Composición, Agregación y Asociación.

   Desde mi perspectiva, resulta no trivial el explicar la sutil diferencia que existe entre los conceptos de Composición, Agregación y Asociación. En mi experiencia, existe una tendencia muy común hacia utilizarlos de manera indistinta, sobre todo los dos primeros; por otro lado, el tratar de mostrar uno u otro tipo de relación con ejemplos aislados, en donde sólo me muestre la Composición pero no las otras dos y así con las otras combinaciones representa, al menos para mí, una tarea no muy sencilla.

   El siguiente diagrama de clases UML presenta los cuatro tipos de relaciones más comunes que se dan entre clases:

1. Herencia (entre las clases Persona y Científico, estudiada en la entrada Herencia / Generalización).
2. Composición (entre la clase Persona y las clases Pierna, Cabeza y Tórax entre otras tantas posibles).
3. Agregación (entre las clases Persona y Ropa).
4. Asociación (entre las clases Persona y Tarjeta de Crédito).

Diagrama de Clases UML para mostrar tres tipos de relaciones: Composición, Agregación y Asociación.

    Probablemente he abusado de la simplicidad para el ejemplo, pero he tratado de utilizar elementos conocidos y asequibles en lo general para evitar lo rebuscado o complejo que puede llegar a ser el modelado de un sistema más "real", en el que con toda seguridad aparecerán, de manera natural, este tipo de relaciones. Ahora bien, la generación de esta clase de diagramas se obtiene como resultado del análisis, la experiencia, y la previa comprensión de las diferencias (muchas veces sutiles e incluso subjetivas) que pretendo clarificar.

   La principal diferencia entre las relaciones radica fundamentalmente en dos cosas:

1. En el tiempo de vida de los objetos que se deriven de las clases.
2. El grado de dependencia o cohesión entre los objetos.

Herencia.
   Quizá la relación más simple y más común de las mostradas en el diagrama de clases anterior, sea la de la herencia: un Científico es una Persona, un Científico posee todas las características de una Persona (modeladas por sus atributos) más algunas características particulares a un Científico. Lo mismo sucede con sus responsabilidades y comportamiento. Para ampliar un poco más los detalles, puede el lector revisar la entrada Herencia / Generalización.

Composición.
   La Composición es un tipo de relación de alto grado de dependencia entre la clase contenedora (Persona) y las clases que la componen (Cabeza, Tórax, Pierna, etc.), es decir, cuando se crea una instancia de la clase contenedora, deben crearse, como parte de su conformación, instancias de los objetos que la componen, ya que no tendría sentido, desde el punto de vista de la instancia de Persona, conformar una persona sin cabeza o sin un tórax; por otro lado, durante toda la vida del objeto de la clase Persona debe existir el objeto de la clase Cabeza por la misma razón que antes. En este mismo sentido, tampoco tendría congruencia el tener una instancia de la clase Cabeza que nunca haya estado relacionada con una Persona.

   Algún lector inconforme podría argumentar que sí es posible que un objeto de la clase Persona deje de contener a uno de la clase Pierna por ejemplo, sin afectar la existencia de primero, y en efecto: es posible. Bastaría entonces con analizar si conviene más que la clase Pierna se modele mejor como Agregación, pero finalmente esto es sólo un ejemplo y la idea principal considero que ha sido plasmada, lo último sería más cuestión de análisis y de la conveniencia dada para un sistema determinado tal y como sucede en la vida real.

   Mi perspectiva y determinación personal sería: que se quedara como Composición.

Agregación.
   La Agregación, por otro lado, es un tipo de relación con un bajo grado de dependencia. Así por ejemplo, una instancia de la clase Persona, puede tener o no, durante su tiempo de vida (pero no es preciso que lo tenga desde su creación), un atributo de la clase Ropa sin que ello afecte su propia existencia; al mismo tiempo que un objeto de la clase Ropa podría existir independientemente de si es agregado a una Persona o a un Maniquí (clase que no aparece en el diagrama), por ejemplo.

   En este tipo de relación, la existencia de los objetos involucrados es independiente, lo mismo que su tiempo de vida: un objeto de la clase Ropa podría seguir existiendo más allá del tiempo de vida del de una Persona y viceversa, sin que ninguno de los dos se vea afectado.

