5.- Herencia y Polimorfismo

irving bustos ortega escribió:Qué es el polimorfismo en la Programación Orientada a Objetos, el motivo de su existencia y cómo implementar polimorfismo en clases y objetos

El concepto de polimorfismo es en realidad algo muy básico. Realmente, cuando estamos aprendiendo Programación Orientada a Objetos (también conocida por sus siglas POO / OOP) muchos estudiantes nos hacemos un embolado tremendo al tratar de entender el concepto, pero en su base es algo extremadamente sencillo.

Trataremos de explicarlo en este artículo con palabras sencillas, pero para los valientes, aquí va una primera definición que no es mía y que carece de la prometida sencillez. Pero no te preocupes, pues la entiendas o no, luego lo explicaré todo de manera más llana.



Definición: El polimorfismo es una relajación del sistema de tipos, de tal manera que una referencia a una clase (atributo, parámetro o declaración local o elemento de un vector) acepta direcciones de objetos de dicha clase y de sus clases derivadas (hijas, nietas, …).

Nota: Esta es la definición académica que nos ofrece el profesor de la UPM Luis Fernández, del que fui alumno en la universidad y en EscuelaIT.

Herencia y las clasificaciones en Programación Orientada a Objetos

Para poder entender este concepto de OOP necesitas entender otras cosas previas, como es el caso de la herencia. Esto lo hemos explicado en un artículo anterior en DesarrolloWeb.com: Herencia en la Programación Orientada a Objetos.

Veremos que el polimorfismo y la herencia son dos conceptos estrechamente ligados. Conseguimos implementar polimorfismo en jerarquías de clasificación que se dan a través de la herencia. Por ejemplo, tenemos una clase vehículo y de ella dependen varias clases hijas como coche, moto, autobús, etc.



Pero antes de entender todo esto, queremos ir un poco más hacia atrás, entendiendo lo que es un sistema de tipos.

Por qué el sistema de tipos es importante en Polimorfismo

Muchos de los lectores que asumo se introducen en el concepto de polimorfismo a través de este artículo han aprendido a programar en lenguajes débilmente tipados, como es el caso de PHP y Javascript. Por ello es conveniente entender cómo es un lenguaje fuertemente tipado, como es el caso de Java o C.

En estos lenguajes, cuando defino una variable, siempre tengo que decir el tipo de datos que va a contener esta variable. Por ejemplo:

int miNumero;
Así le indicamos que la variable declarada "miNumero" va a contener siempre un entero. Podrás asignarle diversos valores, pero siempre deben de ser números enteros. De lo contrario el compilador te lanzará un mensaje de error y no te permitirá compilar el programa que has realizado.

Esto incluso pasa con los objetos. Por ejemplo, si en Java defino la clase "Largometraje" (una cinta que se puede exhibir en la televisión o el cine), cuando creo objetos de la clase "Largometraje" debo declarar variables en las que indique el tipo de objeto que va a contener.

Largometraje miLargo = new Largometraje("Lo que el viento se llevó");
Esa variable "miLargo", por declaración tendrá una referencia a un objeto de la clase "Largometraje". Pues bien, durante toda su vida, deberá tener siempre una referencia a cualquier objeto de la misma clase. O sea, mañana no podremos guardar un entero en la variable, ni una cadena u otro objeto de otra clase.

Volviendo al ejemplo de los vehículos, si defino una variable que apunta a un objeto de clase "Coche", durante toda la vida de esa variable tendrá que contener un objeto de la clase Coche, no pudiendo más adelante apuntar a un objeto de la clase Moto o de la clase Bus. Esta rigidez, como decimos, no existe en los lenguajes débilmente tipados como es el caso de Javascript o PHP, sin embargo es una característica habitual de lenguajes como Java, que son fuertemente tipados.

Coche miCoche = new Coche("Ford Focus 2.0");
//la variable miCoche apunta a un objeto de la clase coche
//si lo deseo, mañana podrá apuntar a otro objeto diferente, pero siempre tendrá que ser de la clase Coche
miCoche = new Coche("Renault Megane 1.6");
Lo que nunca podré hacer es guardar en esa variable, declarada como tipo Coche, otra cosa que no sea un objeto de la clase Coche.

