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Modelação OO0 Modelação e Projecto Orientados por Objectos Gabriel David Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

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1 Modelação OO0 Modelação e Projecto Orientados por Objectos Gabriel David Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

2 Modelação OO1 Modelação e projecto orientados por objectos Sumário Conceitos de modelação Metodologia de projecto Implementação introdução modelação de objectos modelação dinâmica modelação funcional OMT - Object Modeling Technique (Rumbaugh) UML - Unified Modeling Language (Rumbaugh, Jacobson, Booch)

3 Modelação OO2 Modelação qExemplos: maquetes de arquitectura, modelos de aviação e de engenharia hidráulica, esboços de pintura, planos de livros qUtilidade testar um artefacto antes de o construir, para detectar falhas de forma barata -modelos físicos (reproduzir à escala os fenómenos essenciais do artefacto) -simulação computacional (cada vez mais barata do que modelos físicos, mas exige uma descrição das leis que governam o artefacto) comunicar com os clientes, para validar a especificação visualizar, para assentar as ideias gerais e começar a pormenorizar cada parte reduzir a complexidade, para tornar a realidade manuseável Modelo - abstracção de alguma coisa com o objectivo de a compreender antes de a construir

4 Modelação OO3 Abstracção Abstracção - eliminação dos aspectos irrelevantes para o fim em causa capacidade fundamental que permite lidar com a complexidade; cérebro humano só manuseia uma quantidade limitada de informação simultaneamente [Ex: homem da visão fotográfica] modelos são adequados ou inadequados relativamente ao fim pretendido não há modelos correctos em absoluto sistemas complexos: pode ser útil construir modelos segundo várias perspectivas complementares [maquete de arquitectura e projectos de especialidade de uma casa] captar os aspectos cruciais sem introduzir detalhes estranhos ao problema implica usar uma linguagem suficientemente expressiva [Português fundamental; assembly]

5 Modelação OO4 Modelos orientados por objectos qraciocinar sobre problemas usando modelos organizados em torno de conceitos do mundo real qobjectos fornecem nível de abstracção adequado qcontraste com a programação estruturada: dados e comportamento bastante desligados qmodelos OO úteis para: compreender problemas comunicar com peritos do domínio da aplicação modelar organizações preparar documentação projectar programas e bases de dados objecto = estrutura de dados + comportamento

6 Modelação OO5 Características dos objectos qIdentidade - dados constituídos por entidades discretas e distinguíveis: os objectos (concretos ou conceptuais) dois objectos são distintos, mesmo que todos os valores dos seus atributos sejam iguais, se as suas identidades forem diferentes referências são uniformes e independentes do conteúdo Û admissíveis colecções de objectos de naturezas diferentes qClassificação - objectos com a mesma estrutura de dados (atributos) e o mesmo comportamento (operações) são agrupados numa classe classe é uma abstracção que descreve as propriedades importantes para uma aplicação (em sentido geral) e ignora o resto a escolha das classes é arbitrária e depende da aplicação cada objecto é uma instância de uma classe -partilha com as outras instâncias dessa classe os nomes dos atributos e as operações -tem os seus próprios valores nos atributos -sabe de que classe é

7 Modelação OO6 Classificação Objectos polígonos Classe Polígono Atributos vértices espessura das arestas côr do interior Operações desenha apaga move abstracção #1 ({v 1 v 2 v 3 v 4 } 1 branco) #2 ({v 5 v 6 v 7 } 2 branco) #3 ({v 8 v 9 v 10 v 11 } 1 preto) instâncias

8 Modelação OO7 Características dos objectos (cont.) Polimorfismo - a mesma operação comporta-se de forma diferente em diferentes classes [ move terá efeitos diferentes nas classes Polígono e PeçaXadrez ) uma implementação específica de uma operação por uma classe chama-se método pode haver vários métodos associados à mesma operação, em classes diferentes operação é uma abstracção de comportamento análogo em objectos de tipos diferentes implementar novas classes não exige o conhecimento dos métodos das outras classes: basta definir localmente os novos comportamentos, adicionando métodos para as operações aplicáveis qHerança - partilha de atributos e operações entre classes baseada numa relação hierárquica ao classificar os objectos, se uma classe A tiver basicamente os mesmos atributos e operações que uma classe B, acrescidos de outros atributos ou operações, não se repete a definição: diz-se que A é uma subclasse de B (B é superclasse de A) Û factorização de propriedades comuns cada subclasse herda as propriedades da superclasse e acrescenta as suas próprias [ JanelaDeslizante é uma subclasse de Janela, de quem herda a região do écran, acrescentando uma barra de deslocamento e um offset] Û reutilização além de acrescentar operações, uma subclasse pode redefinir operações da superclasse, indicando um novo método Û refinamento

9 Modelação OO8 Desenvolvimento OO qnova forma de pensar sobre software, baseada em abstracções do mundo real, e não uma técnica de programação qdesenvolvimento = análise, projecto e implementação; as outras fases do ciclo de vida do software (documentação, integração, manutenção e aperfeiçoamento) não serão referidas, embora beneficiem da clareza do projecto conseguida qessência do desenvolvimento OO: identificação e organização dos conceitos do domínio da aplicação e não da sua representação final numa linguagem de programação qo esforço de atacar os verdadeiros problemas conceptuais em vez das questões de implementação é compensador erros de projecto descobertos só na fase de implementação têm um custo muito superior aos detectados em fases anteriores concentrar na implementação demasiado cedo limita as opções no projecto só depois de ter os conceitos inerentes à aplicação identificados, compreendidos e organizados é possível definir adequadamente os detalhes das estruturas de dados e das funções desenvolvimento independente da linguagem até às fases finais (OO ou não)

