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Tema 1. Introducción a la Programación Orientada a
Objetos
Dpto. Lenguajes y Ciencias de la Computación. E.T.S.I. Informática.
Universidad de Málaga
Programación Orientada a Objetos
Dpto. Lenguajes y Ciencias de la Computación. E.T.S.I.
Tema
Informática.
1. Introducción
Universidad
a la Programación
de Málaga Orientada a Objetos
Programación Orientada a Objetos
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Programación Orientada a Objetos
Tema 1. Introducción a la programación orientada a objetos
Evolución de los lenguajes de programación
Conceptos fundamentales de la POO:
Clases y objetos
Metodos, mensajes y atributos
Composición y herencia
Polimorfismo y vinculación dinámica
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Evolución de los lenguajes de programación
A medida que aumenta la potencia de los ordenadores
También aumenta la complejidad de los problemas que se resuelven.
También aumenta la dificultad del diseño y desarrollo de los programas.
Motiva la creación de nuevos paradigmas de programación que faciliten la
creación de programas cada vez más complejos.
Los lenguajes de programación evolucionan adaptándose a los nuevos entornos
y paradigmas.
ALGORITMOS
Código Máquina
Instrucciones Simbólicas
Subprogramas
Programación Estructurada
Módulos
POO y Métodos
LENGUAJES
Código Máquina
Ensamblador
Fortran
Algol
Módula-2
Smalltalk
DATOS
Dirección Memoria
Etiquetas Simbólicas
Tipos y Variables
Tipos Estructurados
Tipos Abstractos Datos
Clases y Objetos
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Evolución de los lenguajes de programación
Programación Declarativa
Funcional
Lógica
Programación Imperativa
C. Maquina
1950
Ensamblador
Fortran I
1955
Algol 58
Lisp
Cobol
Algol 60
1960
Fortran IV
Simula I
Basic
1965
Simula 67
Algol 68
B
Pascal
1970
Prolog
C
Scheme
1975
Fortran 77
Modula 2
ADA
1980
Smalltalk
C++
1985
Eiffel
Haskell
1990
Delphi
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Fortran 9x
1995
Java
2000
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Conceptos fundamentales de la POO
Programación Orientada a Objetos
Es un paradigma de programación que nos permite diseñar programas
definiendo abstracciones que modelan los datos que representan el problema
que queremos resolver.
Se caracteriza por la definición y creación de objetos que encapsulan datos y
algoritmos:
Atributos (datos): almacenan el estado interno del objeto.
Métodos (algoritmos): definen el comportamiento del objeto. Permiten la
manipulación e interacción entre objetos.
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Ejemplo
Abstracción: Urna
Una urna es una caja opaca que contiene bolas blancas y negras.
Comportamiento de la urna (métodos):
Introducir bolas blancas y negras.
Sacar una bola (cualquiera).
Saber si la urna está vacía.
Saber cuantas bolas en total hay en la urna.
Estado interno de la urna (atributos):
La cuenta del total de bolas blancas dentro de la urna.
La cuenta del total de bolas negras dentro de la urna.
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Ejemplo
Abstracción: Urna
Dada la abstracción (clase) Urna especificada en el ejemplo anterior:
Podemos crear múltiples instancias (objetos) de ella.
Urna(3,1), Urna(5,0), Urna(2,4)
Cada instancia (objeto) de la Clase Urna posee su propio estado (atributos).
La cuenta de bola blancas y bolas negras que contiene.
Todos las instancias de la Clase Urna tienen el mismo comportamiento.
Podemos interactuar con cada objeto, independientemente, a través de los
métodos que definen su comportamiento.
Manipular el estado de cada objeto. Por ejemplo, podemos introducir una bola
blanca en el objeto Urna(2,4).
Consultar el estado de cada objeto. Por ejemplo, si consultamos el número de
bolas totales que hay en la urna después de la operación anterior, se devolverá
una cantidad total de 7.
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Conceptos fundamentales de la POO
Clase
Una Clase representa una abstracción de datos, especifica las características
de unos objetos: su estado y su comportamiento.
Es una entidad estática, se define en tiempo de compilación.
Urna
n_blancas: int
n_negras: int
introducirBola(c: Color)
sacarBola(): Color
estaVacia(): boolean
totalBolas(): int
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Conceptos fundamentales de la POO
Objeto
Un objeto es una instancia de una determinada Clase.
Las características del objeto (estado y comportamiento) están determinadas
por la Clase a la que pertenece.
