La programación
orientada a objetos o POO (OOP según sus siglas en inglés)
es un paradigma de programación que usa los objetos en sus
interacciones, para diseñar aplicaciones y programas informáticos.
Está basado en varias técnicas, incluyendo herencia, cohesión, abstracción, polimorfismo, acoplamiento y encapsulamiento. Su uso se popularizó a
principios de la década de los años 1990. En la actualidad, existe una gran
variedad de lenguajes de programación que soportan la orientación a objetos.
Introducción
Los objetos
son entidades que tienen un determinado estado, comportamiento
(método) e identidad:
El estado está
compuesto de datos o informaciones; serán uno o varios atributos a los que se
habrán asignado unos valores concretos (datos).
El comportamiento está
definido por los métodos o mensajes a los que sabe
responder dicho objeto, es decir, qué operaciones se pueden realizar con él.
La identidad es
una propiedad de un objeto que lo diferencia del resto; dicho con otras
palabras, es su identificador (concepto análogo al de identificador de una variable o una constante).
Un objeto
contiene toda la información que permite definirlo e identificarlo frente a
otros objetos pertenecientes a otras clases e incluso frente a objetos de una
misma clase, al poder tener valores bien diferenciados en sus atributos. A su
vez, los objetos disponen de mecanismos de interacción llamados métodos, que favorecen la
comunicación entre ellos. Esta comunicación favorece a su vez el cambio de
estado en los propios objetos. Esta característica lleva a tratarlos como
unidades indivisibles, en las que no se separa el estado y el comportamiento.
Los métodos
(comportamiento) y atributos (estado) están estrechamente
relacionados por la propiedad de conjunto. Esta propiedad destaca que una clase
requiere de métodos para poder tratar los atributos con los que cuenta. El programador debe
pensar indistintamente en ambos conceptos, sin separar ni darle mayor
importancia a alguno de ellos. Hacerlo podría producir el hábito erróneo de
crear clases contenedoras de información por un lado y clases con métodos que
manejen a las primeras por el otro. De esta manera se estaría realizando una programación estructurada camuflada en
un lenguaje de programación orientado a objetos.
La POO difiere
de la programación estructurada tradicional,
en la que los datos y los procedimientos están separados y sin relación, ya que
lo único que se busca es el procesamiento de unos datos de entrada para obtener
otros de salida. La programación estructurada anima al programador a pensar
sobre todo en términos de procedimientos o funciones, y en segundo lugar en las
estructuras de datos que esos procedimientos manejan. En la programación
estructurada solo se escriben funciones que procesan datos. Los programadores
que emplean Programación Orientada a Objetos, en cambio, primero definen
objetos para luego enviarles mensajes solicitándoles que realicen sus métodos
por sí mismos.
Los
conceptos de la programación orientada a objetos tienen origen en Simula 67, un
lenguaje diseñado para hacer simulaciones, creado por Ole-Johan
Dahl y Kristen
Nygaard, del Centro de Cómputo Noruego en Oslo. En este centro se
trabajaba en simulaciones de naves, que fueron confundidas por la explosión
combinatoria de cómo las diversas cualidades de diferentes naves podían afectar
unas a las otras. La idea surgió al agrupar los diversos tipos de naves en
diversas clases de objetos, siendo responsable cada clase de objetos de definir
sus propios datos y comportamientos. Fueron refinados más tarde en Smalltalk,
desarrollado en Simula en Xerox PARC (cuya primera versión fue
escrita sobre Basic)
pero diseñado para ser un sistema completamente dinámico en el cual los objetos
se podrían crear y modificar "sobre la marcha" (en tiempo de
ejecución) en lugar de tener un sistema basado en programas estáticos.
La
programación orientada a objetos se fue convirtiendo en el estilo de
programación dominante a mediados de los años ochenta, en gran parte debido a
la influencia de C++,
una extensión dellenguaje de programación C. Su dominación
fue consolidada gracias al auge de las Interfaces gráficas de usuario, para las
cuales la programación orientada a objetos está particularmente bien adaptada.
En este caso, se habla también de programación dirigida por eventos.
