Fundamentos del Enfoque Orientado a Objetos

Características del Enfoque Orientado a Objetos

       El Enfoque Orientado a Objeto se basa en cuatro principios que constituyen la base de todo desarrollo orientado a objetos. Estos principios son: la Abstracción, el Encapsulamiento, la Modularidad y la Herencia.

1. Abstracción

             Es el principio de ignorar aquellos aspectos de un fenómeno observado que no son relevantes, con el objetivo de concentrarse en aquellos que si lo son. Una abstracción denota las características esenciales de un objeto (datos y operaciones), que lo distingue de otras clases de objetos. Decidir el conjunto correcto de abstracciones de un determinado dominio, es el problema central del diseño orientado a objetos.

       Los mecanismos de abstracción son usados en el EOO para extraer y definir del medio a modelar, sus características y su comportamiento. Dentro del EOO son muy usados mecanismos de abstracción: la Generalización, la Agregación y la clasificación.

• La generalización es el mecanismo de abstracción mediante el cual un conjunto de clases de objetos son agrupados en una clase de nivel superior (Superclase), donde las semejanzas de las clases constituyentes (Subclases) son enfatizadas, y las diferencias entre ellas son ignoradas. En consecuencia, a través de la generalización, la superclase almacena datos generales de las subclases, y las subclases almacenan sólo datos particulares.La especialización es lo contrario de la generalización

• La agregación es el mecanismo de abstracción por el cual una clase de objeto es definida a partir de sus partes. Mediante la agregación se puede definir por ejemplo un computador, por descomponerse en: la CPU, la ULA, la memoria y los dispositivos periféricos. El contrario de agregación es la descomposición.

• La clasificación consiste en la definición de una clase a partir de un conjunto de objetos que tienen un comportamiento similar. La ejemplificación es lo contrario a la clasificación, y corresponde a la instanciación de una clase.

 2. Encapsulamiento

          Es la propiedad del EOO que permite ocultar al mundo exterior la representación interna del objeto. Esto quiere decir que el objeto puede ser utilizado, pero los datos esenciales del mismo no son conocidos fuera de él. La idea central del encapsulamiento es esconder los detalles y mostrar lo relevante. Permite el ocultamiento de la información separando el aspecto correspondiente a la especificación de la implementación; de esta forma, distingue el "qué hacer" del "cómo hacer". La especificación es visible al usuario, mientras que la implementación se le oculta. El encapsulamiento en un sistema orientado a objeto se representa en cada clase u objeto, definiendo sus atributos y métodos con los siguientes modos de acceso: 

• Público (+): Atributos o Métodos que son accesibles fuera de la clase.
• Privado (-): Atributos o Métodos que solo son accesibles dentro de la implementación de la clase.
• Protegido (#): Atributos o Métodos que son accesibles para la propia clase y sus clases hijas (subclases).

              Los atributos y los métodos que son públicos constituyen la interfaz de la clase, es decir, lo que el mundo exterior conoce de la misma.Normalmente lo usual es que se oculten los atributos de la clase y solo sean visibles los métodos, incluyendo entonces algunos de consulta para ver los valores de los atributos.

3. Modularidad

Es la propiedad que permite tener independencia entre las diferentes partes de un sistema. La modularidad consiste en dividir un programa en módulos o partes, que pueden ser compilados separadamente, pero que tienen conexiones con otros módulos.

4. Herencia

Es el proceso mediante el cual un objeto de una clase adquiere propiedades definidas en otra clase que lo preceda en una jerarquía de clasificaciones. Permite la definición de un nuevo objeto a partir de otros, agregando las diferencias entre ellos (Programación Diferencial), evitando repetición de código y permitiendo la reusabilidad.

Las clases heredan los datos y métodos de la superclase. Un método heredado puede ser sustituido por uno propio si ambos tienen el mismo nombre. La herencia puede ser simple (cada clase tiene sólo una superclase) o múltiple (cada clase puede tener asociada varias superclases).

Aplicabilidad del Enfoque Orientado a Objetos 

Claridad

Al ligar de forma evidente la estructura de la información con los procedimientos que la manipulan, los programas ganan en claridad a la hora de desarrollarlos y mantenerlos. Esto supone una ventaja frente a los lenguajes procedurales, aunque éstos podrían suplir esta deficiencia mediante una correcta elección de los nombres de las variables y funciones, lo que se denomina una <<oportuna codificación>>.

Complejidad

Cuando la complejidad de un problema es abarcable por una sola persona, resolverlo con una herramienta u otra no aporta grandes ventajas. Pero cuando este desarrollo la tiene que realizar un equipo grande, debe existir una forma para aislar partes de problema.

