Progettazione Object-Oriented

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1 Progettazione Object-Oriented Generalità, Relazione fra OOA e OOD Concetti di base: Classi e Oggetti, Relazioni fra oggetti, Ereditarietà e Polimorfismo La specifica del Progetto: notazione UML Una metodologia di Progettazione: OMT 1 Generalità OOA (Object-Oriented Analysis) modella il dominio del problema in termini di astrazioni sui dati e loro relazioni OOD (Object-Oriented Design) modella la soluzione al problema Negli approcci OOAD (OOA + OOD), la rappresentazione della soluzione include buona parte del modello OOA la separazione fra OOA ed OOD è in questi casi sfumata la differenza principale è nel tipo di oggetti estratti dalle due 2 1

2 Relazione fra OOA e OOD Problema reale Analisi Rappresentazione del Problema Rappresentazione della Soluzione Progettazione 3 Differenze fra OOA e OOD Gli oggetti dell OOA hanno un significato nel dominio del problema (oggetti semantici) Nell OOD, gli oggetti identificati durante l analisi possono essere raffinati ed estesi pensando alla loro realizzazione e nuovi oggetti possono essere aggiunti (oggetti del dominio della soluzione) oggetti interfaccia: per gestire l interfaccia con l utente oggetti applicativi: per realizzare i meccanismi di controllo richiesti dalla logica dell applicazione oggetti di utilità: necessari per supportare i servizi degli oggetti semantici o per implementarli efficientemente (es. Liste, code, tabelle, ) 4 2

3 L aspetto dinamico e funzionale Ulteriori aspetti del modello (della soluzione o del problema) da prendere in considerazione, oltre all aspetto strutturale colto dal modello ad oggetti: una rappresentazione del comportamento dinamico del sistema (es. Use-case) una rappresentazione delle funzionalità offerte dal sistema una specifica di come gli output del sistema sono prodoti dai rispettivi input (es. DFD) 5 Concetti fondamentali dell OOD Oggetti ed Incapsulazione: oggetto come incapsulazione di dati e servizi usabili da oggetti clienti l interfaccia dell oggetto è l insieme dei servizi richiedibili ulteriori operazioni per uso interno e non facenti parte dell interfaccia L incapsulazione realizza il concetto di information hiding disciplina l accesso alla struttura dati dell oggetto garantendole l integrità La separazione fra interfaccia e implementazione facilita i cambiamenti futuri 6 3

4 Stato, Comportamento ed Identità di un oggetto Stato di un oggetto: definito dall insieme dei dati incapsulati nell oggetto (gli attributi) i cui valori ne rappresentano lo stato corrente lo stato persiste fintanto che l oggetto non è distrutto Comportamento di un oggetto: è il modo in cui un oggetto reagisce, in termini di cambiamento di stato, ai servizi ad esso richiesti, oppure che esso richiede ad altri oggetti lo stato corrente di un oggetto è funzione della sequenza di operazioni svolte su di esso Identità di un oggetto: ogni oggetto è un entità unica identificabile dal suo nome e con un proprio stato (es. Oggetti s1, s2 della classe Stack) 7 Classe La classe rappresenta un template che definisce l insieme delle proprietà per gli oggetti della classe. Ogni classe possiede: una interfaccia, che definisce quali parti di un oggetto della classe sono accessibili dall esterno e come un corpo, che implementa le operazioni dell interfaccia le variabili d istanza, che contengono lo stato di ogni oggetto della classe Ogni oggetto definisce una sua copia privata delle variabili d istanza, al momento della creazione Differisce dall ADT per l ereditarietà ed il Polimorfismo 8 4

5 Dichiarazione di una classe in C++ Tre tipi di dichiarazioni di dati e operazioni: Public (accessibili dall esterno della classe) Protected (accessibili dalla classe stessa e dalle sotto-classi derivate, oltre che dalle classi dichiarate friend) Private(accessibili dalle classi dichiarate friend) L interfaccia della classe consiste in tutto ciò che è stato dichiarato public All atto della dichiarazione di un oggetto della classe viene eseguito il costruttore della classe 9 Class NomeClasse { public: // costruttori // distruttore // operatori // modificatori // selettori protected: // variabili di istanza // funzioni di supporto private: }; // variabili di istanza // funzioni di supporto // friends Un esempio 10 5

6 Dichiarazione di oggetti in C++ Dichiarazione statica NomeClasse unoggetto; unoggetto.metdox( ); Dichiarazione dinamica NomeClasse *unoggetto; unoggetto= new NomeClasse; unoggetto->metodox( ); // oppure *unoggetto.metodox(...); la dichiarazione dinamica è la più usata perchè consente il binding dinamico dei metodi 11 Relazioni fra oggetti Nei sistemi OO, un oggetto interagisce con altri oggetti attraverso l invio di messaggi mediante i quali richiede un servizio all altro oggetto Gli oggetti che sono in grado di comunicare sono in relazione tra di loro oggetto cliente che richiede il servizio oggetto fornitore che fornisce il servizio La comunicazione è consentita se esiste la necessaria visibilità fra le parti coinvolte se l oggetto A invia un messaggio a B, B deve essere visibile ad A 12 6

