Introduzione alla Object Oriented Programming

22 Feb 2015

OOP (Object Oriented Programmming): abbiamo raccolto l’insieme degli strumenti necessari a lanciarci e capire la programmazione orientata agli oggetti. In questa lezione (per adesso solo teorica) introduciamo alcuni degli elementi che ci aiuteranno a capire meglio il linguaggio Ruby, un linguaggio puramente orientato agli oggetti.

OOP in generale

Ruby è un linguaggio di programmazione puramente orientato agli oggetti. Il paradigma di [programmazione orientato agli oggetti][http://it.wikipedia.org/wiki/Programmazione_orientata_agli_oggetti], detto comunemente OOP, prevede una forma di astrazione delle strutture di dati (delle variabili - accettabile anche se non completamente corretto) chiamate classi. Le singole istanze di questi oggetti sono chiamati oggetti.

Un linguaggio è detto orientato agli oggetti quando permette di sfruttare le proprietà:

Ruby è un puramente OO perchè tutte le rappresentazioni interne di dati sono oggetti.

In C++ ad esempio, non tutti i dati sono da considerarsi oggetto. Esistono tipologie di dato definite staticamente.

Tutto bello…

… ma non ci ho capito nulla.

Allora facciamo un esempio pratico per spiegare la OOP, tralasciando la implementazione effettiva di classi e oggetti nei nostri script, per il momento.

Pensate alle radio

Se avete pensato alle radio, allora state facendo una astrazione di quelli che sono gli oggetti radio. Tale astrazione d’ora in avanti la chiameremo classe delle Radio. Pensando all’insieme di tutte le radio possono esservi venuti in mente caratteristiche quali:

che rappresentano tutte le caratteristiche che puo’ avere una radio. Tali caratteristiche sono detti attributi.

Si considera come attributo anche lo stato attuale della radio generica come:

Pensando alle radio potrebbero esservi venute in mente le manopoline per modificare il volume o ri-sintonizzare la radio. State pensando alle interfacce dei metodi della classe, dove per metodi intendiamo tutte le operazioni che ci permettono di modificare lo stato di una radio, come ad esempio:

mentre per interfaccia intendiamo gli strumenti per poter effettivamente agire sui metodi (manopole, interruttori, etc.).

Pensate ad una radio in particolare

Pensate ad una radio in particolare, ad esempio la radio che di solito è nel garage, da accendere quando si fa qualche lavoretto sulla macchina per tenere compagnia.

Quella radio è:

e potete:

e sicome state leggendo questo post, probabilmente quella radio è in stato spento.

Questa radio è a tutti gli effetti un oggetto, o una istanza della classe Radio. A differenza della classe, che è una astrazione che definisce unicamente come sono fatte in generale le Radio, la istanza ha stato e attributi ben definiti, e quindi è unica (possono esistere diverse radio - diverse istanze, ma non saranno quella del garage, o per lo meno non del vostro).

Se fino ad ora vi è chiaro, andiamo a capire le proprietà della programmazione ad oggetti, andiamo a vedere alcune caratteristiche quali l’incapsulamento e l’ereditarietà

Pensate ai circuiti dentro le radio

Poche persone aprono una radio funzionante per vedere che cosa c’è dentro, anche se tutti si aspettano di trovarsi una qualche forma di circuito elettrico che definisce la sintonia, un demodulatore che elimina la portante per mantenere solo il segnale (detto intelligence), un amplificatore che amplifica il segnale di intelligence, etc…

Più o meno sappiamo della presenza di tutte queste cose in una radio, ma difficilmente conosciamo nei minimi particolari lo schema effettivo dei circuiti, che ci spiega come sono implementate le funzioni di:

Anche questi sono metodi della classe, ma sono metodi privati ovvero metodi che sono all’interno ma non utilizzabili da fuori, se non facendo uso dei metodi definiti in precedenza,, che permettono in qualche modo di accedere a tali metodi privati (o volendo anche attributi privati).

Qui spieghiamo la proprietà di incapsulamento, ovvero la possibilità di definire attributi e metodi privati che definiscono lo stato dell’oggetto. All’utente finale (detto client, chi ascolta la radio) non interessa la effettiva implementazione dei singoli metodi o conoscere eventuali attributi interni (circuiti, colore dei fili interni, etc.).

