Conceitos básicos de orientação a objetos

Provavelmente, o paradigma de programação utilizado e aprendido por você até o momento foi o de programação imperativa. Um paradigma de programação é um estilo ou metodologia para solucionar problemas utilizando uma linguagem de programação. O paradigma imperativo consiste de comandos sequenciais que o computador executará para cumprir uma tarefa. Normalmente, os problemas computacionais que você resolveu em uma disciplina de lógica de programação e algoritmos envolviam a leitura de dados a partir da entrada padrão, um simples processamento e a emissão do resultado na saída padrão.

Conforme você aprendeu novos recursos de programação, pode ter percebido que códigos mais extensos eram menos compreensíveis e gerenciáveis. A partir desse ponto, surge a necessidade de uma nova metodologia – ou paradigma – de programação que permita dividir o programa em partes menos complexas para formar uma parte maior e mais complexa.

À medida que você for aprendendo novos conceitos, é normal que se depare com recursos que só estudará no futuro. Este capítulo apresenta de forma breve os conceitos fundamentais de programação orientada a objetos no contexto da linguagem Java, para que você entenda os assuntos conforme os estuda, mesmo que assuntos mais avançados surjam.

Programação Orientada a Objetos

A programação orientada a objetos surgiu para suprir limitações existentes em outros paradigmas que a precederam. Em programas complexos, o número de instruções é enorme e, conforme cresce o número de instruções, também cresce a complexidade, a possibilidade de aparecerem erros e a necessidade de otimizar o uso de recursos computacionais (memória e CPU).

Através da orientação a objetos, temos uma ferramenta que nos permite representar computacionalmente alguns conceitos do mundo físico de forma mais intuitiva. Com isso, o código é escrito em partes simples e reusáveis, chamadas de classes. Essas partes são como diagramas usados para criar instâncias de objetos.

Classes e objetos

Classe é um conceito abstrato usado para representar entidades do mundo real. É como um diagrama abstrato, um modelo ou uma planta baixa usada pra criar objetos. Classes definem abstrações de dados que descrevem o estado das entidades – chamados de atributos – e funções, que determinam o comportamento das entidades, chamadas de métodos. Por exemplo, um carro é uma entidade do mundo real que possui atributos, como ano, modelo, velocidade e temperatura interna do motor; e também possui comportamento, como ligar, desligar e acelerar. Uma classe Carro, teria os atributos ano, modelo, velocidade, além dos métodos ligar, desligar e acelerar. A classe Carro é mostrada no Código 1. Nesse código, os corpos do construtor e métodos foram ocultados e, além disso, a forma como o código foi escrito não segue boas práticas de programação (atributos públicos, por exemplo), apesar de ser aceitável para introduzir o conceito de classes para iniciantes. Você aprenderá um pouco sobre boas práticas a partir dos próximos capítulos.

public class Carro {
	public int ano;
	public String modelo;
	public int velocidade;
	public int temperaturaMotor;

	public Carro() {
		// Definições do construtor
	}

	public void ligar() { /* ... */ }
	public void desligar() { /* ... */ }
	public void acelerar() { /* ... */ }
}

Código 1. A classe Carro.

Os atributos e métodos presentes em uma classe dependem do contexto do sistema em que a classe será criada. Uma classe Pessoa para um sistema de academia teria atributos como peso e altura, que não fariam sentido existirem em uma classe Pessoa em um sistema contábil. Por sua vez, atributos como renda e numeroDeDependentes pertencem ao contexto de sistemas contábeis, mais não ao contexto de sistemas de academia. Classes geralmente representam categorias amplas de entidades usadas em sistemas. Por exemplo, Estudante, Disciplina, Professor e Turma podem ser classes de um sistema de gerenciamento escolar.

Objetos são instâncias de classes. Cada objeto é criado a partir de uma classe em um processo chamado de instanciação. Nesse processo, o objeto passa a ter o seu próprio conjunto de valores. A instanciação de um objeto do tipo Carro é mostrada no Código 2. A classe Carro foi criada no Código 1.

Ao ser instanciado, o construtor de uma classe é chamado. O construtor contém código que será executado para inicializar a classe. Construtores são quase semelhantes a métodos, mas devem possuir o nome da classe e não têm tipo de retorno. Uma classe pode ter mais de um tipo de construtor, desde que cada construtor tenha uma lista de parâmetros com tipos diferentes. A existência de mais de um tipo de construtor é chamada de sobrecarga de construtores. Geralmente, mais de um construtor é criado quando existe a necessidade de inicializar um objeto de múltiplas formas.

No Código 2, a instanciação, atribuição de valores aos atributos e chamada do método ligar() foram feitas dentro de um método chamado main, em uma nova classe Main. O main é o método principal e o ponto de entrada para executar uma classe Java. Geralmente, ele é inserido na classe principal, aquela que vai chamar outras classes e iniciar o programa.

Java não permite código seja escrito fora de métodos. Então, se quisermos ver nosso código executando, precisamos colocá-lo dentro de um método main em alguma classe. O método main poderia estar dentro da própria classe Carro, mas decidimos colocá-lo dentro da classe Main para apresentar outros conceitos. Começando com o conceito de que uma classe pode ser utilizada dentro de outra.

public class Main {
	/* Código definido previamente */

  public static void main(String[] args) {
		// Um objeto do tipo Carro é instanciado (new Carro()) e
		// atribuído à variável car1.
		Carro car1 = new Carro();

		// Atribuindo valores aos atributos do objeto car1
    car1.ano = 2013;
    car1.modelo = "Chevrolet Celta";
    car1.velocidade = 0;

		// Invocando o método ligar()
    car1.ligar();
	}
}

Código 2. Instanciando e manipulando atributos da classe Carro

Em projetos Java, classes relacionadas são organizadas dentro de pacotes. Um pacote funciona como uma pasta e, de fato, ao explorar a estrutura de diretórios de um projeto Java, você verá muitas pastas dentro de outras pastas. Pacotes são usados para evitar conflitos de nomes (classes com o mesmo nome dentro de um projeto) e escrever código mais fácil de manter.