Las
características de orientación a objetos fueron agregadas a muchos lenguajes
existentes durante ese tiempo, incluyendo Ada, BASIC, Lisp y Pascal, entre otros. La
adición de estas características a los lenguajes que no fueron diseñados
inicialmente para ellas condujo a menudo a problemas de compatibilidad y en la
capacidad de mantenimiento del código. Los lenguajes orientados a objetos
"puros", por su parte, carecían de las características de las cuales
muchos programadores habían venido a depender. Para saltar este obstáculo, se
hicieron muchas tentativas para crear nuevos lenguajes basados en métodos
orientados a objetos, pero permitiendo algunas características imperativas de
maneras "seguras". El Eiffel de Bertrand
Meyer fue un temprano y moderadamente acertado lenguaje con esos objetivos,
pero ahora ha sido esencialmente reemplazado por Java, en gran parte debido
a la aparición de Internet y a la implementación de la máquina virtual de
Java en la mayoría de navegadores. PHP en su versión 5
se ha modificado; soporta una orientación completa a objetos, cumpliendo todas
las características propias de la orientación a objetos.
Conceptos fundamentales
La
programación orientada a objetos es una forma de programar que trata de
encontrar una solución a estos problemas. Introduce nuevos conceptos, que
superan y amplían conceptos antiguos ya conocidos. Entre ellos destacan los
siguientes:
Clase
Definiciones
de las propiedades y comportamiento de un tipo de objeto concreto. La
instanciación es la lectura de estas definiiones y la creación de un objeto a
partir de ellas.
Herencia
(Por
ejemplo, herencia de la clase C a la clase D) es la facilidad mediante la cual
la clase D hereda en ella cada uno de los atributos y operaciones de C, como si
esos atributos y operaciones hubiesen sido definidos por la misma D. Por lo
tanto, puede usar los mismos métodos y variables públicas declaradas en C. Los
componentes registrados como "privados" (private) también se heredan,
pero como no pertenecen a la clase, se mantienen escondidos al programador y
sólo pueden ser accedidos a través de otros métodos públicos. Esto es así para
mantener hegemónico el ideal de POO.
Objeto
Instancia de
una clase. Entidad provista de un conjunto de propiedades o atributos (datos) y
de comportamiento o funcionalidad (métodos), los mismos que consecuentemente
reaccionan a eventos. Se corresponden con los objetos reales del mundo que nos
rodea, o con objetos internos del sistema (del programa). Es una instancia a
una clase.
Método
Algoritmo
asociado a un objeto (o a una clase de objetos), cuya ejecución se desencadena
tras la recepción de un "mensaje". Desde el punto de vista del
comportamiento, es lo que el objeto puede hacer. Un método puede producir un
cambio en las propiedades del objeto, o la generación de un "evento"
con un nuevo mensaje para otro objeto del sistema.
Evento
Es un suceso
en el sistema (tal como una interacción del usuario con la máquina, o un
mensaje enviado por un objeto). El sistema maneja el evento enviando el mensaje
adecuado al objeto pertinente. También se puede definir como evento la reacción
que puede desencadenar un objeto; es decir, la acción que genera.
Atributos
Características que tiene la clase
Mensaje
Una
comunicación dirigida a un objeto, que le ordena que ejecute uno de sus métodos
con ciertos parámetros asociados al evento que lo generó.
Propiedad o atributo
Contenedor
de un tipo de datos asociados a un objeto (o a una clase de objetos), que hace
los datos visibles desde fuera del objeto y esto se define como sus
características predeterminadas, y cuyo valor puede ser alterado por la
ejecución de algún método.
Estado interno
Es una
variable que se declara privada, que puede ser únicamente accedida y alterada
por un método del objeto, y que se utiliza para indicar distintas situaciones
posibles para el objeto (o clase de objetos). No es visible al programador que
maneja una instancia de la clase.
Componentes de un objeto
Atributos,
identidad, relaciones y métodos.
Identificación de un objeto
Un objeto se
representa por medio de una tabla o entidad que esté compuesta por sus
atributos y funciones correspondientes.
En
comparación con un lenguaje imperativo, una "variable" no es más que
un contenedor interno del atributo del objeto o de un estado interno, así como
la "función" es un procedimiento interno del método del objeto.
Características de
la POO
Existe un
acuerdo acerca de qué características contempla la "orientación a objetos".
Las características siguientes son las más importantes:
Abstracción
Denota las
características esenciales de un objeto, donde se capturan sus comportamientos.