//si miCoche fue declarada como tipo Coche, no puedo guardar un objeto de la clase Moto
miCoche = new Moto("Yamaha YBR");
//la línea anterior nos daría un error en tiempo de compilación
Fíjate que en este punto no te estoy hablando todavía de polimorfismo, sino de algo de la programación en general como es el sistema de tipos. Sin embargo, tienes que amoldar la cabeza a esta restricción de lenguajes fuertemente tipados para que luego puedas entender por qué el polimorfismo es importante y clave en la programación orientada a objetos. Y ojo, insisto que esto es algo relacionado con lenguajes fuertemente tipados (también llamados de tipado estático), en PHP no habría problema en cambiar el tipo de una variable, asignando cualquier otra cosa, dado que no se declaran los tipos al crear las variables.

Entendida esa premisa, pensemos en el concepto de función y su uso en lenguajes de tipado estático.

Nota: A veces, a los lenguajes fuertemente tipados se les llama de "tipado estático" y a los débilmente tipados se les llama "tipado dinámico". Si quieres saber más sobre lenguajes tipados y no tipados, te recomiendo ver el #programadorIO tipados Vs no tipados.
Cuando en un lenguaje fuertemente tipado declaramos una función, siempre tenemos que informar el tipo de los parámetros que va a recibir. Por ejemplo, la función "sumaDosNumeros()" recibirá dos parámetros, que podrán ser de tipo entero.

function sumaDosNumeros(int num1, int num2)
A esta función, tal como está declarada, no le podremos pasar como parámetros otra cosa que no sean variables -o literales- con valores de número entero. En caso de pasar otros datos con otros tipos, el compilador te alertará. Osea, si intentas invocar sumaDosNumeros("algo", "otro"), el compilador no te dejará compilar el programa porque no ha encontrado los tipos esperados en los parámetros de la función.

Esto mismo de los parámetros en las funciones te ocurre también con los atributos de las clases, cuyos tipos también se declaran, con los datos que se insertan en un array, etc. Como ves, en estos lenguajes como Java el tipado se lleva a todas partes.

Polimorfismo en objetos

Ahora párate a pensar en clases y objetos. Quédate con esto: Tal como funcionan los lenguajes fuertemente tipados, una variable siempre deberá apuntar a un objeto de la clase que se indicó en el momento de su declaración. Una función cuyo parámetro se haya declarado de una clase, sólo te aceptará recibir objetos de esa clase. Un array que se ha declarado que es de elementos de una clase determinada, solo aceptará que rellenemos sus casillas con objetos de esa clase declarada.

Vehiculo[] misVehiculos = new Vehiculo[3];
Esa variable misVehiculos es un array y en ella he declarado que el contenido de las casillas serán objetos de la clase "Vehiculo". Como se ha explicado, en lenguajes fuertemente tipados sólo podría contener objetos de la clase Vehiculo. Pues bien, polimorfismo es el mecanismo por el cual podemos "relajar el sistema de tipos", de modo que nos acepte también objetos de las clases hijas o derivadas.

Por tanto, la "relajación" del sistema de tipos no es total, sino que tiene que ver con las clasificaciones de herencia que tengas en tus sistemas de clases. Si defines un array con casillas de una determinada clase, el compilador también te aceptará que metas en esas casillas objetos de una clase hija de la que fue declarada. Si declaras que una función recibe como parámetros objetos de una determinada clase, el compilador también te aceptará que le envíes en la invocación objetos de una clase derivada de aquella que fue declarada.

En concreto, en nuestro array de vehículos, gracias al polimorfismo podrás contener en los elementos del array no solo vehículos genéricos, sino también todos los objetos de clases hijas o derivadas de la clase "Vehiculo", osea objetos de la clase "Coche", "Moto", "Bus" o cualquier hija que se haya definido.

Para qué nos sirve en la práctica el polimorfismo

Volvamos a la clase "Largometraje" y ahora pensemos en la clase "Cine". En un cine se reproducen largometrajes. Puedes, no obstante, tener varios tipos de largometrajes, como películas o documentales, etc. Quizás las películas y documentales tienen diferentes características, distintos horarios de audiencia, distintos precios para los espectadores y por ello has decidido que tu clase "Largometraje" tenga clases hijas o derivadas como "Película" y "Documental".

