TEMA 4: El paradigma orientado a objetos.
Características básicas de los lenguajes orientados a objetos.

• Son la descripción de uno o más objetos en base a una serie de atributos y servicios.
• A estos atributos se les llama también ‘variables de instancia’ y ‘variables de clase’, mientras que a los servicios se les llama ‘métodos’.
• Una clase es la 'esencia' del objeto. En ocasiones se describe como un "conjunto de objetos que comparten una estructura y comportamiento comunes".
• Una clase debe tener una ‘parte’ no visible desde el exterior y una parte visible que es la encargada de acceder a esta parte no visible. En la parte no visible se suelen situar las variables de instancia y/o clase, mientras que en la visible se colocan los métodos de instancia y/o clase.

• Los objetos en el mundo real son aquellas 'cosas'…
  • Que son tangibles y/o visibles.
  • Que pueden ser comprendidas mentalmente.
  • A las que va dirigido el pensamiento o la acción.

• Mientras que cuando los vemos desde el prisma del desarrollo de software, los objetos son:
  • Todo aquello que modela algo real y por tanto ocupa un espacio y un tiempo.
  • Aquellas entidades reales o abstractas con un papel bien definido en el dominio del problema.
  • Toda entidad que en nuestro diseño de una aplicación presenta un estado, un comportamiento y una identidad propios.

• La identidad de un objeto es la propiedad que lo distingue de otros, incluso pertenecientes a su misma clase. Suele ser un nombre único de variable. Es distinta a la igualdad.
• El estado de un objeto representa todas las propiedades, normalmente estáticas, del objeto además de los valores actuales, normalmente dinámicos, de cada una de estas propiedades.
• El comportamiento de un objeto es el modo en que éste actúa y reacciona (ante mensajes recibidos), hablando en términos de cambios en su estado y envío de mensajes a otros objetos.
• Los mensajes son las acciones que un objeto realiza sobre otro. A la manera concreta que un objeto responde a un mensaje enviado por otro, se le llama método.

• Modificadoras (setters )
• Selectoras (getters )
• Iteradoras
• Constructoras
• Destructoras

• Estas operaciones pueden formar parte de una clase o estar fuera de cualquiera de ellas.
• Si una de ellas pertenece a una clase se le llama método, mientras que si no lo hace se le llama simplemente Función o también subprograma o función libre.
• Al conjunto de métodos y ‘subprogramas libres’ asociados con un objeto se le llama protocolo.

Aquel que dispone de las siguientes características:

• Herencia
• Enlace Dinámico
• Paso de Mensajes
• Encapsulación

• Mecanismo que permite expresar la similitud entre clases.
• ¿Cómo?: Podemos crear nuevas clases a partir de otra u otras ya existentes.
• A la clase nueva creada se le llama clase derivada y a la clase de la cual heredamos se le llama clase base. También se les suele llamar subclase y superclase respectivamente.
• De este modo incorporamos la estructura y el comportamiento de la clase pre-existente a la nueva que estamos creando.
• Dicho de otro modo: la clase derivada ‘comparte’ las variables de clase y de instancia, así como los métodos de clase y de instancia de su(s) superclase(s).
• La herencia reduce el número de cosas que hemos de ‘decir’ sobre una nueva clase que creamos si tenemos la precaución de hacer que herede de una clase parecida a ella.

• Las variables declaradas en una clase que se duplican o son propias de cada objeto creado de esa clase se llaman variables de instancia.

• Las variables declaradas en una clase que se comparten por todos los objetos de una misma clase se llaman variables de clase.
• Los métodos declarados en una clase que pueden acceder a las variables de instancia de un objeto se llaman métodos de instancia.
• Los métodos declarados en una clase que pueden acceder a las variables de clase de una clase se llaman métodos de clase.

• Tendremos herencia simple si heredamos sólo de una clase y herencia múltiple si heredamos de más de una.

• La herencia múltiple puede plantear problemas como el de la herencia repetida. C++ es uno de los pocos LOO que soporta herencia múltiple de clases.
• Los lenguajes que no permiten herencia múltiple de clases introducen un concepto nuevo, el interfaz (no confundir con el interfaz de una clase).
• Un interfaz es similar a una clase, pero no tiene datos, sólo métodos. Generalmente estos métodos son abstractos.

