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04/11/23 PUCPR - Prof. Edson Scalabrin 1
Introdução aos conceitos fundamentais da orientação a objetos
Prof. Edson E. Scalabrin
Telefone: 0xx41-3271-1360
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Conceitos fundamentais Objeto Identidade Sistema Orientado a Objetos Encapsulamento Classificação/Instanciação Generalização/Especialização Herança Polimorfismo
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Identidade
Característica peculiar de um objeto que denota a existência em separado do objeto, mesmo que ele tenha os mesmos valores de atributos de outro objeto
Uma identificação única de cada objeto
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Sistema Orientado a Objetos Um sistema orientado a objetos é uma
coleção de objetos que interagem entre si. Um objeto interage com outro através de
uma mensagem que causa um estímulo.
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Interação entre Objetos
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Objeto
Um conceito, uma abstração, algo com limites e significados definidos para o problema em questão
Um objeto do mundo real Uma instância de uma classe Um objeto possui um comportamento e um estado:
o comportamento é forma como reage a estímulos
o estado modifica-se de acordo com o comportamento
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Encapsulamento
Técnica de modelagem e implementação que separa os aspectos externos de um objeto dos detalhes internos de implementação do mesmo objeto
O estado de um objeto somente é acessível a partir da implementação de seu comportamento
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Comportamento e Estado
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Guarantia de Encapsulamento
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Comportamento O comportamento de um objeto é definido por um
conjunto de métodos Um estímulo causa a execução de um método Um estímulo pode ser uma invocação explícita de
um método ou um evento relevante para o objeto
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Execução de Métodos
invocação evento
m ( ) e
m ( ) m ( )
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Estado
O estado de um objeto é composto por um conjunto de valores de atributos
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Classe Uma classe descreve um conjunto de
objetos: as instâncias da classe Uma classe descreve o comportamento e a
composição do estado de todos os seus objetos
Cada classe deve ter um nome distinto
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Classes e Objetos
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Tipos Um tipo pode ser primitivo ou uma classe Uma classe é um tipo abstrato de dados
(ADT)
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Método
Cada método possui uma assinatura, um tipo de retorno (primitivo ou classe) e uma implementação
A assinatura de um método é composta por um nome e uma lista de parâmetros
Cada parâmetro tem um nome e um tipo (primitivo ou classe)
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Atributo Cada atributo tem um nome e um tipo
(primitivo ou classe) Um objeto que possui um atributo cujo tipo é
uma classe é um objeto composto, pois contém outro objeto
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Atributos em Classes e Objetos
b=truek=7
bool bint k
int xstring s
x =10
v=Pariss=
char[] v
A B
string
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Visibilidade e Encapsulamento Um atributo deve preferencialmente ser
qualificado como privado (private) Um método pode ser tanto qualificado como
privado como público (public) O conjunto de métodos públicos de uma
classe define a sua inteface
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Estrutura de uma Classe
Uma classe contém um conjunto de atributos e um conjunto de métodos os atributos devem ter nomes distintos os métodos devem ter assinaturas distintas
Cada objeto possui um conjunto próprio de valores dos atributos e o conjunto de métodos da classe
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Classe e Encapsulamento Os valores dos atributos de um objeto
somente são acessíveis a partir dos seus métodos
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Exemplo Um veículo possui um código, um hodômetro, um cronômetro e
um relógio. O hodômetro registra a kilometragem do veículo, e pode ser
zerado a qualquer momento. O hodômetro exibe a kilometragem atual e a média de
kilômetros por segundo, desde o último instante em que foi zerado
A kilometragem registrada pelo hodômetro avança a medida que o veículo avança.
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Exemplo (cont.) O cronômetro já fica ativo no momento da sua
criação. O cronômetro pode ser parado e reativado a
qualquer instante. O cronômetro exibe o número de milisegundos
decorridos desde o instante da sua última ativação. O relógio exibe a hora atual, com precisão de
minutos.