10 Modelação OO9 Metodologia 1 ANÁLISE PROJECTO DO SISTEMA PROJECTO DOS OBJECTOS IMPLEMENTAÇÃO ponto de partida: formulação de problema pelo cliente analista (+ cliente) constrói um modelo da situação do mundo real, mostrando as propriedades importantes modelo da análise: abstracção concisa e precisa do que o sistema deve fazer e não de como fazê-lo objectos do modelo são conceitos do domínio da aplicação o perito do domínio deve ser capaz de o compreender e criticar modelo não deve conter conceitos da implementação computacional [a classe Janela deve ser descrita em termos dos atributos e operações visíveis pelo utilizador]

11 Modelação OO10 Metodologia 2 ANÁLISE PROJECTO DO SISTEMA PROJECTO DOS OBJECTOS IMPLEMENTAÇÃO contém decisões de alto nível sobre a arquitectura global o sistema em causa é organizado em subsistemas, baseado no modelo da análise e na arquitectura o projectista de sistema decide quais as características de desempenho a optimizar e a estratégia de o conseguir [as modificações no écran deverão ser rápidas e suaves Û escolha de protocolo de comunicações e esquema de cache]

12 Modelação OO11 Metodologia 3 ANÁLISE PROJECTO DO SISTEMA PROJECTO DOS OBJECTOS IMPLEMENTAÇÃO o projectista de objectos elabora um modelo de projecto baseado no modelo da análise, mas com detalhes da solução, de acordo com a estratégia do projecto de sistema foco: estruturas de dados e algoritmos da implementação de cada classe classes da análise mantém significado, mas são aumentadas com objectos computacionais tanto os objectos do domínio da aplicação como os objectos computacionais são descritos usando os mesmos conceitos e notação OO, embora estejam em diferentes planos conceptuais [operações da classe Janela especificadas em termos do hardware e do sistema operativo subjacentes]

13 Modelação OO12 Metodologia 4 ANÁLISE PROJECTO DO SISTEMA PROJECTO DOS OBJECTOS IMPLEMENTAÇÃO classes e associações desenvolvidas durante o projecto dos objectos são traduzidas para uma linguagem particular, uma BD ou uma implementação em hardware fase essencialmente automatizável (decisões difíceis já tomadas) a linguagem alvo influencia as decisões do projecto, mas este não deve depender de pormenores da linguagem implementação deve garantir fácil referenciação ao projecto para manter flexibilidade e extensibilidade a linguagem não tem que ser OO, embora estas facilitem a correspondência com o projecto [a classe Janela é codificada numa linguagem, com chamadas ao sistema gráfico da máquina]

14 Modelação OO13 Metodologia: conclusão qconceitos OO (identidade, classificação, polimorfismo, herança) aplicados ao longo do ciclo de desenvolvimento de software qas classes de uma fase são levadas para as fases subsequentes, sem alteração da notação, embora vão sendo progressivamente detalhadas qalgumas classes são introduzidas só no projecto ou na implementação: árvores, tabelas de dispersão ou listas ligadas não são objectos do domínio da aplicação e portanto não aparecem na análise; são introduzidos no projecto, para suportar algoritmos usados na implementação computacional de objectos do mundo real qna implementação codificam-se tanto as construções do domínio da aplicação como do domínio da solução qa vista da análise e a vista da implementação são ambas representações adequadas do sistema, só que a níveis de abstracção diferentes e com propósitos diversos

15 Modelação OO14 Técnica de modelação de objectos qé útil olhar para o sistema segundo três perspectivas complementares, todas necessárias para uma profunda compreensão do sistema modelo de objectos - aspecto estático, estrutural, dos dados modelo dinâmico - aspecto temporal, comportamental, de controlo modelo funcional - aspecto transformacional, de função qum procedimento típico incorpora os três aspectos: usa estruturas de dados (modelo de objectos), sequencia operações no tempo (modelo dinâmico) e transforma valores (modelo funcional) qos três modelos representam vistas ortogonais representadas e manipuladas com notação uniforme são examináveis e compreensíveis de forma relativamente autónoma têm interligações limitadas e explícitas (se o projecto for bom) evoluem ao longo das várias fases do desenvolvimento

16 Modelação OO15 Modelos análise projecto sistema objectos implementação fases do desenvolvimento modelo de objectos modelo dinâmico modelo funcional vistas do sistema

17 Modelação OO16 Modelo de objectos qdescreve a estrutura dos objectos num sistema identidade associações com outros objectos atributos operações qé o modelo mais fundamental pois é necessário descrever o que está a ser transformado antes de descrever quando e como isso acontece qobjectos são as unidades de percepção do mundo, as moléculas dos modelos qobjectivo: capturar os conceitos do mundo real que são importantes para a aplicação no modelo da análise não devem existir objectos computacionais, a menos que o problema seja computacional [um sistema operativo] o modelo do projecto descreve a solução do problema e já aparecem objectos computacionais qnotação gráfica é diagrama de objectos: grafo cujos nós são classes, organizadas em hierarquias, e cujos arcos são associações entre classes; as classes definem os atributos presentes em cada instância e indicam as operações associadas

18 Modelação OO17 Modelo dinâmico qdescreve os aspectos do sistema relacionados com a evolução temporal e a sequenciação das operações: eventos que marcam alterações, sequências de eventos, estados que dão o contexto aos eventos qcaptura o aspecto do controlo, das sequências de operações, sem atender ao que fazem, sobre o que trabalham, ou como estão implementadas qnotação gráfica é diagrama de estados (um por classe): grafo cujos nós são estados e cujos arcos são transições entre estados causadas por eventos acções nos diagramas de estados correspondem a funções no modelo funcional os eventos são operações no modelo de objectos

