Tranparências do Capítulo 10 do livro-texto

ABSTRAÇÃO
• processo de representar um grupo de
entidades através de seus atributos comuns
• feita a abstração, cada entidade particular
(instância) do grupo é considerada somente
pelos seus atributos particulares
• os atributos comuns às entidades do grupo
são desconsiderados (ficam "ocultos" ou
"abstraídos")
ABSTRAÇÃO
• de processos
• de dados
ABSTRAÇÃO DE PROCESSOS
• o conceito de abstração de processos é um
dos mais antigos no projeto de linguagens
• absolutamente crucial para a programação
• historicamente anterior à abstração de dados
• todos os subprogramas são abstrações de
processo
• exemplo: chamadas sort(array1, len1),
sort(array2, len2), ...
MÓDULOS
• módulos são "containers" sintáticos contendo
subprogramas e grupos de dados relacionados
logicamente
• modularização: processo de projetar os módulos de
um programa
• a compreensão do programa pelos mantenedores seria
impossível sem organização modularizada
• além disso, há um ponto crítico: quando o projeto de
um programa estende-se por milhares de linhas,
recompilá-lo totalmente a cada atualização do código é
absolutamente inviável - daí a necessidade de
modularizá-lo
ENCAPSULAMENTO
• um agrupamento de subprogramas+dados que é
compilado separada/independentemente chama-se uma
unidade de compilação ou um encapsulamento
• um encapsulamento é portanto um sistema abstraído
• muitas vezes os encapsulamentos são colocados em
bibliotecas
• exemplo: encapsulamentos C (não são seguros porque
não há verificação de tipos de dados em diferentes
arquivos de encapsulamento)
OBJETOS
• um tipo abstrato de dados é um encapsulamento que
inclui somente um tipo específico de dado e os
subprogramas que fornecem as operações para este tipo
• detalhes de implementação do tipo ficam ocultos das
unidades fora do encapsulamento que o contém
• um objeto é uma variável (instância) de um tipo
abstrato de dados, declarada por alguma unidade
• programação orientada a objetos consiste no uso de
objetos no desenvolvimento do software
EXEMPLO: O PONTO-FLUTUANTE
COMO TIPO ABSTRATO DE DADOS
• embora o tipo ponto-flutuante esteja presente desde o início
da programação, raramente nos referimos a ele como tipo
abstrato de dados
• praticamente todas as linguagens permitem que se criem
"objetos" do tipo ponto-flutuante
• observe que existe um conjunto de operações que são válidas
para o tipo ponto-flutuante, exatamente como os “métodos”
definidos para uma “classe”
• além disso, a ocultação da informação está presente: o
formato real dos dados é inacessível ao programador - isto é
exatamente o que se espera de uma abstração
• isto é o que permite a portabilidade de um programa entre as
implementações da linguagem para plataformas particulares
TIPOS DE DADOS ABSTRATOS
DEFINIDOS PELO USUÁRIO
• a definição do tipo e as operações sobre objetos
do tipo estão contidas numa única unidade
sintática
• outras unidades de programa podem ter
permissão para criar variáveis do tipo definido
• a implementação do tipo não é visível pelas
unidades de programa que usam o tipo
• as únicas operações possíveis sobre objetos do
tipo são aquelas oferecidas na definição do tipo
CLIENTES
• unidades de programa que utilizam um tipo
abstrato chamam-se clientes daquele tipo
• a ocultação da representação do tipo abstrato é
vantajoso para seus clientes: o código no cliente não
depende desta representação, e mudanças na
representação não exigem mudanças nos clientes
(mas se o protocolo de alguma operação for
modificado, então é claro que os clientes precisam
ser alterados)
• a ocultação aumenta a confiabilidade: nenhum
cliente pode interferir intencional ou acidentalmente
na representação
EXEMPLO: UMA PILHA E SUAS
OPERAÇÕES ABSTRATAS
•
•
•
•
•
•
•
create(stack)
destroy(stack)
empty(stack)
push(stack, elem)
pop(stack)
top(stack)
create(STK1); % STK1 é um objeto ou uma
instância do tipo stack
• create(STK2); % outra instância do tipo stack
TIPOS DE DADOS
ABSTRATOS EM C++
• os tipos abstratos de dados em C++ são as
chamadas classes
• as variáveis são declaradas como instâncias
de classes
• classes do C++ são baseadas nas da
SIMULA67 e no struct do C
• os dados definidos numa classe são os
membros de dados
FUNÇÕES-MEMBRO
• as funções definidas em uma classe são as
funções-membro
• as funções-membro são compartilhadas por
todas as instâncias de classe
• mas: cada instância tem seu próprio conjunto de
membros de dados
• uma função membro pode ter sua definição
completa dentro da classe ("inlined") ou apenas
seu cabeçalho
TEMPO DE VIDA DAS CLASSES
• as instâncias de classe podem ser estáticas,
stack-dinâmicas ou heap-dinâmicas,
exatamente como variáveis do C
• as classes podem incluir membros de dados
heap-dinâmicos, não obstante elas próprias
não serem heap-dinâmicas
OCULTAÇÃO DA
INFORMAÇÃO EM C++
• cláusula private: para entidades ocultas na
classe
• cláusula public: para as entidades visíveis
aos clientes. Descreve a interface com
objetos da classe
• cláusula protected: relacionada com
herança
Construtores
• Funções-membro usadas para inicializar os
membros de dados de um objeto recémcriado
• Também alocam membros de dados heapdinâmicos
• Têm o mesmo nome da classe
• Pode-se sobrecarregar construtores
• Não têm tipo de retorno, não usam return
Destrutores
• Implicitamente chamados quando se encerra
o tempo de vida de um objeto
• Se um objeto é heap-dinâmico, será
explicitamente desalocado com delete
• O destrutor pode conter chamadas delete
para desalocar membros de dados heapdinâmicos
• Nome do destrutor: ~ <nome_da_classe>
• Não têm tipo de retorno, não usam return
Exemplo
#include <iostream.h>
class pilha {
private:
int *ptr_pilha;
int tam_max;
int top_ptr ;
public:
pilha( ){
//** um construtor
ptr_pilha = new int [100];
tam_max = 99;
top_ptr = -1;
}
Exemplo (continuação)
...