7 Meccanismi di comunicazione per passaggio di parametri: l oggetto fornitore è un parametro di un metodo dell oggetto cliente per valore di ritorno: l oggetto fornitore è restituito come valore da un metodo dell oggetto cliente per nome: l oggetto fornitore è globale rispetto al cliente, o è parte dell oggetto cliente, o è dichiarato localmente a qualche operazione 13 La relazione di aggregazione Una aggregazione fra classi implementa una relazione diversa da quella client/server, che riflette una relazione tuttoparti può essere implementata: usando un puntatore, ossia un attributo che contiene un riferimento ad un oggetto dell altre classe (aggregazione 1:1) (v. Disk) oppure usando un array di puntatori (aggregazione 1:n) dichiarando le parti come oggetti all interno della classe (v. Track) Class Disk { private: Track *tracks; disk information }; Class Track { private: Sector sectors[max];... }; Class Sector { private: }; 14 7

8 Ereditarietà Meccanismo specifico dell OO che consente di definire nuove classi a partire da classi pre-esistenti Una classe B che eredita da una classe A, presenterà due parti: una parte derivata da A ed una parte aggiuntiva Una caratteristica della classe A può anche essere ridefinita/ modificata nella classe B Ovviamente: un oggetto della classe derivata B è anche una istanza della classe A L ereditarietà promuove il riuso L ereditarietà crea dipendenza fra la sotto-classe e la super-classe un cambiamento nella super-classe si propagherà nelle sottoclassi 15 Ereditarietà multipla Una sottoclasse può ereditare anche da più di una superclasse Problemi di ambiguità causati dalla presenza di proprietà con lo stesso nome in diverse superclassi : quale proprietà si applica per la sottoclasse? Soluzione in C++: il programmatore deve risolvere l ambiguità, premettendo al nome della proprietà l identificatore della classe da cui essa deriva Proprietario Persona Proprietario-inquilino Inquilino 16 8

9 Metodi Virtuali Una conseguenza dell ereditarietà: metodi definiti nelle parti alte di una gerarchia di ereditarietà dovranno essere implementati diversamente per ogni specifico oggetto (es. Il metodo ruota( ) definito per la superclasse OggettoGeometrico, avrà diverse implementazioni nelle varie sotto-classi) In C++ le operazioni dichiarate in una superclasse e ridefinite in una sottoclasse saranno dichiarate come virtuali nella superclasse Operazioni virtuali pure (terminano con =0 in C++): quando l operazione dichiarata nella superclasse viene sempre ridefinita in ogni sottoclasse Una classe con operazioni virtuali pure in C++ è una Abstract Base Class 17 Polimorfismo Anch esso conseguenza dell ereditarietà: proprietà di un oggetto di possedere più di un tipo infatti un oggetto di una classe derivata è anche un oggetto della sua superclasse Col polimorfismo, un oggetto possiede un tipo statico ed uno dinamico: tipo statico è quello della dichiarazione statica dell oggetto tipo dinamico è quello assegnato in esecuzione fra i vari possibili tipi della gerarchia di ereditarietà il tipo dinamico effettivo dell oggetto è definito nel momento in cui l oggetto è referenziato es. Oggetto x di tipo B (sottoclasse) e y di tipo A (superclasse) se x:= y, allora il tipo dinamico di x cambia da B ad A 18 9

10 Binding Dinamico Il polimorfimo richiede il binding dinamico dei metodi ossia: il codice associato alla chiamata di un metodo non è noto fino alla chiamata stessa durante l esecuzione ad es., se x è di tipo B, e B è ereditato da A, se O è una operazione definita in A e ridefinita in B, alla chiamata del metodo O su x (ossia x.o) corrisponderà: la chiamata del metodo O definito in A, se il tipo dinamico di x è A la chiamata del metodo O definito in B, se il tipo dinamico di x è B il binding dinamico consente di risparmiare sulla dimensione del codice (non scrivo il codice per le varie possibili chiamate) Polimorfismo è un esempio di overloading di una caratteristica una caratteristica può significare cose diverse a seconda del contesto definito a run-time 19 Binding dinamico in C++ In C++ i metodi sono legati staticamente (ossia a compiletime) per default La parola chiave virtual specifica che il metodo è legato dinamicamente I legami dinamici sono applicabili solo per i metodi di variabili dichiarate dinamicamente I costruttori ed i metodi chiamati nei costruttori sono sempre legati staticamente 20 10

11 Classi astratte Le proprietà di classi simili (variabili d istanza e metodi) sono definite in una superclasse comune: la classe astratta Le classi astratte definiscono un comportamento comune e non sono istanziabili Alcuni metodi delle classi astratte possono essere realizzati, mentre di altri metodi si specifica solo l interfaccia (nome, argomenti, tipo di ritorno) in C++ un metodo astratto è precedutoda virtual e finisce con =0 Le classi astratte richiedono la derivazione di classi concrete che ereditano il protocollo della classe astratta nella realizzazione della classe astratta, le variabili sono dichiarate dinamicamente e hanno come tipo statico quello della classe astratta e come tipo dinamico quello della classe concreta istanziata i legami dinamici permettono di ottenere il comportamento specifico 21 11