Paradigmas de Programa

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Paradigmas de Programação

• - Estilos de programação
• - Programação Estruturada
• - Programação Funcional
• - Programação em Lógica
• - Programação Orientada a Objetos

Profa. Maria Aparecida Fernandes Almeida, M.
Comp. Estágio de docência INE 5214 -
Introdução à Computação e Informática Agrícola
Centro de Ciências Agrárias - CCA - UFSC Prof.
Orientador Jorge Muniz Barreto, Dr. Departamento
de Informática e de Estatística -
INE Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC
2
Mais informações sobre Paradigmas de Programação
em
Atenção!

• Jorge Muniz Barreto Inteligência Artificial no
  Limiar do Século XXI,2a. Edição, Florianópolis,
  1999
• Apêndice A, página 272 a 298

3
Paradigma?

• Conjunto de regras que estabelecem fronteiras e
  descrevem como resolver problemas dentro destas
  fronteiras. Os paradigmas influenciam nossa
  percepção ajudam-nos a organizar e a coordenar a
  maneira como olhamos o mundo... . (Morris e
  Brandon - Reengenharia -Reestruturando a empresa)
• Paradigmas de programação referem-se ao estilo de
  programação, portanto tem fortes vínculos com a
  linguagem de programação utilizada.

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Estilo Declarativo x Estilo Imperativo

• Uma linguagem particular através de suas
  estruturas de controle conduzem a um estilo
  específico de escrever programas (não confundir
  estilo com linguagem)
• Estilo declarativo é feita a descrição do
  problema. Cada sentença tem significado por si
  mesma e adiciona algumas informações diretamente
  associadas ao resultado final. Elas podem ser
  apresentadas em qualquer ordem.
• Exemplo pedir amigo o favor de encadernar
  fotocópias
• Escute, você tem uma coleção de papéis para
  encadernar. As capas estão na mesa da secretária.
  Você pode pegar uma. As máquinas para encadernar
  cópias estão na sala número 2 e as explicações
  estão pregadas na parede.
• Você descreve o resultado e dá a informação
  necessária para resolver o problema. Descreveu o
  problema, como soluciona-lo é decidido pelo
  programador.

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Estilo Imperativo

• Estilo imperativo descreve-se todas as operações
  a serem realizadas para solucionar o problema. O
  resultado final é uma conseqüência da realização
  destas operações. Cada sentença é uma forma
  imperativa e devem ser executadas em ordem e
  somente todas as sentenças juntas fazem sentido.
• Exemplo pedir ao amigo para encadernar
  fotocópias
• será que você pode encadernar esta coleção de
  papéis? Para fazer isso, vá até a mesa da
  secretária. Pegue uma capa. Vá a sala número 2.
  Leia e siga as instruções na parede. Volte com a
  capas encadernadas. Obrigada.
• A escolha da linguagem tem forte influência no
  estilo imperativo ou declarativo de programação.
  Porém, em um programa real encontramos ambos
  estilos em diferentes partes do programa.

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Exemplos

• Fortran, Pascal, C - estilo imperativo, com
  associações, estruturas de controle, etc. Contudo
  na declaração de variáveis, definição de tipos e
  estruturas tem-se parte de programação
  declarativa.
• Prolog, Lisp - estilo declarativo, mas a execução
  em Prolog depende da ordem das instruções e
  definição de funções em Lisp é feita de modo
  imperativo.

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Relembrar é viver.... Organização do
computador (1/3)

• Unidade central de processamento
• controla a operação do computador
• desenvolve todas operações aritméticas e lógicas
• armazena e recupera instruções e dados
• Unidade de controle
• Busca as instruções na memória
• decodifica-as e executa as operações
• Unidade lógica e aritmética da CPU
• desenvolve as operações que são aritméticas ou
  lógicas
• contém os registradores

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Relembrar é viver.... Organização do
computador (2/3)

• Memórias
• as instruções e dados são armazenados na memória
• principal, primária, acesso aleatório (RAM)
• RAM é volátil, a informação será perdida com a
  queda de energia
• os registradores, de alta velocidade que
  localizam-se dentro da CPU também são voláteis
• As memórias de somente leitura ROM (Read Only
  Memory)
• não voláteis, contém informações de inicialização
  que não se perdem e nem podem ser trocadas.
  Pergunta E as EPROMs, EEPROs?

