Conceptos De La Programación Orientada A Objetos
Reseña Histórica
Tomo posición a mediados de los años 80, tradicionalmente, la programación fue hecha en una manera secuencial o lineal, es decir una serie de pasos consecutivos con estructuras consecutivas y bifurcaciones.
Los lenguajes basados en esta forma de programación ofrecían ventajas al principio, pero el problema ocurre cuando los sistemas se vuelven complejos. Estos programas no ofrecen flexibilidad y el mantener una gran cantidad de líneas de código en un sólo bloque se vuelve una tarea complicada. Frente a esta dificultad aparecieron los lenguajes basados en la programación estructurada. La idea principal de esta forma de programación era separar las partes complejas del programa en módulos o segmentos que sean ejecutados conforme se requieran. Obteniendo un diseño modular que fue reemplazando la programación lineal. Entonces, vemos que la evolución que se fue dando en la programación se orientaba siempre a ir descomponiendo más el programa.
Este tipo de descomposición conduce directamente a la Programación orientada a objetos. Pues la creciente tendencia de crear programas cada vez más grandes y complejos llevó a los desarrolladores a crear una nueva forma de programar que les permitiera crear sistemas de niveles empresariales y con reglas de negocios muy complejas. Para estas necesidades ya no bastaba la programación estructurada ni mucho menos la programación lineal. Es así como aparece la Programación Orientada a Objetos (POO). La POO viene de la evolución de la programación estructurada; básicamente la POO simplifica la programación con la nueva filosofía y nuevos conceptos que tiene.
La POO se basa en dividir el programa en pequeñas unidades lógicas de código. A estas pequeñas unidades lógicas de código se les llama objetos. Los objetos son unidades independientes que se comunican entre ellos mediante mensajes
¿Cuáles son las ventajas de un lenguaje orientado a objetos?
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Fomenta la reutilización y extensión del código.
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Permite crear sistemas más complejos.
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Relacionar el sistema al mundo real.
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Facilita la creación de programas visuales.
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Agiliza el desarrollo de software
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Facilita el trabajo en equipo
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Facilita el mantenimiento del software
Lo interesante de la POO es que proporciona conceptos y herramientas con las cuales se modela y representa el mundo real tan fielmente como sea posible.
El modelo Orientado a objetos
Para entender este modelo vamos a revisar los siguientes conceptos básicos iniciales:
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objetos
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clases
1. objetos
Entender que es un objeto es la clave para entender cualquier lenguaje orientado a objetos.
Existen muchas definiciones que se le ha dado al objeto. Primero empecemos entendiendo que es un objeto del mundo real. Un objeto del mundo real es cualquier cosa que vemos a nuestro alrededor. Digamos que para leer este documento lo hacemos a través del monitor y una computadora, ambos son objetos, al igual que nuestro teléfono celular, un árbol o un automóvil.
Analicemos un poco más a un objeto del mundo real, como la computadora. No necesitamos ser expertos en hardware para saber que una computadora está compuesta internamente por varios componentes: la tarjeta madre, el chip del procesador, un disco duro, una tarjeta de video, y otras partes más. El trabajo en conjunto de todos estos componentes hace operar a una computadora.
Internamente, cada uno de estos componentes puede ser sumamente complicado y puede ser fabricado por diversas compañías con diversos métodos de diseño. Pero nosotros no necesitamos saber cómo trabajan cada uno de estos componentes, como saber que hace cada uno de los chips de la tarjeta madre, o cómo funciona internamente el procesador.
Cada componente es una unidad autónoma, y todo lo que necesitamos saber de adentro es cómo interactúan entre sí los componentes, saber por ejemplo si el procesador y las memorias son compatibles con la tarjeta madre, o conocer donde se coloca la tarjeta de video. Cuando conocemos como interaccionan los componentes entre sí, podremos armar fácilmente una computadora.