A Figura 1 mostra um projeto Java criado no VisualStudio Code, com a classe App.java aberta no editor. Perceba, na linha 4, a indicação de que a classe App pertence ao pacote project (package project). A classe App.java encontra-se no diretório src/main/java/project, dentro do diretório principal do projeto. A estrutura de diretórios que define o nome do pacote inicia-se após src/main/java.

Portanto, se tivéssemos a estrutura de diretórios src/main/java/br/edu/ifpb/poo, o pacote seria declarado no topo da classe como package br.edu.ifpb.poo. Aliás, é uma convenção de nomenclatura utilizar nomes de domínio (ifpb.edu.br) ao contrário nos nomes de pacote e utilizar somente minúsculas.

Figura 1. Projeto Java aberto no VisualStudio Code.

Classes relacionadas devem ficar dentro do mesmo pacote. E é possível acessar uma classe a partir de outra sem precisar importá-la. Quando classes estão em pacotes distintos e for necessário usar uma Classe1 dentro de outra Classe2, será necessário importar a Classe1. No Código 3, temos a definição de duas classes, Classe1, que está no pacote pacote1 e Classe2, que está no pacote pacote2. Para usar Classe1 dentro de Classe2, foi necessário importar Classe1 através do comando import pacote1.Classe1.

// Definição da classe Classe1
package pacote1;

public class Classe1 {

}

// Definição da classe Classe2
package pacote2;

import pacote1.Classe1;

public class Classe2 {
	public static void main(String[] args) {
		Classe1 cls1 = new Classe1();
	}
}

Código 3. Importando classes.

Atributos e métodos

Atributos são também chamados de campos, membros ou propriedades, e guardam as informações características dos objetos, representando seu estado. No Código 2, atribuímos valores aos atributos do objeto car1, do tipo Carro. A classe Carro possui três atributos, ano, modelo e velocidade. Os métodos são os comportamentos e ações de um objeto, sendo responsáveis por alterar o estado ou fornecer informações sobre um objeto. São análogos às funções ou procedimentos em programação estruturada.

Podemos acessar atributos e métodos de um objeto, desde que eles sejam públicos. Mas esse é um conceito que será estudado no próximo capítulo, Encapsulamento.

Herança

Às vezes, há grupos de objetos que compartilham características em comum e possuem um conjunto de características distintas. Usuários de um sistema escolar como Professor e Aluno compartilham características em seu estado (ambos possuem nome, sobrenome, números de documentos, etc) e comportamento (ambos possuem a necessidade de métodos de mudar senha, consultar informações de perfil, etc). Nesse caso, estado e comportamento comuns podem ficar em uma super classe Usuário e estado e comportamento específicos de cada tipo de usuário fica na classe específica. A herança é realizada em Java através da palavra reservada extends, conforme é demonstrado no Código 4.

public class Usuario {
	// atributos e métodos comuns a todos que herdarem dessa classe
}

public class Professor extends Usuario {
	// atributos e métodos da classe Usuario devidamente acessíveis
	// poderão ser acessados a partir dessa classe e, também, como se
	// pertencessem a essa classe
}

public class Aluno extends Usuario {
	// atributos e métodos da classe Usuario devidamente acessíveis
	// poderão ser acessados a partir dessa classe e, também, como se
	// pertencessem a essa classe
}

Código 4. Usando herança em Java.

Usar herança nos permite criar hierarquias de classes, reutilizar código e personalizar o comportamento das classes filhas. É um conceito fundamental para a criação de programas organizados, flexíveis e eficientes.

Interfaces

Interfaces permitem definir um contrato ou conjunto de regras que as classes devem seguir através da especificação de quais métodos uma classe deve implementar, apesar de não fornecer uma implementação real desses métodos.

Imagine uma interface como um acordo entre diferentes classes. Quando uma classe concorda em seguir essa interface, ela implementa a interface; ou seja, se compromete a fornecer implementações para todos os métodos definidos na interface. Isso cria uma maneira consistente e padronizada de interagir com objetos de diferentes classes. Interfaces promovem a padronização e a flexibilidade no código, permitindo criar sistemas mais organizados e adaptáveis

Interfaces são úteis quando você deseja que várias classes tenham comportamentos comuns, mas essas classes podem ter diferentes implementações para esses comportamentos. Por exemplo, em um sistema de veículos, você pode ter uma interface chamada “Veículo” que define métodos como “ligar” e “desligar”. Tanto carros quanto motos podem seguir essa interface, mas cada um implementará esses métodos de maneira diferente, de acordo com suas características específicas. A interface e sua implementação pela classe Carro são mostradas no Código 5.

Um benefício importante das interfaces é que elas permitem a criação de código mais flexível e modular. É possível escrever funções que aceitam objetos que seguem uma determinada interface, em vez de se preocupar com a classe específica do objeto. Isso facilita a substituição de objetos por outros que sigam a mesma interface, tornando seu código mais genérico e reutilizável.

public interface Veiculo {
  void ligar();
	void desligar();
}

public class Carro implements Veiculo {
	public void ligar() {
		// Implementação específica da classe Carro para o método ligar()
	}

	public void desligar() {
		// Implementação específica da classe Carro para o método desligar()
	}
}

Código 5. Uso de interfaces em Java.