En la realización de un sistema informático se utiliza un equipo de varias personas. El trabajo se divide en tres áreas funcionales: una parte del equipo se encarga del interface de usuario, otra de la manipulación de datos y, la última del diseño de salidas impresas.

Cada quipo utiliza funciones y datos suministrados por los otros miembros del equipo y a su vez diseña funciones para su uso interno y para el uso del resto de los grupos.

Tamaño

Las aplicaciones orientadas a objetos son ideales para la realización de programas de gran tamaño. Las facilidades de encapsulación y asociación de las funciones a los datos que manipulan, simplifican el proceso de desarrollo. De hecho las bases de datos orientadas a objetos suponen un gran adelanto, ya que aúnan la flexibilidad en la manipulación de los OOP con la capacidad de consulta de un DBMS (Data Base Management System)

Relación entre Datos

Este tipo de complejidad permite la utilización de todas las ventajas de los lenguajes de programación orientados a objetos. Propiedades como la herencia (donde los objetos pueden heredar estructura y operaciones de objetos predecesores), la encapsulación, etc. Muestran en este tipo de programas todas sus ventajas.

Rapidez

En este aspecto, los lenguajes orientados a objetos muestran una clara desventaja frente a otros lenguajes que se acercan más a las especificaciones de la máquina. Si la rapidez es crítica, puede elegir un lenguaje de programación como C++, que aporta toda la funcionalidad de los lenguajes orientados a objetos con la rapidez y la compatibilidad de C.

Gestión de recursos

Las aplicaciones orientadas a objetos demandan normalmente más recursos del sistema que las aplicaciones procedurales. La creación dinámica de objetos, que ocupa un lugar en la memoria del ordenador, puede acarrear graves problemas. Una de las soluciones, que incluye alguno de los lenguajes OOP, es liberar a menudo el espacio que los objetos dejan de utilizar.

Interface de usuario.

Es uno de los aspectos más importantes en la programación actual. La aparición de sistemas de explotación que soportan un interface gráfico de usuario como Windows, X-Windows o Presentation Manager hace que la mayoría de los usuarios prefieran que sus programas corran bajo este tipo de interface. Este es uno de los puntos fuertes para la elección de un lenguaje OOP. La mayoría de los interfaces gráficos actuales han sido diseñados o rediseñados en base a la OOP.

Componentes  fundamentales del Enfoque Orientado a Objetos.

Clase: Definiciones de las propiedades y comportamiento de un tipo de objeto concreto. La instanciación es la lctura de estas definiciones y la creación de un objeto a partir de ellas.

Herencia: (Por ejemplo, herencia de la clase C a la clase D) Es la facilidad mediante la cual la clase D hereda en ella cada uno de los atributos y operaciones de C, como si esos atributos y operaciones hubiesen sido definidos por la misma D. Por lo tanto, puede usar los mismos métodos y variables públicas declaradas en C. Los componentes registrados como "privados" también se heredan, pero como no pertenecen a la clase, se mantienen escondidos al programador y sólo pueden ser accedidos a través de otros métodos públicos.

Objeto: Entidad provista de un conjunto de propiedades o atributos (datos) y de comportamiento o funcionalidad (métodos) los mismos que consecuentemente reaccionan a eventos. Se corresponde con los objetos reales del mundo que nos rodea, o a objetos internos del sistema (del programa). Es una instancia a una clase.

Método: Algoritmo asociado a un objeto (o a una clase de objetos), cuya ejecución se desencadena tras la recepción de un "mensaje". Desde el punto de vista del comportamiento, es lo que el objeto puede hacer. Un método puede producir un cambio en las propiedades del objeto, o la generación de un "evento" con un nuevo mensaje para otro objeto del sistema.

Evento: Es un suceso en el sistema (tal como una interacción del usuario con la máquina, o un mensaje enviado por un objeto). El sistema maneja el evento enviando el mensaje adecuado al objeto pertinente. También es la reacción que puede desencadenar un objeto, es decir, la acción que genera.

Mensaje: Una comunicación dirigida a un objeto, que le ordena que ejecute uno de sus métodos con ciertos parámetros asociados al evento que lo generó.

Propiedad o atributo: Contenedor de un tipo de datos asociados a un objeto (o a una clase de objetos), que hace los datos visibles desde fuera del objeto y esto se define como sus características predeterminadas, y cuyo valor puede ser alterado por la ejecución de algún método.

