1 Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires 75-08 Sistemas Operativos Lic. Ing. Osvaldo Clúa

2 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-2--2- Programa 1) Introducción. Tipos Abstractos de Datos. Ventajas de la orientación a objetos. 2) Clases y Objetos. Conceptos generales. Visibilidad Herencia. Modelado de la herencia. 3) Herencia múltiple e Interfaces. Polimorfismo..

3 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-3--3- El paradigma de la Orientación a Objetos ● Las metodologías estructuradas no resolvieron el cuello de botella del mantenimiento. – Las técnicas clásicas son orientadas a operaciones o a datos, pero no a ambos. – Esto se ve en los menús clásicos de los sistemas de esa época. –La orientación a objetos da igual importancia a los datos que a las operaciones.

4 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-4--4- Definición de las operaciones ● Ingeniería de código – Pre y Post condición con sus formalismos ( Hoare o Floyd). – Variantes e invariantes de algoritmos. – Cifras de mérito (acople y cohesión). ● Para el usuario de la operación solo es necesario conocer los estados anterior y posterior de la operación. Los algoritmos deben permanecer ocultos al usuario de la operación.

5 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-5--5- Definición de los Datos ● Encapsulado de datos – Se conoce su diagrama de estados. – Se conoce el efecto de cada operación en función de su diagrama de estados. ● Ingeniería de Código – Estructuras estáticas, dinámicas y genéricas. – Persistencia, seguridad, coherencia. El usuario no precisa conocer los detalles de la implementación de los datos.

6 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-6--6- Tipo Abstracto de Datos (TAD) ● Estructura y operaciones en la misma construcción de programación. – Una parte expuesta: operaciones y cambios de estados producidos. – Una parte oculta: la implementación de datos y operaciones. ● Este principio se conoce como Ocultamiento de la Información (Information hiding - Parnas).

7 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-7--7- Operaciones sobre los TAD ● Las operaciones sobre un TAD pueden clasificarse como: – Construcción de una nueva instancia del TAD – Producción de un TAD a partir de otro u otros. – Mutación del estado de un TAD. – Observación del estado de un TAD. ● Es buena ingeniería de código que las operaciones sean de un solo tipo.

8 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-8--8- Invariantes de Representación El comportamiento de un TAD es independiente de su representación (Invariante de representación). ● Su desarrollo histórico abarca: – Built-in types (integer, boolean...) El compilador controla las operaciones que se pueden hacer sobre ellos. – User defined types (Wirth). Permiten al programador definir tipos en función de tipos ya existentes. – Abstract Data Types. Juntan la definición del tipo con sus operaciones en una misma construcción del lenguaje.

9 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-9--9- Función de Abstracción ● El conjunto de valores que debe soportar un tipo de datos se conoce como valores abstractos. ● Sigue un desarrollo histórico paralelo al del invariante de representación. (Built-in, User defined, TAD). La función de abstracción relaciona los valores abstractos con los reales de TAD.

10 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-10- Especificación de un TAD ● I nvariante de Representación: Indica si un TAD está bien formado. – Permite un razonamiento modular acerca del TAD. –Conviene escribirlo, aunque sea informalmente. De los contrario deben leerse todas las operaciones para entender un TAD. ● Función de representación: indica como un determinado valor del TAD se corresponde con un valor abstracto. –A veces el esfuerzo de escribirla no ayuda demasiado al diseño.

11 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-11- Orientación a Objetos ● Hay Orientación a Objetos cuando hay: – Tipos Abstractos de Datos. –Herencia. –Polimorfismo. ● Se llaman Basados en Objetos los lenguajes que solo soportan los TAD. ● Los TAD se llaman Clases. ● Las Instancias de las Clases se llaman Objetos. ● Las operaciones se llaman Métodos.

12 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-12- Relaciones entre las Clases Uso de un objeto de una clase (servidor) por parte de un objeto de otra clase (cliente). Composición (agregación) de clases para crear una nueva. (has_a). Generalización o especialización de las clases. (is_a).

