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Conceptos de la orientación a objetos
Introducción
El objetivo del presente capítulo es describir los diferentes conceptos y principios de la orientación a objetos en los que se basa el lenguaje UML. Conocerlos resulta indispensable para comprender los elementos utilizados en los diagramas UML que abordaremos en los capítulos siguientes.
En primer lugar, examinaremos el concepto de objeto y después veremos cómo modelarlo en UML por abstracción.
Introduciremos la noción de clases, representación común de un conjunto de objetos similares.
Hablaremos después del principio de encapsulación, ocultación de informaciones internas y propias del funcionamiento del objeto.
Describiremos las relaciones de especialización y de generalización que introducen las jerarquías de clases, la herencia, las clases concretas y abstractas y, posteriormente, abordaremos el polimorfismo, consecuencia directa de la especialización.
Finalmente trataremos la composición de objetos para concluir con una noción más específica de UML, la especialización de los elementos del diagrama a través de los estereotipos.
El objeto
Un objeto es una entidad identificable del mundo real. Puede tener una existencia física (un caballo, un libro) o no tenerla (un texto de ley). Identificable significa que el objeto se puede designar.
Ejemplo
Mi yegua Jorgelina
Mi libro sobre UML
El artículo 293B del código de impuestos En UML todo objeto posee un conjunto de atributos (estructura) y un conjunto de métodos (comportamiento). Un atributo es una variable destinada a recibir un valor. Un método es un conjunto de instrucciones que toman unos valores de entrada y modifican los valores de los atributos o producen un resultado.
Incluso los objetos estáticos del mundo real son percibidos siempre como dinámicos. Así, en UML, un libro se percibe como un objeto capaz de abrirse él mismo en una página determinada.
Todo sistema concebido en UML está compuesto por objetos que interactúan entre sí y realizan operaciones propias de su comportamiento.
Ejemplo
Una manada de caballos es un sistema de objetos que interactúa entre sí, cada objeto posee su propio comportamiento.
De esta forma, el comportamiento global de un sistema se reparte entre los diferentes objetos. En nuestro ejemplo bastará con hacer un paralelismo con el mundo real para comprenderlo.
La abstracción
La abstracción es un principio muy importante en modelado. Consiste en tener en cuenta únicamente las propiedades pertinentes de un objeto para un problema concreto. Los objetos utilizados en UML son abstracciones del mundo real.
Ejemplo
Si nos interesamos por los caballos en su actividad de carrera, las propiedades aptitud, velocidad, edad, equilibrio mental y casta de origen son pertinentes para dicha actividad y se tienen en cuenta.
Si nos interesamos por los caballos en su actividad de bestia de tiro, las propiedades edad, tamaño, fuerza y corpulencia son pertinentes para dicha actividad y se tienen en cuenta.
La abstracción es una simplificación indispensable para el proceso de modelado. Un objeto UML es una abstracción del objeto del mundo real de acuerdo con las necesidades del sistema de la que sólo se tienen en cuenta los elementos esenciales.
Clases de objetos
Un conjunto de objetos similares, es decir, con la misma estructura y comportamiento, y constituidos por los mismos atributos y métodos, forma una clase de objetos. La estructura y el comportamiento pueden entonces definirse en común en el ámbito de la clase.
Todos los objetos de una clase, llamada también instancia de clase, se distinguen por tener una identidad propia y sus atributos les confieren valores específicos.
Ejemplo
El conjunto de caballos constituye la clase Caballo, que posee la estructura y el comportamiento descritos en la figura 3.1.
Figura 3.1 - La clase Caballo
El caballo Jorgelina es una instancia de la clase Caballo cuyos atributos y valores se ilustran en la figura 3.2.
Figura 3.2 - La instancia Jorgelina
El nombre de las clases se escribe en singular y está formado por un nombre precedido o seguido por uno o varios adjetivos que lo califican. Dicho nombre es revelador de los objetos que forman la clase.
