Object orientation

Readings
Topics covered
Introdução
OO
Principais elementos

Readings

Topics covered

Object orientation.
Principles and their implementation in the wild (Python, C++).

Introdução

Olá, pessoal. Vamos começar mais uma aula da nossa disciplina de linguages de programação. O assunto da aula de hoje é orientação a objetos, que é de certa forma uma continuação natural da aula passada, sobre tipos abstratos do dados.

Vamos ver os princípios por trás de de orientação a objetos e depois explorar algumas dessas características com exemplos em Python e C++, duas linguagens que permitem programação orientada a objetos.

OO

Então primeiramente, o que são objetos? Uma forma comum de definir objetos é
“little bundles of data that know how to do things to themselves”
Como vimos anteriormente, esta é uma definição que se adequa diretamente a tipos abstratos de dados, com seus dados internos e operações para modificá-los.
Assim podemos ver objetos como valores de tipos abstratos de dados que interagem entre si através das operações definidas para estes tipos, seus métodos.
As chamadas desses métodos definem, de certa forma, “trocas de mensagens” entre os objetos, modificando seus estados locais e assim criando um comportamento global.
Como nós vimos com o exemplo da linguagem python, uma forma de se definir tipos abstratos de dados é através de classes.
Classes definem um escopo no qual certos nomes estão disponíveis, o que chamamos de namespace. Os dados e operações de uma classes estão disponíveis no namespace definido por ela.
Assum, uma forma comum de definir objetos é através da especificação de tipos abstratos de dados com classes e da instanciação dessas classes em objetos, ou seja, valores do tipo definido pela classe. Instâncias de uma classe tem acesso ao namespace daquela classe.

Principais elementos

Herança e subtipagem

Definição de um tipo abstrato a partir de outro

Então agora falando sobre os principais elementos de programação orientada a objetos, vamos abordard primeiramente herança e a relação de subtipagem que ela gera.

Herança é um mecanismo de reaproveitamento, em que definimos um novo tipo que estende um anterior, “herdando” seus dados e operações.

Desta maneira se define um novo tipo que é um subtipo daquele que ele estende.

Liskov’s substitution principle

Essa relação de subtipagem leva ao que é conhecido como o princípio da substituição de Liskov, em homenagem à Barbara Liskov, que mencionamos na aula passada.

Este princípio estabelece que dados dois tipos S e T, com S sendo subtipo de T, em qualquer situação em que um objeto do tipo T seria usado pode-se substituí-lo por um objeto do tipo S, ao mesmo tempo em que se mantém o mesmo comportamento do programa.

Note que como S é subtipo de T, todas as operações de T são definidas em S, então qualquer uso de objetos de T, necessariamente, seria com operações também definidas em S.

Polimorfismo

Um conceito muito importante em orientação a objetos é o de polimorfismo. Aqui vamos destacar dois tipos, o de sobrecarga e o de sobrescrita.
Como vimos anteriormente, esse tipo de polimorfismo se caracteriza pela redefinição de operações com tipos diferentes. Por exemplo, redefinir a operação de soma de inteiros para a soma de reais.
Em orientação a objetos é comum, ao definir as operações em um tipo, ter diferentes versões de uma mesma operação para diferentes conjuntos ou tipos de parâmetros.
Outro tipo comum de polimorfismo usado em orientação a objetos é o de sobrescrita, em que ao definir um tipo que estende outro, via herança, se sobrescrever alguns dos métodos herdados.

Method Dispatch

Esses usos de polimorfismo levam ao problema de se determinar, quando se tem uma dada chamada de um método de um objeto, qual implementação deve ser utilizada. A isso se dá o nome de “method dispatch”.

As duas principais formas de method dispath são a estática, feita em tempo de compilação, e a dinâmica, feita em tempo de execução.

Por exemplo, pode-se fazer method dispatch de forma estática para casos de polimorfismo de sobrecarga, analisando os parâmetros na chamada dos métodos e seus tipos.

Enquanto que method dispatch dinâmico pode ser feito para se determinar, dado um método sobrescrito em um subtipo, qual implementação executar dependendo do objeto dado ser do supertipo ou do subtipo.

Encapsulamento

Por fim, outro conceito fundamental em orientação a objetos, como vimos também ao falar de tipos abstratos de dados, é o de encapsulamento, que captura a ideia de que o estado local de um objeto só pode ser modificado pelas próprias operações de um objeto.

Uma funcionalidade comum de linguagens orientadas a objeto é permitir definir diferentes níves de acesso ao estado de objetos, como partes privadas, que só poderão ser acessadas pelo próprio objeto, e partes públicas, acessíveis a qualquer outro elemento do programa.

Diga-se de passagem um mal comum em programas orientados objetos é definir getters e setters, para se obter e se atribuir valores ao estado local, respectivamente, que não possuem qualquer nível de abstração, apenas diretamente produzem o valor local ou diretamente atribuem o valor dado ao valor local.

Nesses casos em que não há qualquer abstração do estado interno do objeto não há qualquer motivo para definí-lo como privado, como restrito.