El modelo orientado a objetos: Introducción
Humberto Cervantes Maceda Alfonso Martínez Martínez 1
Abril 2005
Contenido
Historia El modelo de objetos La tecnología orientada a objetos
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HISTORIA
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Historia Finales de los 40’s y pricipio de los 50’s: Kristen Nygaard y Ole-Johan Dahl se unen a un proyecto de calculos de absorción por resonancia, para la construcción del primer reactor nuclear, para la Oficina de Defensa Noruega Nygaard (1926-2002): investigador en ciencias Dahl (1931-2002): diseñador de lenguajes de programación e implementación 4
Ole-Johan Dahl
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Ole-Johan Dahl & Kristen Nygaard
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Historia Dentro del campo de la simulación, encontraron grandes dificultades en modelar la estructura y actividad de los sistemas en estudio En 1960 Nygaard se fue al “Norwegian Computing Center (NCC)” para hacerle frente al reto
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Historia Posteriormente se unieron Dahl y Bjrn
Myhrhaug Nygaard observó que varios proyectos (civiles) presentaban problemas metodológicos similares a los que ellos enfrentaban (en el ámbito militar)
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Simula I Simula I fue la respuesta a la problemática en cuestión, relacionada a la descripción de sistemas La implementación de Simula I, fue soportada por una computadora UNIVAC 1107 con ALGOL 60
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Dahl & Nygaard
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Simula I: características Un preprocesador de Algol 60 Una biblioteca de subprogramas; Un esquema original de asignación de pila (stack) por proceso Aún sin el concepto de objeto 11
Conceptos madurados a partir de Simula I Construcciones de datos y acciones agrupados juntos: encapsulamiento y objeto Acceso externo a atributos de objetos (Hoare): seguridad en tiempo de ejecución con revisión económica en tiempo de compilación Reconocimiento de propiedades comunes: esquema de factorización o herencia 12
Conceptos madurados a partir de Simula I Reconocimiento de comportamiento abstracto similar entre clases, con comportamiento concreto completamente diferente: concepto de asociación dinámica (dynamic binding) Técnica de acción entrelazada para la simulación de concurrencia Estos conceptos llevaron al conocimiento de un nuevo lenguaje: Simula 67 13
Simula 67 Lenguaje de propósito general con capacidad de simulación, aplicando sus propios conceptos básicos Ha influenciado el desarrollo de lenguajes modernos en la programación orientada a objetos
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Kristen Nygaard & Ole-Johan Dahl: ACM Turing award 2001 and IEEE John von Neumann Medal 2002
Lenguajes descendientes de Simula 67 Eiffel (Simula 85): diseñado por Bertrand Meyer. En algún momento, presidente de la “Association of Simula Users” Smalltalk: debe su existencia a Alan Kay. Un visionario cuyas perspectivas fueron influenciadas profundamente por las primeras implementaciones de Simula
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Lenguajes descendientes de Simula 67 C++: desarrollado por Bjarne Stroustrup, otro viejo usuario de Simula, quién plasmó las características de éste en lenguaje ‘C’ Ada: su diseñador en jefe, Jean Ichbiah, lidereó a un grupo de desarrollo que implementó un subconjunto de simula
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El modelo de objetos
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Principios Simulación del mundo real: expresión de elementos del mundo real en la memoria de la computadora Atacar la complejidad en el desarrollo de systemas de software
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Objetos El término Objeto fue formalmente utilizado por primera vez en Simula y se utilizó en sus programas para simular algunos aspectos de la realidad Los objetos representan entidades que, en terminos generales, se pueden clasificar en: Cosas tangibles, Roles, Incidentes, Interacciones, Especificaciones 20