13 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-13- Relación de Uso ● El diagrama de la Relación de Uso puede tener una forma de: – Árbol. – Capas. – Ciclos. ● Conocer un diagrama de uso permite: – Hacer un análisis de Impacto de un cambio. – Identificar oportunidades de reuso de código. – Determinar un orden de construcción.

14 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-14- Reuso ● Se pensó que la cohesión funcional permitiría el reuso. Sin embargo los módulos del modelo clásico no eran autocontenidos. ● La cohesión de un TAD u Objeto bien diseñado se conoce como Informacional. ● Si el TAD modela correctamente todos los aspectos de una entidad (real o abstracta) y oculta los detalles de su implementación, hace mas fácil su reuso.

15 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-15- Casos de Reuso ● Puede haber Reuso del Diseño, Reuso de la Implementación o situaciones intermedias. –Design patterns: Los patrones son soluciones generales a problemas recurrentes. Dan una guía para el desarrollo de las relaciones entre objetos. –Architecture: describe la estructura de la estructura de una aplicación. Da una guía para el desarrollo global de la aplicación. –Framework: Se reusa la lógica de control de un diseño. El desarrollador solo se ocupa de las operaciones específicas del producto a construir (hot spots). –Component: se basa en desarrollar clases que luego se integren a una Arquitectura por medio de un Framework.

16 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-16- Atributos y métodos Atributos, Variables de Instancia, Miembros de datos, campos. Class Fraccion { private int numerador; private int denominador; public Fraccion (int num, int den){…} public int getNum(){…} public int getDen(){…} } Métodos, Miembros funcionales, Mensajes.

17 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-17- Atributos ● Conservan el estado de un objeto. – Variables de instancia (cambian con cada objeto). – Variables de clase (tienen el mismo valor para todos los objetos). – Convención Java: se escriben con la primer letra en minúscula. – Constantes. ● Convención Java: se escriben todo en mayúscula.

18 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-18- Atributos static – Es la forma de indicar que se mantiene su valor para toda la clase. final – Es la forma de indicar que es inmutable. Public class Ejemplo{ private int variable_de_instancia; private static int variable_de_clase; public static final int CONSTANTE=360;... }

19 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-19- Métodos ● Son los que hacen las operaciones. – Construcción de un Objeto. – Mutación del estado de un objeto. – Producción de un Objeto a partir de otro. – Observación del estado de un objeto. ● Pueden ser de instancia o de clase. ● Se invocan en el ambiente de un objeto o de una clas e.

20 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-20- public class Fraccion{ private int num; private int den; Fraccion (int n, int d){ num=n;den=d;} public int getNum(){return num;} public int getDen(){return den;} public void setNum(int n){ num=n;} public void setDen(int n){ den=n;} public boolean esMayor (Fraccion f){..} public static Fraccion max (Fraccion f1, Fraccion f2) {..} private int static mcd (int u, int d) {..} public void simplificar(){..}; } Métodos Constructor Observador Mutador Productor

21 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-21- public class PruebaFraccion{ public statc void main (String args a[]) { Fraccion f1; f1=new Fraccion (5,2); Fraccion f2=new Fraccion (6,8); Fraccion f3; System.out.println (“f1=“+ f1.getNum()+”/”+f1.getDen()); f1.setNum(7); f2.simplificar(); f3=Fraccion.max(f1,f2); } Invocación de métodos El método por donde comienza la ejecución. Construcción de f1. Observación de estado. Mutación de estado. Producción de f3.

22 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-22- Ambiente de miembros (Scope) ● Los miembros deben denotar el ambiente de un objeto. ● Si se trata de un elemento estático deben incluir el ambiente de la clase. … Fraccion f1=new Fraccion (6,8); Fraccion f2=new Fraccion (7,5); int i1= f1.getNum(); Fraccion f2= Fraccion.max(f1,f2); getNum no es estático, se invoca en ambiente de f1. max es estático, se invoca en ambiente de Fraccion.