19 Modelação OO18 Modelo funcional qdescreve as transformações de valores: funções, correspondências, restrições, dependências funcionais; captura o que o sistema faz, independentemente de como e quando qexemplos de modelos funcionais: árvores de expressões e folhas de cálculo qrepresentado por diagramas de fluxo de dados (DFD): são grafos cujos nós são processos e cujos arcos são fluxos de dados (representam computações) funções são invocadas por acções no modelo dinâmico e aparecem como operações no modelo de objectos

20 Modelação OO19 Comparação qproblemas diferentes põem ênfase diferente nos vários modelos, mas os três são necessários em qualquer grande sistema qquando os modelos se revelarem insuficientes, usar linguagem natural qmetodologias orientadas por funções (Yourdon, DeMarco): ênfase na especificação e decomposição da funcionalidade do sistema parece a implementação mais directa de uma solução mas fica muito dependente dos requisitos, os quais tendem a evoluir mais rapidamente do que as organizações metodologia OO identifica primeiro os objectos do domínio de aplicação e depois adapta os procedimentos em torno deles; a estrutura fica mais imune a alterações nos requisitos, porque parte do ambiente do problema, em vez de partir de um resultado específico pretendido

21 Modelação OO20 Temas OO qabstracção focar os aspectos essenciais, inerentes à entidade, ignorando os acidentais concentrar no que o objecto é e faz, antes de em como implementar muitas linguagens modernas suportam abstracção de dados, mas a herança e o polimorfismo dão-lhe um poder adicional uso adequado da abstracção (estilo de projecto independente da linguagem) permite que o mesmo modelo seja usado para a análise, projecto de alto-nível, estrutura do programa, estrutura da base de dados e documentação qencapsulamento esconder a informação: separar os aspectos externos de um objecto, acessíveis aos outros objectos, dos detalhes de implementação internos, que ficam escondidos e permitem modificações locais a capacidade de combinar dados e comportamento na mesma entidade reforça o conceito de encapsulamento

22 Modelação OO21 Mais temas OO qdados + comportamento o chamador de uma operação não precisa de considerar as implementações: isso é responsabilidade do objecto receptor; o polimorfismo permite que uma única operação desenha seja capaz de desenhar um gráfico complexo, desde que cada objecto a desenhar implemente adequadamente essa operação; acrescentar classes não obriga a mexer no código das pre-existentes qpartilha herança de dados e comportamento reduz redundância nas subclasses reutilização de componentes em bibliotecas é suportado mas exige planeamento e um esforço adicional de generalização dos objectos definidos (elemento responsável pela reutilização nas equipas de desenvolvimento) qestrutura de objectos acento na definição do que o objecto é, mais do que em como é usado a natureza dos objectos tende a ser mais estável do que os usos que se fazem deles maior ênfase na estrutura de dados do que na estrutura de procedimentos qsinergia várias das características das linguagens OO podem ser encontradas isoladamente noutras linguagens; é o conjunto de todas elas que fazem da programação por objectos um novo paradigma

23 Modelação OO22 Modelação de objectos qo mais importante dos três modelos qsistema construído em torno dos objectos e não em torno da funcionalidade modelo OO corresponde de perto ao mundo real Û robustez Modelo de objectos - captura a estrutura estática do sistema objectos associações entre objectos atributos operações Modelo de objectos - captura a estrutura estática do sistema objectos associações entre objectos atributos operações Objecto - conceito, abstracção ou coisa com fronteira bem definida e com significado para o problema promove a compreensão do mundo real fornece uma base prática para a implementação qdecomposição de um problema em objectos depende do discernimento do analista e da natureza do problema identidade

24 Modelação OO23 Classes [classes: Pessoa, Companhia, Animal, Processo, Janela ] qobjectos numa classe partilham o mesmo intento semântico, para lá de terem o mesmo padrão de atributos e operações [tanto as empresas como as pessoas podem ser caracterizadas por NumFiscal, Nome, Morada, Telefone ; é contudo razoável colocá-las em classes diferentes, atendendo à sua semântica; a não ser que, por exemplo do ponto de vista de um banco, sejam todos clientes] qprojectista decide qclasse de um objecto - propriedade implícita do objecto qSe os objectos são o que importa, porquê as classes? abstracção factorização reutilização [ move em Polígonos (mas suporta diferenciação: área )] Classe - descreve um grupo de objectos com propriedades semelhantes (atributos), comportamento comum (operações), idêntico relacionamento com outros objectos e a mesma semântica

25 Modelação OO24 Diagramas de objectos qdiagramas de objectos úteis para modelação abstracta e para projectar programas qnotação gráfica concisa, fácil de entender e que na prática funciona diagrama de objectos diagrama de classes diagrama de instâncias esquema, padrão ou template descreve muitas instâncias, o caso geral descreve o interrelacionamento de um conjunto particular de objectos útil para exemplos e casos de teste (cenários) qclasses e instâncias podem aparecer no mesmo diagrama de objectos - normalmente não interessa misturar (excepto para meta-dados) Pessoa (Pessoa) João Silva (Pessoa) Maria Santos (Pessoa) classeobjectos nome da classe: negrito, maiúsculas nome da classe: negrito, maiúsculas, entre parêntesis nomes de objectos: fonte normal

