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Programacin Orientada a Objetos

ndice

  1. Introduccin
  2. Tecnologa orientada a objetos
    1. Una Perspectiva Histrica
    2. Cules son las ventajas de un lenguaje orientado a objetos?
  3. El modelo orientado a objetos
    1. objetos
    2. clases
    3. Herencia
    4. Envo de mensajes
  4. Caractersticas asociadas a la POO
    1. Abstraccin
    2. Encapsulamiento
    3. Ocultamiento
    4. Modularidad
    5. Polimorfismo
  5. Lenguajes de programacin orientado a objetos
  6. Anlisis y diseo orientado a objetos
  7. Resumen

Introduccin

La programacion orientada a objetos (POO, u OOP segn sus siglas en ingls) es un paradigma de programacin que usa objetos en sus interacciones, para disear aplicaciones y programas informticos.
Est basada en varias tcnicas, incluyendo herencia, cohesin, abstraccin, polimorfismo, acoplamiento y encapsulamiento. Su uso se populariz a principios de la dcada de 1990. En la actualidad, existe una gran variedad de lenguajes de programacin que soportan la orientacin a objetos.

Tecnologa orientada a objetos

Hoy en da la tecnologa orientada a objetos ya no se aplica solamente a los lenguajes de programacin, adems se viene aplicando en el anlisis y diseo con mucho xito, al igual que en las bases de datos. Es que para hacer una buena programacion orientada a objetos hay que desarrollar todo el sistema aplicando esta tecnologa, de ah la importancia del anlisis y el diseo orientado a objetos.

La programacion orientada a objetos es una de las formas ms populares de programar y viene teniendo gran acogida en el desarrollo de proyectos de software desde los ltimos aos. Esta acogida se debe a sus grandes capacidades y ventajas frente a las antiguas formas de programar.

Una Perspectiva Histrica

Tradicionalmente, la programacin 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 programacin ofrecan ventajas al principio, pero el problema ocurre cuando los sistemas se vuelven complejos. Estos programas escritos al estilo espaguetti no ofrecen flexibilidad y el mantener una gran cantidad de lneas de cdigo en slo bloque se vuelve una tarea complicada.

Frente a esta dificultad aparecieron los lenguajes basados en la programacin estructurada. La idea principal de esta forma de programacin es separar las partes complejas del programa en mdulos o segmentos que sean ejecutados conforme se requieran. De esta manera tenemos un diseo modular, compuesto por mdulos independientes que puedan comunicarse entre s. Poco a poco este estilo de programacin fue reemplazando al estilo espaguetti impuesto por la programacin lineal.

Entonces, vemos que la evolucin que se fue dando en la programacin se orientaba siempre a ir descomponiendo ms el programa. Este tipo de descomposicin conduce directamente a la programacion orientada a objetos.

Pues la creciente tendencia de crear programas cada vez ms grandes y complejos llev a los desarrolladores a crear una nueva forma de programar que les permita crear sistemas de niveles empresariales y con reglas de negocios muy complejas. Para estas necesidades ya no bastaba la programacin estructurada ni mucho menos la programacin lineal. Es as como aparece la programacion orientada a objetos (POO). La POO viene de la evolucin de la programacin estructurada; bsicamente la POO simplifica la programacin con la nueva filosofa y nuevos conceptos que tiene. La POO se basa en la dividir el programa en pequeas unidades lgicas de cdigo. A estas pequeas unidades lgicas de cdigo se les llama objetos. Los objetos son unidades independientes que se comunican entre ellos mediante mensajes. Veamos con mayor detenimiento este tema.

Cules son las ventajas de un lenguaje orientado a objetos?

  • Fomenta la reutilizacin y extensin del cdigo.
  • Permite crear sistemas ms complejos.
  • Relacionar el sistema al mundo real.
  • Facilita la creacin de programas visuales.
  • Construccin de prototipos
  • Agiliza el desarrollo de software
  • Facilita el trabajo en equipo
  • Facilita el mantenimiento del software

Lo interesante de la POO (programacion orientada a objetos) 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 4 conceptos bsicos:

  • objetos
  • clases
  • Herencia
  • Envo de mensajes

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 artculo lo hacemos a travs del monitor y una computadora, ambos son objetos, al igual que nuestro telfono celular, un rbol o un automvil.

Analicemos un poco ms a un objeto del mundo real, como la computadora. No necesitamos ser expertos en hardware para saber que una computadora est compuesta internamente por varios componentes: la tarjeta madre, el chip del procesador, un disco duro, una tarjeta de video, y otras partes ms. 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 compaas con diversos mtodos de diseo. Pero nosotros no necesitamos saber cmo trabajan cada uno de estos componentes, como saber que hace cada uno de los chips de la tarjeta madre, o cmo funciona internamente el procesador. Cada componente es una unidad autnoma, y todo lo que necesitamos saber de adentro es cmo interactan entre s 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 s, podremos armar fcilmente una computadora.

