Vamos Lá Pessoal (material para o próximo periodo)

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTAINSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS, LETRAS E CIÊNCIAS EXATAS DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DE COMPUTAÇÃO E ESTATÍSTICA
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Projeto Orientado a Objetos
Engenharia de Software
2o. Semestre de 2006
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Projeto Orientado a Objeto
Objetivo: Projetar sistemas usando objetos auto-contidos e classes de objetos.
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Características de Projeto Orientado a objetos
Projeto orientado a objetos é uma estratégia de projeto em que os projetistas pensam em termos de coisas, em vez de funções.
A funcionalidade do sistema é expressa em termos de serviços oferecidos pelos objetos.
Objetos são abstraçõesdo mundo real ou entidades do sistema que se auto gerenciam.
Objetos são independentes e encapsulam representações de informação e estado.
Áreas de dados compartilhado são eliminadas. Objetos se comunicam por passagem de mensagem.
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Características de Projeto Orientado a objetos
Projeto orientado a objeto é parte do desenvolvimento orientado a objeto:
Análise OO–se dedica a desenvolver um modelo orientado a objeto do domínio da aplicação. Os objetos identificados refletem entidades e operações associadas com o problema a ser resolvido.
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Características de Projeto Orientado a objetos
Projeto OO–se dedica a desenvolver um modelo orientado a objeto de um sistema de software para implementar os requisitos. Os objetos em um projeto OO estão relacionados àsoluçãodo problemaque está sendo resolvido.
Programação OO–realiza um projeto de software em uma linguagem de programação OO, que aceita a implementação direta de objetos e fornece recursos para definir as classes de objeto.
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Características de Projeto Orientado a objetos
A transição entre esses estágios de desenvolvimento deve se contínua e direta, com a mesma notação utilizada em cada estágio;
Mover para o próximo estágio envolve aprimorar o estágio anterior:
Adição de detalhes às classes de objetos existentes
Criação de novas classes, para fornecer funcionalidade adicional.
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Objetos que interagem entre sistate o3o3:C3state o4o4: C4state o1o1: C1state o6o6: C1state o5o5:C5state o2o2: C3ops1()ops3 ()ops4 ()ops3 ()ops1 ()ops5 ()
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Vantagens do Projeto OO
Facilidade de manutenção. Objetos podem ser entendidos como entidades independentes.
Os objetos são componentes potencialmente reutilizáveis.
Para vários sistemas, existe um nítido mapeamento entre as entidades do mundo real para objetos no sistema.
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Objetos e classes de objetos no Projeto OO
Objetos são entidades no sistema de software que representam instâncias de entidades do mundo real e do sistema.
Classes de objetos são templatesutilizados para criar objetos.
Classes de objetos podem herdar atributos e serviços de outras classes de objetos.
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Objetos
Um objetoé uma entidade que possui um estado e um conjunto de operações que operam nesse estado. O estado é representado por um conjunto de atributos. As operações associadas ao objeto fornecem serviços para outros objetos. Objetos são criados de acordo com uma definição de classe deobjetos. Uma classe inclui declarações de todos os atributos e serviços que devem ser associados a um objeto dessa classe.
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Classe de Objetos funcionário (UML)FuncionárioNome: stringEndereço: stringDataNasc: DataNempregado: inteiroDepartamento: DeptoGerenteLEmpregadoSalário: inteiro... Contratar()Demitir()Aposentar()AlterarDetalhes()
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Comunicação entre objetos
Conceitualmente, objetos se comunicam por passagem de mensagem.
Mensagens:
O nome do serviço requerido pelo objeto chamador.
Cópias da informação necessária para executar o serviço e o nome do possuidordo serviço.
Na prática, mensagens são implementadas como chamadas de procedimentos.
Nome = nome do procedimento
Informação = lista de parâmetros
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Exemplos de mensagens
// Chamar um método associado a um
// objeto ListaCircularque retorna o próximo
// valor na Lista
v = ListaCircular.obterproximo() ;
// Chamar o método associado a um objeto
// termostato para ajustar a temperatura a ser
// mantida
termostado.setTemp(20) ;
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Generalização e HerançaEmployeeProgrammerprojectprogLanguageManagerProjectManagerbudgets
ControlleddateAppointedprojectsDept.ManagerStrategicManagerdeptresponsibilities
FuncionárioGerenteorçamentosControladosdataDesignaçãoProgramadorProjetoLing. ProgramaçãoGerente deprojetoProjetosGerente dedepartamentoDepartamentoGerente estratégicoResponsabilidades
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Vantagens da herança
É um mecanismo de abstração que pode ser usado para classificar entidades.