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Relembrar é viver.... Organização do
computador (3/3)

• memórias de armazenamento (secundárias)
• disco rígido, disquetes, zips drive e CD
• dados estão na forma magnética ou ótica
• os dispositivos periféricos oferecem
  armazenamento de "longa duração"
• o acesso aos dados é mais lento do que na
  memória principal
• outros dispositivos periféricos
• dispositivos de entrada/saída
• impressoras, monitores, terminais, alto-falantes
• teclado, scanner,câmera digital , etc..

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Organização da memória (1/2)

• Organização da memória
• esquema binário dois dígitos, bits, 0 e 1
• representam dois estados elétricos diferentes da
  máquina on (ligado) e off (desligado)
• um grupo de 8 bits é um byte
• a memória é referida em blocos
• 210 bytes - 1024 bytes 1 K
• Megabyte 210 x 210 1.048.576 bytes
• bytes são agrupados em palavras (do mesmo tamanho
  que os registradores da CPU - comum 16, 32 e 64
  bits)
• cada localização da memória é referida por seu
  endereço

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Organização da memória (2/2)

• Execução
• a máquina entende instruções
• as instruções são construídas de
• código de operação numérica (opcode)
• endereço de um operando
• código de operação numérica (opcode) é a
  representação numérica de uma operação que a CPU
  pode desenvolver (carregar, multiplicar,
  adicionar, armazenar)
• o endereço e o opcode devem ser representado na
  forma binária

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Linguagem de Máquina (0 e 1s !!!)

• Por exemplo, imagine a execução das seguintes
  tarefas
• buscar o conteúdo da memória na localização 1024
  e carregar no registrador
• buscar o conteúdo da memória na localização 1025
  e computar o produto deste valor e o valor do
  registrador
• armazenar o conteúdo do registrador na
  localização 1027.
• Supondo que os opcodes são 16 (para carregar),
  17 (para armazenar), 35 (para adicionar) e 36
  (para multiplicar) as instruções em linguagem de
  máquina seriam

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Em Assembly - fica um pouco mais fácil...

• O mesmo na linguagem Assembly ficaria
• MOV A, ACC (mova o valor A (1024) para
  registrador ACC)
• MUL B, ACC (multiplique o valor B (1025) pelo
  conteúdo de ACC)
• ADD C, ACC (adicione o valor obtido na
  multiplicação (C) pelo conteúdo de ACC)
• STO ACC, X (armazene o valor de ACC em X (1027))
• A linguagem Assembly usa
• mnemônicos para as instruções e nomes de
  variáveis colocadas no endereço numérico
• Assembler um sistema de software que traduz as
  instruções em assembly para a linguagem de
  máquina
• Tradução de um programa
• linguagem de alto nível
• linguagem assembly
• linguagem de máquina