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:Veículo
codigo = 13hodometrocronometrorelogio
avance(distancia : int)exiba()comeceCronometro()pareCronometro()zereCronometro()zereHodometro()Veiculo(c : int)
:Instante
T
diferenca(i : Instante) : intdigaHoras() : intdigaMinutos() : int
:Date
:Instante
T
diferenca(i : Instante) : intdigaHoras() : intdigaMinutos() : int
:Date
:Instante
T
diferenca(i : Instante) : intdigaHoras() : intdigaMinutos() : int
:Date
:Hodometro
kilometragem = 283momentoZeragemrelogio
zere()kilometragemMedia() : doubleavance(distancia : int)exiba()Hodometro(r : Relogio)
:Cronometro
ativo = truemomentoIniciomomentoParadarelogio
comece()pare()exiba()Cronometro(r : Relogio)
:Relogio
exiba()digaInstante() : Instante
Representação de Objetos (usando UML)
“main”
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Exemplo de classe em UML
MOTO
marca : Stringcor : Stringestado : int
ligaMotor() : voidmostraAtributos() : void
Nome da classe
Atributos + tipos
Métodos
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Exemplo:classe definida em Javapublic class MOTO {
private String marca, cor;int estado;
publicMOTO(String m, String c) { marca = m; cor = c; }public void ligaMotor() {
if (estado == 1) System.out.println(“Motor já esta ligado“);
else {estado = 1;System.out.println("Agora o motor já esta ligado“);
}}public void mostraAtributos() {
System.out.println("Cor: " + cor +", Marca: ”);System.out.println( marca +", Estado: “ + estado);
}}
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Exemplo de classe definida em Java (continuação)
public class MOTO {
[. . .]
public static void main() {MOTO m = new MOTO("Yamaha ZR350", "amarela");
m.mostraAtributos(); // Cor: amarela, Marca: //
Yamaha ZR350, Estado: 0m.ligaMotor();
m.mostraAtributos(); // Cor: amarela, Marca: //
Yamaha ZR350, Estado: 1}
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Generalização
Relacionamento entre uma classe e uma ou mais versões refinadas ou especializadas da classe
Especialização: relacionamento inverso Superclasse: versão mais abstrata de outra
classe, a subclasse Subclasse: versão mais refinada de outra
classe, a superclasse
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Herança
Mecanismo baseado em objetos que permite que as classes compartilhem atributos e operações baseados em um relacionamento, geralmente generalização
Uma subclasse herda atributos e métodos da superclasse
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Polimorfismo
Assume muitas formas A propriedade segundo a qual uma operação
(método) pode comportar-se diferentemente em classes diferentes
A subclasse redefine a implementação de um método herdado da superclasse
Onde se espera uma instância de um certa classe pode aparecer uma instância de qualquer subclasse daquela classe
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Exemplo de herança e polimorfismo
Botao
estado: intcor: intx: inty: int
desenhe() : voidaperte() : voiddesaperte() : voidpegaEstado() : voidmova(int x1, int x2) : void
BotaoRedondo
raio : int
desenhe()
BotaoQuadrado
diagonal : int
desenhe()
ClasseAbstrata
ClassesConcretas
Os métodos públicosda classe abstratadefine a interface
para todas as suas
subclasses.
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Implementação da classe Botãopublic abstract class Botao {
private int estado, x, y, cor;
public Botao(int c){cor = c;estado = x = y = 0;
}public void aperte() { estado = 1; }
public void desaperte() { estado = 0; }
public abstract void desenhe();
public void mova(int x1, int y1){ x = x1; y = y1; }};
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Implementação da classe Botão Quadradopublic class BotaoQuadrado extends Botao {
private int diagonal;
public BotaoQuadrado(int cor, int diagonal ) {
super( cor );this.diagonal = diagonal;
}
public void desenhe() // implementado{
System.out.println(“Desenhe botão quadrado”);}
}
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Implementação da classe Botão Redondopublic class BotaoRedondo extends Botao{
private int raio;
public BotaoRedondo(int cor, int raio){
super( cor );this.raio = raio;
}
public void desenhe() // implementado{
System.out.println( "Desenhe botão redondo " );}
}
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Implantação função mainpublic class Janela {
public static void main(String[ ] args) {
// Criando Botao QuadradoBotaoQuadrado bq = new BotaoQuadrado(1, 5);
// enviando mensagem para bq bq.desenhe();
// Criando Botao RedondoBotaoRedondo br = new BotaoRedondo(1, 4);
// enviando mensagem para br br.desenhe();
}}
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Notação:Multiplicidade e Ordenação
Classe A
Classe A
Classe A
Classe A
Classe A
Classe A
Classe A
Classe A
Classe A
Classe A
Classe A
Classe A
0..*
1
0..1
1..*
2-5,10
0..* {ordenado}
1+
2-5,10
{ordenado}
OMT UML
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Ligação Uma conexão física ou conceitual entre objetos Exemplo: O país Brasil tem como capital a cidade
de Brasília.
