Programación Orientada a Objetos

La programación Orientada a objetos se define como un paradigma de la programación (una teoría o conjunto de teorías cuyo núcleo central se acepta sin cuestionar y que suministra la base y modelo para resolver problemas y avanzar en el conocimiento) una manera de programar específica, donde se organiza el código en unidades denominadas clases, de las cuales se crean objetos que se relacionan entre sí para conseguir los objetivos de las aplicaciones.

La POO es muy potente porque nos permite modelar de manera sencilla datos y comportamientos complejos del mundo real. Al poder manejar los datos y los comportamientos de cada objeto de manera independiente nos evita tener que mantener datos globales y coordinar todo eso. En su momento fue una verdadera revolución.

Cómo se piensa en objetos

Pensar en términos de objetos es muy parecido a cómo lo haríamos en la vida real. Por ejemplo, vamos a pensar en un automóvil para tratar de establecer su modelo en un esquema de POO. Diríamos que el automóvil es el elemento principal que tiene una serie de características, como podrían ser el color, el modelo o la marca. Además, tiene una serie de funcionalidades asociadas, como pueden ser ponerse en marcha, parar o aparcar.

Pues en un esquema POO "el automóvil " sería lo que se conoce como "Clase". Sus características, como el color o el modelo, serían propiedades y las funcionalidades asociadas, como ponerse en marcha o parar, serían métodos.

La clase es como un libro, que describe como son todos los objetos de un mismo tipo. La clase automóvil describe cómo son todos sus automóviles, qué propiedades tienen y qué funcionalidades deben poder realizar. A partir de una clase podemos crear cualquier número de objetos de esa clase. Un automóvil verde que es de la marca Mercedes Benz y modelo W123, otro de color blanco que es de la marca BMW, y otro más, etc.

Por poner otro ejemplo vamos a ver cómo modelizaríamos en un esquema POO una fracción, es decir, esa estructura matemática que tiene un numerador y un denominador que divide al numerador, por ejemplo 3/2.

La fracción será la clase y tendrá dos propiedades, el numerador y el denominador. Luego podría tener varios métodos como simplificarse, sumarse con otra fracción o número, restarse con otra fracción, etc.

A partir de la definición de una fracción (la clase) podremos construir un número indeterminado de objetos de tipo fracción. Por ejemplo, podemos tener el objeto fracción 2/5 o 3/9, 4/3, etc. Todos esos son objetos de la clase fracción de números enteros.

Estas clases se podrán utilizar en los programas, por ejemplo, en un programa de matemáticas harás uso de la clase fracción y construirás muchos objetos de tipo fracción para hacer cuentas diversas. En un programa que gestione un taller de automóviles utilizarás la clase automóvil y se instanciarán diversos objetos de tipo automóvil para hacer las operativas.

En los lenguajes puramente orientados a objetos, tendremos únicamente clases y objetos. Las clases permitirán definir un número indeterminado de objetos, que colaboran entre ellos para resolver los problemas. Con muchos objetos de diferentes clases conseguiremos realizar las acciones que se desean implementar en la funcionalidad de la aplicación. Además, las propias aplicaciones como un todo, también serán definidas por medio de clases. Es decir, el taller de automóviles será una clase, de la que podremos crear el objeto taller de automóviles, que utilizará objetos “automóvil”, objetos de clase “herramienta”, objetos de clase “mecánico”, objetos de clase “recambio”, etc.

Como se observa, la POO utiliza una terminología diferente a la utilizada hasta el momento, entre los principales nuevos términos están: Clases, Objetos, Propiedades, Métodos, entre otros, mismos que ser irán describiendo a continuación:

Clase 

Las clases son declaraciones de objetos, también se podrían definir como abstracciones de objetos. Esto quiere decir que la definición de un objeto es la clase. Cuando programamos un objeto y definimos sus características y funcionalidades en realidad lo que estamos haciendo es programar una clase. En los ejemplos anteriores en realidad hablábamos de las clases vehículo o fracción porque sólo estuvimos definiendo, aunque por encima, sus formas.

Tipos de clases

Una parte muy importante de la programación orientada a objetos son las clases, si no fuera por ellas ni siquiera habría objetos. Cada una tiene sus propias características y ventajas. Un programador que conoce estas características sabe cuando debe usar una y no otra. Los tipos de clases son:

• Class. Public: Son muy comunes, accesibles desde cualquier otra clase en la misma librería (de otro modo hay que importarlas).
• Class. Abstract: Aquellas que tienen por lo menos un método abstracto. No implementan sus métodos, sino que dan las bases para que sean implementados en la herencia.
• Class. Final: Son las que terminan la cadena de herencia. Útiles por motivos de seguridad y eficiencia de un programa, ya que no permiten crear más sub-divisiones por debajo de esta clase.
• Class. Synchronizable: Especifica que sus métodos son sincronizados, evitando problemas con los thread (hilo de ejecución), de forma que estos no pueden empezar a correr un método si no ha acabado el otro.