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Do baixo nível ao alto nível!!!
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Soma de dois números
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Assembly (1/3)
O que o programa faz? No programa debug (do
DOS), a tela se parecerá com C\gtdebug -a
100 0D620100 mov ax,0002 move o valor 0002
para o registrador ax 0D620103 mov bx,0004
move o valor 0004 para o registrador bx 0D620106
add ax,bx adiciona o conteúdo dos registradores
ax e
bx guardando o resultado em ax D620108
nop a instrução nop (nenhuma operação) finaliza
o
programa 0D620109
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Assembly (2/3)
Entramos com o comando "t" para executar passo a
passo as instruções -t AX0002 BX0000 CX0000
DX0000 SPFFEE BP0000 SI0000 DI0000 DS0D62
ES0D62 SS0D62 CS0D62 IP0103 NV UP EI PL NZ
NA PO NC0D620103 BB0400 MOV BX, 0004 Vemos o
valor 0002 no registrador AX. Teclamos "t" para
executar a segunda instrução -t AX0002 BX0004
CX0000 DX0000 SPFFEE BP0000 SI0000
DI0000 DS0D62 ES0D62 SS0D62 CS0D62
IP0106 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0D620106 01D8
ADD AX,BX
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Assembly (3/3)
Teclando "t" novamente para ver o resultado da
instrução add -t AX0006 BX0004 CX0000
DX0000 SPFFEE BP0000 SI0000 DI0000
DS0D62 ES0D62 SS0D62 CS0D62 IP0108 NV
UP EI PL NZ NA PE NC 0D620108 90 NOP A
possibilidade dos registradores conterem valores
diferentes existe, mas AX e BX devem conter os
mesmos valores acima descritos.
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Programação Estruturada

• A utilização do computador para resolver
  problemas exige que se que se faça uma a
  descrição de um conjunto de comandos que,
  obedecidos, provocarão uma sucessão finita de
  ações que resultarão na resolução do problema
  proposto (algoritmo).
• O desenvolvimento estruturado de algoritmos tem
  como objetivos
• facilitar o desenvolvimento dos algoritmos
• facilitar seu entendimento pelos humanos
• antecipar a comprovação de sua correção
• facilitar a sua manutenção e modificação
• permitir o desenvolvimento em equipe

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Programação Estruturada

• na programação estruturada tem-se
• refinamentos sucessivos de algoritmos parte de
  descrições gerais e gradativas e sucessivamente
  entram em detalhes e minúcias do problema
• modularização divisão do programa em módulos que
  delimitam poucas funções e são os mais
  independentes possíveis
• nos módulos deve ser usado um número limitado de
  diferentes comandos e de diferentes estruturas de
  controle

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Algoritmo Soma de dois números inteiros
- Ler o primeiro valor (A) que será entrado via
teclado - Ler o segundo valor (B) que será
entrado via teclado - Calcular a soma de A e B,
atribuindo o valor total (A B) a uma variável
(X). - Mostrar a soma (valor de X) na
tela. Exemplo Se A 1 e B 2, então X 3
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Linguagem Basic
Soma de dois números

• 1 REM LINGUAGEM BASIC
• 5 REM PROGRAMA PARA ADICIONAR DOIS NUMEROS
  S0MA.BAS
• 10 PRINT "QUAL O VALOR DE A?"
• 20 INPUT A
• 30 PRINT "QUAL O VALOR DE B?"
• 40 INPUT B
• 50 X A B
• 60 PRINT "A SOMA DOS NUMEROS E'"
• 70 PRINT X

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Linguagem Fortran
! ! Soma de
dois numeros inteiros ! entradas a, b, dois
numeros inteiros ! saida x , a soma dos
numeros !
PROGRAM soma IMPLICIT NONE INTEGER a,
b INTEGER x ! le os numeros a e b
WRITE(,) 'Qual o valor de A?' READ(,) a
WRITE(,) 'Qual o valor de B?' READ(,) b
! soma o valor de a e b na variavel x x a
b ! mostra o resultado da soma WRITE(,)
WRITE(,) 'A soma dos numeros e', x END
PROGRAM soma
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Linguagem Pascal

• LINGUAGEM PASCAL
• Programa para adicionar dois numeros
• program adiciona
• var
• declaracao de variaveis
• X, A, B integer
• begin
• Writeln('Qual valor de A? ')
• readln(A)
• writeln('Qual valor de B? ')
• readln(B)
• X AB
• writeln('A soma dos numeros ', X)
• readln
• end.

