Programare Orientata spre Obiecte (Object-Oriented Programming)

Transcription

1 UPB - Facultatea ETTI - Curs POO - an II - seria E Programare Orientata spre Obiecte (Object-Oriented Programming) a.k.a. Programare Obiect-Orientata Titular curs: Eduard-Cristian Popovici Suport curs: UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E

2 Urmeaza 1.3. Caracteristicile si principiile abordarii OO Orientarea spre Obiecte (OO) Orientarea spre modelarea (abstractizarea) informatica a realitatii entitati bazate pe responsabilitati (roluri) incapsulare duala (a structurilor de date si de comportament) mentinerea si ascunderea unei stari interne colaborare intre entitati (comunicare prin mesaje, interactiune sociala) definirea unor interfete contractuale, componente black-box, etc. UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 2

3 Structura cursului 1. Introducere in abordarea orientata spre obiecte (OO) 1.3. Caracteristicile si principiile abordarii OO UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 3

4 Modelarea si abstractizarea OO Programul (sistemul software) orientat spre obiecte reprezinta un model informatic al unei parti din lumea reala elementele care compun modelul sunt construite prin analogie cu entitati care apar in lumea reala (obiecte reale, concepte) studentx studenty studentz sunt numite obiecte software studenta studentb trebuie reprezentate in limbajul de programare Care sunt constructiile software care permit reprezentarea obiectelor software (similare) in limbaje de programare? UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 4

5 Clasificarea OO entitati bazate pe responsabilitati (roluri) Ca si in cazul obiectelor si conceptelor din lumea reala obiectele software pot fi categorisite (clasificate) categoriile (numite clase de obiecte) corespunzand diferitelor responsabilitati pe care le au sau diferitelor roluri pe care le joaca entitatile din lumea reala din care sunt construite prin analogie obiectele software Clasele sunt constructiile software care reprezinta obiectele software care au responsabilitati / roluri similare UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 5

6 Clasificarea OO abstractizarea multimilor (AM) de obiecte Clasa (obiectelor software) este o constructie software complexa asemanatoare structurilor de date din C (struct) obiecte software evoluata din ADT (concretizare a ADT) si astfel tip de date cu incapsulare duala care descrie intr-o forma abstracta toate obiectele software de un tip particular (care au responsabilitati / roluri similare) studentx studenty studenta studentb AM Student (AOO) Clasa (categorie, tip) UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 6

7 Clasificarea OO incapsularea duala cu ascunderea detaliilor Clasa fiind o constructie software evoluata din ADT realizeaza o incapsulare cu ascundere a detaliilor duala a informatiilor (datelor) regrupand elementele de date numite atribute sau variabile membru implicit CU ascunderea detaliilor (datelor, informatiilor) a comportamentului regruparea elementelor de comportament numite operatii sau functii membru implicit CU ascunderea detaliilor (implementarii) «transmite» obiectelor aceasta incapsulare cu ascundere a detaliilor duala! UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 7

8 Incapsularea duala cu ascunderea detaliilor Incapsularea oferita de clase (si obiecte) este o forma de incapsulare duala INCAPSULARE DUALA (INFORMATII SI COMPORTAMENT) Clasa (obiect) atribute (variabile interne ascunse) semnaturi operatii comportament (implementare operatii) asociat atributelor Interfata (setul de semnaturi ale operatiilor) ideal este publica, vizibila, accesibila Reprezentarea datelor si implementarea (setul de atribute si setul de implementari ale operatiilor) ideal sunt private, ascunse, inaccesibile UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 8

9 Incapsularea duala cu ascunderea detaliilor Incapsularea OO oferita de clase si obiecte inseamna ascunderea detaliilor interne reprezentarea datelor (set de atribute) si implementarea (set de coduri ale operatiilor) in spatele unei interfete publice (set de semnaturi ale operatiilor) Exemplu in Java UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 9

