Página do Curso Técnico em Informática

Apostila de Programação Orientada a Objeto

1. INTRODUÇÃO
1.1 Um Breve Histórico de Linguagens de Programação
O Processamento de Dados é uma necessidade muito antiga. Historicamente, podemos citar que no antigo Egito os pastores costumavam associar uma pequena pedra a cada uma de suas ovelhas.
Assim, a cada ovelha que saía para o pasto era retirada uma pedra e quando elas retornavam, eram recolocadas tantas pedras quanto o número de ovelhas que regressava. Desta forma sabia-se, facilmente e sem a necessidade de recontá-las, se todas haviam sido recolhidas. De modo bastante rudimentar os dados (pedras) eram transformados em informação (todas as ovelhas foram ou não recolhidas). Deste exemplo podemos extrair como definição que o Processamento de Dados tem por objetivo transformar DADOS em INFORMAÇÃO.
Para a existência do Processamento de Dados, 3 etapas fundamentais devem ser cumpridas:
ENTRADA, PROCESSAMENTO e SAÍDA.
Ainda no exemplo acima, podemos considerar como entrada a quantidade original de pedras, o processamento é o “evento” de retirar ou colocar as pedras e como dado de saída, a quantidade final de pedras, e desse pode ser obtida uma informação: todas as ovelhas foram ou não recolhidas. Refinando mais ainda essa informação podemos saber a quantidade das que retornaram e das que não retornaram.
Com o passar dos tempos, o volume de dados a serem processados aumentou significativamente, diminuiu o tempo disponível para o processamento dos dados e exigiu-se total exatidão das informações obtidas a partir do processamento. Diante desse quadro o homem começa a mecanizar a atividade de processamento de dados.
Desde 1642, quando Blaise Pascal inventou a calculadora mecânica, uma série de aperfeiçoamentos e novas descobertas proporcionaram aquilo que hoje é uma fantástica “ferramenta” para processar dados: O COMPUTADOR.
Por definição, o Computador é uma máquina eletrônica de altíssima velocidade de processamento, programada internamente, criada pelo homem para auxiliá-lo em suas tarefas.
Os dispositivos físicos de um sistema de computação são chamados de HARDWARE, e são combinados de diferentes modos a fim de atender a necessidades específicas. O conjunto de dispositivos físicos que compõem um computador (Hardware) é totalmente desprovido de “inteligência” e incapaz de qualquer ação com o objetivo de processar dados. Para que o processamento seja possível é necessário introduzir no computador uma série de instruções, cujo conjunto é chamado de SOFTWARE (Programas). Os caminhos da programação têm mudado dramaticamente desde a invenção do computador. A primeira razão para as mudanças é acomodar o aumento da complexidade dos programas. Por exemplo, quando os computadores foram inventados, a programação era feita por chaveamentos em instruções binárias de máquina, usando-se o painel frontal. Enquanto os programas continham somente algumas centenas de instruções, esse método funcionava. Quando cresceram, a linguagem Assembly foi inventada para permitir a um programador manipular complexidades, através de uma linguagem de baixo nível, de máquina. A primeira linguagem de alto nível difundida foi, obviamente, FORTRAN. Ainda que o FORTRAN tenha dado um primeiro passo bastante considerável, é uma linguagem que somente torna os programas mais claros e fáceis de entender do que o Assembly, sem introduzir mudanças consideráveis no estilo de programação. Nos anos 60 nasceu a programação estruturada. Esse é o método estimulado por linguagens como C, Pascal, COBOL e Basic. Usando as linguagens estruturadas, foi possível, pela primeira vez, escrever programas um pouco complexos de maneira razoavelmente fácil. Entretanto, com programação estruturada, quando um projeto atinge um certo tamanho, torna-se extremamente difícil e muito custoso efetuar sua manutenção e fazer qualquer modificação. A cada marco no desenvolvimento da programação, métodos foram criados para permitir ao programador tratar com complexidades incrivelmente grandes. Cada passo combinava os melhores elementos dos métodos anteriores com elementos mais avançados. Atualmente, muitos projetos estão próximos ou no ponto em que o tratamento estruturado não mais funciona. Para resolver esse problema, a programação orientada a objetos foi criada. A programação orientada a objetos aproveitou as melhores idéias da programação estruturada e combinou-as com novos conceitos poderosos que levam a ver na tarefa de programação uma nova luz, permitindo que um problema seja mais facilmente decomposto em subgrupos relacionados. Então, usando-se a linguagem, pode-se traduzir esses subgrupos em objetos. A primeira linguagem a incorporar facilidades para definir classes de objetos genéricos na forma de uma hierarquia de classes e subclasses foi a linguagem Simula, que foi idealizada em 1966, na Noruega, como uma extensão da linguagem ALGOL 60. Uma classe em Simula, é um módulo englobando a definição da estrutura e do comportamento comuns a todas as suas instâncias(objetos). Como o nome indica, é uma linguagem adequada à programação de simulações de sistemas que podem ser modelados pela interação de um grande número de objetos distintos. As idéias de Simula serviram de base para as propostas de utilização de Tipos Abstratos de Dados, e também para Smalltalk. Smalltalk foi desenvolvida no Centro de Pesquisas da Xerox durante a década de 70, e incorporou, além das idéias de Simula, um outro conceito importante: o princípio de objetos ativos, prontos a “reagir” a “mensagens” que ativam “comportamentos” específicos do objeto. Ou seja, os objetos em Smalltalk deixam de ser meros “dados” manipulados por “programas”, e passam a ser encarados como “processadores idealizados” individuais e independentes, aos quais podem ser transmitidos comandos em forma de “mensagens”. Outras linguagens orientadas a objetos têm sido desenvolvidas. Notadamente C++, uma extensão de C, Objetive-C, outra extensão de C, menos popular que a anterior, Pascal orientado a objetos(Object Pascal), Eiffel e mais recentemente, no Brasil, a linguagem Tool(ferramenta em inglês). Além da Xerox, que criou a ParcPlace Systems especialmente para comercializar Smalltalk-80 e seus sucedâneos (orientados a objeto), a Digitalk lançou em 1986 uma versão de Smalltalk para ambiente DOS, e mais recentemente a versão para Windows, o que contribuiu para uma maior difusão da linguagem [Digitalk]. Smalltalk, uma das mais populares linguagens orientadas a objetos, assim como outras linguagens orientadas a objetos, tem sido usada em aplicações variadas onde a ênfase está na simulação de modelos de sistemas, como automação de escritórios, animação gráfica, informática educativa, instrumentos virtuais, editores de texto e bancos de dados em geral, entre outras. Tais aplicações diferem substancialmente daquelas em que a ênfase está na resolução de problemas através de algoritmos, tais como problemas de busca, otimização e resolução numérica de equações. Para essas aplicações, é mais adequado o uso de linguagens algorítmicas convencionais, como C, Pascal, Basic, COBOL, ALGOL e FORTRAN.