Estado interno: Es una variable que se declara privada, que puede ser únicamente accedida y alterada por un método del objeto, y que se utiliza para indicar distintas situaciones posibles para el objeto (o clase de objetos). No es visible al programador que maneja una instancia de la clase.

Componentes de un objeto: Atributos, identidad, relaciones y métodos.

Identificación de un objeto: Un objeto se representa por medio de una tabla o entidad que esté compuesta por sus atributos y funciones correspondientes.

Tipos del Enfoque Orientado a Objetos

Jenkins y Glasgow observan que “la mayoría de los programadores trabajan en un lenguaje y utilizan sólo un estilo de programación. Ellos programan en un paradigma forzado por el lenguaje que utilizan.

No existe ningún estilo de programación idóneo para todas las clases de programación. La orientación a objetos se acopla a la simulación de situaciones del mundo real.

Reusabilidad de componentes.

Una vez que una clase ha sido escrita, creada y depurada, se puede distribuir a otros programadores para utilizar en sus propios programas. Esta propiedad se llama reusabilidad  o reutilización. Su concepto es similar a las funciones incluidas en las bibliotecas de funciones de un lenguaje procedimental como C que se pueden incorporar en diferentes programas. En C++, el concepto de herencia proporciona una extensión o ampliación al concepto de reusabilidad.

Un programador puede considerar una clase existente y sin modificarla, añadir competencias y propiedades adicionales a ella. Esto se consigue derivando una nueva clase de una ya existente. La facilidad de reutilizar o rehusar el software existente es uno de los grandes beneficios de la POO: muchas empresas consiguen con  la reutilización de clase en nuevos proyectos la reducción de los costes de inversión en sus presupuestos de programación.

Estándares en el Proceso de Desarrollo del Software

Un proceso de desarrollo de software tiene como propósito la producción eficaz y eficiente de un producto software que reúna los requisitos del cliente. Este proceso es intensamente intelectual, afectado por la creatividad y juicio de las personas involucradas. Aunque un proyecto de desarrollo de software es equiparable en muchos aspectos a cualquier otro proyecto de ingeniería, en el desarrollo de software hay una serie de desafíos adicionales, relativos esencialmente a la naturaleza del producto obtenido. A continuación se explican algunas particularidades asociadas al desarrollo de software y que influyen en su proceso de construcción.

Un producto software en sí es complejo, es prácticamente inviable conseguir un 100% de confiabilidad de un programa por pequeño que sea. Un producto software es intangible y por lo general muy abstracto, esto dificulta la definición del producto y sus requisitos, sobre todo cuando no se tiene precedentes en productos software similar. Esto hace que los requisitos sean difíciles de consolidar tempranamente. Así, los cambios en los requisitos son inevitables, no sólo después de entregado en producto sino también durante el proceso de desarrollo.

Actividades del proceso de desarrollo de software representados en el desarrollo en el Modelo cascada.

Hay algunos modelos más para representar este proceso.

Planificación

La importante tarea a la hora de crear un producto de software es obtener los requisitos o el análisis de los requisitos. Los clientes suelen tener una idea más bien abstracta del resultado final, pero no sobre las funciones que debería cumplir el software.

Una vez que se hayan recopilado los requisitos del cliente, se debe realizar un análisis del ámbito del desarrollo. Este documento se conoce como especificación funcional.

Implementación, pruebas y documentación

La implementación es parte del proceso en el que los ingenieros de software programan el código para el proyecto.

Las pruebas de software son parte esencial del proceso de desarrollo del software. Esta parte del proceso tiene la función de detectar los errores de software lo antes posible.

La documentación del diseño interno del software con el objetivo de facilitar su mejora y su mantenimiento se realiza a lo largo del proyecto. Esto puede incluir la documentación de un API, tanto interior como exterior.

Despliegue y mantenimiento

El despliegue comienza cuando el código ha sido suficientemente probado, ha sido aprobado para su liberación y ha sido distribuido en el entorno de producción.

Entrenamiento y soporte para el software es de suma importancia y algo que muchos desarrolladores de software descuidan. Los usuarios, por naturaleza, se oponen al cambio porque conlleva una cierta inseguridad, es por ello que es fundamental instruir de forma adecuada a los futuros usuarios del software.

El mantenimiento y mejora del software de un software con problemas recientemente desplegado puede requerir más tiempo que el desarrollo inicial del software. Es posible que haya que incorporar código que no se ajusta al diseño original con el objetivo de solucionar un problema o ampliar la funcionalidad para un cliente. Si los costes de mantenimiento son muy elevados puede que sea oportuno rediseñar el sistema para poder contener los costes de mantenimiento.

