Diapositives

1I2AC1 : Génie logiciel et Conception par objet
Chapitre 2
Approche objet
« Il existe deux manières de concevoir un logiciel.
La première, c’est de le faire si simple qu’il est évident
qu’il ne présente aucun problème.
La seconde, c’est de le faire si compliqué
qu’il ne présente aucun problème évident.
La première méthode est de loin la plus complexe. » Antony R. Hoare, prix Turing 1980
Régis Clouard
[email protected]
ENSICAEN 14050 Caen
2
Objectifs de ce chapitre
1
Le paradigme
3
objet
Les classes
2
Les objets
4
5
Associations
Héritage
entre
et
classes
polymorphisme
3
Paradigme impératif
 On
s'intéresse aux traitements : actigramme
Programme : une séquence d'appels de fonctions
 Les données sont inertes : elles sont modifiées par les
fonctions

gérer_ascenseur
clignoter_voyant
initialiser_timer
descendre_ascenseur
ouvrir_porte
fermer_porte
descendre
4
Paradigme objet
 On
s'intéresse aux données : datagramme
Programme : un ensemble d'objets en interaction
 Les données sont animées : ce sont elles qui exécutent les
fonctions

:Porte
ouvrir
:Voyant
:Cabine
aller au RDC
faire clignoter
:Bouton
2-1
Conception impérative
 Méthode

de conception : Algorithmique
Trouver la séquence d'appels de fonctions
 Avantages
Modélisation proche du fonctionnement de la machine
 Calculs de la complexité
 Preuves de programmes dans certains cas

 Limites
Modélisation inaccessible aux clients / utilisateurs
 Inadaptée aux gros logiciels


Nécessite de savoir résoudre le problème globalement
L'enchaînement est figé dans le temps
 Maintenance difficile


Interdépendance des fonctions entre elles et avec les données
5
Conception par objet
 Méthode
de conception : Modélisation

Trouver les objets du domaine d'application

« Si je disposais d'un chapeau magique, quels types de
données voudrais-je voir sortir du chapeau pour
m'aider à résoudre le problème ? »
 Avantages
Adaptée à une analyse « diviser – réunir »
 Maintenance facilitée : objets = blocs indépendants
 Permet d'appréhender la complexité (gros logiciels)

 Limites
Approche moins intuitive
2-2
 Vision locale du fonctionnement du logiciel
 Calculs de complexité et preuves difficiles (polymorphisme)

6
Concepts de la POO
 Différence
entre langage impératif et langage orienté objet
Ne concerne que quelques mots clés et types de données
 Mais ce sont deux paradigmes totalement différents

 La
Programmation Orientée Objet (POO) s'appuie sur 5
concepts pour exprimer de manière uniforme toutes les
étapes depuis l'analyse, la conception, la programmation
jusqu'aux tests d'une application informatique :





Objet
Classe
Association
Héritage
Polymorphisme
7
8
Objectifs de ce chapitre
3
Les classes
2
Les objets
4
5
Associations
Héritage
entre
et
classes
polymorphisme
Caractéristiques fondamentales
 Prosaïquement

Objet = Structure en C + Pointeurs sur des fonctions
 Conceptuellement

Objet = État interne + Responsabilité

État : ensemble de données



Possédant chacune une valeur
Évoluant au cours du temps
Responsabilité : ensemble de fonctions


Agissant sur l'état de l'objet
Déclenchées par stimulation externe
AT-013-SR:
AT-013-SR:Car
Car
color = blue
weight= 979 kg
power = 100 hp
move()
stop()
refuel()
9
10
Encapsulation
 Penser
un objet comme un fournisseur de services et
pas comme une structure qui stocke des valeurs de
données
Services
Objet
 Les
données sont cachées et protégées, elles ne servent qu'à
assurer les services
Méthodes
Attributs
Communication entre objets
 L'unité
de communication est le message
Appel d'un service d'un objet
 Relation de communication dynamique

 Interactions

pour réaliser les fonctionnalités du logiciel
Séquence de messages échangés entre les objets
11
12
Objectifs de ce chapitre
3
Les classes
4
5
Associations
Héritage
entre
et
classes
polymorphisme
13
Classe
 Représente

un concept du problème
Concept : une entité ayant une représentation dans le
monde de la modélisation et surtout nommée. Ce qui n'est
pas nommé n'existe pas.
 Une
classe est une génératrice d'objets qui définit :
La liste des propriétés
 La liste des services
 La liste des relations avec les autres classes