• La relación de herencia se debe utilizar (junto con otras) para reflejar relaciones entre objetos del mundo real de la manera más fiel posible.

• Los tipos de relaciones más habituales que podemos encontrar entre objetos en el mundo real son:
  
  • Es un (IsA) : Un robot es un autómata.
  • Tiene un (HasA) : Un robot tiene un sensor.
  • Usa un (Uses) : Un robot usa un cargador de baterías.
• La relación Es un introduce el principio de sustitución.
• La relación Tiene un introduce el concepto de composición entre objetos.

• Los métodos heredados se pueden usar directamente o también se pueden reescribir en la clase derivada.

• En este caso podemos hacerlo de dos modos:
  • Reemplazándolos completamente.
  • Refinándolos, para ello en algún punto del método reescrito en la clase derivada invocamos al método heredado de la clase base.
• Es posible que a un método de una clase no tenga sentido proporcionarle una implementación. En este caso se puede dejar sin ella, pero convenientemente anotado, y se le llama método abstracto.
• Cuando una clase tiene al menos un método abstracto automáticamente pasa a ser una clase abstracta.
• Una clase abstracta no puede tener instancias.

• En programación I os han explicado lo que es el enlazador: ld.

• ¿Qué es entonces el tiempo de enlace?:
  

  Es el instante de tiempo en el que se determina o identifica el trozo de código, p.e. una función que ha de ser llamada tras el envío de un mensaje, o el significado de una ‘construcción’ especial en memoria, p.e. el tipo exacto de una variable o un dato.

• En POO existen al menos dos atributos que se ven directamente afectados por el tiempo de enlace:
  • El tipo del dato al que se refiere un identificador.
  • El método con el que se responde a un mensaje.

• Para hablar sobre el tipo de un identificador debemos distinguir entre:
  
  • Identificador: Es sólo un nombre.
  • Valor: El contenido de la memoria asociada a un identificador.
  • Tipo: Depende del lenguaje con el que trabajemos. En unos casos irá asociado a una variable y significará una cosa, mientras que en otros irá asociado a un valor y significará otra.

• Los lenguajes en los que el tipo de toda expresión se conoce en tiempo de compilación se llaman fuertemente tipados (LFT).
• En los LFT, p.e. el concepto de tipo va ligado al de variable, es decir, los tipos se asocian con un identificador mediante sentencias explícitas: int n;
• En los LFT el tipo sirve para dar idea de los posibles valores que puede tomar una variable.
• C++-11 permite declarar variables de tipo auto, en las cuales el compilador infiere el tipo a partir de la expresión de inicialización de la variable: auto n = 3;
• Por completitud, los lenguajes donde el tipo no se asocia a un identificador sino a un valor, se llaman débilmente tipados (LDT).
• Ejemplos de lenguajes
  • débilmente tipados: python, smalltalk, perl, etc…
  • fuertemente tipados: C, C++, Java, C#, D, etc…

• Si retomamos el concepto del principio de sustitución y una declaración de clases con herencia como esta:

  class Automaton {
    public:
      void compute () {...}
  };
  class Robot : public Automaton {...}; // Es Un
                                       // Un robot es un automata.
  

• El principio de sustitución nos dice que en cualquier lugar de nuestro código donde podamos usar un dato de clase o tipo Automata, podremos usar uno de clase Robot, p.e.:

  Robot* r = new Robot;
  r->compute ();
  Automaton* aa[100];
  aa[0] = r;
  aa[1] = new Automaton;
  

• La decisión del tipo de objeto con el que se va a trabajar no se puede saber hasta el mismo instante de la ejecución.
• A esto es a lo que llamamos enlace dinámico.

• Pero el enlace dinámico no afecta solo a la decisión sobre el tipo real del objeto al que se refiere una variable, sino que esto tiene consecuencias, p.e., con el código a invocar (método) en respuesta a un mensaje recibido.

  class Automaton {
    public:
      virtual void compute () {...} // compute tiene ahora enlace dinámico (virtual)
  };
  class Robot : public Automaton {
      void compute () {...}         // Se redefine en clases derivadas
                                    // no es necesario virtual, ya se sabe.
  };
  class ChessPlayer : public Automaton {
      void compute () {...}
  };
  

• ¿Que crees que pasará con este código?

