Programación orientada a objetos con C#

Principios de la programación orientada a objetos

La noción de objetos es omnipresente cuando se desarrolla con C#. En primer lugar veremos lo que representa esta noción y a continuación estudiaremos cómo ponerla en práctica.

La programación procedural, tal y como se utiliza en lenguajes como C o Pascal, define los programas como flujos de datos que sufren transformaciones, en el hilo de la ejecución, por procedimientos y funciones. No existe ningún vínculo robusto entre los datos y las acciones.

La programación orientada a objetos (POO) introduce la noción de conjunto coherente de datos y de acciones, trasponiendo al mundo del desarrollo conceptos comunes e intuitivos propios del mundo que nos rodea.

En efecto, utilizamos, de manera cotidiana objetos con todas las propiedades y acciones que tienen asociadas. Pueden también interactuar entre sí o estar compuestos unos por otros, lo que permite formar sistemas complejos.

Existe una infinidad de analogías para materializar este concepto, pero escogeremos como ejemplo para esta introducción un automóvil, que es lo suficientemente sencillo y lo suficientemente complejo para ilustrar perfectamente las nociones asociadas a la POO.

Un coche tiene propiedades que le son propias, como por ejemplo su marca o color, así como acciones asociadas, como el hecho de arrancar, frenar o encender las luces y puede producir...

Clases y estructuras

Para abordar el uso de objetos, corazón de la POO, veremos cómo crearlos, declarando la clase o la estructura que servirá como modelo hasta su instanciación. Veremos, también, cómo agregar propiedades y funcionalidades a nuestros objetos.

<modificador de acceso> [partial] class <nombre de la clase> : 
[<Clase base>, <Interfaz1>, <Interfaz2>, ...] 
{  
} 

Los espacios de nombres

El código de una aplicación puede contener fácilmente varias decenas, centenares o millares de tipos diferentes. Para organizar el proyecto es posible crear una estructura jerárquica de carpetas que agrupan los tipos por utilidad o en base a su contexto de uso. Además de esta organización física, es posible crear una organización lógica mediante el concepto de espacio de nombres (namespace, en inglés). 

System  
System.Windows  
System.Data.SqlClient 

La herencia

La herencia permite representar e implementar una relación de especialización entre una clase de base y una clase derivada. Permite, por tanto, transmitir las características y el comportamiento del tipo de base hacia el tipo derivado, así como su modificación.

public class ClaseDeBase  
{  
   public int Identificador;   
  
   public void MostrarIdentificador()  
      => Console.WriteLine(Identificador) 
}   
  
public class ClaseDerivada : ClaseDeBase 
{  
} 

ClaseDerivada miObjeto = new ClaseDerivada();  
miObjeto.Identificador = 42;  
miObjeto.MostrarIdentificador();  
//Muestra 42 en la consola 

namespace ThisYBase  
{   
   public class Coche  
   {  
         public decimal Longitud;   
  
         //Constructor de la clase Coche  
         public Coche()  
         {  
              //Las 2 líneas siguientes tienen, exactamente, 
              //el mismo rol pues devuelven el objeto en curso 
  
             ...

Las interfaces

Para manipular distintos tipos de objetos que poseen funcionalidades similares es posible utilizar un contrato que define los datos y los comportamientos comunes a estos tipos. En C# se denomina, a este contrato, una interfaz.

Una interfaz es un tipo que posee únicamente miembros públicos. En general, estos miembros no poseen implementación: se respetan los tipos a través del contrato y cada miembro aportará su propia implementación. Veremos pronto que esta regla no es absoluta.

Las interfaces representan una capa de abstracción, particularmente útil para hacer que una aplicación sea modular, pues permiten utilizar cualquier implementación para un mismo contrato.

<modificador de acceso> interface <nombre> [: interfaces de base ] 
{  
  
} 

Los delegados

Un delegado es un tipo que representa una referencia a un método. Gracias a los delegados es posible especificar que un parámetro de un método debe ser una función que posea una lista de parámetros y un tipo de retorno definido. A continuación, es posible invocar a esta función en el código de nuestro método sin conocerla previamente.

