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Algoritmos e Estruturas de

Dados

Aula 01 – Introdução a Programação Orientada a Objetos, e Tipos Abstratos de Dados

Professor Renato Vimieiro Centro de Informática – UFPE

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Introdução

• Até esse momento, nossos programas envolviam dados bastante simples (de um mesmo tipo) que eram armazenados também

estruturas simples

• Vetores de inteiros, reais ou textuais, por exemplo

• Sistemas maiores exigem abstrações mais próximas da realidade

• O modelo ou paradigma de programação estudado até agora focava em instruções imperativas organizadas em funções para manipulação de dados

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Introdução

• No paradigma imperativo, existe uma clara divisão entre dados e instruções

• Tal separação não é tão explícita no mundo real

• Os objetos do mundo real concentram tanto características/dados quanto ações que podem executar

• _{Exemplo: O painel de um forno elétrico armazena a informação da}

temperatura atual e possui as funções ligar/desligar e aumentar/diminuir temperatura

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Introdução

• Essas funções e dados do forno seriam implementadas separadamente segundo o paradigma imperativo

• Entre outros problemas, podemos perceber uma certa falta de unidade

• Não está explícito que todas aquelas funções e dados são referentes a uma única entidade, forno.

• O paradigma de programação orientada por objetos, como o próprio nome sugere, baseia-se em trocas de mensagens entre objetos

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Programação Orientada a Objetos (POO)

• O conceito central em POO é o de objetos.

• Como na realidade, objetos são dotados de características (dados/variáveis) e ações que podem executar (funções) • As características de um objeto são chamadas de atributos

• As ações (funções) que o objeto pode executar são chamadas de

métodos

• Os objetos são organizados em classes que definem os atributos e métodos comuns a todos eles

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Programação Orientada a Objetos (POO)

• Uma classe em C++ é definida da seguinte maneira class ID{

<métodos>

};

• Para exemplificar, considere um programa em que devemos

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Classes em C++

class Pessoa { public: string nome; string sobrenome; Pessoa( ); Pessoa(string nome, string sobrenome);

string getNome( ){ return nome;} }; Pessoa::Pessoa( ){ this->nome = “”; this->sobrenome = “”; } Pessoa::Pessoa(string nome, string sobrenome ){ this->nome = nome; this->sobrenome = sobrenome; }

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Classes em C++

• A classe Pessoa define um ‘molde’ para seus objetos

• Após definir essa classe no programa, estamos aptos a criar objetos que concentrarão todas as informações pessoais de um indivíduo • Para ‘criarmos’ uma variável do tipo Pessoa, usamos a seguinte

sintaxe:

• _{Pessoa eu(”Renato”,”Vimieiro”)} • Pessoa ele(“Alan”,”Turing”)

• _{Pessoa ela(“Ada”,”Lovelace”)} • Pessoa ninguem;

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Classes em C++

• No exemplo anterior, criamos quatro objetos da classe Pessoa (eu, ele, ela e ninguém)

• Os objetos de uma classe são chamados de instâncias da classe; e a criação de um novo objeto instanciação

• Cada objeto/instância possui/armazena suas próprias características • A instanciação de um novo objeto requer a alocação de um espaço na

memória para armazenamento de todos os membros

• Os membros de um objeto são acessados usando o ponto (eu.nome ou ele.sobrenome)

• O exemplo anterior mostrou a criação de objetos estáticos, ou seja, objetos criados daquela forma possuem escopo/tempo de vida associado ao local onde foram criados

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Classes em C++

• Na definição da classe Pessoa, observamos um método especial

Pessoa

• Esse método é chamado de construtor e tem como objetivo inicializar os valores dos atributos do objeto

• Podemos definir vários construtores desde que possuam assinaturas diferentes

• O construtor sem parâmetros é chamado de construtor padrão e os demais alternativos

• Os métodos podem ser definidos fora da classe, bastando qualificá-los (Pessoa::)

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Classes em C++

• Todos os objetos em C++ possuem um atributo especial chamado this. Este atributo é uma referência para o próprio objeto.