26 Modelação OO25 Atributos [o país Canadá é um objecto cujo atributo nome tem o valor "Canadá" (cadeia); a capital do Canadá é um objecto cidade e não deve ser modelada como um atributo, mas antes como uma associação entre um objecto país e um objecto cidade, cujo nome é a cadeia "Otawa"] Pessoa (Pessoa) João Silva (Pessoa) Maria Santos classe objectos nome: string nasce: integer peso: float =75 Atributo - valor mantido pelos objectos de uma classe [ nome, idade e peso, atributos das instâncias de Pessoa; côr, peso e ano, atributos das instâncias de Carro ] cada atributo tem um valor em cada instância cada nome de atributo é único, na classe [ver peso ] um atributo deve ser um valor puro e não um objecto valores puros não têm identidade: todos os 17 são indistinguíveis não confundir identificadores internos com atributos atributos são listados na segunda parte da caixa de classe a seguir ao nome podem indicar- se o tipo e o valor por omissão

27 Modelação OO26 Operações e métodos Operação - função ou transformação que pode ser aplicada a objectos ou por objectos duma classe [operações na classe Janela : abrir, fechar, esconder, desenhar ] qtodos os objectos de uma classe partilham as mesmas operações qa efectivação de uma operação tem sempre um objecto alvo como argumento implícito qcomportamento da operação depende da classe do alvo (um objecto sabe qual a sua classe) qa mesma operação abstracta corresponde a vários métodos diferentes (polimorfismo) [a operação desenhar numa instância de Janela pode ser aplicar a todos os diferentes componentes dessa janela a operação desenhar, a qual num caso desenhará um botão, noutro um painel, etc] qoperações podem ter argumentos explícitos, mas isso não afecta a escolha do método qtodos os métodos para uma operação devem ter a mesma assinatura (número e tipo dos argumentos e tipo do resultado) quma operação deve ser uma abstracção com uma semântica consistente: não usar o mesmo nome para conceitos distintos [inverter uma matriz e inverter uma figura plana]

28 Modelação OO27 Tipos de operações Pessoa classe nome: string nasc: integer peso: float =75 idade (): integer muda_peso (novo: integer) qoperações no terço inferior da caixa da classe °nome, lista de argumentos e tipo do resultado °ausência de tipo do resultado Ü não há retorno qcategorias de operações °operações com efeitos laterais [ muda_peso ] °perguntas - cálculo de um valor sem modificar os objectos °atributos derivados - perguntas sem argumentos explícitos [ idade ] qum atributo derivado só depende do objecto e pode ser visto como uma propriedade do objecto °escolha dos atributos base e dos atributos derivados é arbitrária °evitar sobre-especificar o estado do objecto

29 Modelação OO28 Notação para classes nome-atributo-1 : tipo-1 = valor-omissão-1 nome-atributo-2 : tipo-2 = valor-omissão-2 °°° nome-operação-1 (lista-argumentos-1) : tipo-resultado-1 nome-operação-2 (lista-argumentos-2) : tipo-resultado-2 °°° Nome-classe qdependendo do detalhe pretendido, os atributos, as operações e as listas de argumentos podem ser omitidos

30 Modelação OO29 Associações Ligação - é uma conexão física ou conceptual entre duas instâncias de objectos ? João Silva Trabalha-para Magol formal: ligação é um tuplo, uma sequência de instâncias de objectos, ( João Silva, Magol) ligação é uma instância de associação Associação - descreve um conjunto de ligações com estrutura e semântica comuns ? Trabalha-para todas as ligações de uma associação relacionam objectos das mesmas classes associações correspondem muitas vezes a verbos na especificação associações descrevem conjuntos de ligações potenciais classes descrevem conjuntos de objectos potenciais

31 Modelação OO30 qbidireccionais - podem ser conceptualmente atravessadas em qualquer direcção nome pode ser direccional [ Trabalha-para ]; define sentido directo, sentido inverso nome duplo [ Emprega ] refere-se à mesma associação; tem o mesmo significado qimplementação apontador - atributo num objecto com referência explícita para outro objecto class Pessoaclass Empresa char *nome;char *nome; int idade;char *morada; Empresa *emprego;Setof(Pessoa) *empregados; implementação com apontadores, sim; modelo com apontadores, não uma ligação não é parte de um objecto; depende de ambos simultaneamente Û um só facto no modelo - apontadores directo e inverso são dependentes (consistência) - implementação pode ter apontadores só num sentido, se for o único usado todos os relacionamentos entre classes devem ser modelados como associações, mesmo em projecto de programas (nas BD está mais aceite) Características das associações

32 Modelação OO31 Aridade País (País) Canadá (Cidade) Ottawa nome: string Cidade (Projecto) contabilidade (Pessoa) Maria Santos diagrama de classes diagrama de instâncias nome: string (País) França (Cidade) Paris (País) Senegal (Cidade) Dakar Tem-capital ProjectoLinguagem Pessoa (Projecto) CAD (Linguagem) COBOL (Linguagem) C associações binária e ternária ordem superior rara nome da associação optativo ligação ternária é facto atómico e indivisível

33 Modelação OO32 Multiplicidade Recta ( Recta ) L1 (Ponto) P1 nome Ponto nome ( Recta ) L2 (Ponto) P2 ( Recta ) L3 ( Recta ) L4 Cruza ( Recta ) L5 P1 P2 L3 L1 L2 L4 L5 diagrama de classes diagrama de instâncias amostra de dados Tem-capital é uma associação um-para-um, i.e., "cada País têm uma só Capital " e "cada Capital administra um só País" Cruza é uma associação muitos-para- muitos (2+ quer dizer que cada Ponto é o cruzamento de, pelo menos, duas rectas) multiplicidade metida só numa segunda fase; expõe pressupostos escondidos no modelo; pode ser qualquer intervalo 0 ou mais (muitos) 0 ou 1 (optativo) exactamente 1 2+

