Inhoud

De cursus behandelt uitsluitend het objectgerichte paradigma voor het ontwikkelen van softwaresystemen. Daartoe wordt gebruik gemaakt van Java als programmeertaal, gekoppeld aan een kleine subset van de modelleertaal UML voor het visualiseren van het ontwerp. In de documentatie wordt verder gebruik gemaakt van een beperkte vorm van eerst-orde logica om bepaalde aspecten op een meer formele manier te kunnen uitdrukken.

De inhoud van de cursus omvat vier grote delen. Een eerste deel behandelt de definitie van procedurale abstracties alsook de eenvoudigste soort data-abstracties, nl. één-object-abstracties, die gerealiseerd worden door één klasse waarvan elk object overeenkomt met een aparte instantie van de abstractie. Daarbij wordt de nodige aandacht besteed aan het behandelen van randgevallen in de definitie van methodes. In een tweede deel wordt ingegaan op de ontwikkeling van hiërarchieën van klassen. Het principe van behavioral subtyping staat daarin centraal. Het derde deel gaat over graafabstracties, waarbij een graaf van entiteiten uit het probleemdomein met hun relaties voorgesteld wordt door een verzameling van objecten verbonden door middel van bidirectionele associaties. Een laatste deel behandelt de ontwikkeling van geneste klassen en van generische klassen.
 
1. Eén-object-abstracties

Een essentieel element in de ontwikkeling van grote en middelgrote softwaresystemen is de opdeling in een aantal modules. Klassen spelen daarin een essentiële rol. Ze introduceren een verzameling van objecten samen met een geheel van bewerkingen die op die objecten toepasbaar zijn. In dit deel van de cursus wordt de notie van een klasse uitgediept en worden de concepten bestudeerd hoe ze op het niveau van objectgerichte programmeertalen kunnen worden ontwikkeld. Belangrijke aspecten in deze studie zijn:

• De specificatie van een klasse: het vastleggen van de signatuur van methodes en een omschrijving van de semantiek in termen van precondities, postcondities, uitzonderingen en invarianten.
• De implementatie van een klasse: het bepalen van een geschikte interne representatie en het realiseren van het effect van de gespecificeerde methodes.
• De verificatie van een klasse aan de hand van een studie van diverse strategieën voor het systematisch testen van softwaresystemen.
• Het omgaan met uitzonderlijke omstandigheden via de paradigma's van het defensief programmeren en het contractueel programmeren.
• De encapsulatie van de representatie van een klasse, en de gevaren van de blootstelling van representatie-objecten aan de klant.

2. Overerving

Objectgerichte programmeertalen ondersteunen de definitie van nieuwe klassen als speciale gevallen van bestaande klassen. Dit geeft aanleiding tot een hiërarchische structuur, die ook tijdens de uitvoering van het programma kan worden uitgebuit. Belangrijke aspecten in dit deel zijn:

• Abstracte superklassen ter veralgemening van een stel concrete klassen.
• Polymorfisme en dynamische binding als mechanismen om klantcode te ontkoppelen van de concrete klasse van een object.
• Gedragssubtypering (behavioral subtyping) als een algemene leidraad in de ontwikkeling van hiërarchiëen.
• Implementatie-overerving om een klasse te definiëren als een uitbreiding of aanpassing van een bestaande klasse.
• Meervoudige overerving als middel om een nieuwe klasse af te leiden van één bestaande klasse en een onbeperkt aantal interfaces.

3. Graafabstracties

Zeer dikwijls moet een computerprogramma gegevens verwerken in de vorm van een graaf: een stel entiteiten voorzien van relaties en attributen. In een objectgericht programma wordt een graaf typisch voorgesteld door middel van een stel objecten verbonden door bidirectionele associaties. In dit deel wordt ingegaan op de realisatie van dergelijke graafabstracties. Belangrijke onderwerpen in dit verband zijn:

• Eénklassige graafabstracties, waarbij alle entiteiten van eenzelfde type zijn.
• Meerklassige graafabstracties, en het encapsuleren van meerklassige modules door middel van packages en default accessibility.
• Genestelde abstracties: het opbouwen van abstracties geëncapsuleerd op package-niveau uit abstracties geëncapsuleerd op klasseniveau.

4. Geavanceerde taalconstructies

In moderne programmeertalen kunnen klassen gedefinieerd worden binnen het lichaam van andere klassen, wat resulteert in de notie van geneste klassen. Sinds versie 8 biedt Java ondesteuning voor aspecten van het functioneel programmeren via streams en lambda-uitdrukkingen. Klassen kunnen ook geparameteriseerd worden, wat resulteert in de notie van generische klassen. Meestal beperken argumenten van generische klassen zich tot types. In dit deel worden de typische elementen bestudeerd die aan bod komen in de ontwikkeling van geneste klassen en van generische klassen.

• Studie van iteratoren als generische instrumenten om gegevensstructuren op allerlei manieren te doorlopen.
• Studie van geneste klassen, met de nadruk op de definitie van anonieme klassen.
• Studie van lambda-uitdrukkingen als een middel om functies door te geven aan methodes.
• Definitie en instantiatie van generische klassen.
• Definitie van beperkingen op parameters van generische klassen.

Studiemateriaal

• Handboek: Prof. Jacobs bereidt een nieuwe cursustekst voor, die vanaf academiejaar 2019-2020 gebruikt zal worden.
• Toledo: modeloplossingen van oefeningen, projectopgave, verwijzingen naar softwarewerktuigen en aanvullende literatuur op Toledo.

Toelichting werkvorm

In een 13-tal sessies wordt de behandelde materie doorgenomen aan de hand van een typisch probleem. De oplossing voor het gestelde probleem wordt interactief uitgewerkt in het auditorium. Van de studenten wordt verwacht dat ze vooraf de behandelde materie hebben doorgenomen in de cursustekst. Ieder probleem wordt op het einde van de sessie uitgebreid met een vrijblijvende huistaak. Van ieder probleem (inclusief de huistaak) wordt achteraf een modeloplossing ter beschikking gesteld.

Toelichting werkvorm

De cursus wordt aangevuld met een project, waarvan de opgave stapsgewijze verspreid wordt. Het project wordt bij voorkeur uitgewerkt in groepjes van 2 studenten, volgens de principes van Extreme Programming. Gedurende het ganse project kunnen studenten voor een vooraf opgegeven aantal uren terecht bij een team van begeleiders. Het project bepaalt, samen met het schriftelijk examen, het resultaat voor het OPO.

• Deel 1: ontwikkeling van één-object-abstracties.
• Deel 2: ontwikkeling van klassenhiërarchieën.
• Deel 3: ontwikkeling van graafabstracties.

De deadlines en het relatieve gewicht van de drie delen wordt bekendgemaakt via Toledo.