Exemplo: O funcionário João trabalha na empresa Transamérica S.A.
Exemplo: O artigo “OO Solutions” foi publicado na conferencia OOPSLA’99.
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Associação Relacionamento entre instâncias de duas ou mais
classes descrevendo um grupo de ligações com estrutura e semântica comuns.
Exemplo: Um país tem como capital uma cidade.
Exemplo: Um funcionário trabalha numa empresa.
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Agregação Forma especial de associação, entre o todo e suas
partes, na qual o todo é formado pelas partes Também chamada de herança horizontal Exemplo: Um Time de futebol é formado por 11
jogadores, isto é, cada jogador faz parte do Time.
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Composição
Forma especial de associação, entre o todo e suas partes, na qual o todo é composto pelas partes
Também chamada de herança horizontal
Exemplo: Um artigo é publicado em uma conferência, isto é, o artigo
faz parte da conferência (ou dos anais da conferência).
IMPORTANTE: O tempo de vida de cada PARTE coincide com o TODO.
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Multiplicidade e Papel Multiplicidade: Número de instâncias de uma classe que podem
se relacionar a uma única instância de um classe associada (ou agregada, composta).
Papel: nome que identifica inequivocamente uma extremidade de uma associação, agregação ou composição.
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Classe PessoaDiagrama de instâncias
esposo
esposa
primo
filho
filho
filho
irmã
filho filho
mãe pai
pai mãemãe
uma avó
:PESSOA
um avô
:PESSOA
sua mãe
:PESSOA
você
:PESSOA
uma tia
:PESSOA
um primo
:PESSOA
seu pai
:PESSOAirmão
esposa
esposo
primo
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Atributo de Ligação
Um valor de dados presente em cada ligação (nível de instâncias) de uma associação (nível de classes)
Uma propriedade da ligação entre objetos, e não dos objetos ligados, propriamente ditos
Exemplos: permissão de acesso que um usuário possui para a um arquivo; o salário de uma pessoa em um emprego em uma companhia
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Atributo de Ligação Exemplo: Muitos para Muitos
ArquivoString : nome
UsuárioString : nome
Integer : permissão
Acessível por
/etc/termcap ( leitura ) John Doe/etc/termcap ( leitura-escrita ) Mary Brown/usr/doe/.login ( leitura-escrita ) John Doe
0..* 0..*
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Atributo de Ligação Exemplo: Um para Muitos
PessoaString : nomeString : telefone
EmpresaString : nomeString : endereço
float : salárioString : cargo
trabalha-para
float : desempenho
chefetrabalhador
gerencia
0..* 1
0..*
0..1
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Associação como uma Classe
Cada ligação de uma associação é uma instância de uma classe.
Uma ligação é um objeto, com atributos e métodos.
Útil quando ligações podem participar em associações com outros objetos.
Útil quando ligações sofrem operações. Exemplo: autorização para usuários em estações
de trabalho.
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Associação como uma Classe Exemplo
PessoaString : nomeString : telefone
Estação TrabalhoString : IP
UsuárioInteger : prioridadeInteger : privilégios
IniciarSessao() : void
autorizado
DiretórioString : nome
diretóriobásico
0..*0..*
0..*
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Associação Ternária Representa ligações entre 3 objetos Não pode ser dividida em associações
binárias sem que haja perda de informações
Associações de grau maior que 3 são raras e devem ser evitadas devido a complexidade de entendimento e implementação
Exemplo: pessoas que são programadoras usam linguagens de programação em projetos
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Associação Ternária + Papel
PessoaString : nomeString : telefone
VeículoString : marcaString : cor
ConcessionáriaString : nomeString : endereço
objeto
vendedor
comprador1. .*
1
1
Compra
Data : data
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Associação Ternária + Papel
PessoaString : nomeString : telefone
VeículoString : marcaString : cor
ConcessionáriaString : nomeString : endereço
objetovendedor
comprador
1. .*
1
1
Venda
Data : data
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Exercício
Pessoa
nome : Stringidade : IntID empregador 1 : ?ID empregador 2 : ?ID empregador 3 : ?endereço : StringID Pessoa : ?