10 Incapsularea duala cu ascunderea detaliilor Exemplu in Java UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 10

11 Clasificarea OO incapsularea duala cu ascunderea detaliilor Obiectele si conceptele sunt categorisite / clasificate atat in lumea reala cat si in cea informatica (software) pe baza caracteristicilor esentiale pe care le au (rezultate in urma abstractizarilor) atribute elemente de date, variabile interne care caracterizeaza obiectele studentx Obiect nume= Xulescu Atribut operatii elemente de comportament, proceduri care pot fi efectuate asupra atributelor Clasele reprezinta obiecte software care au caracteristici esentiale (atribute si operatii) similare UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 11

12 Mentinerea si ascunderea unei stari interne Ansamblul valorilor atributelor unui obiect la un moment dat reprezinta starea interna obiectului Atributele studentx note = {7,9,8,9} Obiect Starea interna la un moment dat sunt astfel variabilele de stare ale obiectului sunt prin natura lor private, ascunse, inaccesibile si dau astfel starii obiectelor calitatea de a fi privata, ascunsa, inaccesibila direct ea putand fi obtinuta din exterior doar indirect (controlat) prin intermediul apelurilor la operatii UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 12

13 Mentinerea si ascunderea unei stari interne Starea unui obiect poate varia in timp ca urmare a comportamentului care este rezultatul executiei operatiilor prin apeluri venite de la alte obiecte studentx note = {7,9,8,9} Starea interna la un moment dat (initial) timp UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 13

14 Mentinerea si ascunderea unei stari interne Starea unui obiect poate varia in timp ca urmare a comportamentului care este rezultatul executiei operatiilor prin apeluri venite de la alte obiecte studentx note = {7,9,8,9} studentx Starea interna la un moment dat (initial) addnota(8) addnota() Apel venit de la alt obiect Executia operatiei timp UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 14

15 Mentinerea si ascunderea unei stari interne Starea unui obiect poate varia in timp ca urmare a comportamentului care este rezultatul executiei operatiilor prin apeluri venite de la alte obiecte studentx note = {7,9,8,9} studentx studentx note = {7,9,8,9,8} Starea interna la un moment dat (initial) addnota(8) addnota() Apel venit de la alt obiect Executia operatiei Starea interna dupa executia operatiei Mentinerea si ascunderea unei stari interne sunt calitati noi ale programelor introduse de orientarea spre obiecte UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 15

16 Colaborarea intre entitati comunicarea prin mesaje In lumea reala sarcinile sunt realizate in colaborare intre entitati diverse Abordarile actuale OOP programarea orientata spre obiecte (derivata din conceptul ADT) CBD dezvoltarea bazata pe componente (black box) SOA orientarea spre servicii a arhitecturilor imita modelele sociale, colaborative UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 16

17 Colaborarea intre entitati comunicarea prin mesaje Comportamentul si operatiile (functiile, procedurile) in abordarea OO se reprezinta prin forme de colaborare (comunicare, interactiune) intre obiectele ce compun programul (sistemul software) Decuplare intre obiecte Obiect utilizator Referinţă Legătură Mesaj Interacţiune a obiectelor Comunicaţie între obiecte Operaţie Declanşare (executie) Obiect tinta comportament global al sistemului (scenarii = secvenţe de mesaje = colaborări între obiecte) Colaborare între obiecte UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 17

18 Colaborarea intre entitati comunicarea prin mesaje Operatiile (functiile, procedurile) in abordarea OO sunt unitati de comunicare (interactiune) numite mesaje Decuplare intre obiecte Obiect utilizator Referinţă Legătură Mesaj Interacţiune a obiectelor Comunicaţie între obiecte Operaţie Declanşare (executie) Obiect tinta comportament global al sistemului (scenarii = secvenţe de mesaje = colaborări între obiecte) Colaborare între obiecte UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 18

19 Abordarea orientata spre obiecte a dezvoltarii programelor Constructia unui program de calcul (sistem software) este o secventa de iteratii de tip divizare-reunire, fiind necesare: descompunerea (analiza) pentru a intelege problema si a putea formula o conceptie a solutiei compunerea (sinteza) pentru a construi solutia (a materializa, a realiza efectiv conceptia) Specificatii Produs Analiză (funcţională / OO) Descompunere (funcţională / OO) Construcţie a componentelor Compunere (integrare) UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 19