34 Modelação OO33 Importância qmultiplicidade subestimar restringe a flexibilidade da aplicação sobreestimar dá sobrecarga no uso e perda de informação semântica qordem superior notação de bola cheia/vazia ambígua qassociações importantes para modelos LP como para BD ou problemas do mundo real não pertencem a uma única classe portanto, não violam o encapsulamento da informação em classes incapacidade de lidar com associações em pé de igualdade com as classes leva a modelos com pressupostos escondidos qtécnica de implementação (com apontadores ou não) deve ser adiada até às últimas fases de projecto

35 Modelação OO34 Atributos das ligações Atributo - propriedade dos objectos numa classe. Atributo de ligação - propriedade das ligações numa associação. Atributo - propriedade dos objectos numa classe. Atributo de ligação - propriedade das ligações numa associação. FicheiroUtilizador Acessível por permissão /etc/termcap(read)João Silva /etc/termcap(read-write)Maria Santos /usr/silva/.login(read-write)João Silva cada atributo de ligação tem um valor em cada ligação notação realça a semelhança entre os atributos dos objectos e das ligações numa associação muitos-para-muitos não faz sentido pôr o atributo de ligação em nenhum dos objectos idnome

36 Modelação OO35 Associações muitos-para-um PessoaEmpresa Trabalha para salário cargo nome bi morada nome morada Chefia avaliação trabalhador chefe a associação Chefia indica, para cada trabalhador, o seu chefe directo necessita de papéis nos ramos pois é recursiva cada chefe pode ter 0-ou-mais trabalhadores chefiados; cada empregado pode ter 0-ou-1 chefes (contempla o director-geral, que não tem chefe) nas associações muitos-para-um (ou um-para-um) é possível deslocar os atributos de ligação para o lado oposto a um, sem perda de informação; mas semanticamente tais atributos são de ligação (o salário e o cargo são da Pessoa na Empresa ) e aí devem permanecer por clareza e para permitir alterar a multiplicidade ?

37 Modelação OO36 Associação como classe UtilizadorWorkstation Autorizado em prioridade privilégios sessão Autorização Directório directório inicial generalização dos atributos de ligação: acrescentar operações de ligação e dar um nome Û modela-se a associação como uma classe as ligações ficam instâncias da classe útil quando se pretende que a associação participe noutras associações, ou que seja sujeita a operações

38 Modelação OO37 Papéis DirectórioUtilizador conteúdo continente dono utilizador autorizado Papel - um extremo de uma associação pode existir um nome do papel, que será único; se existirem nomes em todos os papéis, o nome da associação é dispensável nas associações binárias, o papel identifica o conjunto de objectos associado com um objecto no outro extremo [para um Directório quais os utilizadores autorizados ] funciona como um atributo derivado do objecto no outro extremo; permite atravessar a associação sem a mencionar [para um Directório qual o dono ]; substantivo na especificação relativamente a uma classe, os nomes dos papéis nos extremos afastados das respectivas associações devem ser únicos e diferentes dos atributos da classe nomes dos papéis necessários - se a associação envolver mais do que uma vez a mesma classe - para distinguir duas associações entre o mesmo par de classes casos simples: basta o nome da classe destino associações ternárias ou superiores: papéis não funcionam como atributos derivados

39 Modelação OO38 Ordenação DirectórioFicheiro admita-se que cada ficheiro só pode estar num directório a indicação {ordered} é um caso especial de restrição aplicada no lado muitos faz com que os objectos fiquem ordenados {ordered}

40 Modelação OO39 Qualificação DirectórioFicheiro nome ficheiro qassociação qualificada - caso particular de ternária, relaciona duas classes e um qualificador qqualificador - atributo especial que reduz a multiplicidade; distingue entre os objectos do lado muitos Directório + nome ficheiro identifica um ficheiro: reduz a um-para-um, neste caso (pode fazer só uma partição no resultado, sem reduzir para um) qvantagem: melhora o rigor semântico e aumenta a visibilidade dos caminhos de navegação

41 Modelação OO40 Agregação qrepresenta o relacionamento parte-todo ou é-parte-de entre componentes e montagem qforma de associação com semântica suplementar transitiva (se A é parte de B e B é parte de C, A é parte de C) anti-simétrica (se A é parte de B, então B não é parte de A) algumas propriedades da montagem propagam-se aos componentes, possivelmente modificadas - se não houver propagação, a agregação é inútil [a velocidade e a posição de um puxador são obtidas da porta de que aquele faz parte] o losango indica o lado da montagem DocumentoParágrafosFrases 1+

42 Modelação OO41 Agregação multinível Caixa sistema Processador Rato Memória Teclado Ventoínha Monitor Chassis Computador 1+ um Computador é constituído por um ou mais Monitores, uma Caixa de Sistema, um Rato optativo e um Teclado. A Caixa de Sistema por sua vez é constituída por um Chassis, um Processador, muitos chips de Memória e uma Ventoínha optativa. qagregação: uma classe de montagem + uma classe de componentes; vários componentes de tipos diferentes correspondem a várias agregações, que se podem desenhar juntas numa hierarquia qos componentes podem ou não ter existência autónoma

