tema 1. introducción a la ingeniería del software y la tecnología de objetos departamento de...

Tema 1. Introducción a la Tema 1. Introducción a la Ingeniería del Software y la Ingeniería del Software y la

Tecnología de ObjetosTecnología de Objetos

Departamento de Lenguajes y Ciencias de la Computación

E.T.S. de Ingenieros en Informática

Universidad de Málaga

Tema 1. Sistemas Software complejosTema 1. Sistemas Software complejos

22

Ingeniería del Software. Especificación

Departamento de Lenguajes y Ciencias de la Computación.Universidad de Málaga

ProgramaPrograma

1. Introducción a la Ingeniería del Software– Sistemas Software complejos.– Ciclo de vida del software.– Evolución de la Ingeniería del Software.

• Análisis clásico.• Análisis estructurado.• Introducción al AOO.

2. Introducción a la Tecnología de Objetos


33



Definición y características del SWDefinición y características del SW

Software: (1) instrucciones de ordenador que cuando se ejecutan cumplen una función y tienen un comportamiento deseados, (2) estructuras de datos que facilitan a los programadores la adecuada manipulación de la información, y (3) documentos que describen la operación y el uso de los programas.

Características del software: El software se desarrolla, no se fabrica en sentido estricto. El software no se estropea. La mayoría del software se construye a medida.


44



Influencia de los costes de ingenieríaInfluencia de los costes de ingeniería

Ingeniería

Producción o Desarrollo

Coste unitario / 100 unidades

Coste unitario / 100.000 unidades

Hardware 1000 50 c.u. 60 50.01

Software 1000 2000 30 0.03

20 300200100

2000

10000

20000

8000

4000

18000

16000

14000

12000

6000

Costes totales Costes U nitarios

500

1000

100

20 300200100

Hardware Software


55



Curvas de fallosCurvas de fallos

índice de fallo

tiempo

índice de fallo

tiempo

índice de fallo

tiempo

HW SW


66



Aplicaciones del softwareAplicaciones del software

Software de sistemas.Software de tiempo real.Software de gestión.Software científico y de ingeniería.Software de ordenadores

personales.Software empotrado.Software de inteligencia artificial.


77



La Ingeniería del SoftwareLa Ingeniería del Software

Problemas del software.– La planificación y la estimación de costes son muy imprecisas.– La productividad es baja.– La calidad es mala.– El cliente queda insatisfecho.

Ingeniería del software: Establecimiento y uso de principios de ingeniería robustos, orientados a garantizar la obtención de software económico, fiable y eficiente sobre máquinas reales.

Métodos Herramientas Procedimientos


88



Ciclos de vida: clásico (en cascada)Ciclos de vida: clásico (en cascada)

Ingeniería del

Sistema

Análisis

Diseño

Codificación

Prueba

Utilización

Mantenimiento

Sustitución


99



Ciclos de vida: contractualCiclos de vida: contractual

Cliente Proveedor

Análisis Usuario Analista

Diseño Analista Diseñador

Codificación Diseñador Programador


1010



Ciclos de vida: tecn. de 4ª generaciónCiclos de vida: tecn. de 4ª generación

Recolección derequisitos

Utilización

Mantenimiento

Sustitución

Generación de

código

Prueba

Diseño

Estrategia de


1111



Ciclos de vida: construcción de Ciclos de vida: construcción de prototiposprototipos

Recolección yrefinamientode requisitos

Diseñorápido

Construcción de prototipos

Evaluación

Desarrollo delproducto final


1212



Ciclos de vida: en espiralCiclos de vida: en espiral

Planificación/Recogida Análisis de riesgos yde requisitos viabilidad

Evaluación Ingeniería/Desarrollo

ObjetivoPlanificación

inicial


1313



Visión genérica de la Ingeniería del Visión genérica de la Ingeniería del Software.Software.

Definición. ¿Qué?– Análisis del sistema.

• Establecer el ámbito del software.

– Análisis de requisitos del sistema software.

• Definición detallada de la función del software.

– Planificación.• Análisis de riesgos.• Asignación de recursos.• Definición de tareas.• Estimación de costes.

Desarrollo. ¿Cómo?– Diseño.

• Arquitectura de la aplicación.• Estructura de los datos.• Estructura interna de los

programas.• Diseño de las interfaces.

– Codificación.– Pruebas.