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Linguagem C

• / programa adiciona dois numeros inteiros /
• / inclui informacao sobre biblioteca de comandos
  /
• include ltstdio.hgt
• / define uma funcao chamada main que nao recebe
  argumentos /
• main()
• / define as variaveis A e B que serao somadas em
  X como inteiras /
• int A
• int B
• int X
• / scanf() e printf() entrada e saida de dados /
• printf("Digite o valor de A")
• scanf("d", A)
• printf("Digite o valor de B")
• scanf("d", B)
• / soma dois numeros (A e B) inteiros /
• X A B
• / d imprime o resultado X como inteiro decimal
  /
• printf("valor da soma eh d", X)

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Programação Funcional

• É um estilo de programação, sem atribuição, sem
  alteração dos argumentos de funções, e em que
  estas se limitam a produzir novos valores.
• Neste paradigma, qualquer função da linguagem é
  considerada uma função matemática pura que, para
  os mesmos argumentos produz sempre os mesmos
  valores. Nunca nada é destruído.
• Uma função que junta duas listas produz uma nova
  lista sem alterar as listas originais.
• Ex. uma função que muda o número de portas de
  um automóvel produz um novo automóvel.
• Vantagens produzir programas muito rapidamente e
  minimizar erros.
• Limitações incapacidade em modificar seja lá o
  que for.

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Programação Funcional Linguagem LISP
Soma de dois números em LISP A forma especial
setq recebe uma variável e um valor e atribui o
valor à variável. gt (let ((x 2)) atribui
valor 2 a x (setq x ( x 3)) soma em x ao
valor 3 (x5) (setq x ( x x)) multiplica
os valores de x (x.x 25) (setq x (- x 5))
subtrai de o valor x25 o valor 5 x) o
resultado é 20 ou seja (25 - 5) 20 Exemplo gt
(setq y 20) 20 gt (let ((x 10)) ( x y)) 30
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Programação em Lógica

• Uso da Lógica como paradigma de programação, anos
  70 Kowalsky
• Origens demonstração automática de teoremas na
  IA.
• Objetivo é solucionar um problema. O problema (P)
  é tratado como objeto matemático
• P (D, R, q)
• onde D dados, R resultados e q condição do
  problema

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Orientação a objetos

• Análise orientada a objetos (OOA) Um método de
  análise cujos requisitos são examinados da
  perspectiva de classes e objetos encontrados no
  vocabulário do domínio do problema.
• Decomposição orientada a objetos "É o processo
  de quebrar um sistema em partes, cada parte
  representando uma classe ou objeto dentro do
  domínio do problema. Na decomposição orientada a
  objetos, o mundo é visto como uma coleção de
  objetos que cooperam uns com os outros para
  atingir a funcionalidade desejada."

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Orientação a objetos

• Projeto orientado a objetos (OOD) "Um método de
  projeto compreendendo o processo de decomposição
  orientada a objetos e a notação descrevendo os
  modelos físicos e lógicos, assim como os modelos
  estáticos e dinâmicos do sistema considerado
  especificamente esta notação incluem os diagramas
  de classes, os diagramas de módulos e os
  diagramas de processo.
• Programação orientada a objetos (OOP) "Um método
  de implementação no qual os programas são
  organizados como uma coleção cooperativa de
  objetos, cada qual representando uma instância de
  alguma classe, e cujas classes são todas membros
  de uma hierarquia de classes unidas por relações
  de herança.

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Classes

• Uma classe é o elemento fundamental de um sistema
  orientado a objetos. Todas as classes de um
  sistema orientado a objetos são arranjadas em uma
  hierarquia de classes com uma classe raiz no
  topo.
• "Uma classe é uma cópia fiel ou protótipo que
  define as variáveis e métodos comuns a todos
  objetos com uma certa característica". O que isso
  significa?
• cópia fiel Uma classe não pode fazer qualquer
  coisa consigo mesma.
• define Uma classe oferece algo que pode ser
  usado mais tarde.
• objetos Uma classe pode ser somente usada se
  "traz para o mundo real" pela sua instanciação.