Uma pequena classificação dos Tipos de Linguagens de Programação:
- Linguagens Procedurais (Estrutuuradas);
- Linguagens de Programação Orientadaas a Objeto, que é onde vamos focar nosso componente curricular;
- Linguagens de Baixo Nível (Lingguagem de Máquina, exemplo: Assembly ou Assembler).

1.2 Programação Orientada a Objeto(POO)
Uma das atividades mais interessantes em Informática é certamente a busca constante de melhorias nas linguagens e técnicas para o desenvolvimento de software. Desta busca decorrem as transformações e evoluções das linguagens de programação, surgindo novas linguagens e novos paradigmas. A Programação Orientada a Objetos utiliza os conceitos que aprendemos quando estamos na alfabetização: objetos e atributos, todos e partes, classes e membros. É difícil explicar por que demoramos tanto a aplicar estes conceitos à análise e especificação de sistemas de informações - talvez porque estivéssemos ocupados demais “seguindo a boiada” durante o auge da análise estruturada para imaginar que havia alternativas.
A Enciclopédia Britânica afirma:
“Na compreensão do mundo real, as pessoas empregam constantemente três métodos de organização, sempre presentes em todos os seus pensamentos:
(1) Diferenciação, baseado na experiência de cada um, de objetos particulares e seus atributos - quando distingue uma árvore, e seu tamanho ou relações espaciais, dos outros objetos, (2) Distinção entre objetos como um todo e entre suas partes componentes - por exemplo, quando separam uma árvore dos seus galhos, e (3) Formação de, e distinção entre, as diferentes classes de objetos - por exemplo, quando formam uma classe de todas as árvores, uma outra classe de todas as rochas e distinguem-nas.”
A POO se apóia nestes três métodos usuais de organização.
Programação Orientada a Objetos é a programação implementada pelo envio de mensagens a objetos. Cada objeto irá responder às mensagens conhecidas por este, e cada objeto poderá enviar mensagens a outros, para que sejam atendidas, de maneira que ao final do programa, todas as mensagens enviadas foram respondidas, atingindo-se o objetivo do programa. Programação Orientada a Objetos, técnicas e artefatos ditos “orientados a objetos” incluem linguagens, sistemas, interfaces, ambientes de desenvolvimento, bases de dados, etc. No entanto, cabe ressaltar que o conceito de Orientação Objeto depende mais da mentalidade do programador do que da linguagem de programação que está sendo utilizada. Pode-se conseguir programas razoavelmente orientados a objeto em linguagens tipicamente estruturadas, assim como pode-se conseguir programas estruturados em linguagens voltadas para objetos. Tomemos como exemplo a frase:
“O navio atraca no porto e descarrega sua carga”
Se analisássemos esta frase estruturadamente, pensaríamos logo em como o navio atraca no porto e como ele faz para descarregar sua carga, ou seja, pensaríamos na ação que está sendo feita (que na frase é representada pelos verbos) para transformá-la em procedimento. Em orientação objeto, o enfoque com que se encara a frase é diferente: primeiro pensaríamos no objeto navio, no objeto porto e no objeto carga, pensando como eles seriam e procurando definir seu comportamento. Após isto é que pensaremos em como o navio se relaciona com o porto e com a carga, e como o porto se relaciona com carga. De modo grosseiro, podemos dizer que ao analisarmos uma frase pensando estruturadamente, damos ênfase aos verbos, e pensando orientado a objetos, damos ênfase aos substantivos. Pelo que foi visto acima, percebe-se que o programador experiente terá inicialmente grande dificuldade em migrar para a orientação a objeto, pois terá que esquecer os anos de prática analisando os problemas estruturadamente, para reaprender a analisá-los de forma voltada a objeto. Ninguém faria isto se não tivesse bons motivos. Abaixo são mostradas algumas das vantagens que motivam veteranos programadores a readaptar-se para o paradigma de orientação a objeto:
- Sensível redução no custo de manutençãão do software
- Aumento na reutilização de código
· Redução no custo de manutenção:
Na programação orientada a objetos, existem certas características (herança e encapsulamento) que permitem que, quando for necessária alguma alteração, modifique-se apenas o objeto que necessita desta alteração, e ela propagar-se-á automaticamente às demais partes do software que utilizam este objeto. Veremos mais detalhadamente o motivo desta propagação e os conceitos de herança e encapsulamento em capítulos adiante na apostila.
