5.1.introduction a la programmation
orientée objet

 

1. Concepts fondamentaux de La P.O.O

Nous écrirons P.O.O pour : programmation orientée objet.

Voici trois concepts qui donnent toute sa puissance à la P.O.O.
 
  • Concept de modélisation à travers la notion de classe et d’instanciation de ces classes.
    •
    • Concept d’action à travers la notion d’envoi de messages et de méthodes à l’intérieur des objets.
    • Concept de construction par réutilisation et amélioration par l’utilisation de la notion d’héritage.

     

    1.1 les objets

     Définition
    Un module représente un objet ou une classe d’objet de l’espace du problème et non une étape principale du processus total, comme en programmation descendante.

     

    Recenser les objets du monde réel
     

    Lors de l’analyse du problème, faire l’état de l’existant en recensant les objets du monde réel. On établit des classes d’objets et pour chaque objet on inventorie les connaissances que l’on a sur lui :
     
     

      
    On décrit les systèmes en classes d’objets plutôt qu’en terme de fonction.
     
     

    Exemple :

    Une application de gestion bancaire est organisée sur les objets comptes, écritures, états.


    Les objets rassemblent une partie de la connaissance totale portant sur le problème. Cette connaissance est répartie sur tous les objets sous forme déclarative ou procédurale.
     

    Les objets sont décrits selon le modèle des structures abstraites de données (TAD) : ils constituent des boîtes noires dissimulant leur implantation avec une interface publique pour les autres objets. Les interactions s’établissant à travers cette interface.
     

    Un objet :
     
    Encapsulation  
    c’est le fait de réunir à l'intérieur d'une même entité (objet) le code (méthodes) + données (champs). Il est donc possible de masquer les informations d'un objet aux autres objets.     2 niveaux d’encapsulation : Privé

    les champs et les méthodes masqués sont dans la partie privée de l’objet.

    Public

    les champs et les méthodes visibles sont dans la partie interface de l’objet.

     Les notions de privé et de public comme dans un objet n'ont trait qu'à la communication entre deux objets, à l'intérieur d'un objet elles n'ont pas cours.

    Figure sur la visibilité entre deux objets


    1.2 les classes

    Postulons une analogie entre les objets matériels de la vie courante et les objets informatiques. Un objet de tous les jours est souvent obtenu à partir d’un moule industriel servant de modèle pour en fabriquer des milliers. Il en est de même pour les objets informatiques.

      

    Définition
    Une classe est une sorte de moule ou de matrice à partir duquel sont engendrés les objets réels qui s’appellent des instances de la classe considérée.

    Remarque
    En POO, programmer revient donc à décrire des classes d’objets, à caractériser leur structure et leur comportement, puis à instancier ces classes pour créer des objets réels. Un objet réel est matérialisé dans l’ordinateur par une zone de mémoire que les données et son code occupent.

      Une classe est composée :
     
  • D’attributs (ou champs, ou variables d’instances).

    • Les attributs de la classe décrivent la structure de ses instances (les objets).
     
  • De méthodes (ou opérations de la classe).

    • Les méthodes décrivent les opérations qui sont applicables aux instances de la classe.

    Un exemple : les étudiants

    Supposons que chaque étudiant soit caractérisé par sa note en mathématiques (NoteMath) et sa note en informatique (NoteInfo). Un étudiant doit pouvoir effectuer éventuellement des opérations de calcul de ses moyennes dans ces deux matières (MoyMath, MoyInfo)et connaître sa moyenne générale calculée à partir de ces deux notes (MoyTotale).

      
     
    La classe Etudiant a été créée. Elle ne possède que les attributs NoteMath et NoteInfo. Les méthodes de cette classe sont par exemple MoyMath, MoyInfo, MoyTotale.
    Nous avons créé deux objets étudiants (deux instances : Julien et Claudie) de la classe Etudiant.
    1.3 L’héritage

    Dans un LOO (langage orienté objet), il existe une particularité dans la façon d’organiser ses classes : l’héritage de propriétés. L’objectif est de construire de nouvelles classes en réutilisant des attributs et des méthodes de classes déjà existantes.
     
    C’est un mécanisme très puissant qui permet de décrire des structures génériques en transmettant depuis l’intérieur d’une même classe toutes les propriétés communes à toutes les " sous-classes " de cette classe. Par construction toutes les sous-classes d’une même classe possèdent toutes les attributs et les méthodes de leur classe parent.

     
    • Les attributs et les méthodes peuvent être modifiés au niveau de la sous-classe.
    • Il peut y avoir des attributs et/ou des méthodes supplémentaires dans une sous-classe.