Imagina que en tu clase "Cine" creas un método que se llama "reproducir()". Este método podrá recibir como parámetro aquello que quieres emitir en una sala de cine y podrán llegarte a veces objetos de la clase "Película" y otras veces objetos de la clase "Documental". Si has entendido el sistema de tipos, y sin entrar todavía en polimorfismo, debido a que los métodos declaran los tipos de los parámetros que recibes, tendrás que hacer algo como esto:

reproducir(Pelicula peliculaParaReproducir)
Pero si luego tienes que reproducir documentales, tendrás que declarar:

reproducir(Documental documentaParaReproducir)
Probablemente el código de ambos métodos sea exactamente el mismo. Poner la película en el proyector, darle al play, crear un registro con el número de entradas vendidas, parar la cinta cuando llega al final, etc. ¿Realmente es necesario hacer dos métodos? De acuerdo, igual no te supone tanto problema, ¿pero si mañana te mandan otro tipo de cinta a reproducir, como la grabación de la final del mundial de fútbol en 3D? ¿Tendrás que crear un nuevo método reproducir() sobre la clase "Cine" que te acepte ese tipo de emisión? ¿es posible ahorrarnos todo ese mantenimiento?

Aquí es donde el polimorfismo nos ayuda. Podrías crear perfectamente un método "reproducir()" que recibe un largometraje y donde podrás recibir todo tipo de elementos, películas, documentales y cualquier otra cosa similar que sea creada en el futuro.

Entonces lo que te permiten hacer los lenguajes es declarar el método "reproducir()" indicando que el parámetro que vas a recibir es un objeto de la clase padre "Largometraje", pero donde realmente el lenguaje y compilador te aceptan cualquier objeto de la clase hija o derivada, "Película", "Documental", etc.

reproducir(Largometraje elementoParaReproducir)
Podremos crear películas y reproducirlas, también crear documentales para luego reproducir y lo bonito de la historia es que todos estos objetos son aceptados por el método "reproducir()", gracias a la relajación del sistema de tipos. Incluso, si mañana quieres reproducir otro tipo de cinta, no tendrás que tocar la clase "Cine" y el método "reproducir()". Siempre que aquello que quieras reproducir sea de la clase "Largometraje" o una clase hija, el método te lo aceptará.

Pongamos otro ejemplo por si acaso no ha quedado claro con lo visto hasta el momento, volviendo de nuevo a la clase Vehiculo. Además nos centramos en la utilidad del polimorfismo y sus posibilidades para reducir el mantenimiento de los programas informáticos, que es lo que realmente me gustaría que se entienda.

Tenemos la clase Parking. Dentro de ésta tenemos un método estacionar(). Puede que en un parking tenga que estacionar coches, motos o autobuses. Sin polimorfismo tendría que crear un método que permitiese estacionar objetos de la clase "Coche", otro método que acepte objetos de la clase "Moto" para estacionarlos, etc. Pero todos estaremos de acuerdo que estacionar un coche, una moto o un bus es bastante similar: "entrar en el parking, recoger el ticket de entrara, buscar una plaza, situar el vehículo dentro de esa plaza...".

Lo ideal sería que nuestro método me permita permita recibir todo tipo de vehículos para estacionarlos, primero por reutilización del código, ya que es muy parecido estacionar uno u otro vehículo, pero además porque así si mañana el mercado trae otro tipo de vehículos, como una van, todoterreno hibrido, o una nave espacial, mi software sea capaz de aceptarlos sin tener que modificar la clase Parking.

Gracias al polimorfismo, cuando declaro la función estacionar() puedo decir que recibe como parámetro un objeto de la clase "Vehiculo" y el compilador me aceptará no solamente vehículos genéricos, sino todos aquellos objetos que hayamos creado que hereden de la clase Vehículo, osea, coches, motos, buses, etc. Esa relajación del sistema de tipos para aceptar una gama de objetos diferente es lo que llamamos polimorfismo.