Objetos: definiciones Un objeto representa elementos identificables, unidades o entidades, individuales, reales o abstractas, pero con rol bien definido en el dominio del problema [Smith and Tockey] Un objeto es un concepto, abstracción o cosa con fronteras bien ndefinidas y significado para el manejo del problema [Rumbaugh] Un objeto tiene estado, comportamiento e identidad; la estructura y comportamiento de objetos similares son expresadas a través de una clase; los terminos objeto e instancia son intercambiables [Booch] 21
Objetos: características Estado: Abarca todas las propiedades del objeto (normalmente estáticas) y los valores de sus propiedades (normalmente dinámicas) Comportamiento: Consiste en la forma de actuar y reaccionar de un objeto, en términos de sus cambios de estado y paso de mensajes Identidad: Son las propiedades de los objetos que los distinguen de los demás 22
Objetos: características La implementación de objetos puede ser clasificada como: basada en descriptores, basada en capacidad y estática Basada en descriptores (Smalltalk) permite una tipificación dinámica poderosa Basada en capacidad es encontrada frecuentemente en bases de datos orientadas a objetos y sistemas operativos (object id's) La aproximación estática es encontrada en lenguajes como C++ Una aproximación basada en un "proxy" que contiene una capa de indirecciones, para manejadore de Smalltalk, es utilizada para el manejo de objetos migrantes en forma transparente y distribuida 23
Objetos: relaciones Enlace o liga: denota un tipo de asociación a través de la cual un objeto (cliente), utiliza los servicios de otro (servidor), estableciendo una comunicación Agregación: se presenta cuando un objeto forma parte del estado de otro. De esta forma se expresa una jerarquía Todo/Partes entre objetos. El envío de mensajes entre objetos puede establecerse cuando a través de su relación un objeto está al alcance de otro 24
Objetos: ejemplo
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Objeto producto de una tienda de autoservicio Estado Nombre= “Jabón de tocador” Marca= “Palmolive” Peso= 100 gr. Tipo= “normal” Precio=$4.59 Comportamiento Cambiar precio Cambiar marca Etc. Identidad A una instancia de producto se le puede nombrar j
Clase Es una especificación de estructura (variables de instancia), comportamiento (métodos), y herencia (padres o estructura y comportamiento recursivos) para objetos Una clase puede especificar también permisos de acceso a clientes y clases derivadas, visibilidad y classes can also specify access permissions for clients and derived classes, visibilidad y resolución en búsqueda de miembros Una clase es un descriptor/constructor de objetos 26
Representación en UML Clase: descripción de un conjunto de objetos que comparten los mismos atributos, relaciones y semántica
Nombre [visibilidad] nombre [multiplicidad] [: tipo][=valor-inicial] [{propiedades}]
Atributos
[visibilidad] nombre ([lista de parm.]) [: tipo que regresa][{propiedades}]
Operaciones
Nombre Itálico = operación abstracta
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Nombre: tipo
<> Nombre Itálico = clase abstracta Visibilidad: + Público # Protegido - Privado
¿Cómo especificar una clase?
Abstracción: establece las características esenciales de un objeto que lo distingue de los demás, ofreciendo fronteras conceptuales bien definidas desde la perspectiva del observador Encapsulamiento: es un mecanismo que permite separar la interfaz de una abstracción, de su implementación, además de no permitir el acceso directo a su estructura (atributos) 28
Ejemplo de una clase persona Se puede describir a una persona en forma diferente: como empleado de una empresa ó como estudiante de la UAM. En ambos casos no tiene sentido describir el color de sus ojos o la forma de su voca; ¡esta información no es esencial!