Mantenimiento. El cambio.– Corrección de errores.– Cambios en el entorno.– Cambios en los requisitos.


1414



Análisis Clásico vs. Análisis Análisis Clásico vs. Análisis EstructuradoEstructurado

Especificaciones utilizando análisis clásico.– Monolíticas.

– Redundantes.

– Ambiguas.

– Imposibles de mantener o modificar.

Especificaciones utilizando análisis estructurado.– Gráficas.

– Particionadas.

– Mínimamente redundantes.

– Transparentes.


1515



Análisis Estructurado: ModelosAnálisis Estructurado: Modelos

Punto de vista del proceso:

Diagramas de Flujo de Datos.

Especificaciones de Proceso.

Punto de vista de los datos:

Diagramas de Entidad/Relación.

Punto de vista del comportamiento:

Diagramas de Flujo de Control.

Especificaciones de Control.

Diagramas de Estados.


1616



Diagramas de Flujo de DatosDiagramas de Flujo de Datos

leertemp

leerpresion

calcularflujo

leerconcentracion

sistemacontrol

controlusuario

abrirvalvula

alarma

Datos Flujo


1717



Análisis Estructurado: Elementos Análisis Estructurado: Elementos básicosbásicos


1818



Metodología del análisis estructuradoMetodología del análisis estructurado

Fases.

Creación del modelo de procesos.

DFDs y PSPECs

Creación del modelo de control.

DFCs CSPECs y DEs

Creación del modelo de datos.

DERs El problema de la consistencia entre los modelos.


1919



Modelos del sistemaModelos del sistema

Modelo esencial (o lógico) del sistema: representa lo que el sistema debe hacer con objeto de satisfacer los requisitos del usuario. Tiene que estar (al menos idealmente) completamente libre de detalles de implementación. Errores comunes incluyen:

– Secuenciar de forma arbitraria las funciones de los DFDs. – Utilizar ficheros temporales o de backup.– Utilizar información redundante o derivada.

Modelo de implementación: versión revisada y anotada del modelo esencial, donde se especifican detalles como:

– Elección de dispositivos de entrada y salida.– Elección de los dispositivos de almacenamiento.– Formato de las entradas y salidas. – Secuencia de operaciones de entrada y salida. – Volumen de datos.– Tiempo de respuesta. – Copias de seguridad y descarga de datos del sistema.– Seguridad.


2020



Deficiencias del análisis estructuradoDeficiencias del análisis estructurado

Descomposición funcional. – Requiere traducir el dominio del problema en una serie de funciones y

subfunciones.– El analista debe comprender primero el dominio del problema y a continuación

documentar las funciones y subfunciones que debe proporcionar el sistema.– No existe un mecanismo para comprobar si la especificación del sistema

expresa con exactitud los requisitos del sistema.

Flujo de datos. – Este enfoque se adapta bien al uso de sistemas informáticos para implementar

el sistema, pero no es nuestra forma habitual de pensar.

Modelo de datos. – La relación entre los modelos es muy débil, y hay muy poca influencia de un

modelo en otro.– En la práctica, los modelos de procesos y de datos de un mismo sistema se

parecen muy poco. En muchos casos son visiones irreconciliables, no del mismo sistema, sino de dos puntos de vista totalmente diferentes de organizar la solución.


2121



Ventajas del AOO (1)Ventajas del AOO (1)

Dominio del problema.– El paradigma OO es más que una forma de programar. Es una forma

de pensar acerca de un problema en términos del mundo real en vez de en términos de un ordenador. El AOO permite analizar mejor el dominio del problema, sin pensar en términos de implementar el sistema en un ordenador. El AOO permite pasar directamente el dominio del problema al modelo del sistema.

Comunicación. – El concepto OO es más simple y está menos relacionado con la

informática que el concepto de flujo de datos. Esto permite una mejor comunicación entre el analista y el experto en el dominio del problema (es decir, el cliente).

Consistencia. – Los objetos encapsulan tanto atributos como operaciones. Debido a

esto, el AOO reduce la distancia entre el punto de vista de los datos y el punto de vista del proceso, dejando menos lugar a inconsistencias o disparidades entre ambos modelos.

El término dominio del problema o dominio de aplicación es uno de los más usados en el paradigma orientado a objetos. Se refiere al campo de aplicación del sistema, es decir, a qué es el sistema, entendido desde su propio campo de aplicación, más que a su descripción en términos de una implementación en ordenador.