É um mecanismo de reutilização tanto a nível de projeto quando de programação.
O grafo de herança é uma forma de organizar o conhecimento sobre o domínio e os sistemas.
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Problema com herança em POO
Classes de objetos não são auto-contidas. Não podem ser entendidas sem fazer referência à suas superclasses.
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Especificação de requisitosCenáriosDiagramas de classe Diagramas de atividade Diagramas de estado Diagramas de seqüência Diagramas de colaboração Diagramas de pacotes Diagramas de componentes Diagramas de implantação ESTADOSESTRUTURA DA CLASSEINTERAÇÕESAnáliseDescrições e diagramas de casos de uso Modelos de objetosDefinições e relacionamentos de classes Descrição textual de casos de usoA UML e o apoio ao processo de desenvolvimento OO
Projeto
Codificação
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Processo de análise OO
Definir os casos de uso do sistema
Identificar os principais objetos do sistema.
Desenvolver o modelo conceitual -> diagrama de classe e relacionamentos.
Especificar os diagramas de seqüência, considerando o sistema como uma caixa preta.
Os diagramas de seqüências evidenciam as principais operações que o sistema deve implementar.
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Processo de projeto OO
Projetar a arquitetura do sistema.
Desenvolver os Diagramas de Colaboração e/ourefinar os modelos de seqüência produzidos na etapa anterior.
Desenvolver o modelo de classes de projeto -> refinamento do modelo conceitual, incluindo objetos e classes para a solução do problema.
Especificar as interfaces dos objetos.
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Descrição do Sistema Meteorológico
Um sistema de mapeamento meteorológico é necessário para gerar mapas meteorológicos regularmente, utilizando dados coletados a partirde estações meteorológicas remotas, sem que seus funcionários estejam presentes, e de outras fontes de dados, como observadores de tempo, balões e satélites meteorológicos. As estações meteorológicas transmitem seus dadosao computador da área, em resposta a uma requisição dessa máquina. O sistema de computador da área faz a validação dos dados coletados e também a integração dos dados a partir das diferentes fontes. Osdados integrados são arquivados. Os dados desse arquivo e um banco de dados de mapas digitalizados são utilizados para a criação de um conjunto de mapas meteorológicos locais. Os mapas podem ser impressos em uma impressora especial ou ser exibidos em diversos formatos.
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Descrição da Estação Meteorológica
A estação meteorológica é um pacote de instrumentos (termômetros, barômetros, etc.) controlados por software que coleta dados, realiza alguns processamentos de dados e transmiteesses dados para outros processamentos. Os dados são coletados acada cinco minutos. Ao receber uma requisição, a estação meteorológica processa e resume os dados coletados. Os dados resumidos são transmitidos para o computador.
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Descrição da Estação Meteorológica(Principais subsistemas)Coleta de dadosIntegração de Dados(processamento)Criação de MapasArquivamento De dados
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Uma possível arquitetura –Arquitetura em Camada«subsystem»Data collection«subsystem»Data processing«subsystem»Data archiving«subsystem»Data displayData collection layer where objectsare concerned with acquiring datafrom remote sourcesData processing layer where objectsare concerned with checking andintegrating the collected dataData archiving layer where objectsare concerned with storing the data for future processingData display layer where objects areconcerned with preparing andpresenting the data in a human-readable form<<Subsistema>>Apresentação dados<<Subsistema>>Arquivam. de dados<<Subsistema>>Processam. de dados<<Subsistema>>Coleta de dadosCamada de exibição de dados, em que os objetos se ocupam da preparação e da apresentação de dados em forma de fácil leitura pelas pessoas.Camada de arquivamento de dados, em que os objetos se ocupam do armazenamento de dados para futuro processamentoCamada de processamento de dados, em que os objetos se ocupam da verificação e da integração de dados coletados.Camada de coleta de dados, em que os objetos se ocupam da aquisição de dados a partir de fontes remotas.
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Subsistemas em um sistema de mapeamento meteorológico«subsystem»Data collection«subsystem»Data processing«subsystem»Data archiving«subsystem»Data displayWeatherstationSatelliteCommsBalloonObserverDatacheckingDataintegrationMap storeData storeDatastorageMapUserinterfaceMapdisplayMapprinterObservadorEstação
MeteorológicaSatéliteBalãoComunicaçõesInterface como usuárioMapaDisplayde MapaImpressão de MapasVerificaçãode dadosIntegração de dadosRepos. MapaRepos. Dados<<subsistema>>Coleta de dados <<subsistema>>Display de dados <<subsistema>>Proces. de dados <<subsistema>>Arquiv. de dados Armazenamentode dados
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Contexto do sistema e modelos de uso
Desenvolver uma compreensão das relações entre o software que está sendo projetado e seu ambiente externo.