Que tiene que ver esto con la programacin? La programacion orientada a objetos trabaja de esta manera. Todo el programa est construido en base a diferentes componentes (objetos), cada uno tiene un rol especfico en el programa y todos los componentes pueden comunicarse entre ellos de formas predefinidas.

Todo objeto del mundo real tiene 2 componentes: caractersticas y comportamiento.

Por ejemplo, los automviles tienen caractersticas (marca, modelo, color, velocidad mxima, etc.) y comportamiento (frenar, acelerar, retroceder, llenar combustible, cambiar llantas, etc.).

Los objetos de Software, al igual que los objetos del mundo real, tambin tienen caractersticas y comportamientos. Un objeto de software mantiene sus caractersticas en una o ms "variables", e implementa su comportamiento con "mtodos". Un mtodo es una funcin o subrutina asociada a un objeto.

Para redondear estas ideas, imaginemos que tenemos estacionado en nuestra cochera 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 Automvil con sus caractersticas predeterminadas:

Marca = Ford
Modelo = Focus
Color = Azul
Velocidad Mxima = 260 km/h

Cuando a las caractersticas del objeto le ponemos valores decimos que el objetotiene estados. Las variables almacenan los estados de un objeto en un determinado momento.

Definicin terica: Un objeto es una unidad de cdigo compuesto de variables y mtodos relacionados.

2. Las clases

En el mundo real, normalmente tenemos muchos objetos del mismo tipo. Por ejemplo, nuestro telfono celular es slo uno de los miles que hay en el mundo. Si hablamos en trminos de la programacion orientada a objetos, podemos decir que nuestro objeto celular es una instancia de una clase conocida como "celular". Los celulares tienen caractersticas (marca, modelo, sistema operativo, pantalla, teclado, etc.) y comportamientos (hacer y recibir llamadas, enviar mensajes multimedia, transmisin de datos, etc.).

Cuando se fabrican los celulares, los fabricantes aprovechan el hecho de que los celulares comparten esas caractersticas 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 caractersticas.

Definicin terica: La clase es un modelo o prototipo que define las variables y mtodos comunes a todos los objetos de cierta clase. Tambin se puede decir que una clase es una plantilla genrica para un conjunto de objetos de similares caractersticas.

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. Slo que el objeto es un trmino ms general, pero los objetos y las instancias son ambas representacin de una clase.

Definicin Terica: Una instancia es un objeto de una clase en particular.

3. Herencia

La herencia es uno de los conceptos ms cruciales en la POO (programacion orientada a objetos). La herencia bsicamente consiste en que una clase puede heredar sus variables y mtodos a varias subclases (la clase que hereda es llamada superclase o clase padre). Esto significa que una subclase, aparte de los atributos y mtodos propios, tiene incorporados los atributos y mtodos heredadosde la superclase. De esta manera se crea una jerarqua de herencia.

Por ejemplo, imaginemos que estamos haciendo el anlisis de un Sistema para una tienda que vende y repara equipos celulares.

En el grfico vemos 2 clases ms que posiblemente necesitemos para crear nuestro Sistema. Esas 2 clases nuevas se construirn a partir de la clase Celular existente. De esa forma utilizamos el comportamiento de la Superclase.

En general, podemos tener una gran jerarqua de clases tal y como vemos en el siguiente grfico:

4. Envo de Mensajes

Un objeto es intil si est aislado. El medio empleado para que un objeto interacte con otro son los mensajes. Hablando en trminos un poco ms tcnicos, los mensajes son invocaciones a los mtodos de los objetos.

Caractersticas asociadas al POO

Abstraccin

La abstraccin consiste en captar las caractersticas esenciales de un objeto, as como su comportamiento. Por ejemplo, volvamos al ejemplo de los automviles, Qu caractersticas podemos abstraer de los automviles? O lo que es lo mismo Qu caractersticas semejantes tienen todos los automviles? Todos tendrn una marca, un modelo, nmero de chasis, peso, llantas, puertas, ventanas, etc. Y en cuanto a su comportamiento todos los automviles podrn acelerar, frenar, retroceder, etc.

En los lenguajes de programacin orientada a objetos, el concepto de clase es la representacin y el mecanismo por el cual se gestionan las abstracciones.

Por ejemplo, en Java tenemos:

public class Automovil {
// variables
// mtodos
}

Encapsulamiento

El encapsulamiento consiste en unir en la clase las caractersticas y comportamientos, esto es, las variables y mtodos. Es tener todo esto es una sola entidad. En los lenguajes estructurados esto era imposible. Es evidente que el encapsulamiento se logra gracias a la abstraccin y el ocultamiento que veremos a continuacin.

La utilidad del encapsulamiento va por la facilidad para manejar la complejidad, ya que tendremos a las clases como cajas negras donde slo se conoce el comportamiento pero no los detalles internos, y esto es conveniente porque nos interesar ser conocer qu hace la clase pero no ser necesario saber cmo lo hace.