  Automaton* aa[10];
  aa[0] = new Automaton; aa[1] = new ChessPlayer;
  aa[2] = new Robot;     aa[3] = new Automaton;
  ...
  for (auto ai = 0; ai < 10; ai++) aa[ai]->compute();
  

• ¿Y si es el usuario el que elige el tipo de automáta en tiempo de ejecución desde un menú?

• ¿Si tan bueno es el enlace dinámico por qué no está habilitado por defecto en C++?
• De hecho algunos lenguajes orientados a objetos sí que lo hacen: Smalltalk, Java, C#, D, etc…
• La respuesta está en la eficiencia en tiempo de ejecución. Piensa a qué puede deberse esto.

• Cuando trabajamos con un objeto instancia de una clase que tiene una parte visible y otra no-visible desde el exterior de la misma, las funciones normales (externas a una clase) no tienen capacidad para acceder a la parte no-visible de la clase.
• Sólo las operaciones definidas dentro de la clase pueden acceder a las variables de instancia o de clase.
• Por tanto debemos invocar una de estas operaciones definidas en la clase sobre un determinado objeto: obj.operation() (envío del mensaje).
• C++ permite levantar esta restricción mediante las llamadas funciones amigas. En otros lenguajes se puede hacer de otras formas.

• Tradicionalmente en la POO se denomina a esta acción enviar un mensaje a un objeto, p.e.: robot.avanzarLineaRecta(20);

• Del mismo modo, el código que ejecuta el objeto en respuesta a este mensaje se le llama método.
• Un mensaje no es exactamente igual a una función libre:
  • Siempre tendrá un parámetro más. Normalmente es un parámetro oculto.
  • Si el nombre de una función tiene una relación 1:1 con el código a ejecutar al ser llamada, en el caso de un mensaje esta relación es 1:N. Piensa a qué puede ser debido esto.
  • En C++ este parámetro oculto se llama this.

• Es la característica que nos permite agrupar bajo una misma entidad los datos y las funciones que trabajan con esos datos.
• Es un mecanismo más de abstracción.
  Hasta ahora conoceis dos:
  1. División en funciones
  2. Tipos Abstractos de Datos.
• Permite establecer zonas de visibilidad desde el exterior al interior de esta entidad.
• ¿Qué ganamos al unir bajo una misma entidad datos y funciones?:
  • La independencia del código que usa esta entidad de los cambios que pueda haber en su representación interna.

• Normalmente los datos suelen estar en la parte no-visible mientras que las funciones o métodos están en la parte visible. De este modo reforzamos el punto anterior.
• A esta parte visible se le conoce como el interfaz de la clase o también parte pública. A la parte no-visible se le llama implementación o también parte privada.
• En los LOO la entidad que aporta la capacidad de encapsulación es la clase.
• En los LOO a una variable cuyo tipo sea una clase se le llama objeto. También nos podemos referir a ella como una instancia de la clase o simplemente instancia.

• A las funciones definidas dentro de una clase se les llama métodos.
• Al igual que con las variables, existen métodos de clase y métodos de instancia.
• Un método de instancia definido en una clase se invoca a través del operador "\(\bullet\)", o del operador "\(\to\)" (si la variable que representa al objeto es un puntero):
  1. object.method (parameters)
  2. objectPtr->method (parameters)
• En lenguajes como Java, C#, D, etc… sólo se emplea la forma object.method (parameters).
• En el caso de un método de clase, si, p.e., el identificador DashBoard representa un nombre de una clase, usar un método de clase con ese identificador lo haríamos así: DashBoard::classMethod (parameters)

• C++ es un LOO, es decir, soporta:
  • Herencia
  • Enlace Dinámico
  • Paso de Mensajes
  • Encapsulación
• Entre los temas del 5 al 9 iremos estudiando en detalle estos conceptos y algún que otro más (excepciones, genericidad), así como de que manera se incorporan en C++:
  • Tema 5: Clases y objetos.
  • Tema 7: Herencia, polimorfismo y enlace dinámico.
  • Tema 8: Genericidad.
  • Tema 9: Excepciones.