Curso de doctorado Tecnología de Objetos: Implementación de lenguajes orientados a objetos.

Curso de Doctorado: Tecnologías
de Objetos
Grupo IMO
Área de Lenguajes y Sistemas Informáticos
Departamento de Informática
J. Baltasar García Perez-Schofield
http://webs.uvigo.es/jbgarcia/

Implementación de Lenguajes
Orientados a Objetos

Terminología
➲ Herencia:
● Por concatenación: el nuevo objeto (B) se con-struye
concatenando el objeto del que hereda (A)
con el mismo objeto (B).
● Por delegación: los objetos son independientes.
Si un objeto B hereda de A, entonces, cuando no
sea capaz de satisfacer un mensaje F, delegará
(le pasará) ese mensaje F en el objeto A.
➲ Comportamiento: El conjunto de métodos
de un objeto (en muchos lenguajes, su
clase).
➲ Estado: los valores de los atributos de un
objeto.

➲ Existen dos puntos de vista principales:
● Integración de unas extensiones de orientación a
objetos en un lenguaje tradicional, como C o
Pascal.
● Creación de un lenguaje totalmente nuevo.
➲ Por otra parte, existen dos tipos principales
de lenguajes orientados a objetos:
● Aquellos basados en clases
● Los que están basados en prototipos

Lenguajes basados en clases
Extensión de un lenguaje
tradicional para el soporte de
extensiones de orientación a
objetos

➲ Veremos la posibilidad de dotar a un
lenguaje como C de unas extensiones de
Orientación a objetos.
➲ De hecho, la primera herramienta que
Bjarne Stroustrup creó para poder compilar
C++ (en aquel momento, “C con clases”),
era un simple preprocesador.

Clases
➲ La clase es una plantilla a partir de la cual
se crean los objetos.
class Coche {
int numRuedas;
int color;
int combustible();
void arranca();
};
void Coche::arranca() {
combustible--;
}

Clases
➲ La base de una clase es un registro (struct).
➲ La única dificultad es que los registros no ad-miten
métodos ...
➲ ... pero puede simularse su pertenencia:
struct Coche {
int numRuedas;
int color;
int combustible;
}v
oid Coche_arranca(struct Coche &this) {
this->combustible--;
}

Métodos
➲ Los métodos son funciones en C, que
tienen un argumento this, que no es más
que el objeto que está ejecutando ese
método en un momento dado.
➲ Es decir, this señala a la struct Coches
apropiada para cada momento.
➲ Así, todos los métodos tienen un argumento
más del que declararíamos en nuestro “C
con clases”.

Métodos estáticos
➲ La única excepción a lo anterior son los
métodos de clase o estáticos (notación
C++). Éstos pertenecen a la clase, no al ob-jeto.
En realidad, ésto significa que ese
método, una vez traducido a función, NO
posee un argumento extra llamado this.

Ejemplo de traducción
➲ El siguiente programa:
class Coche {
public:
int numRuedas;
int color;
int combustible;
static void encontrarGasolinera();
void arranca();
};
//...
int main(void) {
Coche micoche;
miCoche.color = 1; /* BLANCO */
micoche.arranca();
}

Ejemplo de traducción
➲ Sería traducido como:
struct Coche {
int numRuedas;
int color;
}v
oid Coche_encontrarGasolinera() {
// ...
}v
oid Coche_arranca(struct Coche &this) {
// ...
}i
nt main(void)
{
struct Coche miCoche;
miCoche.color = 1; /* BLANCO */
Coche_arranca(&miCoche);
}

Compilación
➲ Nótese que es posible, a pesar de todo, re-alizar
una comprobación de tipos estricta
como la que hace C++, en este preproce-sador
de “C con clases” a C.
➲ La comprobación estática de tipos, en tiem-po
de compilación, es uno de los puntos
más fuertes de C++, ya que es una forma
de detectar errores antes de la ejecución de
un programa.
➲ Se pueden añadir fácilmente criterios de
visibilidad (private, protected).

¿Qué quedaría por implementar?
➲ La implementación que se ha presentado
hasta ahora permite encapsulación direc-tamente,
por lo que sería conveniente para
la creación de TADS (Tipos Abstractos de
Datos).
➲ Podría implementarse la herencia de forma
sencilla, (simplemente, añadiendo a una
clase la definición de la clase de la que
hereda), por concatenación.
➲ Sin embargo, es más trabajoso soportar
polimorfismo. Para ello, será necesaria una
estructura como la vtable implementada en
C++.

Lenguajes basados en clases
Creación genérica de un lenguaje
orientado a objetos desde cero

Clases y objetos
➲ Será necesario distinguir, obligatoriamente,
entre:
● comportamiento (los métodos, que residirán en la
clase, y la descripción de los atributos), y
● el estado (los valores de los atributos, que re-sidirán
en el objeto).
➲ Es posible prescindir de las clases en tiem-po
de ejecución, tal y como hace C++, o
mantenerlas.
➲ Si se mantienen, entonces esas estructuras
son conocidas como metaobjetos.