Encapsulación
La encapsulación consiste en ocultar los atributos y métodos del objeto a otros objetos. En efecto, algunos atributos y métodos tienen como único objetivo tratamientos internos del objeto y no deben estar expuestos a los objetos exteriores. Una vez encapsulados, pasan a denominarse atributos y métodos privados del objeto.
La encapsulación es una abstracción, ya que se simplifica la representación del objeto con relación a los objetos externos. Esta representación simplificada está formada por atributos y métodos públicos del objeto.
La definición de encapsulación se realiza en el ámbito de la clase. Los objetos externos a un objeto son, por tanto, las instancias de las demás clases.
Ejemplo
Al correr, un caballo realiza diferentes movimientos como levantar las patas, levantar la cabeza o levantar la cola. Esos movimientos son internos al funcionamiento del animal y no tienen por qué ser conocidos en el exterior. Son métodos privados. Las operaciones acceden a una parte interna del caballo: sus músculos, su cerebro y su vista. La parte interna se representa en forma de atributos privados. El conjunto de atributos y métodos se ilustra en la figura 3.3.
Figura 3.3 - La clase Caballo detallada
En la notación UML, los atributos y métodos públicos aparecen precedidos del signo más...
Especialización y generalización
Una clase de objetos puede introducirse de manera independiente a las demás clases o bien definirse como subconjunto de alguna otra clase, este subconjunto debería constituir siempre un conjunto de objetos similares.
Hablamos entonces de subclases de otras clases que, por tanto, constituyen especializaciones de esas otras clases.
Ejemplo
La clase de los caballos es una subclase de la clase de los mamíferos.
La generalización es la relación inversa a la especialización. Si una clase es una especialización de otra clase, ésta última es una generalización de la primera. Es su superclase.
Ejemplo
La clase de los mamíferos es una superclase de la clase de los caballos.
La relación de especialización puede aplicarse a varios niveles, dando lugar a la jerarquía de clases.
Ejemplo
La clase de los caballos es una subclase de la clase de los mamíferos, ella misma subclase de la clase de los animales. La clase de los perros es otra subclase de la clase de los mamíferos. La jerarquía de clases correspondiente aparece representada en la figura 3.4.
Figura 3.4 - Jerarquía de clases
Herencia
La herencia es la propiedad que hace que una subclase se beneficie de la estructura y el comportamiento de su superclase. La herencia deriva del hecho de que las subclases son subconjuntos de las superclases. Sus instancias son asimismo instancias de la superclase y, por consiguiente, además de la estructura y el comportamiento introducidos en la subclase, se benefician también de la estructura y comportamiento definidos por la superclase.
Ejemplo
Tomamos un sistema en el que la clase Caballo es una subclase directa de la clase Animal. El caballo se describe entonces mediante la combinación de la estructura y del comportamiento derivados de las clases Caballo y Animal, es decir, mediante los atributos edad, tamaño, peso, nombre y casta así como los métodos comer y correr. Esta herencia se ilustra en la figura 3.5.
Figura 3.5 - Herencia
La herencia es una consecuencia de la especialización. Sin embargo, los informáticos emplean mucho más a menudo el término hereda que especializa para designar la relación entre una subclase y su superclase.
Clases abstractas y concretas
Si examinamos la jerarquía presentada en la figura 3.4 vemos que en ella existen dos tipos de clases:
-
Las clases que poseen instancias, es decir, las clases Caballo y Perro, llamadas clases concretas.
-
Las clases que no poseen directamente instancias, como la clase Animal. En efecto, si bien en el mundo real existen caballos, perros, etc., el concepto de animal propiamente dicho continuá siendo abstracto. No basta para definir completamente un animal. La clase Animal se llama clase abstracta.
La finalidad de las clases abstractas es poseer subclases concretas y sirven para factorizar atributos y métodos comunes a las subclases.