Proceso Unificado de Desarrollo (UP del inglés UnifiedProcess) Fases de desarrollo. Disciplinas.

El Proceso Unificado:  es dirigido por casos de uso.

     

Un sistema de software se crea para servir a sus usuarios. Por lo tanto, para construir un sistema exitoso se debe conocer qué es lo que quieren y necesitan los usuarios prospectos.

El término usuario se refiere no solamente a los usuarios humanos, sino a otros sistemas. En este contexto, el término usuario representa algo o alguien que interactúa con el sistema por desarrollar.

Un caso de uso es una pieza en la funcionalidad del sistema que le da al usuario un resultado de valor. Los casos de uso capturan los requerimientos funcionales. Todos los casos de uso juntos constituyen el modelo de casos de uso el cual describe la funcionalidad completa del sistema. Este modelo reemplaza la tradicional especificación funcional del sistema.

Una especificación funcional tradicional se concentra en responder la pregunta: ¿Qué se supone que el sistema debe hacer? La estrategia de casos de uso puede ser definida agregando tres palabras al final de la pregunta: ¿por cada usuario? Estas tres palabras tienen una implicación importante, nos fuerzan a pensar en términos del valor a los usuarios y no solamente en términos de las funciones que sería bueno que tuviera. Sin embargo, los casos de uso no son solamente una herramienta para especificar los requerimientos del sistema, también dirigen su diseño, implementación y pruebas, esto es, dirigen el proceso de desarrollo.

Aún y cuando los casos de uso dirigen el proceso, no son elegidos de manera aislada. Son desarrollados a la par con la arquitectura del sistema, esto es, los casos de uso dirigen la arquitectura del sistema y la arquitectura del sistema influencia la elección de los casos de uso. Por lo tanto, al arquitectura del sistema y los casos de uso maduran conforme avanza el ciclo de vida.

El Proceso Unificado: está centrado en la arquitectura

El papel del arquitecto de sistemas es similar en naturaleza al papel que el arquitecto desempeña en la construcción de edificios. El edificio se mira desde diferentes puntos de vista: estructura, servicios, plomería, electricidad, etc. Esto le permite al constructor ver una radiografía completa antes de empezar a construir. Similarmente, la arquitectura en un sistema de software es descrita como diferentes vistas del sistema que está siendo construido.

El concepto de arquitectura de software involucra los aspectos estáticos y dinámicos más significativos del sistema. La arquitectura surge de las necesidades de la empresa, tal y como las interpretan los usuarios y otros stakeholders, y tal y como están reflejadas en los casos de uso. Sin embargo, también está influenciada por muchos otros factores, tales como la plataforma de software en la que se ejecutará, la disponiblidad de componentes reutilizables, consideraciones de instalación, sistemas legados, requerimientos no funcionales (ej. desempeño, confiabilidad). La arquitectura es la vista del diseño completo con las características más importantes hechas más visibles y dejando los detalles de lado. Ya que lo importante depende en parte del criterio, el cual a su vez viene con la experiencia, el valor de la arquitectura depende del personal asignado a esta tarea. Sin embargo, el proceso ayuda al arquitecto a enfocarse en las metas correctas, tales como claridad (understandability), flexibilidad en los cambios futuros (resilience) y reuso.

¿Cómo se relacionan los casos de uso con la arquitectura? Cada producto tiene función y forma. Uno sólo de los dos no es suficiente. Estas dos fuerzas deben estar balanceadas para obtener un producto exitoso. En este caso función corresponde a los casos de uso y forma a la arquitectura. Existe la necesidad de intercalar entre casos de uso y arquitectura. Es un problema del “huevo y la gallina”. Por una parte, los casos de uso deben, cuando son realizados, acomodarse en la arquitectura. Por otra parte, la arquitectura debe proveer espacio para la realización de todos los casos de uso, hoy y en el futuro. En la realidad, ambos arquitectura y casos de uso deben evolucionar en paralelo.

El Proceso Unificado: es Iterativo e Incremental

Desarrollar un producto de software comercial es una tarea enorme que puede continuar por varios meses o años. Es práctico dividir el trabajo en pequeños pedazos o mini-proyectos. Cada mini-proyecto es una iteración que finaliza en un incremento. Las iteraciones se refieren a pasos en el flujo de trabajo, los incrementos se refieren a crecimiento en el producto. Para ser más efectivo, las iteraciones deben estar controladas, esto es, deben ser seleccionadas y llevadas a cabo de una manera planeada.