43 Modelação OO42 Generalização e herança Generalização - é o relacionamento entre uma classe (superclasse) e uma ou mais versões refinadas de si própria (subclasses). Herança - é o mecanismo pelo qual as propriedades (atributos e operações) da superclasse são partilhadas pelas subclasses. Generalização - é o relacionamento entre uma classe (superclasse) e uma ou mais versões refinadas de si própria (subclasses). Herança - é o mecanismo pelo qual as propriedades (atributos e operações) da superclasse são partilhadas pelas subclasses. qis-a : sinónimo de generalização, porque qualquer instância de uma subclasse é também instância da superclasse qtransitividade: ascendente e descendente; o estado de uma instância contém valores para todos os atributos de todas as classes ascendentes e são-lhe aplicáveis todas as operações dos ascendentes qespecialização significa que as subclasses podem adicionar os seus próprios atributos e operações (é a generalização vista das subclasses) qdiscriminador - atributo enumerado (tantos valores quantas as subclasses) que indica que propriedade de um objecto é abstraída por uma generalização particular (optativo)

44 Modelação OO43 Hierarquia Dimensão 1Dimensão 2 Círculo Dimensão 0 Figura côr centro espessura caneta mover seleccionar rodar mostrar orientação enchimento escalar encher orientação escalar diâmetro mostrar rodar Polígono lados vértices mostrar Spline pontos mostrar Arco raio ângulo mostrar Linha extremos mostrar Ponto mostrar dimensionalidade

45 Modelação OO44 Uso da generalização qevitar hierarquias muito profundas (até 3 ou 4 níveis) qgeneralização: modelação conceptual - estrutura as classes, evidencia o que é comum e o que é distinto e reduz o número de aspectos diferentes implementação - promove a reutilização de código qrevogação (overriding) - forma de criar excepções ao mecanismo de herança através da redefinição de uma propriedade de uma superclasse; a definição mais específica impõe- se especificar comportamento que depende da subclasse [ mostrar ] restringir uma especificação melhorar a eficiência [ rodar em Círculo ] qa redefinição deve manter a assinatura quma subclasse é um caso especial da superclasse - má prática ir buscar uma classe parecida para modificar, ignorando certas partes, se a resultante não for efectivamente subclasse

46 Modelação OO45 Agrupamento qMódulo - vista que combina classes, associações e generalizações, segundo uma determinada perspectiva construção lógica, mas de fronteiras arbitrárias nível de empacotamento entre as classes e o modelo completo indicar o nome do módulo ao cimo de cada folha habitualmente a densidade de ligações inter-módulos é inferior à densidade intra- módulo qFolha - partição de um módulo correspondente a uma folha física não é uma construção lógica, mas apenas notacional no máximo um módulo por folha; pode haver módulos que ocupem várias folhas associações e generalizações aparecem só numa folha; classes podem aparecer em várias (indicar, junto às classes partilhadas, as referências das folhas em que ocorrem)

47 Modelação OO46 Expressões aritméticas Termo Variável nome ExpressãoConstante operador binvalor (X+ Y/2)/(X/3 + Y) (Expressão) / (Expressão) + (Expressão) + (Expressão) / (Constante) 3 (Variável) X (Expressão) / (Variável) Y (Constante) 2 1º op 2º op 1º op 2º op

48 Modelação OO47 Agregação versus associação Agregação - forma de associação com semântica mais forte em que um objecto agregado é feito de componentes (part-of). O agregado é semanticamente uma extensão de objecto, tratado como uma unidade em muitas operações. dois objectos habitualmente vistos como independentes, embora frequentemente ligados Û associação qtestes para decidir pela agregação usa-se a expressão parte de? algumas operações no todo são automaticamente aplicadas às partes? alguns valores de atributos são propagados às partes? há uma assimetria na associação, em que uma classe é subordinada de outra? qopção é matéria de discernimento do analista EmpresaDivisãoDepartamento Pessoa uma empresa não é um agregado de pessoas, pois ambos são objectos independentes

49 Modelação OO48 Agregação versus generalização qagregação relaciona objectos, distintos entre si, em que um é parte do outro (part-of) árvore de agregação é constituída por objectos que são parte de um objecto composto qgeneralização relaciona classes e é uma forma de estruturar a descrição de um único objecto, que é simultaneamente instância da superclasse e da subclasse (is-a) árvore de generalização é constituída por classes que descrevem um objecto Incandescente Base Fluorescente Lâmpada TampaInterruptorFios BalastroEncaixeArrancadorSuporte

50 Modelação OO49 Tipos de agregação qagregado fixo - estrutura fixa; número e tipo de subpartes prédefinidos [lâmpada] qagregado variável - número de níveis finito; número de componentes variável [empresa] qagregado recursivo - contém directa ou indirectamente uma instância do mesmo tipo do agregado; número de níveis potencialmente infinito [expressão] qsuperclasse e duas subclasses - uma para os nós intermédios e que é uma agregação de instâncias da superclasse - outra para os nós terminais do agregado qpropagação - aplicação automática de uma operação a uma rede de objectos, quando a operação é aplicada a um objecto inicial (através de agregações ou associações; dirigida) qaplicação profunda - aplicar a toda a rede aplicação superficial - aplicar ao objecto inicial, mas não aos componentes propagação - aplicação controlada, a vários níveis, entre aqueles casos extremos [copiar um documento: copia-se a ligação ao dono, mas não se copia o dono] DocumentoParágrafoPessoaCarácter copiar dono copiar

51 Modelação OO50 Classes abstractas Classe abstracta - classe sem instâncias directas, mas cujas classes descendentes possuem instâncias directas. Classe concreta - classe com instâncias directas. Classe abstracta - classe sem instâncias directas, mas cujas classes descendentes possuem instâncias directas. Classe concreta - classe com instâncias directas. quma classe concreta pode ter subclasses abstractas; estas têm que ter subclasses concretas só classes concretas podem ser folhas nas árvores de generalização PadeiroMineiro Trabalhador ? Trabalhador pode ser uma classe concreta se existirem trabalhadores indiferenciados as reticências indicam que há subclasses não mencionadas qclasses abstractas organizam propriedades comuns a várias classes criar superclasse abstracta para encapsular classes que participam na mesma associação [requisição de livros e de revistas] algumas classes abstractas aparecem logo no domínio da aplicação; outras são introduzidas mais tarde para promover a reutilização