Asociación.
   Una Asociación es aún menos dependiente en relación y tiempo. Espero que el lector coincida conmigo en que si bien la ropa no es imprescindible para la existencia de una persona, sí es necesaria; mientras que una tarjeta de crédito podría ser útil, en el mejor de los casos necesaria, pero en definitiva prescindible, es decir, una Persona podría pasar toda su vida sin tener la necesidad de ninguna Tarjeta de Crédito, mientras que otras podría tener muchas de ellas.

   Finalmente la relación de Asociación presentada en el diagrama, muestra que una Tarjeta de Crédito está asociada a una Persona, y que una Persona tiene ninguna (0) o varias (*) Tarjetas de Crédito.

    Finalmente, se recomienda revisar también la información expuesta en la entrada Consideraciones adicionales, en donde se presentan y contrastan ejemplos relacionados con lo aquí expuesto.

Características fundamentales de la POO.

   Alan Curtis Kay, quien es considerado por muchos (yo entre ellos) como el padre de la POO, definió un conjunto de características fundamentales para el paradigma orientado a objetos.

   Con base en lo propuesto por Kay, en la Programación Orientada a Objetos:

1. Todo es un objeto.
2. El procesamiento es llevado a cabo por objetos:
1. Los objetos se comunican unos con otros solicitando que se lleven a cabo determinadas acciones.
2. Los objetos se comunican enviando y recibiendo mensajes.
3. Un mensaje es la solicitud de una acción, la cual incluye los argumentos que son necesarios para completar la tarea.
3. Cada objeto tiene su propia memoria, misma que está compuesta de otros objetos.
4. Cada objeto es una instancia de una clase. Una clase representa un grupo de objetos similares.
5. La clase es el repositorio del comportamiento asociado con un objeto.
1. Todos los objetos que son instancias de la misma clase llevan a cabo las mismas acciones.
6. Las clases están organizadas en una estructura jerárquica de árbol denominada jerarquía de herencia.
1. La memoria y el comportamiento asociados con las instancias de una clase, están automáticamente disponibles para cualquier clase asociada con la descendencia dentro de la estructura jerárquica de árbol.

   En un intento de complementar la visión de Alan Kay, se presenta a continuación un compendio de conceptos que definen también y refuerzan las características principales de la POO:

• La abstracción denota las características esenciales de un objeto.
• El proceso de abstracción permite seleccionar las características relevantes del objeto dentro de un conjunto e identificar comportamientos comunes para definir nuevos tipos de entidades.
• La abstracción es la consideración aislada de las cualidades esenciales de un objeto en su pura esencia o noción.
• La modularidad es la propiedad que permite subdividir una aplicación en partes más pequeñas (llamadas módulos), cada una de las cuales debe ser tan independiente como sea posible de la aplicación en sí, y de las partes restantes.
• La modularidad es el grado en el que los componentes de un sistema pueden ser separados y reutilizados.
• El encapsulamiento tiene que ver con reunir todos los elementos que pueden considerarse pertenecientes a una misma entidad al mismo nivel de abstracción. Esto permite aumentar la cohesión de los módulos o componentes del sistema. La encapsulación es quizá el concepto más importante del paradigma, ya que permite agrupar las funcionalidades (métodos) y el estado (datos) de los objetos de forma cohesiva. Los métodos proporcionarán los mecanismos adecuados para modificar el estado, y en algunos casos también serán la puerta de acceso a éste.
• El principio de ocultación de información (information hiding) se refiere a que cada objeto está aislado del exterior; es un módulo independiente y cada tipo de objeto presenta una interfaz a otros objetos, la cual especifica cómo es que pueden interactuar con él.
• El aislamiento protege a las propiedades de un objeto contra su modificación por quien no tenga derecho a acceder a ellas; solamente los propios métodos internos del objeto pueden acceder a su estado. Lo anterior asegura que otros objetos no puedan cambiar el estado interno de un objeto de manera accidental o intencionada, eliminando así efectos secundarios e interacciones inesperadas.
• El polimorfismo está relacionado con el aspecto referente al de qué tipo de comportamientos diferentes asociados a objetos distintos, pueden compartir el mismo nombre.
• El polimorfismo es la capacidad que tienen los objetos de naturaleza heterogénea, de responder de manera diferente a un mismo mensaje en función de las características y responsabilidades del objeto que recibe dicho mensaje.
• La herencia organiza y facilita el polimorfismo y el encapsulamiento, permitiendo a los objetos ser definidos y creados como tipos especializados de objetos preexistentes.
• Las clases no están aisladas, sino que se relacionan entre sí formando una jerarquía de clasificación.
• Los objetos heredan las propiedades y el comportamiento de todas las clases a las que pertenecen. Así, los objetos pueden compartir y extender su comportamiento sin tener que volver a implementarlo.
• La herencia múltiple se da cuando un objeto hereda de más de una clase.