Contexto do sistema
Um modelo estático que descreve os outros sistemas naquele ambiente. (ilustração anterior)
Modelo de uso do sistema
Um modelo dinâmico, que descreve como o sistema realmente interage com seu ambiente. Pode-se usar casos de uso para mostrar essa interação.
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Casos de uso para a estação meteorológica (etapa de análise)StartupShutdownReportCalibrateTestTestarDesativarRelatarCalibrarIniciarSistema deProssamentodeDados
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Descrição do caso de uso Relatar dados climáticosSistema Estação Meteorológica Use-case Relatar Agentes Sistema de processamento de dados sobre o clima, Estação meteorológica. Dados A estação meteorológica envia para o sistema de processamento de dados climáticos um resumo de dados sobre o clima, que foram coletados a partir de instrumentos, no período de coleta. Os dados enviados referem-se às temperaturas máximas, mínimas e médias do solo e do ar; à pressão máxima, mínima e média do ar; às velocidades máxima, mínima e média do vento, conforme amostragem a cada intervalo de cinco minutos Estímulo O sistema de processamento de dados sobre o clima estabelece um link de modem com a estação meteorológica e requisita a transmissão dos dados Resposta Os dados resumidos pelo sistema de coleta de dados sobre o clima são enviados ao sistema de processamento de dados. Comentários Em geral, as estações meteorológicas recebem um pedido de relatório por hora, mas essa freqüência pode diferir de uma estação para outra a ser modificada no futuro.
Casos de uso (etapa de análise)
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É preciso desenvolver descrições para todos os casos de uso representados no modelo de caso de uso.
Utilidade de casos de uso
Identificar objetos no sistema
Identificar operações no sistema
No exemplo em questão:
Objetos necessários: objetos que representem instrumentos que coletam dados e um objeto que faz o resumo dos dados
Operações necessárias: operações para requisitar e enviar dados sobre o clima
Projeto de Arquitetura
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Uma vez definidas as interações entre o sistema que está sendo projetado e o seu ambiente, pode-se utilizar essas informações para estabelecer a arquitetura do sistema.
Uma arquitetura em camadas é apropriada para a estação meteorológica.
A camada de Interface para manipular comunicações.
Camada de integração de dados para gerenciar a coleta de dados a partir dos instrumentos e resumir os dados antes da transmissão.
A camada de instrumentos que encapsula todos os instrumentos.
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Arquitetura da estação metereológica«subsystem»Data collection«subsystem»Instruments«subsystem»InterfaceWeather stationManages allexternalcommunicationsCollects andsummarisesweather dataPackage ofinstruments for rawdata collectionsGerencia todas as comunicações externas Coleta e resume dadosclimáticosPacote de instrumentospara a coleta dedados brutos<<subsistema>>interface<<subsistema>>Integração de dados<<subsistema>>instrumentosEstação Meteorológica
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Identificação de objetos
Nesse estágio de projeto, os objetos essenciais do sistema já foram levantados na etapa de análise.
Na etapa de projeto, refina-se os objetos identificados na análise, e define-se outros objetos que possam ser relevantes na solução do problema (na implementação do software).
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Identificação de objetos
Identificar objetos (ou classes de objetos) é a parte mais difícil de desenvolvimento OO.
Não existe uma “fórmula mágica” para a identificação de objeto. É preciso que o projetista tenha habilidade, experiência e conhecimento do domínio do sistema.
A identificação de objeto é um processo iterativo. É improvável que se obtenha todos os objetos num primeiro esboço.
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Abordagens para Identificar classes de objetos
Utilize uma análise gramatical baseada em uma descrição em linguagem natural do sistema.
Objetos e atributos são os substantivos (nomes).
Serviços são verbos.
Utilize entidades tangíveis (coisas); funções(gerente); eventos(solicitações); locais; interações (reuniões) no domínio da aplicação.
Identifique estruturas de dados abstratos no domínio da solução necessárias para lidar com esses objetos
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Abordagens para Identificar classes de objetos
Utilize uma abordagem comportamental em que se analisa o comportamento do sistema.
