Programação com Objectos/Teste de 2010/01/21

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< Programação com Objectos

Parte 1 (resposta múltipla)

Figura 1

1.1. Considere o diagrama UML da figura 1 (à direita). Qual das seguintes afirmações está correcta?

  1. doThat (definido em C) não pode ser chamado se o objecto for referenciado através do tipo B
  2. B implementa I através de C
  3. o método doIt pode ser invocado através de referências para C
  4. os métodos de A não podem ser invocados sobre instâncias de C
  5. A é uma classe derivada de B

1.2. Como se designa a operação que permite que um tipo hierarquicamente superior seja usado para referir uma instância de um tipo dele derivado?

  1. polimorfismo
  2. herança
  3. upcasting
  4. downcasting
  5. redefinição

1.3. Em Java, qual das seguintes frases está incorrecta?

  1. java.lang.Object pode referir qualquer objecto
  2. uma classe anónima pode implementar uma interface
  3. uma classe abstracta pode sempre definir construtores
  4. java.util.Collection é uma especialização de java.util.Iterable
  5. java.lang.Serializable declara os métodos que permitem escrever um objecto para um canal de saída

1.4. Em Java, uma classe anónima...

  1. apenas define assinaturas de métodos
  2. pode ter membros não públicos
  3. não pode ter membros privados
  4. não pode ser instanciada
  5. não pode implementar uma interface

1.5. Em Java, a classe java.io.Reader...

  1. permite ler objectos “serializados” (i.e., instâncias de classes que implementem java.io.Serializable)
  2. permite ler caracteres (texto)
  3. permite ler bytes (dados binários)
  4. não pode ser utilizada como tipo de atributos de outras classes
  5. é um tipo primitivo

1.6. Em Java, o parâmetro E em java.util.Iterable...

  1. é uma constante que especifica o limite superior para a iteração
  2. é utilizado para definir o passo de iteração (i.e., quantos elementos se deve saltar – por omissão, é 1)
  3. permite especificar o tipo do comparador de elementos (instância referida por java.util.Comparator)
  4. define tipo retornado pelo iterador correspondente
  5. não deve ser usado

1.7. Relativamente à interface java.util.Iterator, qual das seguintes frases está correcta?

  1. quando associado à interface de java.lang.Object, permite percorrer qualquer objecto
  2. sendo uma interface para iteração, não pode ser implementada por qualquer classe
  3. permite a definição de algoritmos abstractos baseados em iteração
  4. só é relevante quando se usam instâncias referenciáveis por java.util.Collection
  5. define a política de comparação de elementos de uma colecção

1.8. O padrão de desenho State...

  1. permite delegar comportamentos específicos em objectos que os encapsulam
  2. permite adicionar responsabilidades a objectos individuais em tempo de execução
  3. permite delegar comportamentos dependentes do estado de um objecto
  4. permite gerir as dependências de outros objectos relativamente ao estado de um objecto
  5. permite guardar o estado de um objecto num canal de saída, para posterior recuperação

1.9. O padrão de desenho Template Method...

  1. permite adicionar funcionalidade a um objecto sem alterar a sua interface
  2. deve ser utilizado quando o uso do mecanismo de herança não for conveniente
  3. permite ajustar a interface e o comportamento de um objecto
  4. define uma operação a aplicar a uma estrutura de objectos
  5. estabelece que uma classe defina um algoritmo cujas partes devem ser implementadas pela subclasses

1.10. O padrão de desenho Observer...

  1. representa uma operação a ser realizada sobre os elementos de uma estrutura de objectos
  2. permite gerir as dependências de outros objectos relativamente ao estado de um objecto
  3. permite abstrair o uso de grupos de objectos por uma aplicação
  4. permite tratar famílias de objectos e seus grupos indiscriminadamente
  5. permite que o comportamento de um objecto mude quando o seu estado muda

Parte 2

2.1. (1.5 val.) As classes paramétricas permitem uma forma de polimorfismo diferente do que é implicado pelo mecanismo de herança. Quais são as diferenças? Que vantagens estão associadas aos tipos paramétricos? Justifique e dê um exemplo.

2.2. (1.5 val.) O padrão de desenho Visitor permite abstrair funcionalidade a aplicar a uma estrutura de objectos. Quais são as vantagens e inconvenientes associados ao uso deste padrão? Dê um exemplo de utilização, onde se evidenciem as vantagens. Considera que é equivalente ao uso do padrão de desenho Strategy? Justifique.