Los desarrolladores basan su selección de qué van a implementar en una iteración en dos factores. Primero, la iteración trata con un grupo de casos de uso que en conjunto extienden la usabilidad del producto. Segundo, la iteración trata con los riesgos más importantes. Las iteraciones sucesivas construyen los artefactos del desarrollo a partir del estado en el que fueron dejados en la iteración anterior.

En cada iteración, los desarrolladores identifican y especifican los casos de uso relevantes, crean el diseño usando la arquitectura como guía, implementan el diseño en componentes y verifican que los componentes satisfacen los casos de uso. Si una iteración cumple sus metas – y usualmente lo hace – el desarrollo continúa con la siguiente iteración. Cuando la iteración no cumple con sus metas, los desarrolladores deben revisar sus decisiones previas y probar un nuevo enfoque.

Características de los lenguajes del modelo

Clasificación: es la organización de métodos y datos de la misma estructura, además de su comportamiento. En éste caso se puede ver que una capa se encuentra compuesto por tipos como son punto, líneas, polilíneas y polígonos estos a su vez manejan atributos y métodos.

Generalización: es la capacidad que permite que un objeto especializado pueda ser substituido por un elemento de su super-clase. En este caso la sub-clase comparte la estructura y el comportamiento de la super-clase.

Asociación: Es un enlace que existe entre una clase y otra. Este enlace permite hacer una referencia hacia otras clases.

Agregación: es una propiedad que permite que se manejan objetos compuestos, los cuales a su vez son otros objetos. Es una relación parte-de donde al unirse forman el ensamblaje completo.

DIAGRAMAS

Un diagrama es la representación gráfica de un conjunto de elementos con sus relaciones. En concreto, un diagrama ofrece una vista del sistema a mode-lar. Para poder representar correctamente un sistema, UML ofrece una amplia variedad de diagramas para visualizar el sistema desde varias perspectivas. UML incluye los siguientes diagramas:

• Diagrama de casos de uso.

• Diagrama de clases.

• Diagrama de objetos.

• Diagrama de secuencia.

SÍMBOLOS O ELEMENTOS DE MODELO

Los conceptos utilizados en los diagramas son los elementos de modelo que representan conceptos comunes orientados a objetos, tales como clases, objetos y mensajes, y las relaciones entre estos conceptos incluyendo la asociación, dependencia y generalización. Un elemento de modelo es utilizado en varios diagramas diferentes, pero siempre tiene el mismo significado y simbología.

Herramientas CASE

Las herramientas CASE (Computer Aided Software Engineering, Ingeniería de Software Asistida por Computadora) son diversas aplicaciones informáticas destinadas a aumentar la productividad en el desarrollo de software reduciendo el costo de las mismas en términos de tiempo y de dinero. Estas herramientas nos pueden ayudar en todos los aspectos del ciclo de vida de desarrollo del software en tareas como el proceso de realizar un diseño del proyecto, cálculo de costos, implementación de parte del código automáticamente con el diseño dado, compilación automática, documentación o detección de errores entre otras, que analizaba la relación existente entre los requisitos de un problema y las necesidades que éstos generaban, el lenguaje en cuestión se denominaba PSL (Problem Statement Language) y la aplicación que ayudaba a buscar las necesidades de los diseñadores PSA (Problem Statement Analyzer).

Algunas Herramientas CASE.

No existe una única clasificación de herramientas CASE y, en ocasiones, es difícil incluirlas en una clase determinada. Podrían clasificarse atendiendo a:

- Las plataformas que soportan.

- Las fases del ciclo de vida del desarrollo de sistemas que cubren.

- La arquitectura de las aplicaciones que producen.

- Su funcionalidad.

CASE es una combinación de herramientas software (aplicaciones) y de metodologías de desarrollo:

1. Las herramientas permiten automatizar el proceso de desarrollo del software.

2. Las metodologías definen los procesos automatizar.

Una primera clasificación del CASE es considerando su amplitud:

TOOLKIT: es una colección de herramientas integradas que permiten automatizar un conjunto de tareas de algunas de las fases del ciclo de vida del sistema informático: Planificación estratégica, Análisis, Diseño, Generación de programas.

WORKBENCH: Son conjuntos integrados de herramientas que dan soporte a la automatización del proceso completo de desarrollo del sistema informático. Permiten cubrir el ciclo de vida completo. El producto final aportado por ellas es un sistema en código ejecutable y su documentación.

Una segunda clasificación es teniendo en cuenta las fases (y/o tareas) del ciclo de vida que automatizan:

UPPER CASE: Planificación estratégica, Requerimientos de Desarrollo Funcional de Planes Corporativos.

MIDDLE CASE: Análisis y Diseño.

LOWER CASE: Generación de código, test e implantación.