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Exemplo Classe Carro
33
Classe Carro

• A classe representando um carro tem as variáveis
  (marca, velocidade, marcha,...) e métodos
  (acelerar, frear,...).
• Esta classe serve como uma descrição genérica de
  qualquer carro, porque cada coisa no mundo real
  que é um carro tem por exemplo, uma velocidade
  máxima, um número de rodas ... e quando dirige um
  carro você pode acelerar ou mudar a marcha.
• Mas você não dirige um carro genérico com um
  número de rodas em uma velocidade. Você
  usualmente diz, por exemplo, quatro rodas a 80
  km/h. Isto especifica uma instância da classe
  carro e portanto denominada objeto.

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Objetos

• Objetos instância de uma classe
• Um objeto tem um estado, um comportamento e
  identidade. A estrutura e o comportamento de
  objetos similares são definidos em suas classes
  comuns. O que isto significa?
• estado Um objeto tem uma condição determinada
  por valores correntes de suas variáveis.
• comportamento o estado de um objeto pode ser
  mudado aplicando-se um certo método.
• identidade cada objeto pode ser distinguido de
  outros objetos.

35
Objeto MeuCarro

• O objeto parece ser similar a classe e foi
  instanciado dela. Portanto, devido a isto sua
  estrutura não muda.
• Pela aplicação de certos valores das variáveis, o
  objeto MeuCarro tem agora um certo estado assim
  como uma identidade.
• É ainda um carro pois tem o mesmo comportamento
  de todos os outros carros, os quais são definidos
  em métodos de sua classe comum Carro.

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Métodos

• Sinônimo mensagem
• Segundo BOOCH, um método é
• "Uma operação em um objeto definido como parte da
  declaração de uma classe."
• Os métodos, definidos em um classe, indicam o que
  objetos instanciados são capazes de fazer. Um
  método de um objeto é chamado por outros objetos
  do sistema.
• Uma mensagem é compreendida por três componentes
• 1. o objeto a quem a mensagem é endereçada
• 2. o nome do método a ser executado
• 3. quaisquer parâmetros necessários ao método
• Assim, se quisermos mudar a velocidade de nosso
  carro, o motorista (que também é considerado um
  objeto) tem que chamar o método acelerar.

37
Exemplo
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Encapsulamento

• Sinônimo informação escondida
• O encapsulamento é uma das características mais
  importantes de um sistema orientado a objetos.
• BOOCH descreve o encapsulamento como
• "O processo de esconder todos os detalhes de um
  objeto que não contribuem para suas
  características essenciais. Geralmente a
  estrutura de um objeto é escondida assim como a
  implementação de seus métodos....

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Exemplo

• Como mostra a figura do objeto MeuCarro, todas as
  suas variáveis são enclausuradas dentro dos
  métodos do objeto e podem ser mudadas somente por
  estes métodos.
• Assim como, quando você acelera um carro no mundo
  real não sabe exatamente como o motor do carro
  trabalha. Você só tem que saber apertar o pedal
  do acelerador, embreagem e mudar a marcha.
• Isto conduz a uma interface amigável, com
  benefícios para o usuário e para o programador
  tais como
• O usuário não precisa conhecer detalhes da
  estrutura interna e da funcionalidade de um
  objeto. Ele deve saber quais operações podem ser
  feitas num objeto para mudar seu estado.
• O programador pode mudar e melhorar detalhes de
  implementação sem mudança da interface.
• Outra vantagem é que toda funcionalidade é
  enclausurada num mesmo objeto, o que facilita o
  manuseio de um objeto.