2.3. (1.5 val.) Explique quais as vantagens decorrentes do uso do padrão Abstract Factory no desenho de aplicações. Em que medida é importante o polimorfismo nesta situação? Apresente um exemplo que ilustre a sua resposta.

2.4. (1.0 val.) Considere o padrão de desenho Composite. Descreva a estrutura prevista pelo padrão, assim como o modo de funcionamento. Quais são as vantagens da sua utilização? Dê um exemplo.

2.5.1. (1.0 val.) Qual o resultado que se obtém quando se executa o programa? (represente mudanças de linha com \n) 

public abstract class Ghost {
  public Ghost() { System.out.println(getClass().getName()); }
  public abstract void tick(Shell shell);
  public void tock(Shell shell) {}
}

public class A extends Ghost {
  public void tick(Shell shell) { shell.use(new C()); }
}

public class B extends Ghost {
  public void tick(Shell shell) { shell.use(new A()); }
  public void tock(Shell shell) { shell.use(new A()); }
}

public class C extends Ghost {
  public void tick(Shell shell) { shell.use(new B()); }
  public void tock(Shell shell) { shell.use(new A()); }
}

public class Shell {
  Ghost _ghost = new A();
  public void tick() { _ghost.tick(this); }
  public void tock() { _ghost.tock(this); }
  public void use(Ghost ghost) { _ghost = ghost; }
}

public class GhostInTheShell {
  public static void main(String args[]) {
    Shell shell = new Shell();
    shell.tick();
    //!2.7
    shell.tick(); shell.tock(); shell.tick();
  }
}

2.5.2. (0.5 val.) Que padrão de desenho é usado no programa?

2.6. (2.5 val.) Desenhe o diagrama de classes UML correspondente ao seguinte problema:

Uma empresa especializou-se no fabrico de máquinas de lavar roupa e de máquinas de lavar loiça. A gestão é moderna, sendo as tarefas normalmente executadas pelos gestores (contratar funcionários, por exemplo) e distribuídas por todos os funcionários de forma rotativa. O conselho de gestão tem sempre um operário e um engenheiro.

As máquinas de lavar roupa desta empresa caracterizam-se pela sua segurança, por forma a evitar acidentes com crianças. A máquina de lavar roupa tem os seguintes botões e sensores: botão “ligar/desligar” (evento “press” chama o método “power”); botão “abrir porta” (evento “press” chama método “open”); sensor “porta fechada” (evento “trigger” chama método “closed”). A máquina tem ainda um temporizador, uma cuba rotativa e uma caixa metálica.

As máquinas de lavar loiça são muito semelhantes no hardware, sendo a principal diferença a ausência da cuba rotativa.

A empresa é caracterizada pelo seu capital social, pelo número de máquinas vendidas e pelo número de funcionários. Os funcionários são caracterizados pelo seu vencimento. As máquinas de lavar loiça pelo preço e peso. As máquinas de lavar roupa pelo preço, peso e pelo número de rotações da cuba (centrifugação).

Represente as classes (seus nomes, métodos e atributos). Indique também as relações de herança, associação e agregação.

2.7. (1.5 val.) Desenhe o diagrama de sequência UML correspondente à execução do programa da pergunta 2.5, incluindo as etapas de criação dos objectos (ignore as linhas do programa assinaladas com //!2.7). O diagrama de sequência deve conter os nomes das mensagens trocadas (não é necessário representar os argumentos dessas mensagens nem as de retorno).

2.8. (2.0 val.) Uma agência de apoio humanitário organiza a sua actuação em função dos seus beneficiários: regiões, povoações e indivíduos (uma região contém povoações e as povoações contêm indivíduos). Cada tipo de beneficiário regista o nível de apoio recebido (um valor inteiro). Este valor é utilizado pela agência para determinar quais as regiões, as povoações, ou os indivíduos mais carenciados. A agência sabe que as condições/necessidades de ajuda variam com o período do ano e em função de catástrofes. Como tal, o processo de cálculo e actualização deve ser suficientemente flexível para poder ser alterado conforme as necessidades e deve ser independente dos beneficiários, para evitar introduzir mais complexidade nas suas vidas.

