Paradigma Orientado a Objeto

1. Paradigma Orientado a Objeto
Prof. Tony Alexander Hild
Paradigmas de Linguagem de Programação – 3 CC – Unicentro – 2013

2. Sumário
●
Introdução
●
Conceitos Gerais
●
Abstração
●
Encapsulamento
●
Herança
●
Polimorfismo
●
Coesão
●
Acoplamento
●
Mensagens
●
Modularização
●
Exemplos de Linguagens
2

3. Linguagens Orientadas a Objeto
●
●
●
●
A maioria das linguagens orientadas a objeto são
linguagens de alto nível;
O foco das linguagens OO não é na estrutura, mas
na modelagem dos dados;
Programadores codificam usando “plantas” de
modelos de dados chamados classes;
Exemplos de linguagens de programação OO
incluem C++, Java, C#, Visual Basic. Net, Ruby,
Smalltalk, etc.
3

4. Conceitos Gerais de Linguagens
Orientadas a Objeto
●
●
Objeto – Entidade de programação que contém métodos
e atributos e pode reagir a eventos.
Método – Coisas que o objeto pode fazer. São os
“verbos” dos objetos. No código, geralmente são
identificados por uma palavra de “ação”, i.e. Show,
Hide, Calculate, Delete, etc.
4

5. Conceitos Gerais de Linguagens
Orientadas a Objeto
●
●
Atributos – Coisas que descrevem um objeto. São os
“adjetivos” dos objetos. No código são geralmente
identificados por uma palavra “descritiva”, i.e. Enabled,
BackColor, etc.
Eventos – Forças externas a um objeto ao qual esse
objeto pode reagir. No código, geralmente são atrelados
a um procedimento de evento.
5

6. Conceitos Gerais de Linguagens
Orientadas a Objeto
●
Classe – Fornece uma maneira para criar novos objetos
com base em uma "meta definição" de um objeto:
–
●
Exemplo: A classe Automóvel
Construtores – Métodos especiais utilizados para criar
novas instâncias de uma classe:
–
Exemplo: um Honda Civic é uma instância da classe
Automóvel.
6

7. public delegate void BuzinarHandler<T>(T emissor, string som);
public class Automovel
{
public string Modelo;
public int Ano;
public Color Cor;
private bool EstaLigado = false;
private int Velocidade = 0;
public event BuzinarHandler<Automovel> Buzinar;
Atributos
Evento
public Automovel ()
{
}
public void Ligar ()
{
EstaLigado = true;
}
Classe
Construtor
public void Desligar ()
{
EstaLigado = false;
}
public void Acelerar ()
{
Velocidade++;
}
Métodos
public void Frear ()
{
Velocidade--;
}
public void ApertarBuzina ()
{
Buzinar(this, "Beep-Beep");
}
}
7

8. public class Automovel
{
public string Modelo;
public int Ano;
public Color Cor;
private bool EstaLigado = false;
private int Velocidade = 0;
Atributos
public event BuzinarHandler<Automovel> Buzinar; Evento
Classe
public Automovel ()
{
}
.
.
.
Construtor
}
8

9. public class Automovel
{
.
.
.
public void Ligar ()
{
EstaLigado = true;
}
public void Desligar ()
{
EstaLigado = false;
}
Classe
Métodos
public void Acelerar ()
{
Velocidade++;
}
public void Frear ()
{
Velocidade--;
}
}
public void ApertarBuzina ()
{
Buzinar(this, "Beep-Beep");
}
9

10. Objeto ou Instância da classe
Automovel
var honda_civic = new Automovel () {
Ano = 2013,
Cor = Color.Black,
Modelo = "Honda Civic"
};
10

11. Abstração
●
Abstração significa ignorar características, propriedades
ou funções irrelevantes e enfatizar as relevantes ...
Relevantes
à quê?
●
●
... relevantes para o projeto dado (antecipando futura
reutilização em projetos similares);
Abstração = gerenciar complexidade.
11

12. Abstração
●
A abstração é algo que fazemos todos os dias;
–
–
●
Abstraímos as propriedades do objeto, e mantemos apenas o que
precisamos;
–
●
Olhando para um objeto, vemos as coisas sobre ele que têm significado
para nós;
Por exemplo, alunos têm "nome", mas não "cor dos olhos".
Permite representar uma realidade complexa em termos de um
modelo simplificado;
Abstração destaca as propriedades de uma entidade que precisamos
e esconde os outros.
12