~pilha( ){
//** um destrutor
delete [ ] ptr_pilha;
}
void push ( int elem) {
if (top_ptr = = tam_max)
cout << “Erro - pilha cheia\n”;
else ptr_pilha[ + + top_ptr ] = elem;
}
void pop ( ) {
if (top_ptr = = -1)
cout << “Erro - pilha vazia\n”;
else top_ptr -- ;
}
Exemplo (continuação)
...
int top { return ( ptr_pilha[top_ptr] ); }
int empty { return ( top_ptr = = -1 ); }
} \\** fim da classe pilha
Código no cliente:
void main ( ) {
int top_one;
pilha stk;
stk.push(42);
stk.push(17);
top_one = stk.top( );
stk.pop( );
... }
Avaliação das classes C++
• As classes são tipos
• Não há construções de encapsulamento
generalizadas
• Exemplo: temos uma classe “matriz” e uma
classe “vetor”, e precisamos multiplicar um
objeto “matriz” por um objeto “vetor”.
• Em qual classe essa operação deve ser
definida?
Solução para “matriz  vetor”
class Matriz {
friend Vetor mult(const Matriz&, const Vetor&);
...}
class Vetor {
friend Vetor mult(const Matriz&, const Vetor&);
...}
Vetor mult(const Matriz& m1, const Vetor& v1){
..}
Se Matriz e Vetor pudessem ser definidas num único
pacote, evitaríamos esta construção pouco natural.
Java
• Suporte para tipos abstratos similar a C++
• Todos os tipos de dados definidos pelo
usuário são classes
• Todos os objetos são heap-dinâmicos e
acessados por variáveis de referência
• Todos os subprogramas (métodos) em Java
somente podem ser definidos em classes
• public e private são modificadores anexados
às definições de métodos/variáveis
Java
• Suporte para tipos abstratos similar a C++
• Todos os tipos de dados definidos pelo
usuário são classes
• Todos os objetos são heap-dinâmicos e
acessados por variáveis de referência
• Todos os subprogramas (métodos) em Java
somente podem ser definidos em classes
• public e private são modificadores anexados
às definições de métodos/variáveis
Pacotes Java
• Em C++ as classes são a única construção de
encapsulamento
• Java inclui uma construção adicional: os pacotes
• Pacotes podem conter mais de uma classe
• public e private são os chamados modificadores
• Os membros sem modificador (e os membros
public) de uma classe são visíveis a todas as
classes do mesmo pacote (escopo de pacote)
• Não há, portanto, necessidade de declarações
friend explícitas em Java
Exemplo
import java.io.*
class Pilha {
private int [ ] ref_pilha;
private int tam_max, top_index ;
public Pilha( ){
// um construtor
ref_pilha = new int [100];
tam_max = 99;
top_index = -1;
}
Exemplo (continuação)
...
public void push ( int elem) {
if (top_index = = tam_max)
System.out.println(“Erro”);
else ref_pilha[ + + top_index ] = elem;
}
public void pop ( ) {
if (top_index = = -1)
System.out.println(“Erro”);
else --top_index ;
}
public int top { return ( ref_pilha[top_index] ); }
public boolean empty { return ( top_index = = -1 ); }
} \\** fim da classe Pilha
Exemplo (continuação) - uso da classe Pilha
public class Testa_Pilha {
public static void main (String [ ] args) {
Pilha p1 = new Pilha( );
p1.push(42);
p1.push(29);
p1.pop( );
p1.pop( );
p1.pop( ); // Produz msg de erro
... }
• Não há destrutor (eliminado pela coleta de lixo implícita
em Java)
• Observe o uso de variável de referência em vez de ponteiro
Classes parametrizadas em C++
Exemplo: suponha que o método construtor para a
classe pilha fosse:
pilha (int size ){
ptr_pilha = new int [size];
tam_max = size-1;
top_ptr = -1;
}
No cliente:
... pilha(150) p1;
Classes genéricas em C++
#include <iostream.h>
template < class TIPO >
class pilha {
private:
TIPO *ptr_pilha;
int tam_max;
int top_ptr ;
public:
pilha( ){
//** um construtor
ptr_pilha = new TIPO [100];
tam_max = 99;
top_ptr = -1;
}
Classes genéricas em C++ (continuação)
pilha (int size ){ // outro construtor sobrecarregado
ptr_pilha = new TIPO [size];
tam_max = size-1;
top_ptr = -1;
}
~pilha( ){ delete ptr_pilha; }
void push ( TIPO elem) {
if (top_ptr = = tam_max)
cout << “Erro - pilha cheia\n”;
else ptr_pilha[ + + top_ptr ] = elem;
}
void pop ( ) {...}
Classes genéricas em C++ (continuação)
...
TIPO top { return ( ptr_pilha[top_ptr] ); }
int empty { return ( top_ptr = = -1 ); }
} \\** fim da classe pilha