· Aumento na reutilização de código:
Pode-se dizer, de modo simplório, que o conceito de orientação objeto fornece a possibilidade de um objeto acessar e usar como se fossem seus os métodos e a estrutura de outro objeto. Deste modo, quando, por exemplo, existirem dois objetos bastante semelhantes, com mínimas diferenças, pode-se escrever os métodos apenas uma vez e usá-los para os dois objetos. Apenas os métodos que realmente forem diferentes para os dois objetos é que precisam ser escritos individualmente.
Observamos o exemplo abaixo:
Tanto PROFESSOR quanto ALUNO comem, andam e respiram, e foi necessário escrever o código do método Come ( ), Anda ( ) e Respira ( ) somente uma vez. Apenas os métodos específicos de PROFESSOR (no caso, Leciona ( ) e Corrige_Prova ( ) ) e de ALUNO (Assiste_Aula ( ) e Faz_Prova ( ) ) é que precisam ser escritos. Atualmente existe uma grande discussão sobre o que é exatamente uma linguagem orientada a objetos. É importante lembrar que um claro conceito de objeto, não caracteriza um sistema como orientado a objetos. Ao invés de entrarmos na discussão do que seja uma linguagem orientada a objetos, veremos os principais mecanismos utilizados nestas linguagens, sem uma preocupação de explicitar quais deles seriam necessários para dar a uma linguagem o "Título" de Orientada a Objetos.
A seguir abordaremos os conceitos básicos do Paradigma de Orientação a Objetos: Classes, Objetos, Mensagens, Encapsulamento Herança e Polimorfismo. Conheceremos suas definições conceituais, como podem ser aplicados, quando devem ser utilizados e principalmente por que devemos usar estes conceitos e quais são suas vantagens e desvantagens sobre a programação estruturada.

CLASSES, OBJETOS, HERANÇA, ENCAPSULAMENTO, POLIMORFISMO, ETC...

2. CLASSE
Uma classe é definida por: § um nome da classe; § o nome da sua superclasse; § o nome de suas variáveis privadas; § os nomes e as definições de todas as operações associadas a esta classe. Classe é um conceito estático: uma classe é um elemento reconhecido num texto de programa. por outro lado, um objeto é um conceito puramente dinâmico, o qual pertence não ao texto do programa, mas à memória do computador, local onde os objetos ocupam espaço durante a execução. (Conceitualmente, classes não são necessárias durante a execução, mas em linguagens interpretadas elas podem ser mantidas). Exemplo de classe: Uma classe é semelhante a uma struct e em C++ podemos definir a classe fila do seguinte modo: class fila { int f [100]; int primeiro, ultimo; public: void inicio (void); void put (int valor); int get (void) }; Examinando a declaração anterior, vemos: Uma classe pode conter tanto partes públicas como privadas. Por exemplo, as variáveis f, primeiro e ultimo são privadas. Isto significa que não podem ser acessadas por qualquer função que não seja membro dessa classe. Para tornar públicas as partes de uma classe, ou seja, acessíveis a outras partes do programa, é preciso declará-las após a palavra public.
2.1 Atributos
Um atributo é um dado para o qual cada objeto tem seu próprio valor. Atributos são, basicamente, a estrutura de dados que vai representar a classe. Exemplo de atributos, usando a classe fila:
int f [100] ;
int primeiro, ultimo;
2.2 Métodos
Métodos são declarados dentro de uma classe para representar as operações que os objetos pertencentes a esta classe podem executar. Um método é a implementação de uma rotina, ou seja, o código propriamente dito. Pode ser comparado a um procedimento ou função das linguagens imperativas.
Exemplo de métodos, utilizando a classe fila:
void iniciar (void)
{
primeiro = 0;
ultimo = 0;
};
void put ( int valor)
{
f [ultimo] = valor;
ultimo++;
};
int get (void)
{
return f [primeiro];
primeiro++;
};
3. OBJETOS
O que caracteriza a programação orientada a objeto são os objetos. De um modo geral podemos encarar os objetos como sendo os objetos físicos do mundo real, tal como: carro, avião, cachorro, casa, telefone, computador, etc., por isso que às vezes é dito que orientação a objetos representa os problemas mais próximos ao mundo real, dando assim mais facilidade a programação como um todo, mais isso não é sempre verdade, porque às vezes temos problemas que são extremamente funcionais. Nesses problemas funcionais é difícil representar a estrutura lógica em torno de objetos. Com isso, não são todos os problemas que giram em torno dos objetos facilmente visíveis. De maneira simples, um objeto é uma entidade lógica que contém dados e código para manipular esses dados. Os dados são denominados como sendo atributos do objeto, ou seja, a estrutura que o objeto tem, e o código que o manipula denominamos método. Um método é uma função que manipula a estrutura de dados do objeto.
Um objeto é um ente independente, composto por:
- estado interno, uma memória interna emm que valores podem ser armazenados e modificados ao longo da vida do objeto.
- comportamento, um conjunto de ações prré-definidas (métodos), através das quais o objeto responderá a demanda de processamento por parte de outros objetos.
Por exemplo:
Uma tela de computador pode ter os seguintes atributos e métodos:
- atributos
modo de operação /* texto/gráfico */ funcionais:
* gira em torno de processos
* tamanho horizontal
* tamanho vertical
* paleta de cores
* cor atual
- métodos
* modo texto ( )
* modo gráfico ( )
* fecha modo gráfico ( )
* muda cor ( )
* escreve caracter ( )
* coloca pixel ( )
* muda dimensões (x,y)
...