13. Encapsulamento
●
●
●
Um mecanismo da linguagem para restringir o
acesso a alguns dos componentes do objeto;
Uma construção da linguagem que facilita o
agrupamento de dados com métodos (ou outras
funções) que operam nesses dados;
Ocultação de Informações.
13

14. Encapsulamento
●
●
●
●
A representação interna de um objeto é geralmente escondida da
visão externa da definição do objeto (interface);
Normalmente, apenas os métodos do próprio objeto podem acessar
ou modificar diretamente os seus campos;
Algumas linguagens, como Smalltalk e Ruby só permitem o acesso
ao estado (atributos/campos) através de métodos;
A maioria das outras (por exemplo, C++, C # ou Java) oferecem ao
programador um grau de controle sobre as entidades que estão
sendo escondidas, normalmente através de palavras-chave como
public, private, friend, protected, etc.
14

15. Encapsulamento
●
●
●
●
O ponto principal é que, ao pensar o sistema como sendo
composto de objetos independentes, mantenham-se as
subpartes realmente independentes;
Os objetos devem comunicar-se apenas por meio de troca
de mensagens bem definidas;
Diferentes grupos de programadores podem trabalhar em
diferentes partes do projeto, apenas certificando-se de que
estejam de acordo com uma interface;
É possível construir sistemas maiores com menos esforço.
15

16. Encapsulamento – Benefícios
●
Garante que as mudanças estruturais permanecem locais:
–
–
●
Alterando os membros internos de um classe não afeta qualquer código fora
da classe;
Alterar a implementação dos métodos não modifica a forma dos clientes
usá-los.
Encapsulamento permite adicionar alguma lógica ao acessar os
dados do cliente:
–
●
Por exemplo: validação ao modificar o valor da propriedade.
Ocultando detalhes de implementação reduz a complexidade:
–
Manutenção mais fácil.
16

17. Encapsulamento - Resumo
●
●
●
Encapsulamento esconde os detalhes de implementação;
A classe anuncia algumas operações (métodos)
disponíveis para seus clientes - a sua interface pública;
Todos os membros de dados (campos) de uma classe
devem ser escondidos:
–
Acessados via propriedades (somente leitura e de leitura e
escrita);
–
Nenhum membro da interface deve ser escondido.
17

18. Exemplo de Encapsulamento - C#
namespace Encapsulation
{
class Program
{
public class Account
{
private decimal accountBalance = 500.00m;
}
public decimal CheckBalance ()
{
return accountBalance;
}
static void Main ()
{
Account myAccount = new Account ();
decimal myBalance = myAccount.CheckBalance ();
}
}
}
/* This Main method can check the balance via the public
* "CheckBalance" method provided by the "Account" class
* but it cannot manipulate the value of "accountBalance" */
18

19. public class Automovel
{
private bool estaLigado = false;
private int velocidade = 0;
.
.
.
public void Ligar ()
{
estaLigado = true;
}
public void Desligar ()
{
estaLigado = false;
}
public void Acelerar ()
{
velocidade++;
}
public void Frear ()
{
velocidade--;
}
public bool EstaLigado() {
return estaLigado;
}
}
public bool Velocidade() {
return velocidade;
}
19

20. Herança
●
●
O conceito de herança foi criado em 1968 para a linguagem Simula;
Herança é o tema central da programação orientada a a objetos e das linguagens que a
suportam;
●
Permite aos programadores criar novas classes com base em uma classe existente;
●
É um relacionamento IS-A (É-UM);
●
A classe pai é também chamada de classe base ou superclasse;
●
A classe filha é também chamada de classe derivada ou subclasse;
●
A herança permite que subclasses herdem as características da classe pai existente:
–
Atributos (campos e propriedades);
–
Operações (métodos).
20

21. Herança
●
Novos métodos e atributos podem ser criados na subclasse, sem
afetar a definição da classe pai. Por exemplo:
–
Adicionar novos campos e/ou métodos;
–
Redefinir métodos, ou seja, modificar o comportamento existente:
●
–
O novo método sobrescreve o método herdado e passa a ser chamado de método
sobrescrito.
Redefinir métodos da superclasse somente para os clientes e para a
subclasse:
●
Modificador new em C#.
21

22. Herança
●
Métodos ou funções virtuais são métodos ou funções que
podem ter seu comportamento sobrescrito por uma
subclasse com um método ou função com a mesma
assinatura;
–
Também é um conceito de polimorfismo;
–
Despacho dinâmico.
22