Considerando o exposto acima, a agência define um calculador de benefícios (designado genericamente por Calculator). A implementação mais simples (designada por Standard) contabiliza: para cada indivíduo, uma unidade de ajuda; para cada povoação, o somatório das ajudas aos indivíduos que a habitam; e, para cada região, o somatório dos valores da ajuda dadas às povoações que contém. Existe ainda o calculador para casos de catástrofe (designado por Emergency), que difere do Standard por contabilizar menos ajuda (apenas 75% do total) para povoações com mais de 100 indivíduos e menos ajuda (apenas 90% do total) para regiões com mais de 20 povoações.

Implemente todos os conceitos. Considere que deve ser possível definir novas formas de cálculo sem necessitar alterar, nem os indivíduos, nem as povoações, nem as regiões.

Chave da Parte 1

Figura 1

1.1. Considere o diagrama UML da figura 1 (à direita). Qual das seguintes afirmações está correcta?

  1. doThat (definido em C) não pode ser chamado se o objecto for referenciado através do tipo B
  2. B implementa I através de C
  3. o método doIt pode ser invocado através de referências para C
  4. os métodos de A não podem ser invocados sobre instâncias de C
  5. A é uma classe derivada de B

1.2. Como se designa a operação que permite que um tipo hierarquicamente superior seja usado para referir uma instância de um tipo dele derivado?

  1. polimorfismo
  2. herança
  3. upcasting
  4. downcasting
  5. redefinição

1.3. Em Java, qual das seguintes frases está incorrecta?

  1. java.lang.Object pode referir qualquer objecto
  2. uma classe anónima pode implementar uma interface
  3. uma classe abstracta pode sempre definir construtores
  4. java.util.Collection é uma especialização de java.util.Iterable
  5. java.lang.Serializable declara os métodos que permitem escrever um objecto para um canal de saída

1.4. Em Java, uma classe anónima...

  1. apenas define assinaturas de métodos
  2. pode ter membros não públicos
  3. não pode ter membros privados
  4. não pode ser instanciada
  5. não pode implementar uma interface

1.5. Em Java, a classe java.io.Reader...

  1. permite ler objectos “serializados” (i.e., instâncias de classes que implementem java.io.Serializable)
  2. permite ler caracteres (texto)
  3. permite ler bytes (dados binários)
  4. não pode ser utilizada como tipo de atributos de outras classes
  5. é um tipo primitivo

1.6. Em Java, o parâmetro E em java.util.Iterable...

  1. é uma constante que especifica o limite superior para a iteração
  2. é utilizado para definir o passo de iteração (i.e., quantos elementos se deve saltar – por omissão, é 1)
  3. permite especificar o tipo do comparador de elementos (instância referida por java.util.Comparator)
  4. define tipo retornado pelo iterador correspondente
  5. não deve ser usado

1.7. Relativamente à interface java.util.Iterator, qual das seguintes frases está correcta?

  1. quando associado à interface de java.lang.Object, permite percorrer qualquer objecto
  2. sendo uma interface para iteração, não pode ser implementada por qualquer classe
  3. permite a definição de algoritmos abstractos baseados em iteração
  4. só é relevante quando se usam instâncias referenciáveis por java.util.Collection
  5. define a política de comparação de elementos de uma colecção

1.8. O padrão de desenho State...

  1. permite delegar comportamentos específicos em objectos que os encapsulam
  2. permite adicionar responsabilidades a objectos individuais em tempo de execução
  3. permite delegar comportamentos dependentes do estado de um objecto
  4. permite gerir as dependências de outros objectos relativamente ao estado de um objecto
  5. permite guardar o estado de um objecto num canal de saída, para posterior recuperação

1.9. O padrão de desenho Template Method...

  1. permite adicionar funcionalidade a um objecto sem alterar a sua interface
  2. deve ser utilizado quando o uso do mecanismo de herança não for conveniente
  3. permite ajustar a interface e o comportamento de um objecto
  4. define uma operação a aplicar a uma estrutura de objectos
  5. estabelece que uma classe defina um algoritmo cujas partes devem ser implementadas pela subclasses

1.10. O padrão de desenho Observer...

  1. representa uma operação a ser realizada sobre os elementos de uma estrutura de objectos
  2. permite gerir as dependências de outros objectos relativamente ao estado de um objecto
  3. permite abstrair o uso de grupos de objectos por uma aplicação
  4. permite tratar famílias de objectos e seus grupos indiscriminadamente
  5. permite que o comportamento de um objecto mude quando o seu estado muda