Os participantes que desempenham papéis ativos são candidatos a objetos.
Utilize uma abordagem baseada em cenários.
Cada cenário utilizado, o projetista deve identificar objetos, atributos e operações que são necessários.
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Classes de objetos da estação meteorológica
Termômetro de solo, Anemômetro, Barômetro
􀂃Objetos do domínio da aplicação que são entidades tangíveis de hardware relacionadas aos instrumentos no sistema. As operações se ocupam de controlar esse hardware.
Estação meteorológica
É a interface básica da estação meteorológica com seu ambiente. Suas operações refletem as interações identificadas no modelo de caso de uso.
Dados meteorológicos
Encapsula os dados resumidos dos diferentes instrumentos na estação meteorológica. Suas operações associadas se ocupam de coletar e resumir os dados que são requeridos.
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Classes de objetos da estação meteorológicaDadosMeteorológicosColetar()Resumir()TemperaturasdoArTemperaturasdoSolo
VelocidadesdoVentoDireçõesdoVentoPressõesprecipitaçãoEstaçãoMeteorológicaRelatarClima
()Calibrar(instrumentos)testar()iniciar(instrumentos)desativar(instrumentos)IdentificadorBarômetro
PressãoalturaTestar()Calibrar()Termômetrode solotemperaturaTestar()calibrar()AnemômetrovelocidadedoVentodireçõesdoVentoTestar()
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Outros objetos e refinamentos de objetos
Utilize o conhecimento do domínio do problema para identificar outros objetos e serviços.
Estações meteorológicas devem ter um identificador único.
Estações meteorológicas são localizadas em lugares remotos, assim falhas nos instrumentos devem ser registradas automaticamente. Portanto atributos e operações são necessários para verificar o funcionamento correto dos instrumentos.
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Modelos de projeto
Diferentes modelos com diferentes níveis de detalhes são desenvolvidos na fase de projeto.
Modelos dinâmicosmostram as interações dinâmicas entre os objetos do sistema.
Modelos estáticosdescrevem a estrutura estática do sistema em termos de classes de objetos e relacionamentos.
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Principais modelos UML usados no projeto OO
Modelos de subsistema (ou modelos de pacotes) mostram agrupamentos lógicos de objetos em subsistemas coerentes. (Modelo estático)
Modelos de Colaboraçãoque mostram as interações entre os objetos para implementar uma dada operação (funcionalidade do sistema).(Modelo dinâmico)
Modelos de Seqüência, que mostram a seqüênciadas interações entre objetos. (Modelo dinâmico)
Modelos de máquina de estadosque mostram as mudanças de estado de objetos individuais, em resposta a eventos. (Modelo dinâmico)
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Modelos de subsistemas
Mostram como o projeto está organizado em termos de grupos de objetos logicamente relacionados.
Na UML, são mostrados usando pacotes-uma construção encapsulada.
É um modelo lógico, porém podem ser refletidos em construções estruturais, como bibliotecas JAVA.
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Subsistemas da estação meteorológica«subsystem»InterfaceCommsControllerWeatherStation«subsystem»Data collection«subsystem»InstrumentsAir thermometerWeatherDataGround thermometerAnemometerWindVaneRainGaugeInstrumentStatusBarometerControlador decomunicaçõesEstação MeteorológicaDadosMeteorológicosStatus doinstrumentoTermômetro de arMedidorde chuvaAnemômetroTermômetro de soloBarômetroIndicadorde vento<<subsitema>>Interface<<subsitema>>Integração de dados<<subsitema>>Instrumentos
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Modelo de seqüência
Modelo de seqüência mostra a seqüência de interações (envio de mensagens e respostas) entre os objetos para a realização de uma operação do sistema.
Os objetos envolvidos na operação são organizados horizontalmente, com uma linha vertical ligada a cada objeto.
O tempo é representado verticalmente, assim os modelos são lido de cima para baixo.
Interações entre objetos são representadas por setas rotuladas. As setas representam mensagens ou eventos, que são fundamentais para a interação.
Um retângulo estreito na linha de um objeto representa o tempo pelo qual o objeto é o objeto controlador (ativo) no sistema.
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Seqüência de operações para a operaçãode requisitar dados climáticos para o subsistema Estação Meteorológica:CommsControllerrequest (report)acknowledge ()report ()summarise ()reply (report)acknowledge ()send (report):WeatherStation:WeatherData:controladordeComunicações:EstaçãoMeteorológica:
DadosMeteorológicosRequisitar(relatório)Responder(relatório)Relatar()Enviar(relatório)Resumir()Sistema de processamento de dados
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Diagrama de seqüência
É preciso produzir um diagrama de seqüência para cada interação significativa (cada operação do sistema).