Clases y objetos
➲ Suponiendo la misma clase que la anterior:
● Aunque no es necesario, los métodos pueden
seguir implementándose como funciones del
lenguaje al que se les pasa un puntero extra lla-mado
this.
● Existirá el objeto, con el estado, diferente, para
cada objeto, y el metaobjeto, es decir, la clase,
común a todos los objetos.
● El metaobjeto es consultado para resolver las lla-madas
a los atributos y métodos de los objetos

Representación esquemática de ob-jetos
en memoria
➲ El metaobjeto con-tiene
los de-splazamientos
de
los atributos en el
objeto y punteros a
las funciones que
actúan como
métodos.
➲ El objeto contiene
únicamente el es-tado.

en memoria
➲ Así, para resolver miCoche.color = 2;,
● primero se busca la dirección de memoria que
representa la referencia “miCoche”.
● desde allí, se va a la metaclase (la información de
la clase) “Coche”.
● Se localiza el atributo “color”.
● Se le suma a la referencia de “miCoche” el de-splazamiento
de “color”.
➲ Así, finalmente, se obtendría la traducción,
si fuese lenguaje C, de “*((int *)miCoche
+ 4) = 2;”

Tiempo de compilación o tiempo de
ejecución
➲ Lo anterior puede suceder en tiempo de
compilación, o bien en tiempo de ejecución.
● En compilación: - flexible, + comprobaciones. Sue-len
ser lenguajes del tipo de C++.
● En ejecución: + flexible, - comprobaciones. Sue-len
ser lenguajes del tipo de SmallTalk, Python ...
➲ Es todavía posible un tipo intermedio, como
veremos, en el que un lenguaje como Self,
basado en prototipos realiza comprobación
estática de tipos al compilar. El ejemplo es
Kevo.

Lenguajes basados en prototipos
Creación genérica de un lenguaje
orientado a objetos desde cero

Lenguajes basados en prototipos
➲ Los lenguajes basados en prototipos no
disponen de clases, sino que los nuevos
objetos son copiados de otros objetos ya
existentes.
➲ Esos objetos son los prototipos. Sin embar-go,
los nuevos objetos pueden ser modifi-cados
al margen de los prototipos.
➲ Es un modelo muy flexible y sencillo.
➲ Engloba al modelo de clases.

Implementación
➲ Puesto que cada objeto no depende de una
clase y puede cambiar independientemente
al margen del prototipo del que se copió, la
estructura del objeto debe albergar no sólo
el estado, sino también el comportamiento.
● Métodos y atributos conviven en el mismo espacio
en memoria para un objeto.
➲ La herencia se implementa por delegación,
si bien sería posible implementarla por con-catenación,
como en Kevo.

en memoria
➲ El objeto contiene
métodos y atributos.
➲ Cuando no puede
satisfacer un men-saje,
lo delega en su
padre.
➲ La herencia, por del-egación,
puede ser
dinámica.

Modelos de Orientación a Objetos
➲ Dos extremos del espectro de modelos ori-entados
a objetos.
● El modelo más restrictivo, en potencia, es el de
clases.
● Verificación de tipos en tiempo de compilación.
● Herencia por concatenación.
● El modelo más flexible, en potencia, es el de pro-totipos.
● No hay casi comprobaciones en tiempo de compilación.
● Herencia por delegación.
➲ Sin embargo, es posible crear lenguajes
que empleen modelos intermedios dentro
de este rango.

Implementación
➲ Las características que condicionan la im-plementación
de un lenguaje son:
● Herencia
● Existencia de clases
➲ Sin embargo, debe recordarse que es posi-ble
separar la implementación en varias ca-pas.
● es posible para un compilador de un lenguaje
basado en clases generar código para una
máquina virtual orientada a objetos y basada en
prototipos.

Bibliografía
➲ Bjarne Stroustrup, creador de C++:
● Página personal
● http://www.research.att.com/~bs/
● “El Lenguaje de programación C++”
● http://www.research.att.com/~bs/3rd.html
● “Diseño y evolución de C++”
● http://www.research.att.com/~bs/dne.html
● Otras publicaciones:
● http://www.research.att.com/~bs/books.html
➲ SmallTalk
● Squeak: http://www.squeak.org/
● SmallTalk en general: http://www.esug.org/

Bibliografía
➲ Self
● Página web: http://research.sun.com/self/index.html
● Implementación:
http://research.sun.com/research/self/papers/elgin-thesis.html
● Otros:
http://research.sun.com/research/self/papers/papers.html
➲ Kevo
● http://burks.brighton.ac.uk/burks/foldoc/44/63.htm
➲ Python
● Lenguaje basado en clases, implementado sobre prototi-pos.
● Página web: http://www.python.org/

Bibliografía
➲ Búsqueda de artículos:
● http://www.researchindex.com

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