Um guarda-roupa:
- estrutura
conjunto de roupas /* tipo, tamanho, cor, estilo, preço, etc. */
* portas
* número de portas
* capacidade máxima
- métodos
* abre porta ( )
* fecha porta ( )
* escolhe roupa ( )
* tira roupa ( )
* coloca roupa ( )
estado do guarda-roupa ( ) /* portas abertas e fechadas, quantidade de roupas, etc. */
...
Uma lista:
- estrutura
(nodo e um apontador para um próximo nodo) Primeiro e atual
- métodos
* cria lista ( ) /* cria célula cabeça e inicializa */
* próximo ( ) /*vai para o próximo elemento da lista */
* insere ( ) /* insere um elemento na posição atual */
* deleta ( ) /* apaga posição atual */
* volta ao começo ( ) /* atual = primeiro */
...
Podemos notar que um objeto é composto por estrutura e processos, onde esses processos giram em torno da estrutura, ao contrário das linguagens funcionais, nas quais a estrutura se adapta a função. Um objeto só pode ser manipulado por sua estrutura e seus métodos, nada mais do que isso. Somente um objeto de um determinado tipo pode acessar seus métodos e estrutura, um outro tipo de objeto não tem nenhum acesso a estes. Por exemplo, em uma classe cachorro temos o método fala. Se por exemplo definirmos um objeto da classe gato, este objeto não tem acesso nenhum ao método fala de cachorro. Dentro de um objeto, alguns métodos e/ou estrutura podem ser privados ao objeto, o que nos diz que são inacessíveis diretamente para qualquer elemento fora dele, o que impede que outros objetos tenham acesso direto às partes privadas do objeto referenciado. Para o objeto poder referenciar seus elementos privados ele deve passar pelos seus métodos, neste caso um método específico que faça a operação desejada, ou seja, ele pode acessar sua estrutura privada somente através de seus métodos, dando assim uma certa abstração de como é feita a manipulação da estrutura. Isso consiste no encapsulamento de dados que será explicado na seção referente a este tema. A princípio toda a estrutura deve ser privada, mas algumas linguagens como C++ permitem que a estrutura de um objeto possa ser acessada diretamente por outros objetos. Já em SmallTalk toda a estrutura é privada. Dessa maneira, um objeto evita significativamente que algumas outras partes não relacionadas de programa modifiquem ou usem incorretamente as partes privadas do objeto referenciado, dando assim maior confiabilidade na manipulação do objeto. Isso tudo nos mostra uma característica muito grande para construção de módulos independentes e abstração ao usuário. Mais exatamente, cada objeto é uma instância de sua classe. É a classe que contém a descrição da representação interna e dos métodos comuns a todas as suas instâncias (objetos). Cada instância da classe, por sua vez, possui sua própria memória privativa (seu estado interno) onde ficam armazenados os valores de seus componentes, que representam suas características individuais. Associando com a linguagem C, quando você define uma estrutura como, por exemplo:
struct aluno {
char nome [30];
char telefone [20];
int número;
};
Quando você declara uma variável do tipo struct aluno você define uma instância da estrutura aluno.
main ( ) {
struct aluno a; /* a é uma variável do tipo da estrutura aluno */
...
}
Agora quando define uma classe aluno
class Aluno {
char nome [30];
char telefone [20];
int número;
lista_notas notas;
...
public:
insereNota (matéria, nota);
listaNotas ( );
...
};
Definiremos uma variável aluno
void main ( ) {
Aluno João;
...
}
Neste caso João é uma variável (instância) do tipo aluno, o qual denominamos de objeto, porque a classe aluno descreve uma estrutura que o caracteriza e métodos que o manipulam.
Com isso podemos diferenciar claramente uma classe de objeto. A classe é apenas um tipo de dado, que somente representa características comuns a determinados objetos. Uma classe pode ser comparada com uma estrutura, com apenas uma forma definida, mas nenhuma variável que a manipula. Para manipulá-las é preciso definir uma variável. Esta variável do tipo da classe é que é chamada de objeto. Os objetos de uma determinada classe não são iguais. Por exemplo, podemos ter os objetos João e Pedro da classe Aluno, cada um vai ter um nome, telefone, número, notas, e uma posição na memória. A sua similaridade consiste apenas no fato de que possuem propriedades idênticas.
Uma coisa importante de um objeto é seu ciclo de vida, que engloba o momento em que é declarado até sua eliminação. No instante em que um objeto é declarado, é alocado um espaço em memória para ele e automaticamente executado seu construtor. A partir deste momento o objeto está pronto para ser usado. Esta fase vai até a eliminação do objeto. A sua eliminação pode ser de duas formas: a primeira, que todas as linguagens utilizam, elimina o objeto no final do programa se ele for global, no final de um módulo se for local, e no final de um bloco se for declarado dentro deste. A segunda forma de eliminação é chamada de Garbage Collection. Esta maneira de eliminação não é implementada em todas as linguagens e não é uma característica somente de orientação a objetos. Garbage Collection consiste em eliminação pelo compilador do objeto/variável depois de sua última utilização. A partir do momento em que ele não é mais referenciado, passa a não existir mais na memória. Por exemplo, Garbage Collection é implementado em Lisp e SmallTalk enquanto que em C++ e Pascal não. Quando o objeto é eliminado ele automaticamente executa seu destrutor.
Em programação orientada a objetos, primeiramente o que deve ser identificado são os objetos que o problema requer (até mesmo os tipos simples de dados são vistos como objetos, porque têm estrutura e operações (métodos) que o manipulam). Por exemplo um objeto inteiro é comparado com outro, recebe uma atribuição, tem operações aritméticas. Esta nova concepção não é tão fácil de ser encarada, principalmente para quem já é experiente em programação imperativa. As principais dificuldades a princípio são a identificação dos objetos, e o tratamento do problema somente através de objetos.