2222



Ventajas del AOO (2)Ventajas del AOO (2)

Expresión de características comunes.– La herencia expresa explícitamente las características comunes de una

serie de objetos que en otros enfoques quedan escondidas y llevan a duplicar entidades en el análisis y código en los programas. El paradigma OO proporciona mecanismos que permiten reutilizar aquello que es común, sin impedir por ello describir las diferencias.

Resistencia al cambio.– Los cambios en los requisitos afectan notablemente a la funcionalidad

de un sistema y por tanto al software desarrollado con métodos estructurados. Los objetos que componen o maneja el sistema son mucho más estables. Las modificaciones necesarias para adaptar una aplicación basada en objetos a un cambio de requisitos suelen estar mucho más localizadas.

Reutilización.– Aparte de la reutilización interna, el paradigma OO desarrolla modelos

mucho más próximos al mundo real, con lo que aumentan las posibilidades de reutilización. Es probable que en futuras aplicaciones nos encontremos con objetos iguales o similares a los de la actual.


2323



Introducción al AOOIntroducción al AOO

Aparición: Comienzos de la década de los 80

Evolución: Lenguajes-Diseño-Análisis

Análisis: Coad/Yourdon, Jacobson, Booch, OMT (Rumbaugh) y finalmente UML (los tres amigos) .

El Análisis Orientado a Objetos (AOO) se basa en conceptos sencillos: objetos y atributos, el todo y las partes, clases y miembros.

Este enfoque pretende conseguir modelos que se ajusten mejor al problema real, a partir del conocimiento del llamado dominio del problema, evitando que influyan en el análisis consideraciones de que estamos analizando un sistema para implementarlo en un ordenador.


2424



En resumen...En resumen...

Cada vez es más evidente la necesidad de aplicar métodos de ingeniería al proceso de desarrollo de software.

Los métodos aplicados en otras industrias no son adecuados debido a las especiales características de los productos sw.

La Ingeniería del Software ha tenido una evolución paralela a la de los lenguajes y técnicas de programación (aunque con retraso).

El enfoque orientado a objetos aporta una serie de ventajas importantes como– la familiaridad con los conceptos (que facilita la comunicación con

el cliente),

– la facilidad para representar sistemas sin la influencia de las características de implementación en el ordenador,

– la integración con los métodos de diseño e implementación y

– la consistencia entre las diferentes vistas de un sistema.


2525



ProgramaPrograma

1.2. Introducción a la Tecnología de Objetos– Historia e introducción.– Conceptos básicos.

– Aplicación de los conceptos en lenguajes de

programación y métodos de análisis.


2626



Evolución HistóricaEvolución HistóricaABSTRACCIÓN

OPERACIONAL

ABSTRACCIÓN

DE

DATOS

LenguajesMáquina /

Ensamblador

Cód.Inst.Simb.Macros

Id = Dir Mem.Manip.Total de

Datos

FORTRANSubrutinasFunciones

Id. Simb.Tipos

Oper. restring.

PASCALAnidamientoSubprogramas

RegistrosTipos definidosGest. Din. Mem

MODULA-2ADA

Encapsulam.Octult. Inform.

Espec - Impl

TipoAbstracto de

Datos

LenguajesOrientados a

Objetos

ObjetosMétodosMensajes


2727



Evolución HistóricaEvolución Histórica

COMPONENTES

ABSTRACCIÓN

OPERACIONAL

ABSTRACCIÓN

DE

DATOS

LenguajesMáquina /

Ensamblador

Cód.Inst.Simb.Macros

Id = Dir Mem.Manip.Total de

Datos

FORTRANSubrutinasFunciones

Id. Simb.Tipos

Oper. restring.

PASCALAnidamientoSubprogramas

RegistrosTipos definidosGest. Din. Mem

MODULA-2ADA

Encapsulam.Octult. Inform.

Espec - Impl

TipoAbstracto de

Datos

LenguajesOrientados a

Objetos

MétodosMensajes Objetos

EventosInvocación remota

Componentes


2828



IntroducciónIntroducción

Razones para la crisis del software– ¿Hacer un lápiz es difícil?

– ¿La industria del software se parece más a ...• la fabricación de armas?• la fontanería?

Tecnología / objetivo.


2929



ProgramaPrograma

El Paradigma Orientado a Objetos– Historia e introducción.

