Pooi, un intérprete de un lenguaje orientado a objetos basado en prototipos para la educación

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Pooi, un intérprete de un lenguaje orientado a objetos
basado en prototipos para la educación
Baltasar García Perez-Schofield Francisco Ortín Soler
Departamento de Informática Departamento de Informática
Universidad de Vigo Universidad de Oviedo
Ourense Oviedo
jbgarcia@uvigo.es ortin@uniovi.es
Resumen
En cursos avanzados del grado en Ingeniería Informá-
tica, es interesante explorar otras opciones al margen
del típico modelo de programación orientado a obje-
tos basado en clases. El modelo basado en prototipos
es de hecho muy interesante, pues llega a ser capaz de
representar el modelo basado en clases. Sin embargo,
no es sencillo encontrar lenguajes basados en prototi-
pos que permitan que el estudiante interaccione con
ellos de una manera sencilla y didáctica. Fruto de este
problema nace Pooi (Prototype-based Object-Orien-
ted Interpreter), un pequeño intérprete de objetos
cuyo fin último es el de servir de ejemplo sencillo del
funcionamiento interno de estos lenguajes, así como
de ser una herramienta con la que los alumnos puedan
experimentar en su tiempo no presencial.
Abstract
In advanced courses of the Computer Science Engin-
eering is interesting to explore other options apart
from the typical object-oriented programming model,
based on classes. The prototype-based model is in-
deed interesting, since is able to represent the class-
based one. However, it is not easy to find prototype-
based languages that are simple for the student to in-
teract with, in a didactic way. Pooi (Prototype-based
Object-Oriented Interpreter), was developed as a way
to cover this need, to be a tool suitable for demonstra-
tions of the internal workings for this kind of pro-
gramming languages, as well as for the students to
experiment on their own.
Palabras clave
Lenguaje, programación, objetos, prototipos.
1. Motivación
La mayor parte de lenguajes de programación
orientados a objetos están basados en clases, como
por ejemplo C++, Java o C#. Sin embargo, este no es
el único paradigma disponible en el campo de la
orientación a objetos, pues también existe el basado
en prototipos. Este último no es un paradigma dema-
siado extendido en lenguajes de programación emple-
ados en la industria, si bien ha sido investigado am -
pliamente [4], y ha influenciado fuertemente el diseño
de lenguajes hasta el punto de que algunos usados ha-
bitualmente, como JavaScript [1] o Python, sí lo em-
plean.
La asignatura Tecnología de Objetos (1999/00-
2012/13) en la Escuela Superior de Ingeniería Infor-
mática (Universidad de Vigo), se impartía en el últi -
mo curso, y su propósito era formar en profundidad a
los alumnos en todo el campo de la orientación a ob-
jetos. Para esta asignatura también se desarrolló Zero
[3], un entorno de programación mucho más ambicio-
so. Sin embargo, era necesario un entorno de aprendi-
zaje extremadamente simple que permitiera la ejecu-
ción rápida de ejemplos significativos, así como la
experimentación por parte del alumno.
Si bien existen lenguajes de programación usados
en la industria, o de investigación (como los mencio-
nados), que siguen este modelo, desafortunadamente
todos presentan algún tipo de característica que no lo
hace apropiado para docencia.
Bajo estas premisas nació Pooi1, un intérprete de
un lenguaje de programación orientada a objetos y
basado en prototipos efectivamente simple, con un
entorno integrado que favorece su uso didáctico y la
interacción sencilla.
El resto del presente documento se estructura como
sigue: en primer lugar se discute el modelo basado en
prototipos, para después analizar cómo Pooi represen-
ta ese modelo. Se muestra también el diseño de la he-
rramienta, para finalmente analizar el trabajo relacio-
nado , y presentar las conclusiones.
2. El modelo basado en prototipos
En esta sección se discuten en profundidad las ca-
racterísticas del modelo basado en prototipos.
1Pooi puede descargarse libremente de:
http://webs.uvigo.es/jbgarcia/prys/