4. MENSAGENS
Mensagens são requisições para que um objeto execute uma de suas ações. Cada objeto somente pode responder às mensagens que constem do seu protocolo. O protocolo de um objeto são as mensagens correspondentes as suas operações, além do protocolo de sua superclasse.
Os objetos interagem através de mensagens.
O atendimento de uma mensagem envolve a execução de algum tipo de código, ou seja, os métodos, sobre um dado associado àquela operação, ou seja, sobre os atributos. Quando um objeto é criado, o acesso a suas características é feito através de mensagens. Para cada mensagem recebida pelo objeto, existe um método associado para respondê-la. Quando a mensagem estiver se referenciando a um atributo, o valor deste deve ser devolvido, e no caso de uma operação, o procedimento desta é executado. As operações podem ter parâmetros de entrada e saída com tipos determinados. Esta característica, juntamente com o seu nome, definem a assinatura de uma mensagem. Exemplo de mensagem, utilizando a classe fila:
Seja a declaração de um objeto:
fila fila_atual;
.
.
.
A mensagem a este objeto seria:
fila_atual.get( );

5. ENCAPSULAMENTO
O conceito de encapsulamento é decorrente do fato de se combinar os dados (atributos) e o código que manipula estes dados (métodos) em um único Objeto. Ele garante que a única forma de acesso aos dados é através dos métodos disponíveis ao usuário (chamados públicos). Os demais métodos e os atributos da classe ficam sendo privados, ou seja, apenas funções-membro da classe têm acesso direto aos mesmos.
- Objeto
* atributos
* métodos

Aplicação
O conceito de encapsulamento não é exclusivo do paradigma de Orientação a Objetos.
Ele já era utilizado na definição de Tipos Abstratos de Dados, para dizer que os dados só deveriam ser manipulados pelas funções que compunham o TAD. Trocando em miúdos, o encapsulamento diz respeito à definição de uma estrutura que contenha os dados, defina quais os métodos de acesso público a esses dados e possua meios de proteger os demais métodos e os dados contra acesso direto. Mas... por que impedir este acesso? Responderemos esta pergunta com um exemplo prático. Imaginemos um objeto Polinômio. Vamos supor que a estrutura de dados utilizada para representar um polinômio dentro do objeto seja um vetor. Este objeto, quando criado, recebe um string contendo o polinômio que ele representará (por exemplo, “x2 + 2x +10”) e possui, entre outros, um método para, dado um x, calcular f(x).
typedef struct{
float coeficiente;
int expoente;
} termo;
class polinômio{
termo Vetor[30];
public:
polinomio(char *string);
~polinomio ( ) { };
void insere (float coef, int exp);
...
float calcula_fx (float x);
}
Digamos que o encapsulamento não existe e eu não tenho este método, mas eu estou fazendo uma aplicação que usa a classe polinômio, e preciso calcular f(x). Eu posso então acessar diretamente o vetor dentro do objeto, obter o coeficiente e expoente de cada termo do polinômio e calcular f(x) sem mais problemas, não posso? Pode. Mas um belo dia você chega à brilhante conclusão que um vetor não é a maneira mais econômica (em se tratando de memória) de se representar um polinômio, e resolve alterar a estrutura de dados para uma lista. E agora, o que aconteceu com o código para calcular f(x)? Bem, você terá que implementar praticamente tudo de novo, só que agora com lista. E assim seria se a estrutura de dados fosse mudada de novo, e de novo, e de novo... Agora vejamos o que acontece no mesmo objeto polinômio, mas agora com encapsulamento: A minha aplicação chama o método da classe calcula_fx e obtém o resultado desejado. Se eu mudar a estrutura de dados do objeto, precisarei fazer mudanças neste método, para que ele opere corretamente.
Mas... a minha aplicação não mudou em nada!!!
Isto quer dizer que se eu modificar o objeto sem alterar a interface dos meus métodos de acesso, não precisarei mudar uma linha na minha aplicação para que ela funcione corretamente. Isso só será possível se eu sempre acessar os dados através dos métodos da classe, e nunca diretamente. É claro que não é sempre que eu consigo preservar a interface de um objeto quando da mudança da estrutura de dados, e às vezes a minha aplicação também precisará ser modificada. Entretanto, o Encapsulamento facilita estas mudanças, que não precisarão ser tão drásticas quanto no exemplo sem a aplicação deste conceito. Além desse aspecto, ainda há o da proteção dos dados encapsulados. Restringir o acesso dos atributos aos métodos da classe garante que nenhum dado será alterado por engano ou de forma descontrolada. Por exemplo, se a lista do meu objeto polinômio fosse acessível à minha aplicação, nada impediria que eu, por engano, mudasse um apontador da mesma e perdesse algum dado. O encapsulamento protege os dados, e faz o uso do objeto ser mais seguro. Em outras palavras, o Encapsulamento garante que a minha classe seja uma caixinha preta para o usuário: ele não sabe o que há dentro do objeto, sabe apenas para que ele serve e quais os métodos disponíveis para a manipulação deste. Note-se que este conceito possui efeito contrário para um objeto mal definido. Se, ao projetarmos uma classe, não fornecemos métodos de acesso adequados, teremos dificuldades em criar aplicações eficientes com objetos instanciados da mesma. Por exemplo, a nossa classe polinômio deveria possuir um método para informar se um termo de ordem n está presente no objeto. Caso contrário, fica difícil, por exemplo, implementar uma aplicação que compare dois polinômios e diga se possuem todos os termos de ordens iguais ( ex.: x2 + 2 e 3x2 + 5).