23 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-23- Visibilidad de los miembros ● Privados, solo pueden usarse en esa clase. ● Públicos, los puede usar cualquiera ● ¿Debe ser privado o público? – Invariante de representación – Función de abstracción. public class Fraccion{ private int num; private int den; Fraccion (int n, int d){ num=n;den=d;} public int getNum(){return num;} public int getDen(){return den;} public void setNum(int n){ num=n;} public void setDen(int n){ den=n;} public boolean esMayor (Fraccion f){..} public static Fraccion max (Fraccion f1, Fraccion f2) {..} private int static mcd (int u, int d) {..} public void simplificar(){..}; }

24 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-24- Refinando la clase Fracción ● Función de Abstracción: – Números racionales. ● Invariante de representación – 1/2=2/4=3/6 etc. … public class Fraccion{ private int num; private int den; Fraccion (int n, int d){ num=n;den=d; simplificar()} public int getNum(){return num;} public int getDen(){return den;} public void setNum(int n){ num=n; simplificar();} public void setDen(int n){ den=n; simplificar();} public boolean esMayor (Fraccion f){..} public static Fraccion max (Fraccion f1, Fraccion f2) {..} private int static mcd (int u, int d) {..} private void simplificar(){..}; } Se oculta la representación. Se asegura la coherencia de la representación. ¿Este método pertenece a ésta clase? ¿Se puede pasar de punto flotante a fracción?

25 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-25- Herencia ● Es una forma de obtener nuevas clases a partir de clases existentes. – Super Clase y Sub Clase. ● Una SubClase adquiere todos los métodos de la SuperClase (herencia). ● Puede cambiar alguno de los métodos heredados (especialización). ● Puede agregar nuevos campos o métodos (extensión).

26 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-26- Herencia en UML ● UML es un lenguaje de modelado. – La herencia es una característica de la Programación OO. – UML no modela la herencia sino la relación que le da origen. SubClase. SuperClase. Relación is_a (generalización).

27 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-27- Herencia en Java public class Fraccion{ private int num; private int den; Fraccion (int n, int d){..}... } public class FraccionOper extends Fraccion { FraccionOper(){ super();} public FraccionOper mas(Fraccion f){... } SuperClase. La SubClase extiende a la SuperClase. Se llama al constructor de la SuperClase. Toda FraccionOper es una Fraccion.

28 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-28- Uso de la Herencia en Java public class PruebaFraccionOp{ public statc void main (String args a[]) { Fraccion f1=new Fraccion (5,2); FraccionOper f2=new FraccionOper (7,8); FraccionOper f3=new FraccionOper(5,4); FraccionOper f4=f2.mas(f3); FraccionOper f5=f2.mas(f1); FraccionOper f6=f1.mas(f2); } Suma de dos FraccionOper. Suma de una FraccionOper con una Fracción. Una Fracción NO PUEDE invocar al método mas.

29 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-29- Visibilidad de los miembros protected indica que el miembro es accesible solo a los de su clase y a sus descendientes. ● Las clases se agrupan en paquetes (package) ● Si no se pone modificador de visibilidad, los miembros son accesibles a todas las clases del mismo paquete. ● Los paquetes se definen durante el Design Workflow del USDP (Unified Software Development Process ).

30 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-30- Sobre la noción de herencia ● Es un ejemplo de programación incremental. – R=P+ΔR. – ΔR puede extender, heredar, cancelar o especializar propiedades de P. ● Es una forma de reusar código. ● Modela una relación entre clases.

31 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-31- ¿Qué relaciones se modelan usando la herencia? ● Especialización/generalización. – Relación is_a. ● Ejemplificación/clasificación. – Relación is_a pero abstracta. ● Descomposición/Agregación. – Relación has_a. ● Agrupamiento/individualización. – Relación is_a arbitraria.

32 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-32- Relaciones modeladas por Herencia Vehículo BicicletaAutomóvil Autos vendidos Auto de MaríaAuto de Luis Auto Motor Chasis Generalización/ Especialización Clasificación/ Ejemplificación Agregación/ Descomposición Auto Auto de María Autos azulesAutos blancos Auto de LuisAuto de Alberto Agrupamiento/ Individualización

33 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-33- Clases y el USDP ● El USDP se compone de un conjunto de Actividades (Workflow). ● Las clases se “extraen” durante el Analysis Workflow. – Essential classes. – Boundary classes. – Control classes. ● El Analysis Workflow produce un diagrama de clases que realizan los casos de uso.