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Herança

• Como visto anteriormente, um sistema orientado a
  objetos consiste de classes arranjadas em uma
  hierarquia de classe.
• Uma classe que esteja no topo desta hierarquia
  serve como uma base para outras classes, as quais
  tem a mesma ou propriedades adicionas. Este
  processo é denominado herança.
• É um relacionamento entre classes, onde uma
  classe compartilha a estrutura ou comportamento
  definido em uma (herança simples) ou mais classes
  (herança múltipla).
• A herança define uma característica hierárquica
  entre classes.

41

• Embora um carro conversível e um caminhão não
  sejam parecidos, ambos têm algo em comum.
• Assim, foram definidos como subclasses de
  Carro. Por exemplo, ambos têm um número de
  rodas e podem ser acelerados.

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Abstração

• Pela definição de subclasses, chega-se uma
  hierarquia de classes, onde as partes inferiores
  são mais e mais especializadas. Por outro lado,
  as classes nas partes superiores são mais
  generalizadas. Isto leva a outro aspecto da
  orientação objetos, a qual é denominada
  abstração.
• "São as características essenciais de um objeto
  que o distingue de outros tipos de objetos e
  portanto oferecem fronteiras bem definidas,
  relativas à perspectiva de um observador, no
  processo de focalizar as características de um
  objeto ...
• Como a definição diz, as abstrações são
  "relativas à perspectiva do observador", que
  significa que ela depende muito do domínio do
  problema para qual uma estrutura de classe será
  criada.
• A pesquisa para se fazer abstrações inicia-se
  após os objetos do domínio do problema terem sido
  encontrados durante a fase de análise.
• É a parte mais difícil e crítica do processo de
  desenvolvimento, porque o projeto dos níveis de
  abstração determina a qualidade do sistema
  considerado.

43
Exemplo

• Considerando que o resultado da fase de análise
  foram os seguintes objetos
• carros conversíveis
• bicicletas "mountain bike"
• motocicletas
• bicicleta de dois lugares (tandem)
• ônibus escolar
• camionete
• um Buggy
• um caminhão
• um Puma GTB

44
Exemplo

• Obviamente, os objetos representam diferentes
  tipos de veículos. Analisando o fato, encontramos
  nossa primeira abstração tomando a classe de
  "veículos" como a classe base da nossa
  hierarquia.

45
Exemplo
Embora ela contenha todos objetos e portanto
esteja correta não é muito inteligente.

• Uma violação evidente do princípio da abstração é
  por exemplo, que carro conversível pode ser
  encontrada no mesmo nível de um Buggy e um
  Puma GTB. Isto deve estar errado pois ambos são
  tipos de carros conversíveis.

46

• Mudando a hierarquia

Assim temos uma hierarquia mais estruturada com
subclasses bicicletas, carros conversíveis e
"transportadores". Mas eles ainda são muito
específicos. Por exemplo, se um novo objeto
Omega for adicionado a hierarquia, onde seria
inserido, pois não é um carro conversível?
47

• Rearranjando nossa estrutura pela introdução de
  uma nova classe "carros"

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• Agora existem quatro níveis de abstração. A nova
  classe "carros" pode conter as propriedades que
  são comuns a todas suas subclasses.
• Mas algo ainda está errado com nossos carros
  conversíveis e "carros de luxo".
• Como pode ser visto, eles estão arranjado no
  mesmo nível de abstração do que, por exemplo, um
  "caminhão". Mas um caminhão é mais abstrato do
  que um "Buggy" ou um "Omega".

49

• Melhoremos nossa hierarquia fazendo outra
  abstração

50

• Um quinto nível de abstração foi criado e nossa
  hierarquia de classe é agora mais adequada que
  nossa primeira tentativa mas ainda não
  terminou...
• Isto foi um exemplo de processo de abstração para
  demonstrar somente como uma hierarquia de classe
  pode ser construída e quais reflexões devem ser
  feitas.
• Linguagens orientadas a objetos C, JAVA,
  Smalltalk (ver exemplo no livro do Prof. Barreto)
• Thatall folks!
• The End