Objeto

Un objeto es una entidad provista de un conjunto de propiedades o atributos (datos), de un comportamiento o funcionalidad (métodos) y de sus posibles relaciones con otros objetos.
El concepto de objeto tiene un concepto equivalente al objeto de nuestro mundo real. En nuestro entorno siempre estamos en constante relación con objetos: los creamos, los usamos, los modificamos cambiando sus atributos, características o propiedades, los relacionamos con otros objetos, etc.

Propiedades

Las propiedades son variables que describen algunos aspectos o características del objeto en el que están incluidas. Las propiedades de un objeto toman un valor que puede ser permanente o puede cambiar. Por ejemplo, la propiedad color del objeto vehículo tomará un valor en concreto: verde, rojo, etc. El valor concreto de una propiedad de un objeto se llama estado del objeto. Podemos modificar la propiedad de un objeto accediendo a su estado. Las propiedades de un objeto pueden tomar uno o varios valores. Estos valores pueden ser de cualquier tipo de dato (String o cadena de caracteres; entero, etc.)

Método

Un método es una acción que el objeto "reconoce" y "sabe" cómo ejecutarlo. Es una acción u operación que realiza acceso a los datos. Se puede definir como un programa o procedimiento escrito en algún lenguaje que está asociado a un objeto determinado y cuya ejecución sólo puede desencadenarse a través de un mensaje recibido por el objeto o por sus descendientes. El objeto automóvil reconoce al procedimiento "Frenar" y sabe cómo debe realizar la acción de frenado.

Del mismo modo, en Excel, el objeto hoja puede ser declarada como activa. El método que permite activar la hoja "Ingresos" es Sheets("Ingresos").Select

La hoja reconoce este método y dicha hoja pasa a ser activa ubicándose en primer plano y con mayores prioridades que las otras hojas.

Pilares de la programación orientada a objetos

Encapsulamiento

Hay muchos datos que no tiene porqué conocerlo aquel que esté usando la clase Persona; ya que son inherentes al objeto y solo controlan su funcionamiento interno; por ejemplo, cuando alguien te ve puede saber inmediatamente si eres hombre o mujer (propiedad) o puede hablarte y obtener una respuesta procesada (método); también puede conocer el color de tu cabello y ojos. En cambio, jamás sabrá que cantidad de energía exacta tienes o cuantas neuronas te quedan, ni siquiera preguntándote ya que ninguna de tus propiedades externas visibles o funciones de comunicación al público te permiten saber esos datos.
Esto es la encapsulación u ocultación; hacer las variables que son innecesarias para el tratamiento del objeto, pero necesarias para su funcionamiento privadas, así como las funciones que no necesitan interacción del usuario o que solo pueden ser llamadas por otras funciones dentro del objeto (Como, por ejemplo, palpitar).

La encapsulación es muy conveniente y nos permite (Si programamos bien) colocar en funcionamiento nuestro objeto en cualquier tipo de sistema, de una manera modular y escalable (algunas de las reglas de la ingeniería del software).

Formas de encapsular

• Abierto: hace que el miembro de la clase pueda ser accedido desde el exterior de la Clase cualquier parte del programa.
• Protegido: solo es accesible desde la Clase y las clases que heredan (a cualquier nivel).
• Cerrado: Solo es accesible desde la Clases.

Herencia

La herencia de clases es uno de los conceptos básicos de la programación orientada a objetos. Decir que una clase hereda de otra quiere decir que esa clase obtiene los mismos métodos y propiedades de la otra clase. Permitiendo de esta forma añadir a las características heredadas las suyas propias.

Supongamos que tenemos una clase "Persona" con los métodos y propiedades básicas de una persona como podrían ser "caminar" o "hablar", podríamos tener otras clases como "Guillermo" o "Elder" que comparten todas las características de una "Persona" pero que añaden características propias. Por lo que "Guillermo" y "Elder" pueden realizar las mismas funciones que puede realizar una "Persona" y además cada una puede realizar las suyas propias, por ejemplo, "Guillermo" sabe nadar, pero "Elder" no, y "Elder" sabe bailar danza folclórica, pero "Guillermo" no. En términos de programación estaríamos diciendo que "Guillermo" y "Elder" son dos clases especializadas que heredan o extienden de la superclase "Persona".

Tipos de herencia de clases

• Herencia por especialización
• Herencia por generalización

En realidad, la herencia es la misma, esta es una diferenciación puramente conceptual sobre la forma en que se ha llegado a ella. Una herencia por especialización es la que se realiza cuando necesitamos crear una clase nueva que disponga de las mismas características que otra pero que le añada funcionalidades. Por ejemplo, si tenemos una clase que genera un botón simple, y necesitamos crear un botón que sea igual que el anterior pero que además añada un efecto al ser clicado.