Deve haver um diagrama de seqüência para cada caso de uso identificado.
DS é usado para modelar o comportamento combinado em um grupo de objetos.
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Modelo de Máquina de Estados Statecharts (Harel87)
Através de uma máquina de estados (statecharts) pode-se mostrar o comportamentode um único objetoem resposta a diferentes mensagens que ele pode processar.
Basicamente, o modelo de máquina de estados mostra como o objeto muda de estado, dependendo das mensagens que ele recebe.
De modo geral, não é normalmente necessário produzir um statechartpara todos os objetos definidos.
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Statechartpara o objeto Estação MeteorológicaOperaçãoDesativadoAguardandoCalibrandoTestandoTransmitindo
ResumindoColetandoCalibrar()testar()relógioColeta feitarelatarClima()Calibração OKTeste CompletadoResumometeorológicoconcluídodesativar()Transmissão feita
iniciar()
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Especificação de interface entre objetos
Interfaces são os serviços que os objetos oferecem a outros objetos.
Após o desenvolvimento dos diagramas de seqüência para todas as operações do sistema, faz-se uma análise de cada objeto presente nesses diagramas.
Toda mensagem recebida pelo objeto é um serviço que ele deve oferecer, e portanto faz parte de sua interface.
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Projeto de interface entre objetos
É a especificação dos detalhes da interface para um objeto ou um grupo de objetos.
Significa definição das assinaturas e a semântica definida pelos serviços oferecidos pelos objetos.
Vantagens:
Facilita o desenvolvimento em paralelo
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Interface da estação meteorológica
interface Estação Meteorológica { public void EstaçãoMeteorológica () ; // contrutor public void Iniciar () ; //iniciar estação public void Iniciar (Instrumento i) ; public void desativar () ; //desativar estação public void desativar(Instrumento i) ; public void relatarClima ( ) ; public void testar () ; /testar estação public void testar ( Instrumento i ) ; public void calibrar ( Instrumento i) ; public int obtertID () ; } // EstaçãoMeteorológica
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Evolução de projeto
Uma vantagem da abordagem OO é facilitar as mudanças no projeto
O ocultamento da informaçãodentro dos objetos permite que alterações feitas em um objeto não afetem outros objetos de forma imprevisível.
Objetos fracamente acopladospodem sofrer modificações internas sem afetar outros objetos do sistema.
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Exemplo da robustez da abordagem OO
Suponha que as estações meteorológicas deverão fazer também a monitoração da poluição do ar.
Para essa nova tarefa deve-se adicionarum medidor de qualidade do ar que calcula a concentração de vários poluentes na atmosfera.
As leituras de poluição são transmitidas ao mesmo tempo que os dados meteorológicos.
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Alterações necessárias
Adição uma classe de objetos chamado Qualidade do arcomo parte da Estação Meteorológica, no mesmo nível que DadosMeteorológicos.
Adição de uma operação “RelatarQualAr” à Estação Meteorológica. Modificar o software de controle para coletar leituras de poluição.
Adição de objetos representado instrumentos para monitorar a poluição.
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Novos objetos para monitorar a poluiçãoEstaçãoMeteorológicaRelatarClima()RelatarQualidadeAr()Calibrar(instrumentos)testar
()iniciar(instrumentos)desativar(instrumentos)IdentificadorQualidade do ArColetar()Resumir()Dados_OxidoNitrosoDadosdeFumaçaDadosdeBenzenoMedidordeNoMedidordeFumaça
MedidordeBenzenoInstrumentos de monitoração de Poluição
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Pontos Chave
POO é um meio de projetar sofware de modo que os componentes possuem seus próprios estados e operações.
Objetos devem ter operações de construção (construtor) e inspeção (métodos tipo gete set). Eles fornecem serviços a outros objetos.
A UML oferece diferentes notações para documentar um projeto OO.
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Pontos Chave
Uma série de diferentes modelos podem ser produzidos durante um processo de projeto OO, incluindo modelos estáticos e modelos dinâmicos do sistema.
O projeto OO finaliza com a definição das interfaces dos objeto (visibilidade do objeto por outros objetos, ou serviços oferecidos pelo objeto)
Uma das principais vantagens do projeto orientado a objeto é o fato de simplificar a evolução do sistema.