Cada objeto en el sistema sirve como modelo de un "agente" abstracto
que puede realizar trabajo, informar y cambiar su estado, y
"comunicarse" con otros objetos en el sistema sin revelar cómo se
implementan estas características. Los procesos, las funciones o los métodos
pueden también ser abstraídos, y, cuando lo están, una variedad de técnicas son
requeridas para ampliar una abstracción. El proceso de abstracción permite
seleccionar las características relevantes dentro de un conjunto e identificar
comportamientos comunes para definir nuevos tipos de entidades en el mundo
real. La abstracción es clave en el proceso de análisis y diseño orientado a
objetos, ya que mediante ella podemos llegar a armar un conjunto de clases que
permitan modelar la realidad o el problema que se quiere atacar.
Encapsulamiento
Significa
reunir todos los elementos que pueden considerarse pertenecientes a una misma
entidad, al mismo nivel de abstracción. Esto permite aumentar la cohesión de los componentes del sistema.
Algunos autores confunden este concepto con el principio de ocultación,
principalmente porque se suelen emplear conjuntamente.
Modularidad
Se denomina
modularidad a la propiedad que permite subdividir una aplicación en partes más
pequeñas (llamadas módulos), cada una de las cuales debe ser tan independiente
como sea posible de la aplicación en sí y de las restantes partes. Estos
módulos se pueden compilar por separado, pero tienen conexiones con otros
módulos. Al igual que la encapsulación, los lenguajes soportan la modularidad
de diversas formas.
Principio de ocultación
Cada objeto
está aislado del exterior, es un módulo natural, y cada tipo de objeto expone
una interfaz a otros objetos que especifica cómo pueden interactuar
con los objetos de la clase. El aislamiento protege a las propiedades de un
objeto contra su modificación por quien no tenga derecho a acceder a ellas;
solamente los propios métodos internos del objeto pueden acceder a su estado.
Esto asegura que otros objetos no puedan cambiar el estado interno de un objeto
de manera inesperada, eliminando efectos secundarios e interacciones
inesperadas. Algunos lenguajes relajan esto, permitiendo un acceso directo a
los datos internos del objeto de una manera controlada y limitando el grado de
abstracción. La aplicación entera se reduce a un agregado o rompecabezas de
objetos.
Polimorfismo
Comportamientos
diferentes, asociados a objetos distintos, pueden compartir el mismo nombre; al
llamarlos por ese nombre se utilizará el comportamiento correspondiente al
objeto que se esté usando. O, dicho de otro modo, las referencias y las
colecciones de objetos pueden contener objetos de diferentes tipos, y la
invocación de un comportamiento en una referencia producirá el comportamiento
correcto para el tipo real del objeto referenciado. Cuando esto ocurre en
"tiempo de ejecución", esta última característica se llama asignación
tardía o asignación dinámica. Algunos lenguajes proporcionan medios
más estáticos (en "tiempo de compilación") de polimorfismo, tales
como las plantillas y la sobrecarga de operadores de C++.
Herencia
Las clases
no están aisladas, sino que se relacionan entre sí, formando una jerarquía de
clasificación. Los objetos heredan las propiedades y el comportamiento de todas
las clases a las que pertenecen. La herencia organiza y facilita el
polimorfismo y el encapsulamiento, permitiendo a los objetos ser definidos y
creados como tipos especializados de objetos preexistentes. Estos pueden
compartir (y extender) su comportamiento sin tener que volver a implementarlo.
Esto suele hacerse habitualmente agrupando los objetos en clases y
estas en árboles o enrejados que reflejan un comportamiento
común. Cuando un objeto hereda de más de una clase se dice que hay herencia
múltiple
.
Recolección
de basura
La
recolección de basura o garbage collection es la técnica por la cual
el entorno de objetos se encarga de destruir automáticamente, y por tanto
desvincular la memoria asociada, los objetos que hayan quedado sin ninguna
referencia a ellos. Esto significa que el programador no debe preocuparse por
la asignación o liberación de memoria, ya que el entorno la asignará al crear
un nuevo objeto y la liberará cuando nadie lo esté usando. En la mayoría de los
lenguajes híbridos que se extendieron para soportar el Paradigma de
Programación Orientada a Objetos como C++ u Object Pascal,
esta característica no existe y la memoria debe desasignarse expresamente.