34 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-34- Herencia y paquetes en el USDP ● El diagrama se refina durante el Design Workflow. ● Se introducen las restricciones del lenguaje de programación. – Se decide que relaciones se modelan con la herencia. – Se asignan formatos y métodos a las clases. – Se definen la visibilidad y la partición en paquetes.

35 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-35- Herencia múltiple. Class Fraccion { private int numerador; private int denominador; public Fraccion (int num, int den){…} public int getNum(){…} public int getDen(){…} } Class Ordenable { public boolean esMayor(Ordenable a){…} public boolean esIgual(Ordenable a){…} } Class Operable { public Operable mas(Operable a){…} public Operable menos (Operable a){…} } ¿De que clase conviene hacer descender a la clase Fraccion? –Ambas candidatas son útiles (sirven de base para algoritmos). –Java no admite herencia múltiple. –¿Cómo definir un método si aún no se conoce su implementación? –¿Cómo usar solo una parte de una clase?

36 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-36- Herencia y Contratos ● El diseño indica que relación debe modelar la herencia. ● La SuperClase puede usarse para obligar a las subclases a implementar un método (Contrato). – Pero aun no se conoce como implementar el método. – Se pueden hacer entonces clases abstractas (Java).

37 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-37- Clases Abstractas (Java) ● Se diseñan únicamente para ser SuperClases. ● Pueden tener métodos enunciados y sin programar (métodos abstractos). ● Pueden tener variables de instancia y métodos programados. ● No pueden instanciarse (no existen objetos derivados de clases abstractas). ● Pueden usarse como parámetros. ● Las SubClases deben programar los métodos abstractos.

38 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-38- Uso de Clases Abstractas (Java) public abstract class Ordenable{ public boolean esMayor(Ordenable a); public boolean esIgual(Ordenable a); } public class Fraccion extends Ordenable{... boolean esMayor(Ordenable a){... } oolean esIgual(Ordenable a){...} } public class Util {... static Ordenable max (Ordenable a, Ordenable b){ if ( a.esMayor(b) ) return a; else return b; }... Se obliga a programar estos métodos. Se pueden usar en algoritmos. public abstract class Ordenable{ boolean esMayor(Ordenable a); boolean esIgual(Ordenable a); } No es un productor!! Fraccion f3= (Fraccion) Util.max (new Fraccion (3,4), new Fraccion (7,8))

39 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-39- Interface (Java- Ada 2005) ● Es un contrato para programar ciertos métodos. ● Las clases pueden implementar una o varias interfaces. ● No pueden tener datos ni métodos programados ni static. ● Es una solución al problema de la falta herencia múltiple en Java.

40 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-40- Uso de las Interfaces (Java) public abstract class Ordenable{ public boolean esMayor(Ordenable a); public boolean esIgual(Ordenable a); } public class Fraccion implements Ordenable{... boolean esMayor(Ordenable a){... } oolean esIgual(Ordenable a){...} } public Interface Ordenable{ boolean esMayor(Ordenable a); boolean esIgual(Ordenable a); } public class Util {... static Ordenable max (Ordenable a, Ordenable b){ if ( a.esMayor(b) ) return a; else return b; }... Se obliga a programar estos métodos. Se pueden usar en algoritmos. No es un productor!! Fraccion f3= (Fraccion) Util.max (new Fraccion (3,4), new Fraccion (7,8))

41 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-41- ¿Interfaces o Clases Abstractas? (Java – Ada 2005) ● Una interface: – Define el borde de comunicación entre dos clases. – Se refiere a una abstracción que una entidad provee de sí misma al exterior. ● Las distintas clases que implementan una interface comparten un protocolo. ● Las clases abstractas: – Permiten implementaciones parciales. – Permiten poner la funcionalidad en el nivel correspondiente. ● Se decide en el Design Workflow del USDP.

42 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-42- Polimorfismo (Java) class PoliA extends Poli{ String uno(){ return “uno() de PoliA “;} } Class Poli{ String uno(){ return “uno() de Poli “;} class PoliB extends Poli{ String uno(){ return “uno() de PoliB “;} } class Util{... static String uso (Poli p){ return p.uno();} }... System.out.println( Util.uso(new PoliA() ); ¿Cuál es el usado?