Carro
ID proprietário : ?ID carro : ?tipo proprietário : ?modelo : Stringano : Int
Empréstimo
ID proprietário : ?ID cliente : ?número de conta : IntID banco : ?juro : Realsaldo atual : Realtipo proprietário : ?
Empresa
nome : StringID Empresa : ?
Banco
nome : StringID banco : ?
Estas classes possuem atributos que são ponteiros para outras classes de objetos. Estes ponteiros podem ser substituídos por associações. Considerando que:
• cada pessoa pode ter até três empregos em empresas diferentes. • cada pessoa, carro, empresa e banco possui o seu próprio identificador (ID). • o proprietário de um carro pode ser: uma pessoa, uma empresa ou um banco. • em um empréstimo, o carro é o objeto penhorado (ou comprado).
Prepare um diagrama de classes, onde os ponteiros são substituídos por relações. Pode haver a necessidade de acrescentar uma ou mais classes. Elimine todos os ID. Certos atributos podem ser transformados em discriminantes *.* Um discriminante é um atributo do tipo enumeração que indica que uma propriedade de um objeto tornou-se abstrata através de uma relação de generalização.
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Exercício
Pessoa
nome : Stringidade : IntID empregador 1 : ?ID empregador 2 : ?ID empregador 3 : ?endereço : StringID Pessoa : ?
Carro
ID proprietário : ?ID carro : ?tipo proprietário : ?modelo : Stringano : Int
Empréstimo
ID proprietário : ?ID cliente : ?número de conta : IntID banco : ?juro : Realsaldo atual : Realtipo proprietário : ?
Empresa
nome : StringID Empresa : ?
Banco
nome : StringID banco : ?
Resposta Veículo
String : modeloInteger : ano
Proprietário
String : nome
Possui
PessoaInteger : idadeString : endereço
Empresa BancoEmpréstimoInteger : contaFloat : jurosFloat : saldo
cedente
penhor
Emprega
beneficiário
0..*
0..*0..*
0..*
0..* 0..*
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Ordenação em Associações
Em alguns casos o conjunto de objetos associados a um certo objeto apresenta uma ordem
A palavra "ordenado" deve aparecer junto à multiplicidade "muitos" de uma associação para indicar que existe uma ordem entre os objetos ligados
Exemplos: as janelas visíveis em uma tela possuem uma ordem; os vértices de um polígono
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Exercício
• Prepare um diagrama de classes a partir do diagrama de instâncias em questão. Explique suas decisões de multiplicidade. Cada ponto tem uma coordenada x e uma coordenada y. Qual é o menor número de pontos necessários para a construção de um polígono? Faz alguma diferença se um ponta pode ou não ser compartilhado por diversos polígonos? Como você pode expressar o fato de que os pontos estão em seqüência?
tem
tem tem
tem-1010
:PONTO
1010
:PONTO
10-10
:PONTO
-10-10
:PONTO
:POLÍGNO
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Resposta
Exercício
tem
tem tem
tem
PONTO
x : realy : real
POLÍGNO
3..*{ordenado}
-1010
:PONTO
1010
:PONTO
10-10
:PONTO
-10-10
:PONTO
:POLÍGNO
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Exercício
• Prepare um diagrama de classes e implemente-o (numa linguagem de programação de computadores orienta a objetos) a partir do diagrama de instâncias da figura acima. Explique suas decisões de multiplicidade. Como o seu diagrama expressa o fato de que os pontos estão em seqüência?
próximo
próximo
primeiroúltimo
próximo
próximo
-1010
:PONTO
1010
:PONTO
10-10
:PONTO
-10-10
:PONTO:POLÍGNO
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Exercício
Resposta PONTO
x : realy : real
POLÍGNOprimeiro
últimopróximo
próximo
próximo
primeiroúltimo
próximo
próximo
-1010
:PONTO
1010
:PONTO
10-10
:PONTO
-10-10
:PONTO:POLÍGNO
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Uso de Agregação ou Composição
Na dúvida entre: composição e agregação, use agregação! agregação e associação, use associação!