23. Herança
●
Herança múltipla:
–
Herança múltipla permite uma nova classe herdar de duas ou mais classes;
–
Algumas linguagens permitem herança múltipla de classes concretas, e
outras somente de interfaces:
●
●
●
●
C++, Common Lisp, Eiffel, Scala, OCaml, Pearl, Python permitem herança múltipla
de classes concretas;
C#, D, Java, Nemerle, Object Pascal (Delphi), Objective-C permitem herança
múltipla somente de interfaces;
Smalltalk permite apenas herança simples;
Em Ruby as classes possuem apenas um pai (superclasse), mas podem herdar de
diferentes módulos.
23

24. Herança
●
Herança múltipla:
–
Problema do diamante:
●
Se a classe D sobrescrever o
método ToString(), de qual
classe deve ser sobrescrito?
24

25. Herança
●
Herança múltipla:
–
Desvantagens:
●
●
–
Complexidade da linguagem e implementação;
Potencial ineficiência.
Vantagens:
●
Às vezes, é bastante conveniente. Quando?
25

26. Herança
●
Herança vs. Subtipos:
–
–
Princípio de substituição de Liskov;
–
Problema Círculo-Elipse ou Quadrado-Retângulo;
–
●
Subtipos são relacionamentos do tipo É-UM, onde é herdado o
comportamento, e não somente uma implementação, como é o
caso dos relacionamentos do tipo TEM-UM.
Herança de interfaces → a ser visto em polimorfismo.
Exemplo de código...
26

27. Herança
●
Restrições:
–
Dependendo da linguagem é possível:
●
●
●
●
●
●
Definir classes que não podem ser herdadas;
Definir classes abstratas que não podem ser instanciadas, a não ser
quando herdadas por outra classe;
Criar entidades que não podem ser sobrescritas;
Ocultar entidades de seus clientes, mas permitir às suas subclasses vêlos;
Esconder entidades de suas subclasses;
Final/Sealed/Abstract/Protected.
27

28. Herança
●
Benefícios
–
Herança tem uma série de benefícios;
–
Extensibilidade;
–
Aumento de produtividade pode ocorrer com o reúso:
●
●
Tipos de dados abstratos são difíceis de reusar − sempre precisam de mudanças;
Definições de tipos de dados abstratos são todas independentes e no mesmo nível.
–
–
●
Abstração;
Elimina código redundante;
Use herança para criar relacionamentos É-UM (IS-A)
–
●
Por exemplo cão é-um animal (cães são uma espécie de animais)
Não usar para criar relacionamentos TEM-UM (HAS-A)
–
Por exemplo cão tem-um nome (cão não é o tipo nome)
28

29. Herança
●
Desvantagens:
–
Cria dependências entre classes em uma hierarquia;
–
Pode se tornar extramamente complexa com a adição de
diversos níveis;
–
Diminui a flexibilidade do código.
29

30. Exemplo de Código
Herança
30

31. //C#
abstract class Animal
{
public string Name;
public void Drink()
{
}
public virtual void Eat()
{
}
public void Go()
{
}
}
class Cat : Animal
{
// warning: Esconde o Drink() herdado. Usar new.
public void Drink()
{
}
// Sobrescreve o Eat() herdado.
public override void Eat()
{
}
// Esconde o Go() herdado.
public new void Go()
{
}
}
31

32. // C++
class animal
{
void /*nonvirtual*/ move() {
cout << "This animal moves in some way" << endl;
}
virtual void eat() {}
};
// The class "animal" may possess a declaration for eat() if desired.
class fish : public animal
{
// The non virtual function move() is inherited but cannot be overridden
void eat() {
cout << "Fish ingest food through the mouth and break it down in the esophagus." << endl;
}
};
32

33. Polimorfismo
●
Polimorfismo = capacidade de ter mais de uma forma (os objetos
têm mais de um tipo);
–
–
●
A classe pode ser usada através de sua interface pai;
A classe filha pode substituir alguns dos comportamentos da classe pai.
Permite definir e utilizar operações abstratas:
–
Operações abstratas são definidas na interface da classe base e
implementadas nas classes derivadas;
●
●
Declarado como abstrato ou virtual.
Exemplo de código...
33

34. Polimorfismo
●
●
Criação de métodos que descrevem a maneira de
fazer alguma função geral (Exemplo: O método
"Acelerar" na classe de Veiculo);
Métodos polimórficos podem se adaptar a tipos
específicos de objetos.
34