20 Abordarea orientata spre obiecte a dezvoltarii programelor Abordarea orientata spre obiecte (OO) propune descompunerea bazată pe responsabilitati si delegare de responsabilitati (nu doar functionala) integrarea a ceea ce este (structural) şi ceea ce face (comportamental) sistemul (nu doar a ceea ce face) Cuplajul intre obiecte este obtinut prin trimiterea de mesaje (apelurile de operatii) si astfel dinamic si slab Actionare Buton Aprindere Bec Deplasare Lift Cabină Deschidere Uşă UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 20

21 Abordarea orientata spre obiecte a dezvoltarii programelor Modelul colaborativ OO in general operatiile sunt mesaje schimbate intre obiecte (suportul colaborarii) g1 g2 u1 u2 u3 o2 : Clasa2 f1 f2 v1 v2 o3 : Clasa3 f3 o1 : Clasa1 h1 h2 w1 w2 w3 UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 21

22 Abordarea orientata spre obiecte a dezvoltarii programelor Modelul colaborativ OO in Java obiectele fiind create dinamic sunt accesate prin referinte g1 g2 u1 u2 u3 Obiectul propriu-zis (de tip Clasa2) Clasa2 f1 f2 f3 o1 Referinta catre obiect v1 v2 o2 Clasa1 Obiectul propriu-zis (de tip Clasa1) o3 h1 h2 Clasa3 Obiectul propriu-zis (de tip Clasa3) w1 w2 w3 UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 22

23 Abordarea orientata spre obiecte a dezvoltarii programelor Exemple de cod Java System.out.println(..); System = clasa Java din pachetul java.lang (importat implicit) out = atribut public static al clasei System (variabila partajata de toate obiectele clasei System) d.p.d.v. structural = referinta catre obiect din clasa PrintStream d.p.d.v. al clasificarii println(..) = metoda a obiectelor clasei PrintStream UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 23

24 Abordarea orientata spre obiecte a dezvoltarii programelor Exemple de cod Java System.out.println(..); // clasa Java din pachetul java.lang public class System { // atribut public static al clasei System // obiect din clasa PrintStream public static PrintStream out; exit() Clasa utilitara care incapsuleaza facilitatile portabile ale sistemelor de operare (apeluri sistem cum e exit(), console I/O) out } //.. restul codului clasei System in gc() System UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 24

25 Abordarea orientata spre obiecte a dezvoltarii programelor Exemple de cod Java System.out.println(..); // clasa Java din pachetul java.io public class PrintStream { } // metoda a obiectelor clasei PrintStream public void println(..) { } //.. codului metodei println() //.. restul codului clasei PrintStream print(..) println(..) Obiect al unei clase flux de iesire care incapsuleaza fluxul de date catre consola standard de iesire) PrintStream out UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 25

26 Abordarea orientata spre obiecte a dezvoltarii programelor Exemple de cod Java print(..) System.out.println(i); println(..) PrintStream exit() out in gc() System read() System = clasa Java out = atribut public static al clasei System = obiect din clasa PrintStream println() = metoda a obiectelor clasei PrintStream InputStream UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 26

27 Abordarea orientata spre obiecte a dezvoltarii programelor Exemple de cod Java int i = System.in.read(); System = clasa Java din pachetul java.lang (importat implicit) in = atribut public static al clasei System (variabila partajata de toate obiectele clasei System) d.p.d.v. structural = referinta catre obiect din clasa InputStream d.p.d.v. al clasificarii read() = metoda a obiectelor clasei InputStream UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 27

28 Abordarea orientata spre obiecte a dezvoltarii programelor Exemple de cod Java int i = System.in.read(); // clasa Java din pachetul java.lang public class System { // atribut public static (partajat de obiecte) al clasei System // obiect din clasa InputStream public static InputStream in; exit() out } //.. restul codului clasei System in gc() System UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 28

29 Abordarea orientata spre obiecte a dezvoltarii programelor Exemple de cod Java int i = System.in.read(); // clasa Java din pachetul java.io public class InputStream { } // metoda a obiectelor clasei InputStream public int read() { } //.. codului metodei read() //.. restul codului clasei InputStream read() Obiect al unei clase flux de intrare care incapsuleaza fluxul de date dinspre consola standard de intrare) in InputStream UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 29