¿Que tiene que ver esto con la programación? La programación orientada a objetos trabaja de esta manera. Todo el programa está construido en base a diferentes componentes (objetos), cada uno tiene un rol específico en el programa y todos los componentes pueden comunicarse entre ellos de formas predefinidas.
Todo objeto del mundo real tiene 2 componentes: características o atributos y comportamiento o métodos.
Por ejemplo, los automóviles tienen características (marca, modelo, color, velocidad máxima, etc.) y comportamiento (frenar, acelerar, retroceder, llenar combustible, cambiar llantas, etc.).
Los objetos de Software, al igual que los objetos del mundo real, también tienen características (atributos) y comportamientos (métodos). Un objeto de software mantiene sus características en una o más "variables", e implementa su comportamiento con "métodos o acciones".
Para redondear estas ideas, imaginemos que un Ford Focus color azul que corre hasta 260 km/h. Si pasamos ese objeto del mundo real al mundo del software, tendremos un objeto Automóvil con sus características predeterminadas:
Marca = Ford
Modelo = Focus
Color = Azul
Velocidad Máxima = 260 km/h
En resumen: Un objeto es una entidad que combina estado, comportamiento e identidad.
Estado: Cuando a las características del objeto le ponemos valores decimos que el objeto tiene estados. Las variables almacenan los estados de un objeto en un determinado momento.
Comportamiento: Esta definido por los procedimientos o métodos o acciones con que puede operar dicho objeto, es decir que operaciones se pueden hacer con él, puede producir un cambio o generación de un evento, que es la interacción del usuario con la maquina.
Identidad: Es la propiedad de un objeto que lo diferencia del resto
2. Las clases
En el mundo real, normalmente tenemos muchos objetos del mismo tipo. Por ejemplo, nuestro teléfono celular es sólo uno de los miles que hay en el mundo. Si hablamos en términos de la programación orientada a objetos, podemos decir que nuestro objeto celular es una instancia de una clase conocida como "celular". Los celulares tienen características (marca, modelo, sistema operativo, pantalla, teclado, etc.) y comportamientos (hacer y recibir llamadas, enviar mensajes multimedia, transmisión de datos, etc.).
Cuando se fabrican los celulares, los fabricantes aprovechan el hecho de que los celulares comparten esas características comunes y construyen modelos o plantillas comunes, para que a partir de esas se puedan crear muchos equipos celulares del mismo modelo. A ese modelo o plantilla le llamamos clase, y a los equipos que sacamos a partir de ella la llamamos objetos.
Esto mismo se aplica a los objetos de software, se puede tener muchos objetos del mismo tipo y mismas características.
Definición teórica: Es la estructura de un objeto, es decir, es la unidad básica que reúne toda la información de un objeto como son sus propiedades (atributos) y comportamiento (métodos) en común. Las clases por sí mismas, no son más que modelos que nos servirán para crear objetos en concreto.
Una clase se compone de tres partes: Nombre: se define el nombre de la clase a la cual nos referimos ejemplo personaAtributos (denominados, por lo general, datos miembros): esto es, los datos que se refieren al estado del objeto y se representan a modo de variables ejemplo: nombre, estatura, raza, edad, Métodos (denominados, por lo general, funciones miembros): son funciones que pueden realizar los objetos ejemplo: correr, comer, saltar dormir
características.
Por ejemplo, en la clase vehículo encontramos un auto ES UN tipo particular de vehículo motorizado, con lo cual dentro de su comportamiento podemos encontrar “arrancar” y “frenar”, entre otros. Ahora bien, una motocicleta también ES UN vehículo motorizado, y tiene dentro de su comportamiento “arrancar” y “frenar”. El conjunto de atributos también es compartido entre una motocicleta y un automóvil, aunque sus valores no coincidan necesariamente. Por ejemplo, ambos tienen el atributo “cantidad de ruedas”, sólo que el auto tiene 4 y la motocicleta 2.