Ejemplo
La figura 3.6 retoma la jerarquía detallando las clases abstractas y las clases concretas. En UML, el nombre de las clases abstractas se escribe en cursiva.
Figura 3.6 - Clases abstractas y clases concretas
Polimorfismo
El polimorfismo significa que una clase (generalmente abstracta) representa un conjunto formado por objetos diferentes, ya que éstos son instancias de subclases diferentes. Cuando se llama a un método del mismo nombre, esta diferencia se traduce en comportamientos distintos (excepto en los casos en los que el método es común y las subclases lo han heredado de la superclase).
Ejemplo
Tomemos la jerarquía de clases ilustrada en la figura 3.7. El método acariciar tiene un comportamiento diferente según si el caballo es una instancia de CaballoSalvaje o de CaballoDomesticado. En el primer caso, el comportamiento será un rechazo (que se traducirá en un encabritamiento) mientras que, en el segundo, el comportamiento será una aceptación.
Si consideramos la clase Caballo en su totalidad, tenemos un conjunto de caballos que reaccionan de distinta manera al activarse el método acariciar.
Figura 3.7 - Polimorfismo
Composición
Un objeto puede ser complejo y estar compuesto por otros objetos. La asociación que une a estos objetos es la composición, que se define a nivel de sus clases, pero cuyos vínculos se establecen entre las instancias de las clases. Los objetos que forman el objeto compuesto se denominan componentes.
Ejemplo
Un caballo es un ejemplo de objeto complejo. Está formado por diferentes órganos (patas, cabeza, etc.). La representación gráfica de esta composición puede verse en la figura 3.8.
Figura 3.8 - Composición
La composición puede adoptar dos formas:
-
composición débil o agregación;
-
composición fuerte.
En la composición débil, los componentes pueden ser compartidos por varios objetos complejos. En la composición fuerte, los componentes no pueden compartirse y la destrucción del objeto compuesto conlleva la destrucción de sus componentes.
Ejemplo
Si retomamos el ejemplo precedente con el supuesto de un caballo de carreras enjaezado y añadimos a sus componentes una silla, obtenemos:
-
Una composición fuerte para las patas y la cabeza. Efectivamente, las patas y la cabeza no pueden compartirse y la desaparición del caballo conlleva la desaparición de sus órganos.
-
Una agregación o composición débil para la silla.
Todo ello se ilustra en la figura 3.9.
Figura 3.9 - Composición...
La especialización de los elementos: la noción de estereotipo en UML
En el presente capítulo, hemos abordado los conceptos relativos a la orientación a objetos. Ahora introduciremos los estereotipos de UML cuya finalidad es especializar dichos conceptos.
Los estereotipos están formados por palabras clave que explicitan la especialización. Estas palabras clave aparecen entre comillas.
La especialización se realiza independientemente del sistema que se desee modelar.
Ejemplo
El concepto de clase abstracta es un concepto especializado del concepto de clase. Hemos visto que una clase abstracta se representa como una clase con un nombre en cursiva. Esta representación gráfica incluye un estereotipo implícito, pero también podemos prescindir de poner el nombre de la clase en cursiva y precisar de forma explícita el estereotipo «abstract».
Presentamos el estereotipo explícito en la figura 3.10. Éste puede emplearse al escribir a mano diagramas UML.
Figura 3.10 - Estereotipo explícito «abstract»
El esquema es equivalente al de la figura 3.11, ya introducido en la figura 3.6.
Figura 3.11 - Estereotipo implícito «abstract»
Conclusión
La orientación a objetos constituye la base del UML. Ésta está formada por conceptos (objetos, clases, especialización, composición) y principios (abstracción, encapsulación). Estos elementos hacen de la orientación a objetos un soporte real para el modelado de sistemas complejos y para la programación de los mismos, más allá de UML.
En los capítulos siguientes, veremos cómo los diferentes diagramas de UML se apoyan en conceptos y principios propios de la orientación a objetos.