Resolução da Parte 2

2.1. Classes Paramétricas e Polimorfismo

Aspectos importantes:

  • Definição de uma classe estruturalmente independente do(s) tipo(s) manipulado(s) (os seus parâmetros).
  • O polimorfismo implicado pelas relações de herança (inclusão) permite o uso de uma instância de uma subclasse onde se espera uma de uma superclasse. O polimorfismo paramétrico permite a definição de classes concretas que manipulam qualquer tipo (potencialmente com restrições), evitando a definição de relações de herança (dependência) relativamente a um tipo determinado (introduz restrições desnecessárias). Note-se que uma classe paramétrica pode participar em relações de herança/implementação e ser usada polimorficamente (inclusão) como qualquer outra (e.g., List<A> e ArrayList<A>). No entanto, casos como ArrayList<Animal> e ArrayList<Gato> não estão relacionadas polimorficamente.

2.2. Visitor & Strategy

Aspectos importantes:

  • Descrição da estrutura e funcionamento do Visitor
  • Vantagens e inconvenientes
  • Exemplos: geração de código num compilador a partir de uma árvore sintáctica; desenho de uma cena a partir de uma descrição abstracta; cálculo de impostos sobre uma estrutura composta. Em geral, situações em que uma operação a realizar sobre uma estrutura de objectos e suas folhas possa ser generalizada.
  • Visitor vs. Strategy: embora ambos os padrões permitam encapsular algoritmos a realizar sobre estruturas "clientes", tanto a estrutura como o modo de funcionamento são diferentes. No Strategy, apesar de ser possível definir múltiplas versões de um algoritmo, não é possível especializar a operação dependendo do tipo específico do objecto.

2.3. Abstract Factory

Aspectos importantes:

  • Descrição da estrutura e funcionamento do Abstract Factory
  • Abstract Factory utiliza polimorfismo para permitir o intercâmbio de fábricas sem ser necessário alterar a aplicação cliente
  • Exemplo: escola com professores, salas, alunos, etc.: a estrutura da escola é sempre a mesma, mas a parametrização definida pela fábrica altera o funcionamento (por produzir intervenientes diferentes)

2.4. Composite

Aspectos importantes:

  • Estrutura: uma superclasse define o conceito abstracto a manipular. As subclasses, tanto atómicas, como as composições de componentes, são tratadas indistintamente e apresentam a mesma interface. O processamento de uma composição faz-se pelo processamento iterativo dos seus elementos.
  • Exemplo: Rebanhos e Ovelhas (relativamente, por exemplo, à operação tosquiar).

2.5.1. Saída do programa

A\nC\nB\nA\nC\n

2.5.2. Identificação do padrão de desenho utilizado

O padrão utilizado é o State (Ghost).

2.6. Diagrama de classes (UML)

Esboço do diagrama de classes para o problema apresentado.

PO-20100121-class.png

2.7. Diagrama de sequência (UML)

Note-se que alguns objectos não indicam variáveis associadas (os resultados da criação desses objectos são imediatamente passados como argumentos de outros métodos).

PO-20100121-seq.png

2.8. Exercício de programação (Apoio Humanitário)

Usa-se o padrão Visitor como forma de abstrair o cálculo da ajuda prestada.

Definem-se quatro conceitos: o beneficiário abstracto (HelpTarget), e cada um dos concretos (Person, Village, Region). 

/**
 * Basic help target.
 */
public abstract class HelpTarget {
        /**
         * No actual value is returned in this case.
         *
         * @param calculator the visitor used to evaluate assistance.
         * @return help received by this target.
         */
        public double accept(Calculator calculator) { throw new UnsupportedOperationException(); }
}

/**
 * Individual.
 * We omitted the initialisation code.
 */
public class Person extends HelpTarget {
        /**
         * @see HelpTarget#accept(Calculator)
         */
        @Override
        public double accept(Calculator calculator) { return calculator.evalPerson(this); }
}

import java.util.ArrayList;

/**
 * A village has villagers (persons).
 * We omitted the initialisation code.
 */
public class Village extends HelpTarget {
        /**
         * The villagers in this village.
         */
        private ArrayList<Person> _villagers = new ArrayList<Person>();

        /**
         * Simple constructor for initialising the village with some villagers.
         */
        public Village() {
                int count = (int) (Math.random() * 100);
                for (int i = 0; i < count; i++) _villagers.add(new Person());
        }