   Es sumamente importante en lo subsecuente, tener todos estos conceptos vigentes y presentes, estudiarlos, analizarlos y comprenderlos; la memorización no es recomendable, ya que el memorizar conceptos no implica necesariamente su asimilación y mucho menos su comprensión. Por otro lado, si un concepto es comprendido, es posible entonces el poder explicarlo y deducir en consecuencia su definición.

   Mi deseo es que el lector reflexione sobre este aspecto y que, con un poco de paciencia, sume a su repertorio de conocimientos el conjunto de conceptos descritos hasta aquí, los cuales se pondrán en práctica eventual y progresivamente en entradas subsecuentes del blog.

POO (Consideraciones adicionales).

Respecto al envío de mensajes.

   La sintaxis general en Java para el envío de mensajes a un objeto es la siguiente:

objeto.mensaje(lista_de_argumentos);

donde objeto es un objeto de una clase previamente definida, y mensaje es uno de los métodos públicos definidos para dicha clase. La lista_de_argumentos es una lista de argumentos separada por comas, en donde cada argumento puede ser un objeto, o un tipo de dato primitivo.

Respecto a la sobrecarga de operadores.
   Algunos lenguajes de programación soportan un concepto relacionado con sobrecarga de operadores. La idea general del concepto de sobrecarga se ha planteado en la entrada POO (mensajes y métodos). El lenguaje de programación Java no soporta la sobrecarga de operadores, y por consiguiente, se ha omitido su descripción; sin embargo, es importante que el lector conozca que el concepto de sobrecarga no es exclusivo de los métodos o constructores, ni mucho menos de un lenguaje de programación en particular.

 

    La sobrecarga de operadores en C++ sí existe. En la sección correspondiente a las consideraciones adicionales para las colas de espera, se proporcionan un par de ejemplos al respecto. Para comprenderlos se requiere tener claros los aspectos relacionados con la implementación de la herencia, el funcionamiento de las colas de espera, y su respectiva especialización en la forma de colas de prioridad.

Respecto al paradigma.
   El establecimiento de niveles de acceso como private para los atributos de una clase, así como el uso de métodos de tipo set y get están directamente relacionados con el principio de ocultación de información (information hiding).

   Ahora bien, es probable que el lector haya notado que en la descripción del Ejemplo PruebaHerencia, en distintas ocasiones se hizo referencia a los objetos persona y científico como si fueran en sí mismos personas o entidades existentes. Lo anterior se hizo de manera deliberada, ya que como se comentó en la entrada referente al paradigma orientado a objetos, ésto eleva el nivel de abstracción y permite que se haga referencia a las entidades fundamentales del paradigma (los objetos), como elementos comunes de nuestro lenguaje natural, lo cual permite que los problemas se puedan expresar, al menos en principio, de una manera más natural e intuitiva.

   En este sentido, al dotar a los objetos de una personalidad propia con características y responsabilidades, en lugar de pensar en términos de datos, variables, y funciones o procedimientos que operen sobre dichos datos, se eleva el nivel de abstracción, facilitando con ello el análisis y la comprensión, ya que el problema y su solución pueden ser expresados y analizados en términos de su propio dominio, y no en el del medio (lenguaje de programación) de la solución. Ésta es una de las formas en la que las personas abstraemos, procesamos y utilizamos la información.

   Es sumamente importante que el lector tenga presente que en el paradigma orientado a objetos no se piensa en términos de datos, sino en términos de entidades con características y responsabilidades específicas, por lo que, cuando defina una clase, puede resultar útil el plantearse al menos un par de preguntas que le permitan determinar si los objetos derivados de su clase tienen o no sentido. Adicionalmente, las preguntas pueden ayudar también a establecer o coadyuvar en la meta de mantener una alta cohesión como parte del proceso de diseño e implementación:

1. ¿Los atributos representan características o propiedades, o definen un estado para los objetos que serán instanciados?
2. ¿La clase representa en sus métodos servicios, comportamiento, acciones o responsabilidades inherentes a los objetos que deriven de ella?