Puede haber muchos objetos distintos que sean de la misma Clase (y tambien
de distintas Clases).
Cada objeto almacena y contiene su propio estado interno (atributos), de
forma independiente de los otros objetos.
El objeto podrá ser manipulado e interactuar con otros objetos a través de los
métodos definidos por la Clase a la que pertenece.
Es una entidad dinámica, se crea y se destruye durante la ejecución del
programa.
urna1: Urna
urna2: Urna
urna3: Urna
n_blancas = 3
n_negras = 1
n_blancas = 5
n_negras = 0
n_blancas = 2
n_negras = 4
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Conceptos fundamentales de la POO
Métodos
La clase representa una abstracción de datos, y los métodos definen su
comportamiento.
Los métodos son algoritmos especiales definidos por la Clase, y se aplican
sobre los objetos.
Manipulan el estado interno del objeto sobre el que se aplican.
También se les denomina métodos de instancia, o métodos del objeto.
Paso de Mensajes. Invocación a Métodos
Se puede enviar un mensaje a un objeto para invocar a un determinado
método, que se aplicará sobre el objeto.
Los objetos responden a las invocaciones de los métodos dependiendo de su
estado interno.
La invocación a métodos puede llevar parámetros asociados, produce un
resultado, y manipula el estado interno del objeto sobre el que se aplica.
Para invocar a un determinado método sobre un objeto, ese método debe estar
definido por la clase a la que el objeto pertenece.
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Conceptos fundamentales de la POO
Atributos
Almacenan los valores del estado interno del objeto.
Cada objeto tiene su propio estado interno asociado, independiente de los
otros objetos.
Los atributos estan protegidos. Sólo se permite su acceso y manipulación a
través de los métodos.
También se les denomina variables de instancia, o variables del objeto.
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Ejemplo
Abstracción: Punto del plano Cartesiano
Un punto representa una determinada posición en el plano Cartesiano.
Comportamiento de un punto:
Especificar el valor de sus coordenadas X e Y.
Consultar el valor de sus coordenadas X e Y.
Calcular la distancia que lo separa de otro objeto punto.
Desplazar según una distancia especificada en ambos ejes.
Estado interno del punto:
El valor de la coordenada X (abscisa).
El valor de la coordenada Y (ordenada).
Podemos crear múltiples objetos de la Clase Punto:
Punto(1,2), Punto(2,1), Punto(3,3), Punto(4,1)
(3,3)
•
(1,2)
•
(2,1)
•
(4,1)
•
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Ejemplo: Clase Punto
// Punto.java
public class Punto {
// Atributos
private double x, y;
// Constructores
public Punto() { x = 0; y = 0; }
public Punto(double a, double b) { x = a; y = b; }
// Métodos
public double abscisa() { return x; }
public double ordenada() { return y; }
public void abscisa(double a) { x = a; }
public void ordenada(double b) { y = b; }
public void desplazar(double a, double b) { x += a; y += b; }
public double distancia(Punto pto) {
return Math.sqrt(Math.pow(x - pto.x, 2) + Math.pow(y - pto.y, 2));
}
}
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Ejemplo: Clase Punto
// Main.java
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Punto pto1 = new Punto(1, 2);
Punto pto2 = new Punto(2, 1);
Punto pto3 = new Punto(3, 3);
Punto pto4 = new Punto(3, 1);
pto4.desplazar(1, 1);
}
}
pto1
•
Punto
▸
1
2
pto2
•
Punto
▸
2
1
(3,3)
•
(1,2)
•
(2,1)(3,1)
•
◦
pto4.desplazar(1,1)
pto3
•
Punto
▸
3
3
(3,3)
•
(1,2)
(4,2)
•
◦
(2,1)
•
pto4
•
Punto
▸
3
1
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
pto4
•
Punto
▸
4
2
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Representación Gráfica UML de Clases y Objetos
Representación Gráfica UML de Clases
Una clase se representa mediante una caja con tres compartimentos,
conteniendo cada uno de ellos el nombre, los atributos y los métodos de la
clase.
Punto
x,y: double
desplazar(a: double, b: double)
distancia(p: Punto): double
Representación Gráfica UML de Objetos
Un objeto se representa mediante una caja con dos compartimentos,
conteniendo el primero el nombre del objeto y de la clase a la que pertenece,
y el segundo los valores de los atributos del objeto.
pto1: Punto
pto2: Punto
pto3: Punto
pto4: Punto
x = 1
y = 2
x = 2
y = 1
x = 3
y = 3
x = 4
y = 2
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Conceptos fundamentales de la POO
Composición
Permite la definición de nuevas clases a partir de otras clases ya definidas.