     

    Propriétés générales et pratiques de l'héritage :
     

      
    • Une classe A qui hérite d’une classe B dispose implicitement de tous les attributs et de toutes les méthodes définis dans B.
    • Les attributs et les méthodes définis dans A sont prioritaires par rapport aux attributs et aux méthodes de même nom définis dans B.
     
    Exemple :

    La classe " Etudiant premier cycle" héritant de la classe Etudiant
     
     
    Tout se passe comme si toute la classe Etudiant était recopiée dans la sous-classe Etudiant premier cycle (même si l’implémentation n’est pas faite ainsi). La nouvelle classe dispose d’un attribut supplémentaire (Mention) et d’une méthode supplémentaire (EvaluerMention).

     
     

    Voici en Delphi (à titre indicatif) une implantation possible de ces deux classes : 
     
    type Tmention=(Passable,Abien,Bien,Tbien);

    Etudiant = class

    NoteMath : real;
    NoteInfo : real;
    procedure MoyMath(UneNote:real);
    procedure MoyInfo(UneNote:real);
    function MoyTotale : real ;     end;
     

    Etudiant1erCycle = class(Etudiant)

    Mention: Tmention ;
    function EvaluerMention: Tmention;     end;

    Voici en Java (à titre indicatif) une implantation possible de ces deux classes :
     
    class Etudiant {
        public float NoteMath;
        public float NoteInfo;
        public void MoyMath(float UneNote){
        ...
        }
        public void MoyInfo(float UneNote){
        ...
        }
        public float MoyTotale(){
        ...
        }
     }// fin classe Etudiant
    public class Etudiant1erCycle extend Etudiant{
        public String Mention;
        public String EvaluerMention(){
        ...
        }
        public static void Main(String[ ] args){
        ...
        }
    }// fin classe Etudiant1erCycle

     
     

    Exemples d’héritage dans d’autres domaines :

    Structures mathématiques :


     

    Héritage de figures en géométrie affine :


     
     

    Héritage d'objets graphiques dans un système multi-fenêtré fictif :


     

    PanneauProgEvenement.dif
     
     

    2. Introduction à la conception orientée objet
       
      L’attitude est ici résolument sous-tendue par un double souci : fournir des outils méthodologiques rationalisant l’effort de production du logiciel, sans que leur lourdeur rebute l’étudiant non professionnel et masque ainsi l’intérêt de leur utilisation. L’expérience d’enseignement de l’auteur avec des débutants a montré que si les étudiants sont appelés à développer sans outils méthodiques, ils pratiquent ce qu’appelle J.Arsac " la grande bidouille ". Mais dans le cas contraire, l’apprentissage de trop de méthodes rigides bien qu'efficaces (OOD, OMT, UML,...)finit par ennuyer l’étudiant ou du moins par endormir son sens de l’intérêt. Dans ce dernier cas l’on retrouve " la grande bidouille " comme étape finale. Le chemin est donc étroit et il appartient à chaque enseignant de doser en fonction de l’auditoire l’utile et le superflu.
       

      Nous utilisons ici un de ces dosages pour montrer à l’étudiant comment écrire des programmes avec des objets sans être un grand spécialiste. Une aide irremplaçable à cet égard nous sera fournie par l’environnement de développement visuel Delphi.
       
       

         
      2.1 La méthode de conception OOD simplifiée

      La méthode O.O.D (object oriented design) de G.Booch propose 5 étapes dans l’établissement d’une conception orientée objet. Ces étapes n’ont pas obligatoirement à être enchaînées dans l’ordre dans lequel nous les citons dans le paragraphe suivant. C’est cette souplesse qui nous a fait choisir la démarche de G.Booch, car cette méthode est fondamentalement incrémentale et n’impose pas un cadre trop précis et trop rigide dans son application. Cette démarche se révèle être utile pour un débutant et lui permettra de fabriquer en particulier des prototypes avec efficacité sans trop surcharger sa mémoire.

         
         
        Identifier les objets et leurs attributs :

        On cherchera à identifier les objets du monde réel que l’on voudra réaliser.

        Conseil : Il faut identifier les propriétés caractéristiques de l’objet (par l’expérience, l’intuition,...).On pourra s’aider d’une description textuelle (en langage naturel) du problème. La lecture de cette prose aidera à déduire les bons candidats pour les noms à utiliser dans cette description ainsi que les propriétés des adjectifs et des autres qualifiants.
         
         
        Identifier les opérations :

        On cherchera ensuite à identifier les actions que l’objet subit de la part de son environnement et qu’il provoque sur son environnement.