   Cabe mencionar que las preguntas propuestas son sólo una guía y una sugerencia al lector, no pretenden ser de ninguna manera una lista completa y absoluta. Con estas dos sencillas preguntas, además de validar y verificar su diseño de clases, estará reforzando también el concepto de encapsulamiento.

Respecto al polimorfismo.
   El polimorfismo es la cualidad de objetos heterogéneos de responder de distinta manera a un mismo mensaje. El tipo de polimorfismo más común se da en la herencia, pero no es el único.

   El Ejemplo Heterogéneo es un conjunto de clases (Automóvil, Motocicleta, Perro, Planta, Plomero, Profesor) heterogéneas que contienen un método de servicios. La idea es que, al menos en principio, cada una de dichas entidades ofrecen servicios distintos en función de su constitución y comportamiento general.

   Por otro lado, el Ejemplo Composición contiene tres clases: Libro, Publicación y Revista, las cuales presentan un comportamiento de polimorfismo en la forma en que se auto describen (imprimen), a través del método toString( ).

   En directa relación con el párrafo anterior, el tipo de polimorfismo más común se presenta en el Ejemplo Herencia, el cual contiene también las tres clases Libro, Publicación y Revista pero con un enfoque de polimorfismo basado en la herencia para la forma en que se auto describen (imprimen) a través del método toString( ).

   Existe un concepto en programación denominado latebinding, dynamic bindig o dynamic linkage, el cual se refiere a un mecanismo de programación en el cual el método que responderá al mensaje (el método que será invocado) es determinado en tiempo de ejecución. Como un ejemplo muy simple de esto, tómese el tiempo de comparar y analizar el Ejemplo PruebaHerencia (descrito en la entrada POO (Herencia)) y el Ejemplo PruebaPolimorfismo, en donde se muestra dicho concepto de programación, así mismo, es importante comprender tanto las diferencias de dichos ejemplos como los comentarios que aparecen en el código del Ejemplo PruebaPolimorfismo.

   Considere ahora el siguiente Ejemplo de late binding y tómese el tiempo que considere necesario para comprenderlo con base en el concepto de polimorfismo y  la comprensión de todos y cada uno de los ejemplos anteriores.

 

    Finalmente, una vez que se tengan madurados y comprendidos los ejemplos enunciados y su relación con el polimorfismo, se recomienda revisar también el tema de clases abstractas e interfaces (Java) para complementar dicho concepto.

Orientación a objetos y modularidad.

   La modularidad no está exclusivamente relacionada con los procedimientos o funciones de la programación estructurada, sino con el grado en el que los componentes de un sistema pueden ser separados y reutilizados.

   En función de lo anterior, tanto los métodos como los objetos son en sí mismos módulos de una aplicación determinada y en consecuencia, las clases de las que se derivan constituyen los módulos del sistema, por lo que de aquí en adelante se hará referencia a la modularidad de manera indistinta tanto para clases, como para los métodos de las clases.

   La modularidad ayuda también a hacer el código más comprensible, y esto a su vez hace que en consecuencia, al menos en principio, el código sea más fácil de mantener. Sin embargo, sin las debidas y pertinentes consideraciones, la modularidad tiene también sus consecuencias negativas, mismas que están en función directa de dos conceptos fundamentales en el desarrollo de software en general, y en el paradigma orientado a objetos en particular:

1. Cohesión.
2. Acoplamiento.

Cohesión y Acoplamiento.
   La cohesión está relacionada con la integridad interna de un módulo. Es el grado o nivel de relación o integridad entre los elementos que componen un módulo.

   El nivel de cohesión determina qué tan fuerte están relacionados cada unos de los elementos de funcionalidad expresados en el código fuente de un módulo.

   Por otro lado, el acoplamiento describe qué tan fuerte un módulo está relacionado con otros, es decir, es el grado en que un módulo depende de cada uno de los otros módulos que componen un sistema.

   El acoplamiento también puede ser referido o entendido como dependencia, lo cual ayuda a recordar que lo que se desea es mantener un bajo nivel de dependencia entre los módulos, es decir un bajo acoplamiento.

   En general, se desea que los módulos de un programa o sistema tengan, un alto nivel de cohesión y un bajo nivel de acoplamiento. El paradigma orientado a objetos persigue y enfatiza dichos objetivos.