//Creación de un delegado para una función que recibe 
//2 parámetros de tipo double y devuelve un double 
public delegate double OperacionMatematica(double operando1, 
double operando2); 

private static double   
EjecutarOperacionMatematica(OperacionMatematica  
operacionARealizar, double operando1, double operando2)  
{  
    return operacionARealizar(operando1, operando2);  
} 

Los eventos

Los eventos están en el núcleo del desarrollo de aplicaciones con C#. Permiten basar la lógica de la aplicación sobre una serie de procedimientos y de funciones que se ejecutan cuando alguno de sus componentes solicita la ejecución. Es el caso, por ejemplo, de los componentes gráficos: estos pueden desencadenar eventos cuando el usuario realiza alguna acción como, por ejemplo, la selección de un elemento en una lista desplegable o hacer clic sobre un botón.

public void delegate EventHandler(object sender, EventArgs e); 

Los genéricos

Los genéricos son elementos de un programa capaces de adaptarse de cara a proveer las mismas funcionalidades para distintos tipos de datos.

Se introducen con la aparición del framework .NET 2.0 con el objetivo de proporcionar servicios adaptados a varios tipos de datos, manteniendo un tipado fuerte.

Los frameworks .NET 1.0 y .NET 1.1 proporcionaban la clase ArrayList para la gestión de listas dinámicas. Este tipo, muy práctico, tenía el inconveniente de que contenía únicamente objetos de tipo System.Object, lo que generaba un gran número de conversiones de tipo que hubiera sido preferible evitar. Los genéricos son la respuesta aportada por Microsoft a este problema: la clase List<T> remplaza ventajosamente (en la mayoría de casos) a la clase ArrayList y permite definir el tipo de los objetos que contiene.

Esto simplifica el código y lo vuelve más seguro, pues el desarrollador elimina gran parte de los problemas derivados de las potenciales conversiones de tipo.

Los elementos genéricos se reconocen mediante los caracteres < y > presentes en sus nombres. Estos símbolos contienen los nombres de los tipos asociados a la instancia de un elemento genérico.

Los genéricos se estudian aquí a través del desarrollo de un tipo que permite gestionar una lista de elementos. Las listas son colecciones que siguen el principio FIFO (First In, First Out): es posible acceder, únicamente, al primer elemento de la colección y cuando se agrega un elemento nuevo, éste se sitúa automáticamente en la última posición de la colección. En el framework .NET existe un tipo similar: System.Collections.Generic.Queue<T>.

public...

Las colecciones

Es habitual que una aplicación tenga que manipular grandes cantidades de datos. Para ello, el framework .NET provee varias estructuras de datos, agrupados bajo el nombre de colecciones. Estas están adaptadas a distintos tipos de situación: un almacenamiento desordenado de datos dispares, el almacenamiento de datos en base a su tipo, el almacenamiento de datos por nombre, etc.

Array array = Array.CreateInstance(typeof(int), 5); 

int[] array = new int[5]; 

Programación dinámica

Desde sus inicios, C# es un lenguaje con un tipado fuerte y estático, lo que significa que el compilador es capaz de conocer el tipo de cada variable que se utiliza en una aplicación. Esto le permite saber cómo tratar las llamadas a los métodos y las propiedades de cada objeto y permite generar errores de compilación cuando se detecta que alguna operación es inválida.

Con la aparición de C# 4 y del entorno .NET en versión 4.0 se introduce un nuevo tipo de dato singular: dynamic. Este tipo de dato está destinado a resolver problemáticas muy particulares, pues permite utilizar variables cuyo tipo no se conoce en tiempo de ejecución.

El compilador no realiza ninguna verificación para aquellas operaciones realizadas sobre variables dynamic. Se realizan únicamente en tiempo de ejecución de la aplicación: cualquier operación que se detecte como inválida en este punto genera un error de ejecución.

La siguiente función recibe dos parámetros de tipo dynamic y les aplica el operador +.

private static dynamic Sumar(dynamic operando1, dynamic 
operando2) 
{ 
   var resultado = operando1 + operando2; 
  
   return resultado;  
} 

El tipo de retorno de la función es dynamic, pues no es posible determinarlo en tiempo de compilación....

Programación asíncrona

Cada vez es más frecuente tener que desarrollar aplicaciones reactivas y capaces de realizar varias tareas simultáneamente. El framework .NET aporta soluciones a este problema desde sus inicios mediante las clases Thread o BackgroundWorker, entre otras. Con el framework .NET 4.0 aparecen la clase Task y su equivalente genérico Task<TResult>. Estos tipos simplifican el trabajo del desarrollador permitiéndole gestionar de manera sencilla el procesamiento y la espera de la ejecución de bloques de código, proporcionando también un medio para ejecutar varios procesamientos asíncronos a la vez.

Con la llegada de C# 5 la tarea del desarrollador se simplifica todavía más gracias a la integración del asincronismo directamente en el lenguaje. En efecto, las palabras clave async y await permiten escribir código asíncrono de manera secuencial, como código... ¡síncrono!