30 Abordarea orientata spre obiecte a dezvoltarii programelor Exemple de cod Java print(..) println(..) PrintStream int i = System.in.read(); exit() out in gc() System read() System = clasa Java in = atribut public static al clasei System = obiect din clasa InputStream read() = metoda a obiectelor clasei InputStream InputStream UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 30

31 Abordarea orientata spre obiecte vs abordarea procedurala Abordarea OO Partajarea datelor si responsabilitatilor creeaza probleme Abordarea procedurala UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 31

32 Abordarea orientata spre obiecte vs abordarea procedurala Separarea rolurilor / responsabilitatilor si protectia datelor Abordarea OO Partajarea datelor si responsabilitatilor creeaza probleme Abordarea procedurala UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 32

33 Programarea ca rezolvare de probleme Abordarea orientata spre obiecte a dezvoltarii programelor Domeniu al realitatii 1.3. Caracteristicile si principiile abordarii OO Entitate reala Modelare / Abstractizare Incapsulare duala cu ascunderea datelor si a comportamentului (clasa de obiecte) Analiza problemei Proiectarea solutiei Implementarea (concretizarea) solutiei Transformare constructii teoretice in constructii ale unui limbaj Constructii ale unui limbaj de programare OO UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 33

34 Orientarea spre obiecte (OO) este astfel o orientare spre modelarea / abstractizarea (A) informatica a realitatii (in obiecte si clase) entitati bazate pe responsabilitati / roluri (clasele si obiectele) incapsularea (E) duala a reprezentarii datelor si a comportamentului (in obiecte si clase) cu limitarea accesului mentinerea si ascunderea unei stari interne (in obiecte) colaborare sociala intre entitati / comunicare prin mesaje (intre obiecte) definirea unor interfete contractuale (ale claselor) / componente black-box In plus, OO utilizeaza si concepte mai avansate A P I E generalizarea claselor in superclase si specializarea claselor in subclase prin mostenire (I) polimorfismul (P) selectia dinamica a comportamentului operatiei bazata pe pozitia in ierarhia de clase a obiectului UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 34

35 Orientarea spre obiecte (OO) inseamna modelarea / abstractizarea (A) realitatii entitati cu responsabilitati / roluri incapsularea (E) duala (date+comportament) cu limitarea accesului mentinerea si ascunderea unei stari interne colaborare intre obiecte / comunicare prin mesaje interfete contractuale / componente black-box Concepte avansate A P I E generalizarea si specializarea claselor in ierarhii prin mostenire (I) polimorfismul (P) selectia dinamica a comportamentului operatiei bazata pe pozitia in ierarhia de clase a obiectului UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 35

36 Principii ale proiectarii orientate spre obiecte (OOD) Single Responsibility Principle (SRP) A class should have only one reason to change (a single responsibility). Open Close Principle (OCP) Software entities like classes, modules and functions should be open for extension but closed for modifications. Liskov s Substitution Principle (LSP) Derived types must be completely substitutable for their base types. Interface Segregation Principle (ISP) Clients should not be forced to depend upon interfaces that they don t use. Dependency Inversion Principle (DIP) High-level modules should not depend on low-level modules. Both should depend on abstractions. Abstractions should not depend on details. Details should depend on abstractions. UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 36

37 Single Responsibility Principle (SRP) A class should have only one reason to change. Fiecare clasa trebuie sa indeplineasca exact o responsabilitate. O clasa continand N responsabilitati trebuie separata in N clase One or more work orders is associated with a specific customer The purchase order is associated with a vendor Each line item on the purchase order reflects a part purchased for that vendor A part in the inventory system may be available from several vendors Each vendor has its own cost for the part The inventory system manages its own "cost" of the part The inventory cost is adjusted using a moving average: (4*oldCost + newcost)/5 Parts are designated as taxable or not Each PO line item is purchased either for inventory or as a part needed for a work order When the vendor invoice comes in, additional charges, such as shipping, hazmat, etc., are added to the purchase order The purchase order is closed when the purchased items are reconciled with the invoice When the PO is closed, any parts that were purchased against a work order are automatically billed to the customer Additional charges on the PO are added to the charge slip Set de cerinte pentru un sistem de automatic customer billing Since line items on a purchase order may be associated with different work orders from different customers, the additional charges have to be fairly distributed The only rule that anyone can come up with regarding this distribution is to divvy up the charges based on the part cost in relation to the total purchase order cost Parts are billed on charge slips, which emulates the manual process being used One or more charge slips are associated with one work order Parts are assigned added to the PO by selecting the part out of inventory. Only parts for the vendor from which the parts will be purchased should be available for addition to the PO Customers get different discount rates and may or may not be taxable UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 37