35. Polimorfismo
●
Porque tratar um objeto de determinado tipo como sendo
um objeto de seu tipo base?
–
Para invocar operações abstratas;
–
Para misturar diferentes tipos relacionados na mesma coleção:
●
Por exemplo List<object> pode conter qualquer coisa.
–
Para passar objeto mais específico para um método que espera
um parâmetro de um tipo mais genérico;
–
Para declarar um campo mais genérico que será inicializado e
"especializado" mais tarde.
35

36. Polimorfismo – Como funciona?
●
●
Polimorfismo assegura que o método adequado para a subclasse é
chamado através da interface de sua superclasse;
Polimorfismo é implementado usando uma técnica chamada de ligação
tardia de método (late method binding):
–
–
●
O método exato a ser chamado é determinado em tempo de execução, pouco
antes de realizar a chamada;
Aplicada a todos os métodos abstract / virtual.
Nota: A ligação tardia é mais lenta do que a de ligação normal (early).
36

37. O modificador override - C#
●
●
●
●
Usando override podemos modificar um método ou
propriedade;
Um método override fornece uma nova implementação de
um membro herdado de uma classe base;
Não é possível substituir um método não-virtual ou
estático;
O método base substituído deve ser virtual, abstract, ou
override.
37

38. Polimorfismo por sobrecarga
●
Métodos com o mesmo nome podem ter comportamentos
diferentes dependendo dos tipos dos argumentos.
program Adhoc;
function Add( x, y : Integer ) : Integer;
begin
Add := x + y
end;
function Add( s, t : String ) : String;
begin
Add := Concat( s, t )
end;
begin
Writeln(Add(1, 2));
Writeln(Add('Hello, ', 'World!'));
end.
38

39. Polimorfismo paramétrico
●
●
●
●
Conhecido como generics ou templates;
Permite que uma função ou um tipo de dados seja escrito
genericamente, de modo que ele pode lidar com valores
de forma idêntica, sem depender do seu tipo;
Torna uma linguagem mais expressiva, mantendo a
completa segurança de tipos;
Exemplo de código...
39

40. Polimorfismo por subtipos
●
Visto anteriormente na herança;
●
Utiliza a abstração;
●
●
Em algumas linguagens como C# e Java pode ser obtido com a utilização de
interfaces;
Uma interface é um conjunto de operações (métodos) que determinam o que objeto
pode realizar:
–
–
●
Também chamado de "contrato" para o fornecimento de um conjunto de operações;
Define o comportamento abstrato.
Interfaces fornecem abstrações:
–
Você não deveria ter que saber nada a respeito sobre a implementação, a fim de utilizá-la.
40

41. Coesão
●
●
Coesão descreve o quanto todas as partes em uma classe
suportam um propósito bem definido;
A coesão deve ser forte:
–
–
●
Abstrações bem definidas mantém uma forte coesão;
Classes devem conter funcionalidades fortemente relacionadas,
apontando para uma única finalidade.
Coesão é uma ferramenta útil para gerenciar a
complexidade e aumentar o reúso.
41

42. Coesão
●
Coesão é diminuída se:
–
As funcionalidades embutidas em uma classe, acessado através
de seus métodos, têm pouco em comum;
–
Métodos realizam atividades muitas variadas, muitas vezes
usando conjuntos de dados de granulação grossa ou não
relacionados.
42

43. Coesão
●
As desvantagens da baixa coesão (ou "coesão fraca") são:
–
Maior dificuldade na compreensão módulos;
–
Maior dificuldade em manter um sistema, pois as alterações
lógicas no domínio afetam vários módulos, e porque mudanças
em um módulo exigem mudanças em módulos relacionados;
–
Maior dificuldade em reutilizar um módulo porque a maioria
dos aplicativos não vai precisar do conjunto aleatório de
operações previstas naquele módulo.
43

44. Tipos de coesão
●
Coesão por coincidência (pior):
–
●
Coesão lógica:
–
●
Quando partes de um módulo estão agrupadas porque operam com os mesmos dados (por exemplo, um módulo que opera no mesmo registro de
informações) .
Coesão sequencial:
–
●
Quando partes de um módulo estão agrupadas porque eles sempre seguem uma determinada sequência de execução (por exemplo, uma função que
verifica as permissões de arquivos e, em seguida, abre o arquivo ).
Coesão comunicacional:
–
●
Quando partes de um módulo estão agrupadas por quando eles são processados (por exemplo, uma função que é chamada após capturar uma
exceção que fecha os arquivos abertos, cria um log de erro, e notifica do usuário).
Coesão processual:
–
●
Quando partes de um módulo estão agrupadas porque , logicamente, são categorizados para fazer a mesma coisa , mesmo se eles são diferentes por
natureza (por exemplo, agrupar todos rotinas de manipulação de entrada de mouse e teclado ).
Coesão temporal:
–
●
Quando partes de um módulo estão agrupadas de forma arbitrária , a única relação entre as partes é que eles foram agrupados (por exemplo, uma
classe "Util" ).
Quando partes de um módulo estão agrupadas porque a saída de uma parte é a entrada para outra parte como uma linha de montagem (por exemplo,
uma função que lê dados de um arquivo e processa os dados).
Coesão funcional (melhor):
–
Quando as partes de um módulo estão agrupados porque todas elas contribuir para uma única tarefa bem definida do módulo (por exemplo,
tokenizing de uma string XML).
44