Per il client sono sufficienti l’interfaccio (manopole, interruttori, etc.) e gli attributi esposti (valore del volume da 0 a 100, indicatore di frequenza di sintonia, etc.).

Pensate alle Radio-Sveglie

Se vi è chiaro il post fino a questo punto, allora avrete già intuito che stiamo pensando ad una nuova classe, simile alla classe Radio, con la quale condivide gli attributi, i metodi e l’interfaccia, e implementa qualcosina in più, come la visualizzazione dell’ora e la funzionalità di sveglia. Quindi oltre agli attributi precedenti avremo:

metodi nuovi:

senza contare i metodi e gli attributi privati necessari alla implementazione effettiva della sveglia. Anche l’interfaccio differisce, avendo aumentato il numero di metodi pubblici messi a disposizione (bottoni per l’ora, interruttore per attivare la sveglia, il pulsante - per me - fondamentale di snooze).

Quindi la classe Radio-Sveglie implementa attributi e metodi della classe Radio. In questo caso, la OOP permette di fare uso della proprietà di ereditarietà, secondo la quale, piuttosto che re-implementare nuovamente da zero i metodi, questi possono essere ereditati dalla classe Radio. La nuova classe deve solo definire i metodi e gli attributi che non sono definiti nella classe dallla quale ha ereditato.

In questo caso la classe Radio-Sveglie è detta sotto-classe, mentre la classe Radio è la super-classe.

La Radio-Sveglia nel garage

Nulla vieta che quella famosa radio nel garage sia in realtà una radio- sveglia. Qui sta il polimorfismo (per inclusione), ovvero la possibilità di utilizzare istanze di una sotto-classe al posto di una super-classe, in quanto la sotto classe ha ereditato la stessa interfaccia della super-classe e l’ha espansa con metodi e attributi nuovi.

Se la super-classe era sufficiente, allora lo è anche la sotto-classe.

Le classi che ci interessano

A cosa è servita tutta questa pappardella? Bè, tutti i tipi di dato in ruby sono in qualche modo definti mediante l’utilizzo della OOP e delle sue proprietà. Quindi per introdurre i Tipi di Dato che andremo ad utilizzare più di frequente, una conoscenza della terminologia specifica è fondamentale.

Ecco uno schema sui tipi di dato fondamentali:


Struttura delle classi per i tipi di dato fondamentale (semplificato)

Analizzeremo quindi le sottoclassi di Numeric, ovvero la classe dei numeri interi Fixnum e la classe dei numeri reali Float.

Passeremo poi alla classe degli Array, che sono molto comode nel campo della analisi numerica, e la classe del tipo Stringa. In seguito passeremo alla analisi del tipo Hash, una sorta di array ordinato per mezzo di chiavi piuttosto che per mezzo di un indice numerico.

Numeric

La definizione di un numero intero si ottiene mediante l’assegnazione ad una variabile di un numero intero (senza virgola). Quella variabile diventa automaticamente una istanza della classe Fixnum, e risponde a tutte le regole della aritmetica tra interi.

Un numero reale si definisce per mezzo della assegnazione ad una variabile di un numero con valore decimale o in notazione scientifica. Quella variabile diventa una istanza della classe Float, e risponde a tutte le regole della aritmetica tra numeri reali.

Vediamo nel pratico questo cosa significa, soprattutto nell’utilizzo della divisione:

#!/usr/bin/env ruby

# Aritmetica degli interi
a_int = 12
b_int = 60

c_int = a_int / b_int

# Aritmetica dei float
a_flt = 12.0
b_flt = 60.0

c_flt = a_flt / b_flt

# ATTENZIONE! NON FIDATEVI DEL RISULTATO DEL BROWSER
# PROVATO IN UN VERO INTERPRETE!!
puts "c (intero) -> #{c_int}"
puts "C (float)  -> #{c_flt}"

Non fidatevi del risultato del browser (che è solo un emulatore), ma valutate il codice precedente in un vero interprete Ruby. Vedrete immediatamente come c_int != c_flt!! Questo perchè nella divisione tra interi la operazione di divisione continua a riportare come risultato un valore intero (come è giusto che sia).

Nelle prossime lezioni vedremo una introduzione agli altri tipi di dato, e rafforzeremo la conoscenza e l’uso della sintassi.