38 Single Responsibility Principle (SRP) A class should have only one reason to change (single responsibility) Caracteristicile si principiile abordarii OO Solutia: utilizand carduri CRC (Class, Responsibility, Collaboration) putem crea un model al sistemului bazat pe principiul SRP Card CRC UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 38

39 Open Close Principle (OCP) Software entities like classes, modules and functions should be open for extension but closed for modifications. Trebuie permisa Clasele trebuie sa poata fi usor extinse adaugarea/eliminarea noi fara a fi modificat codul existent functionalitati sub forma de operatii sau clase, cu minimum sau fara modificari in codul existent Clasa Account are cate o operatie pentru fiecare subtip al clasei AccountType Adaugarea sau eliminarea unei subclase a clasei AccountType impune adaugarea sau eliminarea unei metode in clasa Account (pastrand cat mai mult posibil codul existent nemodificat) Code NOT closed for modification UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 39

40 Open Close Principle (OCP) Software entities like classes, modules and functions should be open for extension but closed for modifications. Solutia: clasa Account trebuie sa aiba operatii generice, care nu depind de subtipurile clasei AccountType Code NOT closed for modification OK! OK! UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 40

41 Liskov s Substitution Principle (LSP) Derived types must be completely substitutable for their base types. Daca un cod client (context) utilizeaza o clasa de baza atunci o referinta catre acea clasa de baza poate fi folosita catre obiecte dintro clasa derivata fara a afecta functionalitatea codului client (context). Codul client (context) care utilizeaza pointeri sau referinte catre o clasa de baza trebuie sa fie capabil sa foloseasca obiecte din clase derivate fara a conta (fara a sti) acest lucru. clasa de baza obiecte din clasa de baza clasa derivata obiecte din clasa derivata UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 41

42 Interface Segregation Principle (ISP) Clients should not be forced to depend upon interfaces that they don t use. Clientii (codurile context) nu trebuie fortati sa implementeze interfete pe care nu le utilizeze In loc de a proiecta o interfata cu multe operatii (fat), trebuie proiectate mai multe interfete mai mici bazate pe grupuri de operatii Fiecare interfata mica urmand sa serveasca un sub-modul A typical fat interface UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 42

43 Interface Segregation Principle (ISP) Clients should not be forced to depend upon interfaces that they don t use. Solutia: mai multe interfete mai mici bazate pe grupuri de operatii OK! UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 43

44 Dependency Inversion Principle (DIP) High-level modules should not depend on low-level modules. Both should depend on abstractions. Abstractions should not depend on details. Details should depend on abstractions. Componentele de nivel inalt trebuie decuplate de componentele de nivel redus Trebuie permisa reutilizarea diferitelor componente de nivel redus Inlocuirea componentelor de nivel redus trebuie obtinuta fara schimbari in componentele de nivel inalt Majoritatea systemelor software actuale sunt organizate ierarhic (in niveluri). In implementarea naiva a unui sistem ierarhic nivelurile inalte (UI / Business) depind de cele reduse (Business / Database) Problema este ca schimbari in componentele inferioare le afecteaza pe cele de nivel inalt UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 44

45 Dependency Inversion Principle (DIP) High-level modules should not depend on low-level modules. Both should depend on abstractions. Abstractions should not depend on details. Details should depend on abstractions. Solutia: inversarea dependentelor componentele de nivel inalt depinzand doar de interfete abstracte (nemodificabile), implementate de componentele de nivel redus OK! UPB - ETTI - Curs POO - an II - seria E 45