        Conseil : Les verbes utilisés dans la description informelle (textuelle) fournissent de bons indices pour l’identification des opérations. Si nécessaire, c’est à cette étape que l’on pourra définir les conditions d’ordonnancement temporel des opérations (les événements ayant lieu).
         
         
        Etablir la visibilité :

        L’objet étant maintenant identifié par ses caractéristiques et ses opérations, on définira ses relations avec les autres objets.

        Conseil : On établira quels objets le voient et quels objets sont vus par lui (les spécialistes disent alors qu’on insère l’objet dans la topologie du projet). Il faudra prendre bien soin de définir ce qui est visible ou non, quitte à y revenir plus tard si un choix s’est révélé ne pas être judicieux.
         
         
        Etablir l’interface :

        Dès que la visibilité est acquise, on définit l’interface précise de l’objet avec le monde extérieur.

        Conseil : Cette interface définit exactement quelles fonctionnalités sont accessibles et sous quelles formes. Cette étape doit pouvoir être décrite sous notation formelle; les TAD sont l’outil que nous utiliserons à cette étape de conception.
         
         
        Implémenter les objets :

        La dernière étape consiste à implanter les objets en écrivant le code.

        Conseil : Cette étape peut donner lieu à la création de nouvelles classes correspondant par exemple à des nécessités d’implantation. Le code en général correspond aux spécifications concrètes effectuées avec les TAD, ou à la traduction des algorithmes développés par la méthode structurée. Lors de cette étape, on identifiera éventuellement de nouveaux objets de plus bas niveau d’abstraction qui ne pouvaient pas être analysés en première lecture(ceci provoquant l’itération de la méthode à ces niveaux plus bas).
         
         

      Nous n’opposons pas cette méthode de conception à la méthode structurée par machines abstraites. Nous la considérons plutôt comme complémentaire (en appliquant à des débutants une idée contenue dans la méthode HOOD). La méthode structurée sert à faire élaborer par l’étudiant des algorithmes classiques comme des actions sur des données. La COO permet de définir le monde de l’environnement de façon modulaire. Nous réutiliserons les algorithmes construits dans des objets afin de montrer la complémentarité des deux visions.
       
       

      2.2 Notation UML de classes et d'objets
       
      SCHEMA UML DE CLASSE
      VISIBILITE DES ATTRIBUTS ET DES METHODES
      SCHEMA UML D'UN OBJET
      SCHEMA UML DE L'HERITAGE
      SCHEMA UML DES ASSOCIATIONS
      UNE ASSOCIATION PARTICULIERE : L'AGREGATION
      NOTATION UML DES MESSAGES

      La notion d'un langage de modélisation standard pour tout ce qui concerne les développements objets a vu le jour en 1997 il s’agit d’UML (Unified Modeling Language).  

      Il ne s'agit pas d'une méthode, mais d'une notation graphique et d'un métamodèle. 

      Nous allons fournir ici les principaux schémas d'UML permettant de décrire des démarches de conception objets simples. Le document de spécification de la version 1.3 d'UML par l'OMG (l'Object Management Group) représente 808 pages de définitions sémantiques et de notations; il n'est donc pas question ici de développer l'ensemble de la notation UML (que d'ailleurs l'auteur ne possède pas lui-même). Nous nous attacherons à détailler les diagrammes de base qui pourront être utilisés par la suite dans le reste du document.

      Nous nous limiterons aux notations relatives aux classes, aux objets, et à l'héritage.
       
       

      SCHEMA UML DE CLASSE
       

      Notations UML possibles d'une classe :
      Reprenons l'exemple précédent avec la classe étudiant :


      Simplifiée
      Avec attributs
      Attributs et méthodes

       
      Attributs 
      et méthodes typées 
      Attributs typés 
      et méthodes typées

      Une classe abstraite est notée :

       
       

      VISIBILITE DES ATTRIBUTS ET DES METHODES

      Notations préfixées UML pour trois niveaux de visibilité ( +, - , # ) :

      Pour les attributs :
      public
      privé
      protégé
      + Attribut1 : DeType1
      - Attribut2 : DeType2
      # Attribut3 : DeType3

      Pour les méthodes :
      public
      privé
      protégé
      + Methode1 ( ): DeType1
      - Methode2 ( ) : DeType2
      # Methode3 ( ) : DeType3
      Méthode de classe
      $ Methode4 ( ) : DeType4

      Exemple :
      • Dans la classe étudiant les deux attributs NoteMath et NoteInfo sont de type réel et sont privés (préfixe -).

        •  
      • Les trois méthodes de calcul de moyennes sont publiques (préfixe +).

