08-Programação Orientada a Objetos em C++

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Programação 
Orientada a Objetos em C++
Profa. Dra. Ieda Hidalgo
E-mail: iedahidalgo@ft.unicamp.br
Introdução, Motivação e Conceitos Iniciais
Introdução
Código Objeto – C++
No caso de C++, a saída do compilador é um
código de máquina específico para um SO e
executado diretamente pela CPU.
Para rodar um programa em C++ em um
sistema diferente, é preciso recompilá-lo em
um código de máquina voltado para aquele
ambiente.
Ou seja, para uma variedade de ambientes,
são necessárias diversas versões executáveis
do programa em C++.
Código Objeto – Java e C#
No caso de Java e C#, a saída do compilador é
uma linguagem intermediária de pseudocódigo
(bytecode para Java e MSIL para C#).
Em ambos os casos, este pseudocódigo é
executado por um sistema de tempo de
execução que deve estar instalado na máquina.
Para Java este pseudocódigo é executado por
uma JVM (Java Virtual Machine). Para C#, o
pseudocódigo é executado por uma CLR
(Common Language Runtime).
Portabilidade x Eficiência
Como os sistemas de tempo de execução
de Java e C# se encontram entre um
programa e a CPU, são necessários
códigos extras para programas em Java e
C#.
Por isto, programas em C++ normalmente
rodam mais rápido do que programas
equivalentes escritos em Java ou C#.
Motivação
Quando os computadores foram inventados
(década de 40), a programação era feita no
painel frontal do computador alternando as
Instruções Binárias de máquina.
Os programas foram crescendo e a
Linguagem Assembly foi inventada (década
de 50).
Os programas continuaram crescendo e as
Linguagens de Alto Nível foram desenvolvidas
para dar aos programadores mais ferramentas
para tratar a complexidade dos programas.
A partir dos anos 60, com as Linguagens
Estruturadas, foi possível escrever programas
moderadamente complexos com grande
facilidade.
No entanto, no fim da década de 60, um conjunto
de problemas no desenvolvimento de sistemas
levou os países desenvolvidos à chamada “Crise
do Software”.
Ausência de uma metodologia para a construção
de programas e ao rápido avanço tecnológico na
fabricação dos equipamentos.
Exigência crescente dos usuários tem forçado a
indústria de software a estabelecer um acelerado
ritmo de produtividade e de melhoria da qualidade
de seus sistemas.
Esta pressão tem tornado os sistemas cada vez
maiores e mais complexos. Daí a motivação para
o desenvolvimento da Programação Orientada a
Objetos que surgiu no final dos anos 70, início
dos anos 80.
Aplicações
Usando a POO um programador pode tratar
programas muito grandes e complexos,
com tempo de desenvolvimento rápido,
maior índice de reaproveitamento do
código e maior facilidade de manutenção
dos sistemas.
São exemplos de sistemas complexos:
centrais telefônicas, banco de dados e
sistemas distribuídos, controle de trens,
controle de tráfego aéreo, etc.
Conceitos 
Iniciais
C++
Linguagem Símula
Linguagem C
A principal diferença entre a Programação
Estruturada e a Programação Orientada a
Objetos está na forma como dados e
procedimentos se relacionam
Conceitos Relacionados
� Abstração
� Encapsulamento
� Herança
� Polimorfismo
� Modularidade 
Abstração
Abstração é um meio pelo qual evitamos a
complexidade não desejada.
Observamos o domínio de um problema e
focamos nos elementos que são relevantes
para uma aplicação específica.
O problema passa a ser representado não
mais na linguagem do domínio, e sim na
linguagem da solução.
O principal objetivo da abstração é reduzir a
complexidade do problema.
Exemplo
Suponha o problema de encontrar a rota ótima
para um caminhão que recolhe lixo em uma
cidade.
A partir de um mapa da cidade podemos
eliminar rios, praças, ... e traçar um grafo cujas
arestas são os logradouros e os vértices são
as esquinas.
Sobre esta abstração do domínio aplica-se um
algoritmo de solução (ex: carteiro chinês).
Ao final, a linguagem não é mais a do mapa, e
sim a do grafo que formaliza a solução.