Ocultamiento

Es la capacidad de ocultar los detalles internos del comportamiento de una clase y exponer slo los detalles que sean necesarios para el resto del sistema.

El ocultamiento permite 2 cosas: restringir y controlar el uso de la clase. Restringir porque habr cierto comportamiento privado de la clase que no podr ser accedido por otras clases. Y controlar porque daremos ciertos mecanismos para modificar el estado de nuestra clase y es en estos mecanismos dnde se validarn que algunas condiciones se cumplan. En Java el ocultamiento se logra usando las palabras reservadas: public, private y protected delante de las variables y mtodos.

Modularidad

Es la propiedad que permite subdividir una aplicacin en partes ms pequeas (llamadas mdulos), cada una de las cuales debe ser tan independiente como sea posible de la aplicacin en s y de las restantes partes. Estos mdulos se pueden compilar por separado, pero tienen conexiones con otros mdulos. Al igual que la encapsulacin, los lenguajes soportan la modularidad de diversas formas.

Polimorfismo

Comportamientos diferentes, asociados a objetos distintos, pueden compartir el mismo nombre; al llamarlos por ese nombre se utilizar el comportamiento correspondiente al objeto que se est usando. O, dicho de otro modo, las referencias y las colecciones de objetos pueden contener objetos de diferentes tipos, y la invocacin de un comportamiento en una referencia producir el comportamiento correcto para el tipo real del objeto referenciado. Cuando esto ocurre en "tiempo de ejecucin", esta ltima caracterstica se llama asignacin tarda o asignacin dinmica. Algunos lenguajes proporcionan medios ms estticos (en "tiempo de compilacin") de polimorfismo, tales como las plantillas y la sobrecarga de operadores de C++.

Lenguajes de Programacin Orientado a objetos

En 1985, E. Stroustrup extendi el lenguaje de programacin C a C++, es decir C con conceptos de clases y objetos, tambin por esas fechas se creo desde sus bases el lenguaje EIFFEL.

En 1995 apareci el ms reciente lenguaje OO, Java desarrollado por SUN, que hereda conceptos de C++.

El lenguaje de desarrollo ms extendido para aplicaciones Web, el PHP 5, trae todas las caractersticas necesarias para desarrollar software orientado a objetos.

Adems de otros lenguajes que fueron evolucionando, como el Pascal a Delphi.

Finalmente tambin otros lenguajes script como el ActionScript que si bien no es totalmente orientado a objetos pero s posee las caractersticas.

Anlisis y diseo Orientado a objetos

Para el desarrollo de software orientado a objetos no basta usar un lenguaje orientado a objetos. Tambin se necesitar realizar un anlisis y diseo orientado a objetos.

El modelamiento visual es la clave para realizar el anlisis OO (orientado a objeto). Desde los inicios del desarrollo de software OO han existido diferentes metodologas para hacer esto del modelamiento, pero sin lugar a duda, el Lenguaje de Modelamiento Unificado (UML) puso fin a la guerra de metodologas.

Segn los mismos diseadores del lenguaje UML, ste tiene como fin modelar cualquier tipo de sistemas (no solamente de software) usando los conceptos de la orientacin a objetos. Y adems, este lenguaje debe ser entendible para los humanos y mquinas.

Actualmente en la industria del desarrollo de software tenemos al UML como un estndar para el modelamiento de sistemas OO. Fue la empresa Racional que cre estas definiciones y especificaciones del estndar UML, y lo abri al mercado. La misma empresa cre uno de los programas ms conocidos hoy en da para este fin; el Racional Rose, pero tambin existen otros programas como el Poseidon que trae licencias del tipo community edition que permiten su uso libremente.

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 fciles de comunicar, cambiar, expandir, validar y verificar. Este modelamiento en UML es flexible al cambio y permite crear componentes plenamente reutilizables.

Resumen

  • Por qu seguimos buscando nuevas tcnicas de desarrollo? Por el aumento de la complejidad de los sistemas.
  • En un programa orientado a objetos tendremos a un conjunto de objetos colaborando entre ellos.
  • La orientacin a objetos es paradigma de que est de moda para el desarrollo de software.
  • Un objeto es una abstraccin conceptual del mundo real que se puede traducir a un lenguaje de programacin orientado a objetos.
  • Un objeto del mundo real tiene caractersticas y comportamientos, y de la misma manera, un objeto del mundo del software tiene variables y mtodos.
  • Una clase es una plantilla que define las variables y mtodos a ser incluidas en un tipo de objeto especfico.
  • Los objetos tambin son llamados instancias de la clase. Los objetoss slo almacenan su estado. Se dice que un objeto tiene estado cuando tiene valores en sus variables.
  • Los objetos se comunican entre ellos usando los mensajes. Un mensaje es la invocacin de un mtodo del objeto.
  • La orientacin a objetos requiere de una metodologa que integre el proceso de desarrollo y un lenguaje de modelamiento con herramientas y tcnicas adecuadas.











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