       
       

      SCHEMA UML D'UN OBJET

      Notations  UML pour deux objets étudiants instanciés à partir de la classe Etudiant :

      Schéma UML simplifié :

      Schéma UML avec valeur des attributs :

      Ces notations correspondent à l'exemple ci-dessous :

       
       

      SCHEMA UML DE L'HERITAGE
       

      Notation UML de l'héritage :
       

       

      Soit pour l'exemple de hiérarchie de classes fictives ci-dessous :

       

      La notation UML suivante :


       
       

      SCHEMA UML DES ASSOCIATIONS

      Une association binaire (ou plus généralement n-aire), représente un lien conceptuel entre deux classes. Par exemple un étudiant travaille dans un groupe (association entre la classe Etudiant et la classe Groupe).

      Une association peut être dénotée par une expression appelée nom d'association (nommé Travailler ci-dessous) :

      Chaque association possède donc deux extrémités appelées aussi rôles, il est possible de nommer les extrémités (nom de rôles, ci-dessous un étudiant est un acteur travaillant dans un groupe qui est un ensemble) :

       

      Une association peut posséder une multiplicité qui représente sous forme d'un intervalle de nombres entiers a..b, le nombre d'objets de la classe d'arrivée qui peut être mis en association avec un objet de la classe de départ. Supposons qu'un étudiant doive s'inscrire à au moins 2 groupes de travail et au plus à 5 groupes, nous aurons le schéma UML suivant :

      La présence d'une étoile dans la multiplicité indiquant un nombre quelquonque (par exemple un étudiant peut s'inscrire à au moins 2 groupes sans limite supérieure):


       

      Par exemple pour dénoter en UML le fait qu'un nombre quelconque d'étudiants doit travailler dans au moins deux groupes nous écrirons:


       
       

      UNE ASSOCIATION PARTICULIERE : L'AGREGATION

      Une agrégation est une association correspondant à une relation qui lorsqu'elle est lue dans un sens signigfie "est une partie de" et lorsqu'elle est lue dans l'autre sens elle signifie "est composé de". UML disposant de plusieurs raffinements possibles nous utiliserons l'agrégation comme composition par valeur en ce sens que la construction du tout implique la construction automatique de toutes les parties et que la destruction du tout entraîne en cascade la destruction de chacune de ses parties.

      Notation UML de l'agrégation
       

      Exemple :
      un groupe contient au moins 3 étudiants et chaque étudiant doit s'inscrire à au moins 2 groupes

       
       

      NOTATION UML DES MESSAGES

      Un message envoyé par une classe à une autre classe est représenté par une flèche vers la classe à qui s'adresse le message, le nommage de la flèche indique le message à exécuter :


       
       

      2.3 Attitudes et outils méthodologiques

      Afin d’utiliser une méthodologie pratique et rationnelle, nous énumérons au lecteur les outils que nous utiliserons selon les besoins, dans le processus d’écriture d’un logiciel.

     

    les outils
     
    En tout premier la notion de module : C’est la décomposition d’un logiciel en sous-ensembles que l’on peut changer comme des pièces d’un patchwork.
    La notion de cycle de vie du logiciel : Développer un logiciel ce n’est pas seulement écrire du Pascal, de l’Ada etc...
    Utiliser des TAD : Un type abstrait de données correspond très exactement à l’interface d’un module. Il renforce la méthodologie modulaire.
    La programmation structurée par machines abstraites : On se sert d’une méthode de conception descendante et modulaire des algorithmes utiles pour certaines actions dans le logiciel.
    La conception et la programmation orientées objet : On utilise une version simplifiée de la COO de G.Booch pour définir les classes et leurs relations en attendant une simplification pédagogique d’UML.

      les outils étudiés ailleurs dans ce document
     
    La programmation événementielle : Analyser les événements auxquels réagit l’objet. Construire un graphe de conception d’événements permettant le suivi du logiciel.
    Utiliser un RAD visuel/événementiel : La perception abstraite de la notion d’objet est concrétisée dans ce type d’outil par des classes visuelles qui permettent de bien comprendre ce que signifie la notion de " logiciels en kit ". En outre, la partie communication homme-machine se trouve grandement facilitée par ce genre d’outil (étape d’ergonomie déjà indiquée en algorithmique).
    Utiliser la programmation exploratoire : Attitude qui consiste à écrire des prototypes afin de tester des choix de spécification ou de conception (le RAD visuel est l’outil adéquat dans ce cas pour nous).
    Utiliser la programmation défensive : Attitude qui consiste à rajouter à chaque module lorsque cela est nécessaire, du code de vérification de l’adéquation des données aux spécifications (étape de sécurisation déjà indiquée en algorithmique).