– Conceptos básicos.

– Aplicación de los conceptos en lenguajes de programación y métodos de análisis.


3030



¿Qué es la Orientación a Objetos?¿Qué es la Orientación a Objetos?

El concepto surge en los lenguajes de programación– Se organiza el software como una colección de objetos

discretos que encapsulan• Estructuras de Datos y• Comportamiento.

– Un sistema OO funciona mediante la colaboración entre los objetos que se comunican entre sí.

El concepto se extiende a los métodos de análisis y diseño– Se utilizan los objetos del mundo real como base para

construir modelos– Los elementos que forman los sistemas del mundo real se

corresponden con objetos software


3131



Vehículo

Punto

Figura

Animal

(1,3)

(2,2)

(2,1)

(5,2.5)

Las clases y los objetos están en todas Las clases y los objetos están en todas partespartes

Platero:Animal


3232



Conceptos básicos: CLASES y OBJETOSConceptos básicos: CLASES y OBJETOS

CLASE– Atributos– Operaciones– Comportamiento

Lavadora

marcamodelocapacidad: integer...

ProgramarPonerRopaCerrarPuertaLavar OBJETO

– Valores de los atributos– Estado– Identidad

ID:Lavadora

marca=“Lapava”capacidad=5estado=centrifugando


3333



Conceptos básicos: PASO DE MENSAJESConceptos básicos: PASO DE MENSAJES

:MandoADistancia :Televisor

Conectar()

Canal(4)

Invocación de métodos Medio de colaboración

entre objetos


3434



Conceptos básicos: ENCAPSULACIÓNConceptos básicos: ENCAPSULACIÓN

Ocultación de detalles Concepto de Interfaz Independencia

Vol+

Sens3 => Vol++=> DAC31.out=2.1=> Amp27.gain=1.3=> OSD, Pref, ...

Sens3 => Vol++=> DAC31.out=2.1=> Amp27.gain=1.3=> OSD, Pref, ...

Sens => VolUp =>=> Settings.vol++=> DAC23.out=0.7=> Amp02.gain=1.7=> OSD, Pref, ...

Sens => VolUp =>=> Settings.vol++=> DAC23.out=0.7=> Amp02.gain=1.7=> OSD, Pref, ...


3535



Conceptos básicos: HERENCIAConceptos básicos: HERENCIA

Generalización / Especialización Los objetos “heredan” las características de la clase. Las clases pueden heredar de otras clases.

– Extensión.– Restricción.– Modificación.

Utilidad:– Abstracción.– Reutilización.

Hormiga PlanchaTelevisor

ElectrodomésticotensiónconsumoConectarDesconectar

Lavadoracapacidad numCanales vapor


3636



Conceptos básicos: POLIMORFISMOConceptos básicos: POLIMORFISMO

Ej: Operación “Abrir”

Permite al modelador hablar el lenguaje del cliente. Evita asignar identificadores artificiosos para

distinguir las operaciones. Contribuye a la reutilización de código. Ej: Operación “Enchufar”

Puerta PlazoPuertoCuenta

Abrir()Abrir() Abrir()Abrir()

TomaDeCorrientetensión

Enchufar(e:Electrodoméstico)


3737



Conceptos básicos: ASOCIACIONConceptos básicos: ASOCIACION

Modela la relación entre objetos (necesaria para que se comuniquen y colaboren)

Asociación-Clase / Enlace-Objeto Tipos básicos:

– Asociación– Herencia– Agregación / Composición (agregación fuerte)

Coche Motor Árbol Hoja


3838



Hasta aquí deberíamos tener claro ...Hasta aquí deberíamos tener claro ...

Cómo surge el enfoque OO. Cómo funciona un sistema OO. El concepto y la representación de:

Asociación– Agregación– Herencia

Polimorfismo Paso de mensajes Encapsulación

Clase y Objeto– Atributos– Operaciones– Comportamiento– Identidad

Interfaz


3939



ProgramaPrograma

El Paradigma Orientado a Objetos– Historia e introducción.

– Conceptos básicos.

– Aplicación de los conceptos en lenguajes de programación y métodos de análisis.