 Notation
UML
Rectangle
 Texte



Casse : première lettre en majuscule (Camel case)
En pratique : un substantif au singulier
Propriétés
 Attributs

qui définissent l'état interne des objets
Données que possède tout objet de la classe (valeur unique)
 Ne

peuvent être que d'un type primitif (ou assimilé)
float, double, boolean, int, char, enumerate, string, int[], etc.
 Notation
UML
Placées dans un premier compartiment supplémentaire
 Texte




14
Casse : en minuscule
En pratique : un substantif
On peut ajouter



le type
une valeur par défaut
la multiplicité (pour les tableaux, ensembles, …)
Services
 Méthodes

qui définissent le comportement des objets
Fonctions classiques avec paramètres et valeur de retour
type_retour nom( paramètre_formel* ) { }

La signature d'une méthode


nom + paramètres
L'appel se fait par l’intermédiaire d'un objet de la classe
 Notation
UML
Placées dans un deuxième compartiment
 Texte




Casse : en minuscule terminée par ()
En pratique : un verbe
On peut ajouter

La signature + la valeur de retour
15
Constructeur
 Méthode
qui initialise les objets lors leur création
Pas d'appel explicite au constructeur
 Appelé automatiquement à la construction d'une instance

 Notation
UML
Il n'y pas de notation spécifique en UML parce que les
constructeurs sont une préoccupation d'implémentation
(cf. encapsulation)
 En fonction du langage



Nom de la classe en Java
__init() en Python
16
Instance d'une classe = Objet
 Instance

de classe
Manifestation concrète d'une abstraction


qui propose des services
qui possède un état capable de mémoriser les effets des
services
 Notation
UML
Un rectangle avec un nom souligné
 Texte



Casse : première lettre en minuscule
En pratique : un substantif
Etudiant
Etudiant
<<instanceof>>
paul
paul: :Etudiant
Etudiant
17
18
Objet
 Caractère

une instance ne peut changer
de classe
 Accès

statique de l'instance


toto:Papillon
à un attribut ou une méthode
Notation pointée

toto:Chenille
instance.attribut
instance.operation()
p.ex. pierre.calculeCotisation()
 L'auto-référence
: 'this' ou 'self'
pierre
pierre: :AssureSocial
AssureSocial
calculeCotisation():
calculeCotisation():float
float
19
Classe et Objet en Java
 Déclaration
de la classe
class
class Car
Car {{
String
String color
color == "green";
"green";
boolean
boolean moving;
moving;
int
int tank
tank == 0;
0;
Car(){
Car(){ moving
moving == false;
false; }}
boolean
boolean isMoving(){
isMoving(){ return
return moving;
moving; }}
void
void stop(){
stop(){ moving
moving == false;
false; }}
void
void refuel(int
refuel(int liters){
liters){ tank
tank == liters;
liters; }}
int
int getTankLevel(){
getTankLevel(){ return
return tank;
tank; }}
}}
 Création

Car c = new Car();
 Appel

d'un objet :
de services :
c.stop(); c.refuel(32);
 Destruction

d'un objet :
c = null;
Car
Car
color:
string
color: string=="vert"
"vert"
moving:
boolean
moving: boolean==false
false
tank:
integer=0
tank: integer=0
Car()
Car()
isMoving()
isMoving(): :boolean
boolean
stop()
stop()
refuel(litres:
refuel(litres:integer)
integer)
getTankLevel():
getTankLevel():integer
integer
<<instanceof>>
cc: :Car
Car
color=
color="green"
"green"
moving=true
moving=true
tank=32
tank=32
20
Objectifs de ce chapitre
4
5
Associations
Héritage
entre
et
classes
polymorphisme
Associations
 Pour
envoyer un message, il est impératif qu'il y ait une
association entre les deux objets.

Il faut que l'objet appelant connaisse l'adresse mémoire de
l'objet appelé.
 Association
Relation dynamique entre objets.
 Définie par la classe.
 Instanciée par les objets.