Herança não representa o relacionamento parte-todo
Agregados e compostos recursivos são freqüentes
Agregação e composição normalmente implica em propagação de operações
Exemplo de Composição
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Exemplo: Uso de Composição
Pasta ArquivoPasta
Pasta
cópia()cópia()
cópia() : void cópia() : void cópia() : void
Efeito: Propagação de operação
0..*
- super
- sub
cópia()
- super - sub
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Exemplos de expressões:a) (2 + 5)b) (A * (2 * 5))c) ((B / A) – (A * (2 * 5)))
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Exemplo:Uso de Composição
Microcomputador
Monitor MouseTeclado
Chassis C . P . U R . A . M Ventoinha
Caixa do Sistema0..* 0..1
0..10..*
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Exercício:Uso de Agregação ou Composição
Prepare um diagrama de classes a partir do diagrama de instâncias de um documento geométrico mostrado na seqüência. Esse documento tem 4 páginas. A primeira página tem um ponto vermelho e um quadrado amarelo desenhados nela. A segunda página contém uma linha e uma elipse. Um arco, um círculo e um retângulo aparecem nas duas últimas páginas. Ao preparar seu diagrama, utilize exatamente um relacionamento de agregação e um ou mais relacionamentos de generalização
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Exercício:Uso de Agregação ou Composição
dimensões = 0cor = vermelhoposição = (5,4)
:PONTO dimensões = 1cor = azulposição = (12,9)orientação = 36 grauscomprimento = 7
:LINHA
dimensões = 1cor = verdeposição = (25,36)orientação = 45 grausdiâmetro = 13
:ARCO
dimensões = 2cor = laranjaposição = (10,78)largura = 5altura = 5
:CIRCULO
N. página = 1
:PÁGINA
N. página = 2
:PÁGINA
N. página = 3
:PÁGINAN. página = 4
:PÁGINA
dimensões = 2cor = amareloposição = (54,88)orientação = 22 grauslargura = 10altura = 10
:QUADRADO
dimensões = 2cor = marromposição = (-300,49)orientação = 0 grauslargura = 100altura = 50
:ELIPSE
dimensões = 2cor = azulposição = (102,158)orientação = 30 grauslargura = 5altura = 10
:RETÂNGULO
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Exercício:Uso de Agregação ou Composição
Resposta PáginaFiguracor
posição
Contem
Ponto
Figura 0D
Linhacomprimento
Figura 1Dorientação
Retângulo
Figura 2Dlarguraalturaorientação
Elipse
Quadrado Circulo
Arcodiâmetroangulo
0..*
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Classes Abstratas e Concretas
Classe abstrata: classe que não pode ter instâncias diretas, mas cujos descendentes sim; organizam características comuns a diversas classes; mecanismo para reutilizar código; pode definir operações abstratas (sem um correspondente método)
Classe concreta: classe que pode ter instâncias diretas; não pode definir operações abstratas
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Cancelamento para extensão A nova operação é igual à operação
herdada, exceto pelo fato de acrescentar alguns detalhes de comportamento, normalmente afetando novos atributos da subclasse.
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Cancelamento para restrição A nova operação restringe o protocolo
(assinatura da operação), podendo reduzir os tipos de argumentos.
A operação herdada fica fechada (restrita) dentro de cada subclasse específica.
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Cancelamento para otimização
O novo método tem o mesmo protocolo externo e apresenta o mesmos resultados
A implementação do novo método (algoritmo utilizado) pode ser completamente diferente
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Herança Múltipla Uma classe possui mais de uma subclasse e herda
características de todos os seus ancestrais Maior capacidade de especificação de classes Maior oportunidade de reutilização Perda em simplicidade conceitual e de
implementação Surgem classes de junção
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Exercício
Automóvel
Cor
Número de passageiros
Velocidade máxima
Peso máximo
Número de portas
Entrar passageiro
Sair passageiro
UtilitárioCorNúmero de passageirosVelocidade máximaPeso máximoVolumeNúmero de portasEntrar passageiroSair passageiroCarregarDescarregar
CaminhãoCorVelocidade máximaPeso máximoVolumeNúmero de portasNúmero de eixosCarregarDescarregar
Faça um diagrama de classes que represente estes veículos.
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Solução : com herança múltipla
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Solução : sem herança múltipla
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Exemplo Sistema Comercial (Representação em blocos)
Sistema Comercial
Subsistema
Compras
Subsistema
Vendas
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PACOTE PRODUTO
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PACOTE VENDA
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PACOTE COMPRA