52 Modelação OO51 Operações abstractas AssalariadoEmpregado horário Empregado rendimento acumulado calcular pagamento {abstracta} taxa horária taxa extraordinária calcular pagamento taxa semanal calcular pagamento Permanente taxa mensal calcular pagamento Empregado é classe abstracta - cada empregado tem que estar numa das três subclasses qOperação abstracta - protocolo definido mas sem se fornecer um método (só faz sentido numa classe abstracta; nas concretas, todos os métodos estão definidos) qNotação : comentário entre chavetas qclasse original de uma propriedade - classe mais geral que lhe define o protocolo; as descendentes podem restringir tipos e revogar métodos, mas não expandir o protocolo

53 Modelação OO52 Formas de generalização qinstância de uma classe é instância de todas as suas superclasses: recebe todos os seus atributos e aplicam-se-lhe as suas operações (pode reimplementar métodos, mas sem alterar o protocolo externo) extensão - subclasse pode adicionar novas propriedades [ Empregado ] reduzir o número de instâncias, aumenta o número de operações aplicáveis qrestrição - subclasse pode impôr restrições nos atributos herdados (limita os valores que as instâncias podem tomar) [um círculo é-uma elipse em que os dois eixos são iguais; operações de escalar x e y não são independentes para os círculos] propriedades herdadas podem ser renomeadas numa restrição [eixos diâmetro] uma classe pode não herdar todas as operações das suas generalizações (decisão do analista, com a tecnologia actual) -a classe Círculo deve suprimir a operação de escalar desigual um objecto declarado elipse não é obrigado a permanecer um círculo mesmo que os seus eixos sejam temporariamente iguais -i.e., no sistema podem existir círculos que não são Círculo, o que é desagradável do ponto de vista de pesquisa declarativa

54 Modelação OO53 Pertença a uma classe implícita por regra - define a condição de pertença - todos os objectos que satisfaçam a condição pertencem à classe [objectos imutáveis da matemática] - pertença à classe derivada dos valores dos atributos explícita por enumeração - objectos discretos sabem explicitamente a que classe pertencem, independentemente de os valores dos atributos mudarem (pode gerar incoerências) pertença à classe derivada da identidade do objecto -operações que invalidem restrições de pertença à classe devem ser proibidas por razões semânticas

55 Modelação OO54 Revogação quso da herança: tipos de dados abstractos versus partilha de implementação; problemas quando a revogação altera substancialmente um método em vez de só o refinar qrevogação para extensão - novo método reutiliza o herdado acrescentando comportamento [método para desenhar JanelaComEtiqueta desenha Janela e acrescenta a etiqueta] restrição - novo método restringe o protocolo, limitando os tipos dos argumentos, para manter a operação fechada na subclasse [superclasse Conjunto, operação adiciona(Object) ; subclasse ConjuntoInteiro, operação adiciona(Integer) ] optimização - implementação tira partido da especialização para obter maior eficiência, mantendo o protocolo conveniência - construir uma nova classe a partir de uma parecida em termos de implementação e revogando os métodos inconvenientes -semanticamente errado pois a subclasse não tem ligação inerente à superclasse problemas de manutenção

56 Modelação OO55 Partilha de implementação Classe NovaClasse Abstracta NovaClasseClasse ? melhor parar evitar a herança ad-hoc -preferível factorizar os aspectos comuns da classe original e da pretendida numa classe abstracta e fazer desta superclasse comum

57 Modelação OO56 Regras para a herança qAdesão a estas regras leva a software mais fácil de entender e estender e menos sujeito a erros por descuido qRegras semânticas para a herança todas as perguntas são herdadas por todas as subclasses todas as operações de actualização são herdadas por todas as extensões operações de actualização que afectem atributos ou associações restrictos são bloqueadas na restrição as revogações não podem alterar substancialmente os métodos; métodos para a mesma operação têm o mesmo protocolo operações herdadas podem ser refinadas com comportamento adicional A implementação e o uso de muitas linguagens OO violam estes princípios

58 Modelação OO57 Herança múltipla Veículo aquático Veículo terrestre Veículo AnfíbioCarroBarco qclasse de junção - classe com mais do que uma superclasse qpropriedades de um ascendente obtidas por mais do que um caminho são herdadas uma só vez qevitar definições paralelas que conduzam a ambiguidades nas classes de junção cada generalização deve ser feita sobre uma só propriedade [ meio em que um veículo se desloca] refinar em várias dimensões independentes usar generalização múltipla Generalização múltipla - permite a uma classe ter várias superclasses, e herdar propriedades de todas; i.e. combinar informação de várias fontes s subclasses disjuntas subclasses sobrepostas classe de junção qnenhuma classe pode herdar de duas classes na mesma generalização disjunta (se for de uma generalização sobreposta, ou de generalizações diferentes, já pode)

59 Modelação OO58 Herança múltipla acidental EstudanteDocente Universitário Monitor Pessoa s Pessoal Monitor é um Estudante que colabora na Docência. (classe de junção) um Docente da FEUP que é Estudante de Filosofia? acontece haver uma instância que pertence simultaneamente a duas classes sobrepostas não se justifica criar uma classe de junção artificial para este caso. solução: considerar Pessoa como um objecto composto de vários objectos Universitário em vez de herança, delegação perda da identidade entre os vários papéis