45. Coesão forte
●
Exemplo de coesão forte:
–
Classe Math que contém
métodos:
●
●
●
Sin(), Cos(), Asin()
Sqrt(), Pow(), Exp()
Math.PI, Math.E
double sideA = 40, sideB = 69;
double angleAB = Math.PI / 3;
double sideC = Math.Pow(sideA, 2) +
Math.Pow(sideB, 2) 2 * sideA * sideB *
Math.Cos(angleAB);
double sidesSqrtSum = Math.Sqrt(sideA) +
Math.Sqrt(sideB) +
Math.Sqrt(sideC);
45

46. Coesão fraca
●
Exemplos de coesão fraca:
–
Classe mágica que contém os seguintes métodos:
MagicClass.MakePizza("Fat Pepperoni");
MagicClass.WithdrawMoney(9996.0);
MagicClass.OpenDBConnection();
●
Outro exemplo:
public void PrintDocument(Document d);
public void SendEmail(string recipient, string subject, string text);
public void CalculateDistanceBetweenPoints(int x1, int y1, int x2, int y2);
46

47. Acoplamento
●
Acoplamento descreve o quão forte é a relação de
interdependência de uma classe ou de uma rotina com
outras classes ou rotinas;
–
O acoplamento deve ser mantido solto ou baixo;
–
Os módulos devem depender pouco uns dos outros;
–
Todas as classes e rotinas devem ter relações pequenas, diretas,
visíveis e flexíveis com outras classes e rotinas;
–
Um módulo deve ser facilmente utilizada por outros módulos;
–
Deve ser inversamente proporcional à coesão.
47

48. Tipos de acoplamentos
●
Conteúdo (alto):
–
●
Comum:
–
●
Quando módulos ou classes compartilham uma estrutura de dados composta e utilizam apenas uma parte da mesma, possivelmente partes
diferentes.
Dados:
–
●
Quando um módulo ou classe controla a lógica de outro, passando informações de que operações executar.
Selo (dados estruturados):
–
●
Quando dois módulos ou classes compartilham um formato de dados externo, protocolo de comunicação ou interface de dispositivo (Ex
XML, HTTP).
Controle:
–
●
Quando dois módulos ou classes compartilham os mesmos dados globais (Ex. uma variável global). Mudanças nos recursos
compartilhados implicará mudanças em todos os módulos que os utilizam.
Externo:
–
●
Quando um módulo ou classe altera ou depende de uma funcionalidade interna de outro módulo (Ex. acessando dados locais de um
módulo). Uma alteração no modulo de serviço acarretará alterações no módulo dependente.
Quando módulos ou classes compartilham dados via parâmetros. Cada parâmetro é uma parte elementar, sendo esta o único dado
compartilhado entre módulos ou classes (Ex. passando um inteiro para uma função que calcula a raiz quadrada).
Mensagem (baixa):
–
Provê a menor acoplagem onde módulos ou classes não possuem dependências entre si. Ao invés, utilizam uma interface pública para a
troca de mensagens ou eventos.
48

49. Acoplamento baixo e alto
●
Acoplamento baixo:
–
–
●
O HDD é facilmente substituído;
O HDD é facilmente reutilizável em
outra placa-mãe.
Acoplamento alto:
–
Onde está a placa de vídeo?
–
Ela pode ser substituída
facilmente?
49

50. Resumo
●
Os princípios fundamentais da OOP são: herança,
encapsulamento, abstração, polimorfismo
–
–
Abstração e encapsulamento escondem dados internos e
permitem trabalhar com interfaces abstratas;
–
●
Herança permite herdar membros de outra classe;
Polimorfismo permite trabalhar com objetos através de sua
interface pai e invocar ações abstratas;
Forte coesão e baixo acoplamento evitam código
espaguete.
50