La herencia por generalización es la que realizamos cuando tenemos muchas clases que comparten unas mismas funcionalidades y por homogeneizar las partes comunes se decide crear una clase que implemente toda esa parte común y se dejan solo las partes especificas en cada clase. Por ejemplo, si tenemos clases para dibujar formas geométricas todas ellas disponen de las mismas propiedades (un color de fondo, color de línea, etc.), todas estas características pueden estar en una clase general de la que hereden todas las clases concretas, evitando tener que escribir todo ese código común en todas ellas.

Public, private o protected

Una consideración a tener en cuenta de la herencia es que una clase no hereda las propiedades o métodos privados, con lo que no tendrán acceso a ellas. Si necesitamos heredar propiedades o métodos que no queremos que sean accesibles desde fuera de las clases las definiremos como protected.

Abstracción

La abstracción consiste en aislar un elemento de su contexto o del resto de los elementos que lo acompañan. En programación, el término se refiere al énfasis en el "¿qué hace?" más que en el "¿cómo lo hace?" (característica de caja negra). El común denominador en la evolución de los lenguajes de programación, desde los clásicos o imperativos hasta los orientados a objetos, ha sido el nivel de abstracción del que cada uno de ellos hace uso.
Los lenguajes de programación son las herramientas mediante las cuales los diseñadores de lenguajes pueden implementar los modelos abstractos. La abstracción ofrecida por los lenguajes de programación se puede dividir en dos categorías: abstracción de datos (pertenecientes a los datos) y abstracción de control (perteneciente a las estructuras de control).

Los diferentes paradigmas de programación han aumentado su nivel de abstracción, comenzando desde los lenguajes de máquina, lo más próximo al ordenador y más lejano a la comprensión humana; pasando por los lenguajes de comandos, los imperativos, la orientación a objetos (OO), la Programación Orientada a Aspectos (POA); u otros paradigmas como la programación declarativa, etc.

La abstracción encarada desde el punto de vista de la programación orientada a objetos expresa las características esenciales de un objeto, las cuales distinguen al objeto de los demás. Además de distinguir entre los objetos provee límites conceptuales. Entonces se puede decir que la encapsulación separa las características esenciales de las no esenciales dentro de un objeto. Si un objeto tiene más características de las necesarias los mismos resultarán difíciles de usar, modificar, construir y comprender.

La misma genera una ilusión de simplicidad dado a que minimiza la cantidad de características que definen a un objeto. Durante años, los programadores se han dedicado a construir aplicaciones muy parecidas que resolvían una y otra vez los mismos problemas. Para conseguir que sus esfuerzos pudiesen ser utilizados por otras personas se creó la POO que consiste en una serie de normas para garantizar la interoperabilidad entre usuarios de manera que el código se pueda reutilizar.

A grandes rasgos, la abstracción, permite que dispongamos de las características de un objeto que necesitemos. Si necesitamos el objeto Persona, podríamos poner nombre, edad, dirección, estado civil, etc. Si lo necesitamos en un sistema administrativo, pero, si lo requerimos para el área de biología, dentro de sus atributos quizá tengamos, ADN, RND, Gen x1, Gen x2, etc. Y los atributos antes mencionados no sean requeridos. En general, podemos decir que Persona cuenta con todos los atributos mencionados aquí, pero, por el proceso de abstracción excluimos todos aquellos, que no tiene cabida en nuestro sistema.

Polimorfismo

En Programación Orientada a Objetos, el concepto de polimorfismo "cualidad de tener muchas formas" se refiere al hecho de que varios objetos de diferentes clases, pero con una base común, se pueden usar de manera indistinta, sin tener que saber de qué clase exacta son para poder hacerlo.
Supongamos que en nuestro juego tenemos un grupo de personajes que están juntos en un mismo escenario. Hay varios ladrones, algunos estrategas y otros tipos de personas. En un momento dado necesitamos que todos se pongan a hablar. Cada uno lo hace de una forma diferente, ya que son tipos de personajes distintos. Sería algo bastante tedioso tener que localizar primero a los de un tipo y hacerlos hablar, lo luego a los de otro y así sucesivamente. La idea es que puedas tratarlos a todos como personas, independientemente del tipo específico de persona que sean y simplemente decirles que hablen.

Al derivar todos de la clase Persona todos pueden hablar, y al llamar al método Hablar() de cada uno de ellos se utilizará el proceso adecuado según el tipo, todo esto de manera transparente para el programador. Esto es el polimorfismo el cual nos permite utilizar a los objetos de manera genérica, aunque internamente se comporten según su variedad específica.

Por medio de estos cuatro principios que cumplen todos los lenguajes orientados a objetos se facilita mucho la programación de ciertos tipos de problemas, se minimizan errores, se escribe código más rápido y se puede mantener más fácilmente cuando haya modificaciones en el futuro.