Representa una relación en la cual un objeto tiene o está compuesto por
otros objetos.
Por ejemplo, un Segmento tiene dos Puntos, el origen y el extremo.
Segmento
Punto
origen, extremo: Punto
x,y: double
desplazar(a: double, b: double)
longitud():double
desplazar(a: double, b: double)
distancia(p: Punto): double
La composición se puede expresar en UML mediante una línea (o flecha)
entre la clase poseedora y la clase poseída.
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Conceptos fundamentales de la POO
Composición
Permite la definición de nuevas clases a partir de otras clases ya definidas.
Representa una relación en la cual un objeto tiene o está compuesto por
otros objetos.
Por ejemplo, un Segmento tiene dos Puntos, el origen y el extremo.
Segmento
desplazar(a: double, b: double)
longitud():double
origen
extremo
Punto
x,y: double
desplazar(a: double, b: double)
distancia(p: Punto): double
La composición se puede expresar en UML mediante una línea (o flecha)
entre la clase poseedora y la clase poseída.
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Conceptos fundamentales de la POO
Composición
Permite la definición de nuevas clases a partir de otras clases ya definidas.
Representa una relación en la cual un objeto tiene o está compuesto por
otros objetos.
Por ejemplo, un Segmento tiene dos Puntos, el origen y el extremo.
Segmento
desplazar(a: double, b: double)
longitud():double
origen
>
>
extremo
Punto
x,y: double
desplazar(a: double, b: double)
distancia(p: Punto): double
La composición se puede expresar en UML mediante una línea (o flecha)
entre la clase poseedora y la clase poseída.
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Ejemplo: Clase Segmento
// Segmento.java
public class Segmento {
// Atributos
private Punto origen, extremo;
// Constructores
public Segmento(double x1, double y1, double x2, double y2) {
origen = new Punto(x1, y1);
// creación de objetos de la clase Punto
extremo = new Punto(x2, y2); // creación de objetos de la clase Punto
}
// Métodos
public void desplazar(double a, double b) {
origen.desplazar(a, b);
// invocación a métodos de la clase Punto
extremo.desplazar(a, b);
// invocación a métodos de la clase Punto
}
public double longitud() {
return origen.distancia(extremo); // invocación a métodos de la clase Punto
}
}
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Ejemplo: Clase Segmento
// Main.java
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Segmento sgt = new Segmento(2, 1, 3, 3);
double lng = sgt.longitud();
}
}
sgt
•
(3,3)
•
Segment
▸
•
•
Punto
▸
2
1
Punto
▸
3
3
• (2,1)
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Conceptos fundamentales de la POO
Composición
Otros ejemplos de composición.
Cilindro
alt: double
base
>
. . .
Concesionario
nm: String
. . .
Círculo
rad: double
centro
>
. . .
coches
>
*
(0 o más)
Coche
mod: String
. . .
Punto
x,y: double
. . .
motor
>
Motor
pot: double
. . .
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Conceptos fundamentales de la POO
Herencia
Permite la definición de nuevas clases a partir de otras clases ya definidas.
Representa una relación en la cual una Clase es una especialización o
extensión de otra Clase.
Por ejemplo, una Partícula es un Punto con masa.
Punto
x,y: double
desplazar(a: double, b: double)
distancia(p: Punto): double
^
Partícula
masa: double
atracción(p: Partícula): double
La herencia se expresa en UML mediante una línea desde la sub-clase con
un triángulo en el extremo de la super-clase.
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Conceptos fundamentales de la POO
Herencia
Permite la definición de nuevas clases a partir de otras clases ya definidas.
Representa una relación en la cual una Clase es una especialización o
extensión de otra Clase.
Por ejemplo, un Paciente es una Persona, y un Médico también es una
Persona.
Persona
nombre: String
. . .
^
Paciente
Médico
numSegSocial: String
categoría: String
. . .
. . .
La herencia se expresa en UML mediante una línea desde la sub-clase con
un triángulo en el extremo de la super-clase.
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Conceptos fundamentales de la POO
Herencia
Permite definir una nueva sub-clase (o clase derivada) como una
especialización o extensión de una super-clase (o clase base) más general.
La sub-clase hereda tanto los atributos como los métodos definidos por la
super-clase (reusabilidad del código).
La sub-clase puede definir nuevos atributos y nuevos métodos (extensibilidad),
así como redefinir métodos de la super-clase.