4
types d'association
standard
 agrégation
 composition
 dépendance

21
Association standard
 Relation

Relation organisationnelle
 Notation

de type « connaît »
UML
Cas particulier des associations réflexives
22
Association de type agrégation
23
 Relation
structurelle de subordination non symétrique de
type « possède »

Une classe joue le rôle d'agrégat d'autres classes agrégées
Relation
Exemple
Composé / Composant
Voiture / Roue
Collection / Élément
Forêt / Arbre
Espace / Position
Desert / Oasis
Événement / Étape
Jour / Matin,
Présentation / Introduction
Association de type agrégation
 Notation

UML
Un losange vide du côté de l'agrégat
 Notation
Java : tableau, liste, vecteur ...
class
class Team
Team {{
Player[]
Player[] _players
_players ==
void
void add(
add( Player
Player p,
p,
_players[i]=
_players[i]= p;
p;
}}
}}
class
class Player
Player {{ }}
new
new
int
int
Player[15];
Player[15];
ii )) {{
24
Association de type composition
 Agrégation

par valeur de type « est constitué de »
S'interprète comme si la classe composant était incluse dans
la classe composite et cachée à l'intérieur
 Durée

de vie
Si le composite est détruit (ou copié), les composants le sont
aussi
 Exclusivité

25
Une classe ne peut le composant que d'une seule classe
composite
Relation
Exemple
Corps / Portion
Corps / Tête
Matière / Substance
Eau / Hydrogène
Activité / Phase
Achat / Paiement
Association de type composition
 Notation

26
UML
Un losange plein du côté du composite
 Notation
Java : tableau, liste, vecteur ...
class
class Cheval
Cheval {{
Membre[]
Membre[] _membres
_membres == new
new Membre[4];
Membre[4];
Cheval
Cheval (( )) {{
for
for (int
(int i=0;
i=0; i<4;
i<4; i++)
i++) {{
_membres[i]
_membres[i] == new
new Membre();
Membre();
}}
}}
}}
class
class Membre
Membre {{ }}
2-3
Navigabilité des associations
 Restreindre
l'accessibilité à un sens
 Notation UML

une flèche ouverte
 Par
défaut
Navigable dans les deux sens
 Notation UML


un trait entre les deux classes participantes
27
Rôle des associations
 Spécifier
la fonction de la classe associée
 Notation UML
Placé sur le bout de flèche de l'association
 Casse : en minuscule
 En pratique : un substantif

28
Multiplicité des associations
29
 Définir
le nombre d'instances de l'association pour une
instance de la classe

Un nombre entier ou un intervalle de valeurs
1
0..1
M..N
*
1..*
N
 Notation
Un et un seul (obligatoire)
Zéro ou un (facultatif)
De M à N
De zéro à plusieurs (quelconque)
De 1 à plusieurs (au moins 1)
Exactement N (exactement)
UML
Notée avec le rôle
 Par défaut 1 (non notée)

2-4
Contraintes sur les associations
 Association
ordonnée
unordered (c'est la valeur par défaut).
 ordered : les associés sont stockés dans un ordre précis.

books
Library
members
Book
{ordered by date} *
{ordered by surname}
*
Member
 Association

qualifiée : tableau associatif
Les éléments sont accessibles par une clé
contient
Dossier
Fichier
nom fichier
1..*
*
30
31
Résumé de la notation
Sens
Rôle
Nom
Personne
affecte()
employés
Qualification
Entreprise
emploie
1..* {ordered}
addEmploye(Personne)
Ordre sur les liens
Classe
nom
Multiplicité
Type d'association
Les associations en Java
 Association

avec une multiplicité connue a priori
Multiplicité 0 ou 1 : une référence
class Personne {
Entreprise employeur;
}

Multiplicité de N : un tableau de N références
class Entreprise {
Personne[10] employes;
}
 Association

ArrayList ou LinkedList (selon les opérations)
 Association

ordonnée
TreeSet
 Association

normale avec une multiplicité de '*'
HashMap
qualifiée
32
Implication des décorations
 La
caractérisation des associations déterminent des
contraintes qui influencent tant la construction que la
destruction des instances.

Implication dans le code


Constructeur
Structure de données : tableau, vecteur, table de hashage
 Principe
de conception
Les choix doivent levés et explicitement représentés
 Laisser le moins de latitude aux programmeurs.

