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El modelo orientado a objetos: Introducción

Humberto Cervantes MacedaAlfonso Martínez Martínez

Abril 2005

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Contenido

Historia

El modelo de objetos

La tecnología orientada a objetos

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HISTORIAHISTORIA

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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

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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

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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

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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 67Simula 67

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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

15Kristen Nygaard & Ole-Johan Dahl: ACM Turing award

2001 and IEEE John von Neumann Medal 2002

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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 objetosEl 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

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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]

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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

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Objetos: característicasLa implementación de objetos puede ser clasificada como: basada en descriptores, basada en capacidad y estáticaBasada en descriptores (Smalltalk) permite una tipificación dinámica poderosaBasada 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

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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

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Objetos: ejemplo

Objeto producto de una tienda de autoservicioEstado

Nombre= “Jabón de tocador”Marca= “Palmolive”Peso= 100 gr.Tipo= “normal”Precio=$4.59

ComportamientoCambiar precioCambiar marcaEtc.

IdentidadA una instancia de producto se le puede nombrar j

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Clase

Es una especificación de estructura (variables de instancia), comportamiento (métodos), y herencia (padres o estructura y comportamiento recursivos) para objetosUna 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

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Representación en UMLClase: descripción de un conjunto de objetos que comparten los mismos atributos, relaciones y semántica

NombreAtributosNombre: tipo

Operaciones

Visibilidad:+ Público# Protegido- Privado

<<estereotipo>>Nombre Itálico =

clase abstracta

[visibilidad] nombre ([lista de parm.])[: tipo que regresa][{propiedades}]

Nombre Itálico = operación abstracta

[visibilidad] nombre [multiplicidad][: tipo][=valor-inicial] [{propiedades}]

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¿Cómo especificar una clase?

Abstracción: establece las características stablece las características esenciales de un objeto que lo distingue de los esenciales de un objeto que lo distingue de los demás, ofreciendo fronteras conceptuales bien demás, ofreciendo fronteras conceptuales bien definidas desde la perspectiva del observadordefinidas desde la perspectiva del observador

Encapsulamiento: es un mecanismo que s un mecanismo que permite separar la interfaz de una abstracción, permite separar la interfaz de una abstracción, de su implementación, además de no permitir de su implementación, además de no permitir el acceso directo a su estructura (atributos)el acceso directo a su estructura (atributos)

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Ejemplo de una clase persona

Se puede describir a una persona en forma Se puede describir a una persona en forma diferente: como empleado de una empresa ó diferente: como empleado de una empresa ó como estudiante de la UAM. como estudiante de la UAM.

En ambos casos no tiene sentido describir el En ambos casos no tiene sentido describir el color de sus ojos o la forma de su voca; color de sus ojos o la forma de su voca; ¡esta ¡esta información no es esencial!información no es esencial!

Sin embargo, puede definirse un método para Sin embargo, puede definirse un método para calcular su edad, ocultando el como lo hace. calcular su edad, ocultando el como lo hace. También no es conveniente que algún cliente También no es conveniente que algún cliente de un objeto de la abstracción de persona de un objeto de la abstracción de persona cambie su nombre, por ejemplo, en forma cambie su nombre, por ejemplo, en forma arbitrariaarbitraria

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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

DependenciaGeneralizaciónAsociaciónRealización

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Relaciones entre clases

Ventana# tamaño: integer

+ configurar()+ abrir()+ cerrar()+ mover()+ mostrar()+ manejarEvento()

Consola CajaDialogo Control

Evento

Dependencia

AsociaciónGeneralización(herencia)

1 1.. *

Multiplicidad

e>>

Configuración

Realización

• Conexiones entre clases

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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)

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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

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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

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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

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Relación de asociación: propiedadesNavegación:• Puede ser bidireccional o direccional

Visibilidad:

Usuario contraseña1 *

Usuario contraseña+ propietarioGrupo* *

+ usuario

1 *

- clave

Visibilidad

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Agregación simple: relación todo/partes en donde una clase representa el todo y otra una de sus partes

Departamento

Organización1

*

Todo

ParteAgregación

Relación de asociación: propiedades

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Composición: es una forma de agregación, con fuerte pertenencia y tiempo de vida coincidente como parte del todo.

Frame

Window1

*

Todo

Parte Composición

Relación de asociación: propiedades

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Clases de asociación: es una asociación entre dos clases a través de una tercera clase

EmpresaPersona1..* *

Clase deasociación

Trabajo

Empleador Empleado

Roles

Relación de asociación: propiedades

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Relación de realización

• Se puede considerar también como una combinación entre dependencia y generalización entre una interfaz y una clase

<<interface>>

Contenedor

agregarElem()consultarElem()eliminarElem()iterarEnOrden()

Lista

Realización

Arbol

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La tecnología orientada a La tecnología orientada a objetosobjetos

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Lenguajes de programación Lenguajes de programación Orientados a ObjetosOrientados 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

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Lenguajes dinámicamente tipificados Actors Languages

C+@

Flavors

Phyton

Self

Smalltalk

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Lenguajes con tipificación estática y dinámica

Actor

Ada95

BETA

C++ (With RTTI)

Cecil

CLOS

Eiffel

Java

Modula-3

Objective-C

Sather

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Tecnología de Objetos en la Tecnología de Objetos en la Integración WebIntegración 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 multiplexadasILU Requestor: objetos distribuidosNSAPI (Netscape Server API): software para servidor de Netscape. ISAPI (Internet Server API): Progress y MicrosoftSAPI (Server Application Development Interface )Apache API

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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 TechnologiesJavaSafe-Tcl Penguin (perl5) Python

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Tecnología de objetos Tecnología de objetos distribuidosdistribuidos

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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),

Java Data Objects (JDO)

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.NetPlataforma 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

Se está proponiendo una versión open source: “mono”

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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

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Bases de Datos Orientadas a Bases de Datos Orientadas a ObjetosObjetos

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Bases de Datos Orientadas a Objectos

Son bases de datos que soportan objetos y clasesSon diferentes de las bases de datos relacionales: sub-objetos estructurados, cada objeto posee identidad, soporte de métodos y herenciaEs posible ofrecer operaciones relacionales en una base de datos orientada a objetosOODBs ofrecen todos los beneficios de orientación a objetosMantienen una fuerte equivalencia en el desarrollo de aplicaciones orientadas a objetos

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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

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Sistemas Operativos Sistemas Operativos Orientados a ObjetosOrientados 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

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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++)

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Tecnología de objetos: otras Tecnología de objetos: otras áreas de aplicaciónáreas de aplicación

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Otras áreas de aplicaciónOtras áreas de aplicaciónHerramientas CASE (Basados en UML)

Middleware

Ambientes de desarrollo integrados (IDEs & APIs)

Procesos de desarrollo de software

Componentes y Arquitecturas de software