Permite definir jerarquías de clases (ascendientes, y descendientes).
La relación de herencia es transitiva, si C hereda de B y B hereda de A,
entonces C también hereda de A.
^
^
^
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Ejemplo: Clase Partícula
// Particula.java
public class Particula extends Punto {
// Atributos
final static double G = 6.67e-11;
private double masa; // ( + los atributos heredados de Punto )
// Constructores
public Particula(float m) {
this(0, 0, m); // Se refiere a Partícula(double, double, double)
}
public Particula(double a, double b, double m) {
super(a, b); // Se refiere a Punto(double, double)
masa = m;
}
// Métodos ( + los métodos heredados de Punto )
public void masa(double m) { masa = m; }
public double masa() { return masa; }
public double atraccion(Particula part) {
// Nótese la invocación al método distancia heredado de Punto
// return G * masa * part.masa / Math.pow(distancia(part), 2);
return G * this.masa * part.masa / Math.pow(this.distancia(part), 2);
}
}
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Conceptos fundamentales de la POO
Polimorfismo
Un lenguaje tiene capacidad polimórfica cuando una variable declarada de un
determinado tipo (clase) (tipo estático) puede referenciar en tiempo de
ejecución a valores (objetos) de tipo (clase) distinto (tipo dinámico).
En POO el polimorfismo está restringido a la relación de herencia.
El tipo dinámico debe ser descendiente del tipo estático.
El polimorfismo permite que un objeto de una sub-clase pueda ser
considerado y referenciado como un objeto de la super-clase. Principio de
sustitución.
La dirección de correspondencia opuesta no se mantiene: todos los Medicos son
Personas, pero no todas las Personas son Médicos.
El polimorfismo afecta a:
Asignaciones explícitas entre objetos.
Paso de parámetros.
Devolución del resultado en una función.
Punto pt1 = new Particula(3, 5, 22);
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Conceptos fundamentales de la POO
Polimorfismo
En contextos polimórficos, sólo es válido invocar a los métodos especificados
por el tipo estático de la variable.
Punto pt1 = new Particula(3, 5, 22);
Punto pt2 = new Particula(4, 6, 30);
double d = pt1.distancia(pt2);
// double f = pt1.atraccion(pt2);
// ERROR. No es posible
Vinculación Dinámica
La vinculación dinámica permite que las sub-clases puedan redefinir el
comportamiento de los métodos definidos en la super-clase.
En contextos polimórficos, los métodos invocados se seleccionan
adecuadamente, en tiempo de ejecución, dependiendo del tipo dinámico del
objeto, y no de su tipo estático.
La invocación del método que ha de resolver un mensaje se retrasa al tiempo de
ejecución, y depende del tipo dinámico del objeto.
Se puede impedir que las sub-clases redefinan un determinado método
especificando el calificador final en su definición.
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Conceptos fundamentales de la POO
Herencia, Polimorfismo y Vinculación Dinámica
Gracias a la herencia, el polimorfismo, y la vinculación dinamica, se pueden
construir estructuras con elementos dinámicos de distinta naturaleza, pero con
un comportamiento común.
...
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Ejemplo: Clase Urna (I)
// Urna.java
public class Urna {
public static enum Color { Blanca, Negra }
// Atributos
private int n_blancas, n_negras;
// Constructores
public Urna() { n_blancas = 0; n_negras = 0; }
// Métodos
public int totalBolas() { return n_blancas + n_negras; }
public boolean estaVacia() { return (n_blancas + n_negras == 0); }
public void introducirBola(Color c) {
if (c == Color.Blanca) {
++n_blancas;
} else {
++n_negras;
}
}
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Ejemplo: Clase Urna (II)
// Urna.java (continuación)
public Color sacarBola() {
if (this.estaVacia()) {
throw new RuntimeException("Urna vacía");
}
int n = (int)(Math.random() * this.totalBolas());
Color c;
if (n < n_blancas) {
c = Color.Blanca;
--n_blancas;
} else {
c = Color.Negra;
--n_negras;
}
return c;
}
}
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Ejemplo: Clase Urna (III)
// Main.java
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Urna urna = new Urna();
urna.introducirBola(Urna.Color.Blanca);
urna.introducirBola(Urna.Color.Blanca);
urna.introducirBola(Urna.Color.Negra);
System.out.println("NBolas: " + urna.totalBolas());
while ( ! urna.estaVacia() ) {
Urna.Color c = urna.sacarBola();
System.out.println("Bola: " + c);
}
}
}
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