (ejemplo)

Relación de Agregación
Una clase contiene a otra
clase
Ésta “es parte de” aquélla.
También se denomina
relación “es parte de” (has a)
Una clase puede contener a otra:
Por valor: Cuando los objetos de la clase contenida se crean y destruyen al mismo tiempo que los de la clase continente
Por referencia: Cuando no necesariamente ocurre lo anterior

Relación de Agregación
Un coche está hecho de
Volante
Palanca de cambio
Motor
Ruedas

Relación de Instanciación
En determinados casos una clase (p.ej. un vector) puede implementarse independientemente del tipo (real, complejo, color...) de alguno de sus atributos:
Definimos una clase
parametrizada o template
(plantilla)
Para cada uno de los tipos
que necesitemos
definimos una nueva
clase ⇨ Instanciación

Representaciones gráficas
Nos sirven para comunicarnos con otros usuarios o desarrolladores.
Documentan nuestro sistema
Hay múltiples vistas y tipos de diagramas:
Estáticos
Diagramas de clases ⇨ Los de los ejemplos
Diagramas de objetos
...
Dinámicos:
Diagramas de estado: Muestra el ciclo de vida de los objetos, sistemas, etc...
Diagramas secuenciales: Muestra como los objetos interaccionan entre ellos
...

Diagrama de estado: Un ascensor