Logo, a tarefa de projetar uma classe envolve, entre outras atividades, definir da melhor maneira possível quais métodos de acesso ao objeto serão disponibilizados ao usuário. Um bom projeto inicial evita a necessidade de se redefinir uma classe já implementada.

6. HERANÇA
Herança é a propriedade dos objetos que permite a criação de uma hierarquia entre eles, onde os descendentes herdam o acesso ao código e estruturas de dados dos seus ancestrais.
Coad-Yourdon define Herança como:
Mecanismo para expressar a similaridade entre classes, simplificando a definição de Classes similares a outras que já foram definidas. Ela representa generalização e especialização, tornando atributos e serviços comuns em uma hierarquia de Classe. Para entender o significado dessa definição, usaremos um exemplo simples. Digamos que eu tenha uma classe Animal. Todos os objetos da classe Animal possuem características (atributos) comuns, como peso, altura, idade, estados como ter fome, etc. Também fazem determinadas tarefas (serviços ou métodos) como Comer, Procriar, Nascer, Morrer, se movimentar, etc. Eu posso abstrair esse objeto Animal para reduzi-lo à seguinte representação:
class Animal {
int Peso, Altura, Idade;
boolean EstaComFome;
public:
Animal( ) { ... }
/* Construtor */
~Animal( ) { ... }
/* Destrutor */
boolean ComFome( );
int Peso( );
int Altura( );
...
}
Muito bem, então eu defini minha classe Animal e a usei no meu aplicativo. Digamos que a classe foi projetada e implementada de uma maneira ótima, que possui todos os atributos e classes necessárias para a representação de um animal qualquer. Digamos que eu tenha mais um aplicativo para fazer, que precise de uma Classe Mamífero. A representação de um mamífero é muito parecida com a de um Animal, mas ele possui atributos e métodos que não são comuns a todos os animais: mamíferos (mamar, emitir sons etc.), além de fazerem algumas atividades de forma diferente dos demais Animais (Nem todos os animais comem ou procriam como os mamíferos, por exemplo).
Numa linguagem de programação sem herança, a implementação da classe Mamífero provavelmente implicaria na replicação do código de Animal, com as modificações necessárias para caracterizar a classe. Se fosse necessário implementar uma classe Macaco, eu replicaria o código de Mamífero na nova classe. Uma classe Chimpanzé teria o código de Macaco replicado em si, e assim sucessivamente. Isso não está bom. Se fosse necessário implementar todas as classes existentes entre o Ser Vivo e o Mosquito, teríamos centenas de classes, todas com replicação do código das classes anteriores. Além disso, se houvesse a necessidade de modificar algum método de Animal que fosse comum a todas estas centenas de classes, esta modificação teria que ser feita em todas elas, uma a uma. Será que não existe uma maneira melhor? Na verdade, é fácil perceber que Mamífero é na verdade uma especialização de Animal, um herdeiro dessa classe. Assim, se eu dispuser de um mecanismo que me permita declarar Mamífero como tal, e assim herdar todos os métodos e atributos da classe ancestral, não precisarei replicar código, apenas incluirei os métodos e atributos específicos na classe Mamífero, e redefinirei os métodos que achar necessário. O mecanismo que me permite isso é a Herança. A Herança vai produzir uma ordem de hierarquia entre as diversas Classes-Objetos que estiverem relacionadas desta forma. Um objeto herdeiro é em geral uma especialização do seu ancestral, que por conseqüência será uma generalização de seu sucessor. Eu posso montar uma estrutura de hierarquias entre Classes-Objetos baseada na relação generalização-especialização, resultando que os objetos mais ancestrais são mais genéricos ou abrangentes, e os seus sucessores são cada vez mais específicos, à medida que nos aprofundamos na estrutura. Observe como eu posso montar uma estrutura desse tipo baseado na classe Animal:
Animal
-Mamífero -Peixe -Antropóide -Tubarão -Homem -Macaco -Elefante -Tubarão -Tarzan -Chita -Dumbo
Nessa estrutura, podemos observar alguns níveis de especialização da classe mamífero.
Mamíferos e Anfíbios são especializações de Animais: possuem as características comuns a todos os animais, mas comem e procriam de suas próprias maneiras, por exemplo. Antropóide é ancestral comum a Homem e Macaco, e reúne as características comuns a seus descendentes. Já Elefante é descendente (herdeiro) direto de Mamífero, pois não possui as características de um Antropóide. Homem e Macaco são herdeiros diretos de Antropóide e herdeiros indiretos de Mamífero e Animal, já que todo o antropóide é necessariamente um mamífero, que por sua vez é um animal. Peixe não é mamífero, logo não herda as características desta classe. Tubarão é herdeiro de Peixe, e herdeiro indireto de Animal. Nesta estrutura, as instâncias de classe foram representadas por retângulos com os cantos arredondados, e as classes por retângulos normais. As arestas representam as relações de herança entre as classes.
É importante ressaltar que seria possível ter instâncias de qualquer das classes desta estrutura, e não apenas das classes “folha”. A princípio, qualquer destas classes é “instanciável”.
Uma propriedade que fica clara aqui é a transitividade. Se a classe B herda de A, e a classe C herda de B, então C herda de A:
A -> A, B
implica:
C -> C
Por exemplo, Um Mamífero é um Animal, e um Antropóide é um mamífero. Logo, um Antropóide é um Animal, e possui as características de um animal. Uma classe pode ser herdeira direta de mais de uma classe ao mesmo tempo. Isto é chamado de Herança Múltipla. A herança múltipla se aplica em situações como a do golfinho. Ele é um mamífero, mas possui características de Peixe. Assim, fazemos a classe Golfinho herdar de Peixe e Mamífero, e redefinimos os métodos específicos para Golfinho.