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Sin embargo, puede definirse un método para calcular su edad, ocultando el como lo hace. También no es conveniente que algún cliente de un objeto de la abstracción de persona cambie su nombre, por ejemplo, en forma arbitraria
Especificación de una clase persona con UML Persona # Nombre: string # FechaNac: date - ID: string
+ calcularEdad( ): Integer + cambiarNombre( ) + mostrarDatos( )
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Relaciones entre clases Dependencia Generalización Asociación Realización
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Relaciones entre clases • Conexiones entre clases Dependencia
Ventana
e>>
Configuración
# tamaño: integer
Realización Generalización (herencia)
Consola 32
+ configurar() + abrir() + cerrar() + mover() + mostrar() + manejarEvento()
CajaDialogo
Evento Asociación
1
1.. *
Control Multiplicidad
Relaciones entre clases • Dependencia: es una relación de uso en donde los cambios en la especificación de una clase, pueden afectar a otra clase que la usa • Generalización: Es una relación entre una clase general (superclase) y otra específica (subclase) 33
Relaciones entre clases • Asociación: es una relación estructural que expresa la conexión reciproca entre objetos de de 2 clases distintas • Realización: relación semántica entre clasificadores en donde un clasificador especifica un contrato que otro clasificador garantiza realizar 34
Relación de generalización Herencia simple: una subclase tiene exactamente un padre Herencia múltiple: una subclase hereda de varios padres, sin traslape de estructura o comportamiento Semánticamente la relación se puede verificar comprobando si la subclase es un tipo de su padre 35
Relación de generalización Restricciones estándar: implentation: el hijo hereda la implementación del padre pero no la hace pública ni soporta sus interfases incomplete: en la generalización no todos los hijos se han especificado, permitiéndose hijos adicionales disjoint: los objetos del padre no pueden tener mas que uno de los hijos como tipo Overlapping: los objetos del padre pueden tener mas de uno de los hijos como tipo 36
Relación de asociación: propiedades Navegación: • Puede ser bidireccional o direccional Usuario
1
*
contraseña
Visibilidad: Grupo
*
* + usuario
Usuario
1 + propietario
Visibilidad
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* - clave
contraseña
Relación de asociación: propiedades Agregación simple: relación todo/partes en donde una clase representa el todo y otra una de sus partes Todo
Organización 1
Agregación Parte *
Departamento 38
Relación de asociación: propiedades Composición: es una forma de agregación, con fuerte pertenencia y tiempo de vida coincidente como parte del todo. Todo
Window 1
Parte
Composición *
Frame 39
Relación de asociación: propiedades Clases de asociación: es una asociación entre dos clases a través de una tercera clase
Persona
1..* Empleador
Empresa Roles
Clase de asociación
Trabajo 40
* Empleado
Relación de realización • Se puede considerar también como una combinación entre dependencia y generalización entre una interfaz y una clase Realización <>
Contenedor
Lista agregarElem() consultarElem() eliminarElem() iterarEnOrden()
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Arbol
La tecnología orientada a objetos
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Lenguajes de programación Orientados a Objetos
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Lenguajes de programación Simula 67, desde su creación, ha impactado en el desarrollo de lenguajes de programación orientada a objetos: Estáticamente tipificados Dinámicamente tipificados Ambos
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Lenguajes estáticamente tipificados Add 1 To Cobol giving Cobol with Objects C++ Classic-Ada Dragoon Emerald/Jade Object Pascal Trellis/Owl 45
Lenguajes dinámicamente tipificados Actors Languages C+@ Flavors Phyton Self Smalltalk 46
Lenguajes con tipificación estática y dinámica Actor
CLOS
Ada95
Eiffel
BETA
Java
C++ (With RTTI)
Modula-3
Cecil
Objective-C Sather
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Tecnología de Objetos en la Integración Web
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Integración Web La Web es un sistema complejo distribuido y la tecnología de objetos ha sido una parte importante en el manejo de la complejidad, desde su creación La tecnología de objetos ha estado impactando los desarrollos en Web en áreas como: scripting, Componentes Multimedia “Embebidos”, Componentes para servidores Web y Agentes con código movil
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Scripting Para aplicaciones cliente, ha sido una de las áreas de investigación y experimentación desde el inicio de la Web Su uso actual requiere de soporte para interoperabilidad: Document Object Model HTML with scripting markup
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Componentes Multimedia “Embebidos”
L a Web es un medio natural para la tecnología de componentes de software a través de: Plug-Ins, Applets de Java , Controles ActiveX , Partes OpenDoc.