En fin, esto es lo que significa polimorfismo. A partir de aquí puede haber otra serie de consideraciones y recomendaciones, así como características implementadas en otros lenguajes, pero explicar todo eso no es el objetivo de este artículo. Esperamos que con lo que has aprendido puedas orientar mejor tus estudios de Programación Orientada a Objetos. Si quieres más información sobre el tema lee el artículo Qué es Programación Orientada a Objetos, que seguro te será de gran utilidad.

atte: irving bustos ortega
ing. informatica
2A6

rafael rodriguez gaona escribió:¿Qué son la herencia y el polimorfismo?

El desarrollo orientado a objetos se ha revelado como una de las alternativas más prometedoras de cara a afrontar el diseño, la implementación y el mantenimiento de sistemas complejos. Sin duda, los conceptos de herencia y polimorfismo constituyen uno de los factores que más ha contribuido a ello.

HERENCIA

El concepto de herencia constituye, a nuestro juicio, la principal innovación del desarrollo orientado a objetos. Se trata de un concepto bastante simple e intuitivo que, de una manera informal, puede definirse como:
"el mecanismo que permite definir una clase de objetos tomando como base la definición de otra clase"
Una clase se define en términos de atributos y de métodos (u operaciones). Por tanto, otra forma de expresar la definición anterior seria la siguiente:
"herencia es el mecanismo que permite a una clase de objetos incorporar atributos y métodos de otra clase, añadiendolos a los que ya posee".
En la terminología habitual, la clase que hereda las características de otra y la clase de partida reciben los calificativos de "subclase" y "superclase", respectivamente. De ahí que, en numerosas ocasiones, la relación de herencia aparezca también referenciada como "superclase/subclase".
Por otro lado, también suele ser muy habitual hablar en términos de "clase padre" y "clase hija", dado lo intuitivo de ambos términos.

La ausencia del mecanismo de herencia en ciertos lenguajes de programación modernos, como Ada, puede paliarse hasta cierto punto haciendo uso de los mecanismos alternativos que este tipo de lenguajes incorporan (por ejemplo, los genéricos). No obstante, la flexibilidad que proporciona el mecanismo de herencia para reutilizar unas clases de objetos en la definición de otras, difícilmente pueden alcanzarse mediante tales mecanismos alternativos.


POLIMORFISMO
Otro concepto interesante, con Importantes aportaciones en áreas tales como la flexibilidad o la legibilidad del software, es el de polimorfismo. Tras este termino, un tanto oscuro, subyace una idea bastante simple. En su más amplia expresión, el polimorfismo puede definirse como:
"el mecanismo que permite definir e Invocar funciones idénticas en denominación e interfaz, pero con implementaron diferente".
Esta definición introduce un aspecto muy importante del polimorfismo: la asociación, o vinculo, entre cada llamada a una de estas funciones polimorfismo y la implementación concreta finalmente invocada. Cuando este vinculo puede establecerse en tiempo de compilación, se suele hablar de vinculación estatica (static binding). Por contra, cuando la implementación a emplear, puede determinarse en tiempo de ejecución, el termino empleado es el de vinculación dinámica (dynamic binding).
En C++, por ejemplo, la vinculación dinámica de las llamadas a funciones polimórficas (en C++ reciben el calificativo de funciones virtuales) se consigue en base a la posibilidad que ofrece este lenguaje de utilizar un puntero a objetos de una clase como puntero a objetos de cualquiera de las clases descendientes de la anterior. Así, cuando la llamada a una función virtual, definida en una clase y en una o varias de sus descendientes, se realiza sobre un objeto que viene referenciado mediante un puntero a la clase padre, el compilador es incapaz de determinar que implementación debe asociar a la llamada, ya que desconoce cual será la clase del objeto en el momento de su ejecución. Dicha determinación debe quedar aplazada, por tanto, hasta ese instante.
Como se puede observar, el concepto de polimorfismo en C++, y en general en casi todos los lenguajes de programación basados en el paradigma de objeto, esta estrechamente ligado al concepto de herencia, dado que las funciones polimórficas sólo pueden definirse entre clases que guardan entre sí una relación de parentesco (clases con un antecesor común).
Aunque el concepto de polimorfismo es una de las principales innovaciones del desarrollo orientado a objetos, posee antecedentes históricos en otros mecanismos más sencillos, como son la conversión forzada (casting) y la sobrecarga de identificadores, ideados con el fin de introducir un cierto grado de flexibilidad en el manejo de tipos de datos heterogéneos.
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maria torres marinez
Invitado