        /**
         * @return size of village (number of villagers).
         */
        public int size() { return _villagers.size(); }

        /**
         * @param index
         * @return a villager
         */
        public Person getVillager(int index) { return _villagers.get(index); }

        /**
         * @see HelpTarget#accept(Calculator)
         */
        @Override
        public double accept(Calculator calculator) { return calculator.evalVillage(this); }
}

import java.util.ArrayList;

/**
 * A region has villages.
 * We omitted the initialisation code.
 */
public class Region extends HelpTarget {
        /**
         * The villages in this region.
         */
        private ArrayList<Village> _villages = new ArrayList<Village>();

        /**
         * Simple constructor for initialising the region with some villages.
         */
        public Region() {
                int count = (int) (Math.random() * 100);
                for (int i = 0; i < count; i++) _villages.add(new Village());
        }

        /**
         * @return size of region (number of villages).
         */
        public int size() {return _villages.size(); }

        /**
         * @param index
         * @return a village
         */
        public Village getVillage(int index) { return _villages.get(index); }

        /**
         * @see HelpTarget#accept(Calculator)
         */
        @Override
        public double accept(Calculator calculator) { return calculator.evalRegion(this); }
}

A classe Calculator define a interface de cálculo para cada conceito. 

/**
 * The Calculator visitor interface.
 */
public abstract class Calculator {
        /**
         * @param person
         * @return help received by this person.
         */
        public abstract double evalPerson(Person person);

        /**
         * @param village
         * @return help received by this village.
         */
        public abstract double evalVillage(Village village);

        /**
         * @param region
         * @return help received by this region.
         */
        public abstract double evalRegion(Region region);
}

O processo de cálculo simples é definido pela classe Standard. 

/**
 * "Standard" help calculator.
 */
public class Standard extends Calculator {

        /**
         * @see Calculator#evalVillage(Village)
         */
        @Override
        public double evalVillage(Village village) {
                double tax = 0;
                for (int index = 0; index < village.size(); index++)
                        tax += village.getVillager(index).accept(this);
                return tax;
        }

        /**
         * @see Calculator#evalPerson(Person)
         */
        @Override
        public double evalPerson(Person person) {
                return 1;
        }

        /**
         * @see Calculator#evalRegion(Region)
         */
        @Override
        public double evalRegion(Region region) {
                double tax = 0;
                for (int index = 0; index < region.size(); index++)
                        tax += region.getVillage(index).accept(this);
                return tax;
        }

}

O processo de cálculo para emergências é definido pela classe Emergency. 

/**
 * The emergency help system.
 */
public class Emergency extends Calculator {

        /**
         * High-water marker for region occupation.
         */
        private final int REGION_MAX = 20;

        /**
         * High-water marker for population.
         */
        private final int VILLAGE_MAX = 100;

        /**
         * @see Calculator#evalVillage(Village)
         */
        @Override
        public double evalVillage(Village village) {
                double help = 0;
                for (int index = 0; index < village.size(); index++)
                        help += village.getVillager(index).accept(this);
                if (village.size() > VILLAGE_MAX) help *= .75;
                return help;
        }
 
        /**
         * @see Calculator#evalPerson(Person)
         */
        @Override
        public double evalPerson(Person person) { return 1; }
 
        /**
         * @see Calculator#evalRegion(Region)
         */
        @Override
        public double evalRegion(Region region) {
                double help = 0;
                for (int index = 0; index < region.size(); index++)
                        help += region.getVillage(index).accept(this);
                if (region.size() > REGION_MAX) help *= .9;
                return help;
        }

}

Simple aoolication. 

public class App {
        /**
         * @param args
         */
        public static void main(String[] args) {
                HelpTarget v1 = new Village();
                HelpTarget r1 = new Region();
                HelpTarget p1 = new Person();
 
                Calculator sh = new Standard();
                Calculator eh = new Emergency();
 
                System.out.println("Village help (standard): " + v1.accept(sh));
                System.out.println("Region taxes (standard): " + r1.accept(sh));
                System.out.println("Person taxes (standard): " + p1.accept(sh));
                System.out.println("Village taxes (emergency): " + v1.accept(eh));
                System.out.println("Region taxes (emergency): " + r1.accept(eh));
                System.out.println("Person taxes (emergency): " + p1.accept(eh));
        }
}
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