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Componentes para servidores Web CGI junto con HTML y “forms”, son una parte importante de las tecnologías para plataformas utilizadas en aplicaciones para servicios Web, aunque en algunos casos su rendimiento es limitado. Para hacer frente a este problema se están utilizando diversos mecanismos para interfazar aplicaciones a un servidor web: Fast-CGI: modelo de programación CGI con conexiones de red multiplexadas ILU Requestor: objetos distribuidos NSAPI (Netscape Server API): software para servidor de Netscape. ISAPI (Internet Server API): Progress y Microsoft SAPI (Server Application Development Interface ) Apache API 52
Agentes con código movil El código movil es utilizado para automatizar el acceso a la información: búsqueda, “brokering” Algunas herramientas para estos propósitos son: Inferno de Lucent Technologies Java Safe-Tcl Penguin (perl5) Python 53
Tecnología de objetos distribuidos
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Tecnología de objetos distribuidos J2EE y .Net se han convertido en los estándares preferidos para programación Web duistribuida y sistemas orientados a objetos: dentro de pocos años .Net y J2EE tendrán en el mercado el 40% de los sistemas distribuidos (Gartner report) Corba (y posiblemente C++ Web Services) podrían caer al 20%
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J2EE J2EE ha sido adoptado por Sun, IBM/Websphere, Bea Weblogic entre otros. Incluye JSP para vistas en HTML dinámico del lado del servidor, servlets para control, y beans and EJB lógica de negocio Trabajos reciemntes se han direccionado hacia patrones J2EE: Core Patterns, [Alur 03], [Marinescu 02], Software open source integrable(Apache Jakarta), 56
Java Data Objects (JDO)
.Net Plataforma de Microsoft para el soporte de programación distribuida y servicios Web Su lenguaje de programación principal es C# (similar a Java and C++ con extensiones) También soporta C++, Java, J#, y VB Su objetivo principal es ofrecer un ambiente de desarrollo robusto que facilite la creación de aplicaciones en ambientes distribuidos .Net es dependiente de plataforma
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Se está proponiendo una versión open source: “mono”
CORBA (Common Object Request Broker Architecture) Es considerado como un midleware desarrollado por la OMG (Object Management Group) Las aplicaciones CORBA están compuestas por objetos que normalmente expresan alguna cosa en el mundo real Uno de sus usos importantes es en servidores que deben manipular un gran número de clientes, con una alta confiabilidad Los servicios CORBA ofrecen una forma estándar para pasar referencias de objetos en una red de objetos CORBA 58
Bases de Datos Orientadas a Objetos
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Bases de Datos Orientadas a Objectos Son bases de datos que soportan objetos y clases Son diferentes de las bases de datos relacionales: sub-objetos estructurados, cada objeto posee identidad, soporte de métodos y herencia Es posible ofrecer operaciones relacionales en una base de datos orientada a objetos OODBs ofrecen todos los beneficios de orientación a objetos Mantienen una fuerte equivalencia en el desarrollo de aplicaciones orientadas a objetos 60
OODBs: Ejemplos POSTGRES (Berkeley): es un manejador de base de datos relacional-extendido Illustra (Information Technologies Ltd): es un manejador de base de datos Objeto-Relacional, que soporta SQL-3, sintaxis relacional estándar y operaciones en tablas CLOSQL (University of Lancaster): es un prototipo de OODB en investigación Oggetto: base de datos Orientada a Objetos, organizada en 3 capas de almacenamiento 61
Sistemas Operativos Orientados a Objetos
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Sistemas Operativos Orientados a Objectos Proporcionan los recursos a través de objetos, en algunos casos, la arquitectura del sistema se localiza sobre el hardware Son sistemas distribuidos casi siempre, permitiendo el libre intercambio de objetos entre máquinas Regularmente su capacidad se basa a partir de objetos, por lo que los recursos del sistema solo se pueden accesar si la capacidad de los objetos está disponible para los programas 63
Sistemas Operativos Orientados a Objectos: ejemplos Apertos (Meta-Object-based Mikro-Kernel) Chorus Micro-kernel (written in C++, COOL) Choices (research OS, UofI, C++, supports SVR4) GEOS (GeoWorks', written in Object Assembler, OO superset of 8086) Mach (CMU, supports BSD 4.3, really message-based) NachOS (written in C++, OS teaching/learning OS) Ouverture Project (ESPRIT funded OMG IDL defines inter-module interfaces) Peace (OO family-based parallel OS) SOS Spring (Sun, written in C++) PenPoint OS (Go, written in C++) 64
Tecnología de objetos: otras áreas de aplicación
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Otras áreas de aplicación Herramientas CASE (Basados en UML) Middleware Ambientes de desarrollo integrados (IDEs & APIs) Procesos de desarrollo de software Componentes y Arquitecturas de software 66