Por otro lado, una instancia de una clase es otra forma de llamar a un objeto. En realidad no existe diferencia entre un objeto y una instancia. Sólo que el objeto es un término más general, pero los objetos y las instancias son ambas representación de una clase.
Definición Teórica: Una instancia es un objeto de una clase en particular.
Características asociadas al POO
La POO posee otros elementos como Abstracción, Encapsulamiento y Ocultamiento, estos términos se verán en la asignatura estructuras de datos.
Análisis y diseño Orientado a objetos
Para el desarrollo de software orientado a objetos no basta usar un lenguaje orientado a objetos. También se necesitará realizar un análisis y diseño orientado a objetos.
El modelamiento visual es la clave para realizar el análisis OO. Desde los inicios del desarrollo de software Orientado a Objetos han existido diferentes metodologías para hacer esto del modelamiento, pero sin lugar a duda, el Lenguaje de Modelamiento Unificado (UML, por sus siglas en inglés, Unified Modeling Language) es el lenguaje de modelado de sistemas de software más conocido y utilizado en la actualidad; está respaldado por el OMG (Object Management Group), puso fin a la guerra de metodologías.
Según los mismos diseñadores del lenguaje UML, éste tiene como fin modelar cualquier tipo de sistemas (no solamente de software) usando los conceptos de la orientación a objetos. Y además, este lenguaje debe ser entendible para los humanos y máquinas.
Actualmente en la industria del desarrollo de software tenemos al UML como un estándar para el modelamiento de sistemas OO. Fue la empresa Racional que creó estas definiciones y especificaciones del estándar UML, y lo abrió al mercado.
El UML consta de todos los elementos y diagramas que permiten modelar los sistemas en base al paradigma orientado a objetos. Los modelos orientados a objetos cuando se construyen en forma correcta, son fáciles de comunicar, cambiar, expandir, validar y verificar. Este modelamiento en UML es flexible al cambio y permite crear componentes plenamente reutilizables.
En UML, una clase es representada por un rectángulo que posee tres divisiones:
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La primera sección contiene el nombre de la clase
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La segunda sección muestra la estructura (atributos)
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La tercera sección muestra el comportamiento (operaciones o métodos)
Atributos o Características
En UML, los atributos se muestran con su nombre y el tipo de atributo así:
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+ Indica atributos públicos
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# Indica atributos protegidos
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- Indica atributos privados
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PUBLICOS (+): Indica que el atributo será visible tanto dentro como fuera de la clase, es decir es accesible desde todos lados
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PRIVADOS (-) : Indica que el atributo solo será accesible desde dentro de la clase (solo sus métodos lo pueden accesar.
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PROTEGIDOS (# ):El atributo no será accesible desde fuera de la clase, pero si podrá ser accesado por métodos de la clase, además de las subclases que se derivan.
Ejemplo; la clase curso tiene características como: nombre, ubicación días que se dictara, cuando empieza, y cuando termina.
Estas características son de tipo privado
Que acciones o métodos se podrían hacer? Entre otros : adicionar o agregar alumnos , borrarlos ect.
METODOS (Operaciones que pueden realizarse sobre los objetos)
Las operaciones (métodos) también se muestran con su nombre, y pueden mostrar sus parámetros y valores de retorno. Las operaciones, al igual que los atributos, se pueden mostrar visualmente:
COMO SE INVOCA ESTE METODO DESDE UN PROGRAMA PRINCIPAL?
Para invocar un método se hace atreves de un objeto por lo tanto se requiere primero saber cómo crear el objeto es decir instanciar la clase
Entonces como creamos el objeto?
NOMBRE DE LA CLASE NOMBRE DEL OBJETO = LA PALABRA NUEVO NOMBRE DEL METODO CONSTRUCTOR
EJEMPLO:
CURSO OBJALUMNO = NUEVO CURSO( )
Ya tenemos el objeto
Para invocar un método(lo hace el objeto)
NOMBRE DEL OBJETO. NOMBRE DEL METODO ( )
Nombre del método: Se puede asignar cualquier nombre al método, debe ser diferente al nombre de las variables y al nombre de la clase o clases, es aconsejable que sea nemotécnico es decir que esté de acuerdo a lo que se va hacer en el método.