60 Modelação OO59 Herança simples qherança simples - uma só superclasse, hierarquia é uma árvore qdelegação - mecanismo de implementação pelo qual um objecto faz seguir uma operação para outro objecto, para execução qcomo contornar a falta de herança múltipla: delegação com agregação dos vários papéis -nem todas as classes de junção terão que ser explicictamente criadas herdar a classe mais importante e delegar o resto -a classe de junção é uma agregação das outras subclasses generalização encaixada -factorizar primeiro uma generalização, depois as outras -preserva herança, mas duplica código

61 Modelação OO60 Meta-informação Meta-dados - dados que descrevem outros dados qa definição de uma classe é meta-informação. os modelos são inerentemente meta-informação qum SGBD relacional contém meta-dados, sobre as tabelas tabela de dados: Tokyo é capital do Japão; Bangcock, a da Tailândia, etc. tabela de meta-dados: registar o facto de a uma cidade, corresponder uma capital -a tabela que contém o nome de todas as tabelas existentes, tem uma linha para ela própria q instanciação - relacionamento entre a classe e o conjunto de objectos que descreve (notação a ponteado) pouco utilizado porque normalmente não se representam no mesmo diagrama objectos e as respectivas classes a não ser quando se tratam as classes como objectos, para as poder manipular (interpretadores, ferramentas de modelação) ou se representam entidades reais que são meta-dados para outras entidades

62 Modelação OO61 Instanciação qrepresentar carros e respectivos modelos, proprietários e fabricantes seria possível criar directamente uma classe para descrever cada tipo de carro, mas estão sempre a aparecer novos modelos cada instância da classe Modelo tem os seus atributos e associações e descreve o conjunto dos carros desse modelo (espécie de classe) cada carro recebe os atributos gerais do modelo, mais os seus próprios atributos ? Modelo é um padrão (meta-dado) dos objectos/classes Carro ModeloCarro Fabricante nome ano preço base #série côr opções CompanhiaPessoa Proprietário Pessoa nome idade peso (Pessoa) João Silva (Pessoa) Maria Santos 52 60

63 Modelação OO62 Meta-classes qas classes podem ser vistas como objectos, meta-objectos (descritores de classe) qesses objectos têm propriedades (indicados com $) e são instâncias das suas próprias classes, as meta-classes qatributo de classe - descreve valor comum à classe; não valores particulares de cada instância valores por omissão na criação de objectos informação sobre o conjunto das instâncias qoperação de classe - operação sobre a classe criação de instâncias análise da estrutura da classe estatísticas sobre as instâncias tamanho: Rectângulo visível: Booleano $todas-janelas: Set[Janela] $tamanho-omissão: Rectângulo mostra $nova-janela $janela-prioritária Janela

64 Modelação OO63 Chaves de associações qChave candidata - conjunto minimal de atributos que identifica univocamente um objecto ou uma ligação minimal - não é possível retirar um atributo e o que fica ser uma chave podem existir várias chaves candidatas alternativas (o identificador do objecto é sempre uma chave) qAssociações binárias noções de multiplicidade e de chave candidata são quase equivalentes -muitos-muitos: exige ambos os objectos para identificar cada ligação -muitos-um: chave candidata única, a do objecto do lado muitos -um-um: duas chaves candidatas, qualquer dos objectos ligados Pessoa Empresa {Chave candidata: (pessoa, empresa)} Pessoa Empresa {Chave candidata: (pessoa)} País Cidade {Chaves candidatas: (país), (cidade)} Tem-acçõesTrabalhaCapital

65 Modelação OO64 Associações n-árias qnotação de multiplicidade das associações é ambígua para não binárias qAssociações ternárias exemplo Pessoa-Projecto-Linguagem : chave da associação com os três objectos da ligação noutros casos podem bastar dois objectos analisar uma instância pode ajudar a inferir quais as chaves candidatas, mas a decisão é do analista chaves são restrições nas instâncias válidas; pode-se verificar a conformidade da instância com as declarações de chaves EstudanteUniversidade Professor {Chave candidata: (estudante, universidade)} EstudanteProfessorUniversidade MariaSimõesPorto MariaAguiarMinho SusanaSimõesMinho SusanaSimõesPorto JoãoCostaCoimbra Um estudante, numa universidade tem um e um só supervisor.

66 Modelação OO65 Restrições qRestrição - é um relacionamento funcional entre entidades de um modelo de objectos entidade - objecto, classe, atributo, ligação, ou associação as restrições limitam os valores que as entidades podem assumir Empregado salário Chefe {salário chefe.salário} Janela largura altura {0.8 <= altura/largura <= 1.5} Tarefa prioridade {prioridade nunca aumenta} a própria estrutura do modelo impõe restrições a qualidade do modelo está na quantidade de restrições relevantes que consegue modelizar implicitamente as restrições no modelo de objectos são sempre simples; as complicadas vão para o funcional privilegiar a escrita declarativa (passagem a procedimental para implementar automática) inevitável uma percentagem em linguagem natural

67 Modelação OO66 Restrições genéricas qNotação: delimitar por chavetas; junto à entidade restringida; linha ponteada a ligar entidades envolvidas na restrição; seta a ligar a entidade restrita àquela de que depende (caso da instanciação) qse uma restrição ligar a muitas entidades, mais vale não riscar o diagrama outros exemplos de restrição: {ordenado}, {subconjunto} qEntidades derivadas - são entidades completamente determinadas pelo resto do diagrama através de uma restrição têm interesse quando correspondem a conceitos do domínio do problema notação - com um traço oblíquo MáquinaMontagem Offset Componente offset Offset total {offset = montagem-máquina.offset + componente-montagem.offset}


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