Animal -> Mamífero - Peixe - Golfinho
É importante ressaltar que normalmente não é preciso redefinir os métodos, e atributos herdados não precisam ser redeclarados ou redefinidos, a não ser que haja necessidade de refiná-los. Por exemplo, Antropóide e Homem respiram do mesmo jeito, logo eu vou utilizar o método Respira( ) de Antropóide para fazer Homem respirar. Entretanto Os mamíferos andam de formas diferentes, logo um método Anda( ) em Mamífero provavelmente terá que ser redefinido para Antropóide e Elefante, por exemplo.
A principal vantagem da herança em linguagens Orientadas a Objeto está no reaproveitamento de código que ela proporciona, pela declaração de classes herdeiras mais específicas ao meu problema. Do ponto de vista da Análise Orientada a Objetos, a herança permite uma melhor organização dos elementos que envolvem o Domínio do Problema, facilitando a compreensão do mesmo e a procura de soluções adequadas para o Sistema em questão.
A estrutura dos exemplos acima poderia ser implementada em C++ desta forma:
class Mamifero:public Animal {
boolean querMamar;
public:
Mamífero( ):Animal( ) {}
~Mamífero( );
void Mamar( );
void Respirar( );
...
}
class Elefante:public Mamifero {
public:
Elefante( ):Mamífero( ) {}
~Elefante( );
void LevantarTromba( );
void Andar( );
...
}
class Antropoide:public Mamifero {
public:
Antropoide( ):Mamifero( ) {};
~Antropoide( );
void Andar( );
void Procriar( );
...
}
class Homem: public Antropoide {
public:
Homem( ):Antropoide( ) {};
~Homem( );
void Fala( );
...
}
class Macaco:public Antropoide {
public:
Macaco( ):Antropoide( ) {};
~Macaco( );
void SobeNaArvore( );
...
}
class Peixe: public Animal {
int número_de_escamas;
public:
Peixe( ):Animal( ) {};
~Peixe( );
void Nadar( );
void Comer( );
...
}
class Tubarao:public Peixe {
public:
Tubarao( ):Peixe( ) {};
~Tubarao( );
void Comer( );
...
}
class Golfinho:public Mamifero, Peixe {
public:
Golfinho( ):Mamifero( ),Peixe( ) {};
void Comer( );
void Respirar( );
...
}
Homem Tarzan;
Macaco Chita;
Elefante Dumbo;
Tubarao Tu_Tu_Barao;
Golfinho Flipper;
void main(void)
{
Tarzan.Comer( );
Chita.Comer( );
Tarzan.Respirar( );
Chita.Respirar( );
Dumbo.Respirar( );
Dumbo.Andar( );
Tanzan.Andar( );
Chita.Mamar( );
Flipper.Mamar( );
Tarzan.Mamar( );
Chita.SobeNaArvore( );
Tu_Tu_Barao.Comer( );
Flipper.Comer( );
}
Observe a declaração do método Comer( ): ele é declarado em Antropóide, e redefinido para Homem e para Macaco, já que estes comem de formas diferentes. No momento de enviarmos uma mensagem para o objeto Tarzan e para o objeto Chita, fazemos da mesma forma, já que os métodos possuem nomes idênticos, mas a mensagem a Tarzan resultará na execução do método Comer( ) de Homem, e a mensagem a Chita, na do método Comer( ) de Macaco. Já na chamada a Respirar( ), o método chamado tanto para Tarzan como para Chita e Dumbo é o mesmo, herdado de Mamífero.
É importante entender que cada objeto vai ter o seu próprio grupo de atributos. A chamada à Chita.Mamar( ) vai afetar as variáveis de Chita unicamente, e não de algum objeto Mamífero declarado. Homem e Macaco são mamíferos diferentes, objetos diferentes. Cada um deles possui um atributo quer_mamar, herdado de Mamifero. Tarzan.Mamar( ) afeta quer_mamar de Tarzan, e não de algum objeto ancestral.
Também é importante não confundir Herança com Composição de Classes.
Composição de classes é quando temos uma classe que possui como atributo um objeto de outra classe. Por exemplo, podemos dizer que o objeto carro possui pneus, e podemos colocar na sua lista de atributos quatro objetos Pneu:
class Carro{
Pneu pneus[4];
...
}
Neste caso, o objeto Carro possui objetos Pneu, mas não herda nada de Pneu. Se Carro fosse um Pneu, então poderíamos definir uma relação de herança, e fazer Carro herdar desta classe:
class Carro:public Pneu{
...
}
É obvio que Carro não é um Pneu, logo esta definição é um absurdo, não faz sentido. Neste caso, nós precisamos compor a classe com objetos Pneu ( a classe precisa de atributos Pneu), como mostrado no primeiro exemplo.
Assim, a pergunta-chave para distinguir herança de composição é: A minha classe possui a classe X, ou ela é X? Se ela possui, temos composição, se ela é, temos herança.

7. POLIMORFISMO
7.1 Definição:
Polimorfismo é a propriedade de uma ou mais classes responderem a mesma mensagem, cada uma de uma forma diferente. Numa linguagem orientada a objeto, uma referência polimórfica é tal que, no decorrer do desenvolvimento do software, refere-se a mais de uma classe. Desta forma é possível explorar similaridades entre diferentes classes de objetos. Este conceito é útil para distinguir mensagens de um método. Um objeto emissor envia uma mensagem, se o objeto receptor implementa um método com a mesma assinatura, ele poderá respondê-la. Diferentes respostas serão possíveis, dependendo de como os métodos dos receptores estão implementados.