Ya sabemos cómo crear un objeto, como invocar o llamar un método también debemos tener muy claro los siguientes conceptos:
Estructura General de una Clase
La estructura general de una clase es la siguiente:
[especificadores] Clase nombreClase
Instrucciones
Fin clase
especificadores (opcional): determinan el tipo de acceso a la clase (publico privado o protegido)
Clase: palabra reservada que indica el comienzo de la clase
nombreClase: Es el nombre que se le da a la clase. Para crearlo hay que seguir las mismas normas que para crear nombres de variables
Un Clase tiene un único punto de inicio, La ejecución de una clase termina cuando se llega a la palabra Fin clase
Publico Clase Cls_Estudiante
Instrucción(es)
Fin clase
Estructura General de un Metodo
La estructura general de un método es la siguiente:
[Especificadores] tipoDevuelto nombreMetodo([lista parámetros])
Instrucciones
[Retorne valor]
Fin Metodo
Los elementos que aparecen entre corchetes son opcionales.
Especificadores (opcional): determinan el tipo de acceso al método (publico privado o protegido)
tipoDevuelto: indica el tipo del valor que devuelve el método. Es imprescindible que en la declaración de un método, se indique el tipo de dato que ha de devolver. El dato se devuelve mediante la instrucción retorne. Si el método no devuelve ningún valor este tipo será vacío
nombreMetodo: es el nombre que se le da al método. Para crearlo hay que seguir las mismas normas que para crear nombres de variables.
Lista de parámetros (opcional): después del nombre del método y siempre entre paréntesis puede aparecer una lista de parámetros (también llamados argumentos) separados por comas. Estos parámetros son los datos de entrada que recibe el método para operar con ellos.
Un método puede recibir cero o más argumentos. Se debe especificar para cada argumento su tipo. Los paréntesis son obligatorios aunque estén vacíos.
Retorne: se utiliza para devolver un valor. La palabra clave retorne va seguida de una expresión que será evaluada para saber el valor de retorno. Esta expresión puede ser compleja o puede ser simplemente el nombre de un objeto, una variable de tipo primitivo o una constante.
El tipo del valor de retorno debe coincidir con el tipoDevuelto que se ha indicado en la declaración del método.
Si el método no devuelve nada (tipoDevuelto = vacio) la instrucción retorne es opcional.
Un método puede devolver un tipo primitivo, un array, un String o un objeto.
Un método tiene un único punto de inicio, La ejecución de un método termina cuando se llega a la palabra fin método o cuando se ejecuta la instrucción retorne
La instrucción retorne puede aparecer en cualquier lugar dentro del método, no tiene que estar necesariamente al final.
Cuando se llama a un método, la ejecución del programa pasa al método y cuando éste acaba, la ejecución continúa a partir del punto donde se produjo la llamada.
ESTRUCTURA BASICA
Una de las características de los algoritmos es que debe ser finito, es decir se debe indicar donde comienza y donde termina, para el caso de este manual utilizaremos el concepto de la programación orientada a objetos donde indica que para colocar las instrucciones que den solución al problema informático debe estar enmarcado dentro de un método y éste a su vez dentro de una clase como se muestra a continuación. En esta primera etapa se colocarán las instrucciones en el método llamado principal. Este método es el punto de entrada al programa y también el punto de salida.
Publico Clase <nombre>
publico Vacio Método principal ()
Instrucion1
Instrucción 2
Fin método
Fin Clase
NOTA: El nombre de la clase debe seguir las mismas reglas de un identificador
< >No espacios en blancoNo debe contener caracteres especiales tales como (@#$%^&*? Entre otros) excepto el guion bajo (_), el cual se usa cuando el nombre es compuesto como, por ejemplo:Clase Calcular_Distancia< >Debe comenzar con una letra
El método se debe llamar Principal () No usar Siglas o abreviaciones tales como ppal ()
Debe ser Mnemotécnicos
EJEMPLO
Publico Clase Calcular
publico Vacio Método principal ()
Instruccion1
Instrucción2
Fin método
Fin Clase
Problema1
De un rectángulo se tiene la longitud de la base y la longitud de la altura, se requiere hacer un algoritmo que imprima el valor de su área.