4040



Clases y ObjetosClases y Objetos

CLASE = MODULO + TIPO

• Criterio de Modularización• Estado + Comportamiento• Entidad estática (en general)

OBJETO = Instancia de una CLASE• Objeto (Clase) Valor (Tipo)

• Identidad• Entidad dinámica• Cada objeto tiene su propio estado• Objetos de una clase comparten su comportamiento


4141



Métodos: definen el comportamiento de una clase

Invocación de métodos: Paso de Mensajesobj.mens(args) mens(obj,args)

Métodos y MensajesMétodos y Mensajes

Punto

x,y: float

trasladar(a,b)distancia(pto)

Estado e identidad

Comportamiento

trasladar(1,-1)P1:Punto

X=2Y=2


4242



ClasesClases

Estructuras que encapsulan datos y funciones

class Punto{ public:

Punto();float x,y;void trasladar(float, float);void cambiar_x(float a)

{x=a;};void cambiar_y(float b)

{y=b;};float distancia(Punto);

};

“Pun

to.h

pp”

VARIABLES DE ESTADO(DATOS MIEMBRO)

MÉTODOS(FUNCIONES MIEMBRO)

CONSTRUCTOR


4343



Colaboración entre objetosColaboración entre objetos

Los objetos (clases) colaboran para resolver problemas.

La forma en que los objetos (clases) colaboran puede ser muy variada:– Asociación simple– Herencia– Agregación– Composición– ...


4444



class Segmento { private Punto inicio,final;

public Segmento(Punto p){inicio = Punto();

final = p;}

public float longitud(){return inicio.distancia(final);}

public void trasladar(float a,float b){inicio.trasladar(a,b); final.trasladar(a,b);}

}

Agregación de objetosAgregación de objetos


4545



public class Habitacion {private int numHabitacion;private int numCamas;

// declaración de métodos...}

public class Hotel1 {Habitacion h1;Habitacion h2;

// resto declaraciones...h1 = new Habitacion( 222 );}

Composición de objetosComposición de objetos


4646



Construcción y DestrucciónConstrucción y Destrucción

Diferentes mecanismos para la creación y la eliminación de objetos, dependiendo del lenguaje.

Construcción de objetos (reservar memoria):– Constructores (C++, Eiffel, Java)– Métodos de clase (Smalltalk)

Eliminación de objetos (liberar memoria):– Destructores (C++)– Recolección automática de memoria –garbage

collection- (Smalltalk, Eiffel, Java)

Detalles


5050



HerenciaHerencia

Posibilidad de reutilizar código Algo más que incluir ficheros o importar

módulos Distintos tipos de herencia:

– simple / múltiple– de implementación/de interfaz

Limitaciones Problemas

Figura

Polígono Elipse

CírculoIrregularRegular

Detalles


5252



HerenciaHerencia

Extensión y Reutilización de códigoUna clase derivada hereda el

comportamiento de su clase padreRedefinición de métodosClases abstractasHerencia múltiple / Herencia repetida


5353



PolimorfismoPolimorfismo

Una variable puede referirse a objetos de una clase distinta de la que se ha declarado

Tipo Dinámico vs. Tipo Estático Polimorfismo de objetos / de mensajes Restricción en base a la herencia

puntero a objeto en C++


5454



EncapsulaciónEncapsulación

Las clases ocultan los detalles de realización de los métodos.

Los “usuarios” (los objetos que invocan esos métodos) conocen el interfaz y la semántica. No tienen que preocuparse de los detalles.

El concepto de interfaz puede ampliarse. Contribuye a la reusabilidad del código.


5555



Al fin del tema debemos tener claro ...Al fin del tema debemos tener claro ...

Cómo surge y evoluciona el concepto OO. Cuáles son los elementos y características

básicas de este enfoque. Cómo se plasma el enfoque OO en los

lenguajes de programación. Las particularidades que se introducen

sobre los conceptos básicos al aplicarlos en sistemas reales


5656



A continuación ...A continuación ...

El Lenguaje de Modelado Unificado.– Introduciremos UML, y– veremos cómo realizar

• Modelado estructural

• Modelado del comportamiento

• Modelado arquitectónico Preparación:

– Tema 3. El Lenguaje de Modelado Unificado.

http://polaris.lcc.uma.es/~amg/ISE/Tema3.zip– Caps. 1,3,4,5. Schmuller. Teach yourself UML in 24 hours.– Cap, 1. “Los 3 amigos”, The Unified Modeling Language. – Probar/Jugar con Rational Rose y MagicDraw UML.

tema 1. introducción a la ingeniería del software y la tecnología de objetos departamento de...

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