33
Dépendance
 Relation

entre objets qui n'est pas de nature structurelle
Lien dynamique

p. ex. paramètre ou variable locale.
 Notation

UML
Une flèche pointillée
 Remarque

À noter que si cela est réellement explicatif
 Notation
Java
class
class Voiture
Voiture {{
CarteGrise
CarteGrise obtenirCG()
obtenirCG() {{
cg
cg == new
new CarteGrise();
CarteGrise();
cg.immatriculation="1234CG14";
cg.immatriculation="1234CG14";
return
return gc;
gc;
}}
}}
34
35
Objectifs de ce chapitre
5
Héritage
et
polymorphisme
36
Généralisation et spécialisation
 Deux

Généralisation



points de vue menant au mécanisme d'héritage
Factoriser les éléments communs
d'un ensemble de classes
Une super-classe est une abstraction
de ses sous-classes
Généraliser
Spécialisation


Étendre les services et les propriétés
Une sous-classe est un cas particulier
de sa super-classe (un cas particulier)
Spécialiser
2-5
Héritage
 Relation
37
très forte et statique
Permet de construire une nouvelle classe à partir de classes
existantes
 La classe dérivée contient par héritage tous les attributs et
toutes les méthodes de la classe parent.

 Notation

UML
Une flèche triangulaire anonyme
 Vocabulaire
Super-classe (super-class)
 Sous-classe (subclass)
ou classe dérivée (derived class)

Notation Java
 Le
mot clé 'extends'
class
class Forme
Forme {{
int
int couleur;
couleur;
}}
class
class Cercle
Cercle extends
extends Forme
Forme {{
int
int rayon
rayon
void
void afficher()
afficher() {{ ...
... }}
}}
class
class Rectangle
Rectangle extends
extends Forme
Forme {{
void
void afficher()
afficher() {{ ...
... }}
}}
static
static void
void main(String
main(String args[])
args[]) {{
Cercle
Cercle cercle
cercle == new
new Cercle();
Cercle();
cercle.couleur
cercle.couleur == 1;
1;
cercle.afficher();
cercle.afficher();
}}
38
Transtypage
 Downcasting

Un objet d'une classe dérivée peut être vu comme
un objet de la super-classe
Forme c1 = new Carre();
(accès aux seuls services de Forme)
Rectangle c2 = new Carre();
(accès aux services de Forme et Rectangle)
Carre c3 = new Carre();
c1 : Carre
(accès aux services de Forme, Rectangle et Carre)
 Upcasting

Un objet indexé comme un objet de super-classe
peut être promu en un objet de classe dérivée
s'il est effectivement du type de la classe dérivée
Forme r = new Rectangle();
Rectangle r1 = (Rectangle)r;
Carre c = (Carre)r;
// Erreur à l'exécution
39
La portée des noms
 Il
40
est possible de définir des méthodes de même nom dans
des classes sans rapport entre elles
Permet de garder une vision locale des classes sans
problème de conflit de nom avec d'autres classes
 Exemple

 Le
choix de la méthode est fait à la compilation
À partir de la classe de l'objet appelant.
 Liaison statique (early binding)

La surcharge
 Surcharge
(overloading)
Dans une même portée, donner un même nom à des
méthodes de signatures différentes
 Permet de définir des fonctions adaptées aux paramètres
 Exemple

 Le
choix de la méthode est fait à la compilation
À partir de la signature (liste des paramètres effectifs)
 Liaison statique (early binding)

41
Le polymorphisme
*
42
(*Polymorphisme : peut prendre plusieurs formes)
 Redéfinition (overriding)
Dans une même hiérarchie, donner le même nom à des
fonctions de même signature.
 Exemple

 Le
choix de la méthode est fait à l'exécution
À partir du type de l'objet appelant
 Liaison dynamique (late binding)

2-6
Visibilité des membres
 Restreindre
l'accès aux membres de la classe
Attributs
 Méthodes
 Associations

 Privée

(private)
Restreinte aux seules instances directes
de la classe
 Protégée

(public)
Notation UML : +
Accessible à toutes les instances du projet
 Paquet

(protected) Notation UML : #
Restreinte aux instances directes de la classe et
des classes dérivées
 Publique

Notation UML : -
(package)
Notation UML : ~
Accessible à toutes les instances des classes du paquet
43
La visibilité des membres
44
 Ordre
Privé < protégé ≤ paquet < publique
 (Remarque : en Java protected donne aussi l'accès paquet)

 Les
classes dérivées ne peuvent pas diminuer la
visibilité d'une méthode redéfinie.