43 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-43- Polimorfismo (C++) #include using namespace std; class Poli{ public: virtual void a(){cout

44 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-44- Polimorfismo (Ada 95) a package polis is type Poli is tagged record null; end record; procedure a(p:Poli); type Uno is new Poli with record null; end record; procedure a (u:Uno); type Dos is new Poli with record null; end record; procedure a (d:Dos); end polis; with Ada.Text_IO, Ada.Integer_Text_IO; use Ada.Text_IO, Ada.Integer_Text_IO; package body polis is procedure a(p:Poli) is begin put_line("Metodo a(p) de Poli"); end; procedure a(u:Uno) is begin put_line("Metodo a(u) de Uno"); end; procedure a(d:Dos) is begin put_line("Metodo a(d) de Dos"); end; end polis;

45 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-45- Polimorfismo (Ada 95) b with Ada.Text_IO, Ada.Integer_Text_IO,polis; use Ada.Text_IO, Ada.Integer_Text_IO,polis; procedure prueba is procedure usa(p: Poli'class) is -- ~~~~~ esto implica polimorfismo begin a(p);-- en ada 2005 p.a; end usa; p:Poli; u:Uno; d:Dos; begin put ("usa(p:Poli) ");usa(p); put ("usa(u:Uno) ");usa(u); put ("usa(d:Dos) ");usa(d); end prueba;

46 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-46- Polimorfismo ● Principio de sustitución de Liskov. – Una clase puede reemplazarse por sus SubClases sin alterar su corrección. ● La habilidad de objetos de diferente clase de responder a métodos del mismo nombre de acuerdo a su clase. ● El programador no tiene porque conocer el tipo de objeto por anticipado. – Run-time binding.

47 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-47- Polimorfismo en los Lenguajes ● En Java todo método es polimórfico. ● En C++ los métodos polimórficos deben declararse como virtual. ● En Ada los parámetros polimórficos deben marcarse como de ámbito de clase. ● Estas diferencias se deben a la implementación de estos lenguajes.

48 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-48- Polimorfismo vs Programación Genérica ● Polimorfismo – Uso algorítmico de sub-clases intercambiables – Conocido como polimorfismo de subtipos. ● Programación Genérica – Acepta argumentos de diversos tipos no relacionados. – Conocida como polimorfismo paramétrico.

49 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-49- Orientación a Objetos ● TAD+Herencia+Polimorfismo. ● Con estos elementos pueden diseñarse: – Programas extensibles brindando “clases bases” que el programador extiende (hereda), reusando código y datos. – Algoritmos con “hot spots” donde el programador pone sus clases, reusando la lógica. – Clases pre-diseñadas con protocolos de comunicación ya establecidos que el programador integra a su código. – “Documentos” donde el programador puede desplegar sus objetos e interactuar con otros.

50 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-50- Bibliografía ● Una cartilla de referencia rápida a UML se encuentra en http://www.holub.com/goodies/uml/http://www.holub.com/goodies/uml/ ● El libro mas sucinto de Java es “Java Precisely” de Peter Sestoft, MIT Press, 2005. Hay edición anterior en la web. ● El Unified Developing Process, USDP o Unified Process está detallado en “Software Engineering, an Object-oriented Perspective” de Eric Braude, Wiley, 2001. ● El principio de sustitución de Liskov está en http://reports-archive.adm.cs.cmu.edu/anon/1999/CMU-CS-99-156.ps http://reports-archive.adm.cs.cmu.edu/anon/1999/CMU-CS-99-156.ps ● Una introducción a Ada puede encontrarse en http://www.adaic.org/learn/index.html

51 75-08 Sistemas Operativos Lic. Prof. Osvaldo Clúa FIUBA-51- Bibliografía ● El tratamiento semi-formal es del curso 6-170 del MIT “Laboratory in Software Engineering, Fall 2005” online en el OCW del MIT http://ocw.mit.edu/http://ocw.mit.edu/ ● La introducción al reuso y la orientación a objetos es del libro de Stephen Schach “Object Oriented & Classical Software Engineering” 6 TH Edition, Mc Graw Hill