Análisis: Antes de proceder a resolver el problema, primero hay que entenderlo, en este entendimiento se debe recoger la mayor cantidad de información y realizar los siguientes pasos antes de pasar al algoritmo:
1. Determinar los datos de entrada: Los datos de entrada son todos aquellos que el usuario deberá ingresar, son generalmente la alimentación del algoritmo. Para el problema son: base y altura.
2. Determinar el proceso: aquí se debe tener claro cuáles son los cálculos u operaciones que se deben realizar para obtener la salida deseada. En este caso es multiplicar la base por la altura.
3. Determinar la salida: La salida son los datos o la información que se desea visualizar, en este caso es muy explícita: es el área del rectángulo
Vale la pena recordar que una variable es un espacio de memoria que se reserva para almacenar un dato o una información, y que el contenido de dicha variable cambia en la ejecución del programa o del algoritmo. Las variables deben de ser definidas o declaradas según el tipo de dato que se desea almacenar (números enteros o reales, cadenas de caracteres o datos lógicos).
De acuerdo a lo anterior es necesario determinar las variables necesarias para almacenar los datos que requiere el algoritmo, tanto los datos de entrada como los datos que resultan de las operaciones matemáticas y otros que se consideren necesarios.
TIPOS DE VARIABLES EN POO
Las variables se pueden clasificar según su ámbito en:
- Variables miembro de una clase o atributos de una clase
- Variables locales
- Variables de bloque
VARIABLE MIEMBRO O ATRIBUTOS DE UNA CLASE
Son las declaradas dentro de una clase y fuera de cualquier método.
Aunque suelen declararse al principio de la clase, se pueden declarar en cualquier lugar siempre que sea fuera de un método.
Son accesibles en cualquier método de la clase.
Pueden ser inicializadas.
Si no se les asigna un valor inicial, el compilador les asigna uno por defecto:
- 0 para las numéricas
- '\0' para las de tipo char
- null para String y resto de referencias a objetos.
VARIABLES LOCALES
Son las declaradas dentro de un método.
Su ámbito comienza en el punto donde se declara la variable.
Están disponibles desde su declaración hasta el final del método donde se declaran.
No son visibles desde otros métodos.
Distintos métodos de la clase pueden contener variables con el mismo nombre. Se trata de variables distintas.
El nombre de una variable local debe ser único dentro de su ámbito.
Si se declara una variable local con el mismo nombre que una variable miembro de la clase, la variable local oculta a la miembro. La variable miembro queda inaccesible en el ámbito de la variable local con el mismo nombre.
Se crean en memoria cuando se declaran y se destruyen cuando acaba la ejecución del método.
No tienen un valor inicial por defecto. El programador es el encargado de asignarles valores iniciales válidos.
Los parámetros formales son variables locales al método.
VARIABLES DE BLOQUE
Son las declaradas dentro de un bloque de instrucciones delimitado por llaves { }.
Su ámbito comienza en el punto donde se declara la variable.
Están disponibles desde su declaración hasta el final del bloque donde se declaran.
No son visibles desde otros bloques.
Distintos bloques pueden contener variables con el mismo nombre. Se trata de variables distintas.
Si un bloque de instrucciones contiene dentro otro bloque de instrucciones, en el bloque interior no se puede declarar una variable con el mismo nombre que otra del bloque exterior.
Se crean en memoria cuando se declaran y se destruyen cuando acaba la ejecución del bloque.
No tienen un valor inicial por defecto. El programador es el encargado de asignarles valores iniciales válidos