Contrainte due à la compilation qui n'a pas moyen de vérifier
le respect d'une visibilité plus restrictive
 Pour
des questions de sécurité et de maintenance de code,
il est important de limiter le plus possible la visibilité des
membres
La visibilité par défaut doit être privée
 En particulier, tous les attributs doivent toujours
être privés (encapsulation)

2-7
La portée des membres
 Portée
45
syntaxique
Niveau instance : ressource distincte pour chaque instance
 Niveau classe : ressource partagée par toutes les instances

 Remarque

Une méthode de classe ne peut utiliser que des attributs de
classe
 Notation

UML
Nom de l'attribut ou de la méthode en souligné
 Notation
Java : le mot clé 'static'
class
class Math
Math {{
public
public static
static int
int PI
PI == 3.141592;
3.141592;
public
static
int
rand(){}
public static int rand(){}
public
public static
static float
float exp(float
exp(float e1,
e1, float
float e2){}
e2){}
}}
Math.PI;
Math.PI;
Math.exp(5.0f,
Math.exp(5.0f, 2.0f);
2.0f);
Classe abstraite
 Une
classe dont on ne peut pas créer d'instance
 Notation UML
Nom en italique
 ou stéréotype <<abstract>>

 Notation
Java : le mot clé 'abstract'
public abstract class Forme() {
}
 Mais
on peut créer des références
Forme f = new Cercle();
 Conséquence

Une classe abstraite doit forcément posséder des classes
dérivées.
46
Méthode abstraite
 Méthode
sans implantation (sans code)
 Notation UML

Nom en italique ou stéréotype <<abstract>>
 Notation
Java : le mot clé 'abstract'
abstract public void afficher();
 Rôle
: obliger les classes dérivées à redéfinir la méthode
 Exemple en Java
Forme c1 = new Cercle();
c1.afficher();
 Conséquences
Une classe avec une méthode abstraite
doit être de type classe abstraite
 Une classe abstraite peut ne contenir que des méthodes
concrètes

47
48
Classe paramétrée
 Nommée

generics en Java (template en C++ )
Un type générique à instancier
 Notation
public class Ensemble<T> {
public Ensemble() {}
public void add(T x) { .. }
public T get(int i) { .. }
}
 Classe
T
Java
Ensemble
add(x: T) : void
get(int index): T
paramétrée
Instanciation au moment de la déclaration
 En Java

Ensemble<Client> e = new Ensemble<Client>();
e.add(new Client());
Client c = e.get(0);
Ensemble<Integer> s = new Ensemble<Integer>();
Client
Notion de type
49
 Type
Définit une liste de services que doit posséder une classe
pour être utilisée par une autre classe.
 Oblige la classe à implémenter ces services si elle veut
pouvoir être utilisée par l'autre classe.

 Un
objet ne peut appartenir qu'à une classe mais peut être
de plusieurs types.
 Exemple
Objets de la classe Carré
 et de type




Imprimable (service print())
Ordonnable (service sort())
Affichable (service display()), etc
50
Interface
 La
notion de type est implémentée en Java par une
interface
Une structure dont toutes les méthodes sont abstraites.
 Une structure qui ne possède pas d'attribut.

 Une
classe peut implémenter plusieurs interfaces.
 Notation UML : trois alternatives
Une classe normale (3 compartiments) stéréotypée
<<interface>> (à privilégier)
 Un rectangle avec 2 compartiments
 Un rond nommé

<<Interface>>
Ordonnable
+superieur(): boolean
+egal(): boolean
Ordonnable
+superieur(): boolean
+egal(): boolean
Ordonnable
51
Interface
 Relation

Une classe qui implémente les méthodes d'une interface
 Notation

d'implémentation
UML
Flèche fermée avec trait en pointillé
Classification
<<interface>>
Ordonnable
Marathonian
Classification
Annuaire
Marathonian
Ordonnable
Interface
 Notation
Java :
<<interface>>
Classification
public interface Ordonnable {
Ordonable
public boolean superieur();
public boolean egal();
}
public class Marathonian implements Ordonnable { Marathonian
public boolean superieur() {..}
public boolean egal() {..}
// méthodes spécifiques
}
public class Classification {
ArrayList<Ordonnable> coureurs;
…
coureurs.get(1).superieur(coureurs.get(2));
}
52
Concepts de la POO
 Classe
et objet
 Encapsulation

Masquage des informations
 Relation
Héritage et polymorphisme
 Association





Standard
Agrégation
Composition
Dépendance
 Classe
et Type
53
Modélisation objet
 Règle
1 : Modéliser le problème en laissant le moins de
latitude aux programmeurs

Les choix doivent être levés
 Règle
2 : Modéliser le problème en exprimant le plus de
choses statiquement

Vérifiables par un compilateur
 Règle

3 : Préférer les interfaces aux classes abstraites
Plus légères
 Règle
4 : Restreindre le plus possible la visibilité des
membres
54