Encapsulamento
A propriedade de se implementar dados e
procedimentos correlacionados em uma
mesma entidade (objeto) dá-se o nome de
encapsulamento.
A idéia é a de que a utilização de um sistema
orientado a objetos não deve depender de sua
implementação interna, e sim de sua interface.
O principal objetivo do encapsulamento é
proteger as características de um objeto
contra alterações indevidas, mantendo a
integridade do objeto.
Exemplo
Podemos entender intuitivamente o
significado de encapsulamento observando o
mundo real.
No mundo real, atributos e ações são
inerentes ao próprio objeto.
Por exemplo, a um automóvel estão
associados tanto atributos (modelo, cor e
número máximo de passageiros) como suas
potencialidades (locomoção e consumo de
combustível).
Herança
A POO fornece uma maneira de relacionar
classes por meio de uma hierarquia usando o
conceito de herança.
A classe de origem é chamada classe-base e
as classes que herdam as características de
uma classe-base e acrescentam outras
características são chamadas classes-
derivadas.
Então, as características comuns devem ficar
na classe-base e cada classe-derivada é uma
versão especializada da classe-base.
Exemplo
A classe-base animais é dividida nas classes-
derivadas mamíferos, aves, peixes, etc.
Uma das características da classe-base
animais é a reprodução, logo, todas as
classes-derivadas têm essa característica.
Da mesma forma que você pode criar uma biblioteca de funções,
você pode criar uma biblioteca de classes que poderão vir a ser
o núcleo de muitos programas.
O uso de biblioteca de classes oferece uma grande vantagem
sobre o uso de biblioteca de funções: o programador pode criar
classes-derivadas de classe-base de biblioteca.
Isto significa que, sem alterar a classe-base, é possível adicionar
a ela características diferentes que a tornarão capaz de executar
exatamente o que desejamos. Além disso, o processo de teste
da classe-base não precisa ser repetido.
A uma função de biblioteca não podemos adicionar outras
implementações a não ser que ela seja reescrita ou que
tenhamos seu código-fonte para alterá-la e recompilá-la.
Para usar uma classe ou mesmo para derivar uma classe, você
só precisa ter o arquivo de código-objeto ou uma biblioteca que
contenha seu código-objeto, você não precisa do código-fonte.
Isto permite que bibliotecas de classes sejam compradas,
distribuídas e adaptadas facilmente.
Polimorfismo
O termo polimorfismo origina-se do grego. O
significado da palavra é "muitas formas".
Na análise orientada a objetos, ele é usado
para indicar a propriedade de se usar o mesmo
nome para métodos (funções-membro)
diferentes, implementados em diferentes níveis
de uma hierarquia de classes.
Para que haja polimorfismo é necessária a
existência de ligação dinâmica, ou seja, a
ligação objeto-função-membro deve ser feita
apenas em tempo de execução.
Exemplo
Várias classes numa hierarquia definindo um
método de impressão com o mesmo nome
“print”, porém, em cada nível hierárquico pode
haver um código diferente para o método.
Um exemplo no mundo real é o fato de
usarmos a operação de nome "on" em vários
eletrodomésticos, computadores, máquinas,
etc. Embora os nomes sejam idênticos, os
procedimentos em cada situação são
diferentes.
Sobrecarga
A sobrecarga é um tipo particular de polimorfismo
(polimorfismo estático).
Por exemplo, em C++, usamos o operador aritmético “+”
para somar números inteiros ou reais. O computador
executa operações completamente diferentes para somar
números inteiros e números reais.
A utilização de um mesmo símbolo para a execução de
operações distintas é chamada sobrecarga de
operadores. Além das sobrecargas embutidas na
linguagem, podemos definir outras com capacidades
novas. Existe também a sobrecargade métodos.
Modularidade
A modularidade leva a uma separação entre a
interface e a implementação das classes.
Os arquivos-cabeçalho, geralmente descritos com
extensão “h” tradicionalmente guardam definições
de classes e declarações de funções. A
implementação dessas classes costuma ser
colocada em arquivos com extensão “cpp”.
As principais vantagens da modularização são:
otimizar o processo de recompilação e permitir
maior flexibilidade e eficiência na implementação
do sistema.