No C++ o polimorfismo é implementado pelo uso de sobrecarga de funções. Em C++, duas ou mais funções podem compartilhar o mesmo nome, contanto que as suas declarações de parâmetros sejam diferentes. Nessa situação, as funções que compartilham o mesmo nome são conhecidas como sobrecarregadas e o processo é chamado de sobrecarga de funções.
Por exemplo, considere este programa:
#include
// a função quadrado é sobrecarregada três vezes
int quadrado (int i);
double quadrado (double d);
long quadrado (long l);
main (void)
{
cout << quadrado (10) << “\n”;
cout << quadrado (11.0) << “\n”;
cout << quadrado (9L) << “\n” ;
return 0;
}
int quadrado ( int i)
{
cout << “Dentro da função quadrado ( ) que usa “;
cout << “um argumento inteiro.\n”;
return i*i;
}
double quadrado (double d)
{
cout << “Dentro da função quadrado ( ) que usa “;
cout << “um argumento double.\n”;
return d*d;
}
long quadrado (long l)
{
cout << “Dentro da função quadrado ( ) que usa “;
cout << “um argumento long.\n”;
return l*l;
}
Esse programa cria três funções similares, porém diferentes, chamadas de quadrado.
Cada uma delas retorna o quadrado do seu argumento. Como o programa ilustra, o compilador sabe qual função usar em cada situação por causa do tipo de argumento. O mérito da sobrecarga de funções é permitir que conjuntos relacionados de funções sejam acessados usando-se somente um nome. Nesse sentido, a sobrecarga de funções deixa que se crie um nome genérico para algumas operações, com o compilador resolvendo exatamente qual função é necessária no momento para realizar a operação. O que torna a sobrecarga de funções importante é o fato de ela poder ajudar à simplificar o entendimento do software. Para entender como, considere este exemplo. Muitos compiladores de linguagem C contêm funções como atoi( ), atof ( ) e atol( ) nas suas bibliotecas-padrões. Coletivamente, essas funções convertem uma string de dígitos em formatos internos de inteiros, double e long, respectivamente. Embora essas funções realizem ações quase idênticas, três nomes completamente diferentes devem ser usados em C para representar essas tarefas, o que torna a situação, conceitualmente, mais complexa do que o é na realidade. Ainda que o conceito fundamental da cada função seja o mesmo, o programador tem três coisas para se lembrar, e não somente uma. Entretanto, em C++, é possível usar o mesmo nome, atonum ( ), por exemplo, para todas as três funções. Assim, o nome atonum( ) representa a ação geral que está sendo realizada. É de responsabilidade do compilador selecionar a versão específica para uma circunstância particular. Assim, o programador só precisa lembrar da ação geral que é realizada. Portanto, aplicando-se o polimorfismo, três coisas a serem lembradas foram reduzidas a uma. Ainda que esse exemplo seja bastante trivial, se você expandir o conceito, verá como o polimorfismo pode ajudar na compreensão de programas muito complexos.
Um exemplo mais prático de sobrecarga de funções é ilustrado pelo programa seguinte.
Como você sabe, a linguagem C ( e o C++ ) não contém nenhuma função de biblioteca que solicite ao usuário uma entrada, esperando, então, uma resposta. Este programa cria três funções, chamadas solicitação( ), que realizam essa tarefa para dados dos tipos int, double e long:
# include
void solicitação ( char *str, int *i);
void solicitação ( char *str, double *d);
void solicitação ( char *str, long *l);
main (void)
{
int i;
double d;
long l;
solicitação (“Informe um inteiro: “, &i);
solicitação (“Informe um double: “, &d);
solicitação (“Informe um long: “, &l);
cout << i << “ ” << d << “ “ << l;
return 0;
}
void solicitação (char *str, int *i)
{
cout << str;
cin >> *i;
}
void solicitação (char *str, double *d)
{
cout << str;
cin >> *d;
}
void solicitação (char *str, long *l)
{
cout << str;
cin >> *l;
}
CUIDADO: Você pode usar o mesmo nome para sobrecarregar funções não relacionadas, mas não deve fazê-lo. Por exemplo, você pode usar o nome quadrado ( ) para criar funções que retornam o quadrado de um int e a raiz quadrada de um double. Entretanto, essas duas operações são fundamentalmente diferentes e a aplicação de sobrecarga de função, dessa maneira, desvirtua inteiramente o seu propósito principal. Na prática, você somente deve usar sobrecarga em operações intimamente relacionadas.
7.2 Tipos Clássicos de Polimorfismo:
1) De operadores (distinção pelo tipo do elemento): já vem implementado em todas as linguagens. Por exemplo, se você deseja somar dois números inteiros;
2) Redefinição de operadores: utilizada quando necessita-se de operações que normalmente não são disponíveis na linguagem de programação. Por exemplo, soma de matrizes;
3) Dois métodos iguais na mesma classe: distinguem-se pelo número e/ou tipo de parâmetros ou objetos referenciados.
EXEMPLO:
Vejamos agora um exemplo para deixar mais claro a sua definição e propósito.
Exemplo 1: Uma comparação entre linguagens imperativas e O.O.
Programa imperativo:
Program imperativo;
uses crt;
var i : integer;
Procedure P;
Begin
{faz coisas}
end;
{ Programa Principal PP}
Begin
clrscr;
...
writeln(i); P ;
end.
OBS.: A compilação deve ser seqüencial.

Em um Programa O.O.(Orientado a Objeto) o desenvolvimento não é seqüencial, cada módulo é construído separadamente.

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