• Como dito anteriormente, o construtor serve para “construir” o objeto da forma que desejamos

• Similarmente, podemos definir quais são as ações a serem executadas quando um objeto deixar de existir

• Tal método especial é chamado de destrutor da classe

• Destrutores em C++ são definidos pelo método com o mesmo nome da classe (como os construtores) precedidos por ~

• ~Pessoa()

• Os destrutores são chamados imediatamente antes de um objeto deixar de existir

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Classes em C++

• Exemplo: class Pessoa{ ... ~Pessoa( ){ this->nome = this->sobrenome = “”; std::cout << “Apagado” << std::endl; } ... };

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Classes e alocação dinâmica

• Como foi dito, objetos criados como nos exemplos anteriores são

estáticos e estão associados ao escopo do bloco onde foram criados. • C++ permite o controle total da alocação e desalocação de recursos

de memória.

• Em outras palavras, podemos dissociar o tempo de vida de um objeto do escopo do bloco onde ele foi criado. Esse processo é chamado de alocação dinâmica.

• A alocação e liberação de recursos é feita em C++ com os comandos

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Classes e alocação dinâmica

• Para alocar um objeto dinamicamente, usamos a seguinte sintaxe

• Pessoa * eu = new Pessoa(“Renato”,”Vimieiro”);

• Pessoa * ele = new Pessoa(“Alan”,”Turing”);

• Pessoa * ela = new Pessoa(“Ada”,”Lovelace”);

• Pessoa * ninguem = new Pessoa( );

• O comando new aloca um espaço na memória para o objeto e retorna uma referência/ponteiro para seu endereço de memória.

• Objetos alocados dinamicamente ‘vivem’ até o momento em que são liberados através do comando delete

• delete eu;

• CUIDADO!!! Se você liberar um endereço, todas as outras referências para aquela área

apontarão para um endereço inválido (dangling pointers)

• ninguem = eu;

• delete eu;

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Tipos Abstratos de Dados

• Note que a definição de classes ‘introduz’ novos tipos à linguagem • Ao definir a classe Pessoa, passamos a ter um novo tipo de dados em

C++

• Esse novo tipo pode conter dados de diversos tipos (heterogêneo), criando uma abstração sobre eles

• Um tipo abstrato de dados é um conjunto de objetos e as operações definidas sobre eles

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Tipos Abstratos de Dados

• A definição de uma classe cria uma nova abstração. Os métodos e atributos abstraem para o usuário as ações e características de seus objetos.

• O usuário sabe que as informações estão armazenadas no objeto e que certas ações podem ser executadas, mas não sabe como elas são.

• Essa é uma das grandes vantagens desse paradigma de programação. • A abstração sobre tipos de dados oculta os detalhes desnecessários em

algumas partes e permite restabelecer o foco naquilo que realmente importa

• Se armazenarmos pessoas em uma lista e quisermos apresentá-las em ordem alfabética, não nos interessa saber que uma pessoa é representada por nome,

sobrenome, etc; somente em como compará-las, cujos detalhes também podem ser omitidos

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Encapsulamento

• Apesar de programação orientada por objetos ser centrada em

objetos, ela está baseada em três pilares: encapsulamento, herança e polimorfismo.

• O encapsulamento é, como o nome sugere, a concentração e ocultação de detalhes na classe

• C++ permite ao programador da classe controlar a visibilidade das informações para os usuários

• Em geral, o acesso direto aos atributos é restrito, sendo feito através da interface oferecida pelos métodos

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Encapsulamento

• A visibilidade de métodos e atributos é feita através das palavras-chave:

• public – Acesso livre

• private – Acesso interno

• protected – Acesso interno à classe e suas derivadas

• A maior virtude do controle de acesso é garantir a integridade dos objetos. Como o usuário não tem acesso aos membros privados, diminui-se o risco dos dados serem corrompidos por alguma alteração não-intencional

• Além disso, como dito, ela permite ocultar detalhes desnecessários para o usuário final

• Poderíamos ter um atributo privado data de nascimento para a pessoa, e um método público idade que calcularia quantos anos a pessoa teria no momento da chamada

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Encapsulamento

class Pessoa { private: string nome; string sobrenome; public: Pessoa( ); Pessoa(string nome, string sobrenome); string getNome( ){ return nome; } };