2.1. El punto del modelo
En la mayor parte de lenguajes de programación
orientados a objetos, se emplea el modelo basado en
clases. Según este modelo, las clases son como mol-
des de los que se extraerán los futuros objetos, de tal
forma que a) todos los objetos de una clase serán es-
tructuralmente iguales, y b) es necesaria la informa-
ción contenida en la clase para interpretar un objeto
determinado.
En los lenguajes de programación basados en pro-
totipos, no existen las clases. Pueden crearse objetos
en cualquier momento, y estos son absolutamente in-
dependientes unos de otros. Self fue uno de los pri-
meros en ofrecer estas características [4, 5].
En la Figura 1, se muestra un objeto vacío recién
creado. Todos los objetos tienen al menos un atributo
fijo, que es parent. Este atributo señala al objeto pa-
dre de este objeto, y por defecto siempre es Object o
similar, la raíz de la jerarquía de herencia. Aunque
Self [4] e IO [2] sí proporcionan herencia múltiple,
esta no es obligatoria, y de hecho Pooi no la ofrece.
A cualquier objeto se le pueden insertar métodos y
atributos nuevos (así como borrarlos o modificarlos).
En la Figura 2, se ha creado el objeto Point, con su
atributo parent apuntando a Object, y dos atributos, x
e y. Point es un prototipo, es el objeto a partir del
cual, mediante copia, se crearán el resto de objetos
Point, como p1 en la figura. El comportamiento de
Point es lo más parecido a una clase en los lenguajes
basados en clases; sin embargo, una vez creado el ob -
jeto p1 por copia (que tomaría el papel de instancia),
el objeto es totalmente independiente del prototipo, y
de hecho puede incorporar nuevos métodos y atribu-
tos.
Al ser una copia, p1 tiene los mismos valores para
x e y que Point, y su atributo parent señala al mismo
objeto que señalaba Point. Los métodos moveTo, que
permite cambiar los valores de x e y, y str, que de-
vuelve una representación textual, también se copian,
de manera que se duplica el código en el nuevo obje -
to.
Aunque es técnicamente posible utilizar el mismo
prototipo para realizar cualquier tarea (un prototipo
no se distingue de cualquier otro objeto), esto consiste
en una mala práctica, pues quizás las modificaciones
realizadas lo volverían inútil para crear nuevos obje-
tos mediante copia.
Una critica muy extendida hacia este tipo de len-
guajes, es que las implementaciones de los mismos
adolecen de un buen rendimiento, al tener que evaluar
todas las llamadas a métodos y atributos en tiempo de
ejecución. Así mismo, la copia de métodos no es efi-
ciente, aspecto este que sí se podrá paliar, como se
discutirá en las siguientes secciones.
2.2. Herencia y polimorfismo
La implementación típica de los lenguajes basados
en prototipos es mediante la comprobación dinámica
de tipos. Esto quiere decir que apenas se realizan
comprobaciones en tiempo de compilación, y los po-
sibles errores de métodos, atributos, u objetos que no
existen, se resuelven mediante el uso de excepciones.
La herencia se obtiene, tal y como se ha discutido
previamente, mediante el uso de un atributo llamado
parent. Este atributo señala al objeto padre del objeto
que lo contiene, y siguiendo la cadena de enlaces se
debe poder llegar,de forma transitiva, a la raiz de la
jerarquía de herencia.
Al ser un lenguaje dinámico, todos los métodos son
en realidad polimórficos. Tomando como ejemplo de
nuevo la Figura 2, la llamada al método setName (que
permite cambiar de nombre al objeto), en Point o en
p1 no será exitosa, pues estos objetos no tienen dicho
método. Al plantearse esta situación, el objeto delega
en su padre el cumplimiento del mensaje, de manera
que se envía el mensaje setName a Object. En caso
de alcanzar la raíz de la jerarquía y no poder satisfa-
cer el mensaje, se lanza una excepción de método no
encontrado. Esto se conoce como herencia por dele-
gación, y es típica de los lenguajes de programación
basados en prototipos [4].
2.3. Representación del modelo de clases
Como se ha indicado anteriormente, el modelo ba -
sado en prototipos es capaz de representar el modelo
basado en clases [5].
Para ello, se usa el concepto de traits object (objeto
de rasgos). Este objeto TraitsPoint guarda los méto-
dos (es decir, el comportamiento) del prototipo.

Como se puede apreciar en la Figura 3, en el prototi-
po se mantiene tan solo el estado, manteniendo un en-
lace con el traits object mediante su atributo parent.
Al realizar la copia para crear p1, se mantienen to-
dos los valores de los atributos (incluyendo parent,
que seguirá apuntando a TraitsPoint). Cuando se lla-
me a un método en p1, en realidad se delegará la sa-
tisfacción del mensaje en TraitsPoint, que tiene el rol
(del modelo basado en clases), de clase al aglutinar
todo el comportamiento. El objeto p1, en realidad,
sólo mantiene el estado, teniendo el rol de instancia.
Por ello, se puede afirmar que el modelo basado en
prototipos es capaz de representar el modelo basado
en clases [5].
3. Pooi
En esta sección se presenta la herramienta docente
Pooi, con sus principales características y funcionali-
dades.
3.1. El entorno de trabajo en Pooi
En la Figura 4, se puede apreciar la interfaz de
usuario que presenta Pooi. En la parte izquierda, se
mantiene un árbol de objetos creados, mientras a la
derecha una ventana de texto muestra los resultados
de los mensajes enviados. En la parte inferior, una en-
trada de texto (con un histórico asociado), permite
ejecutar mensajes. Así, Pooi funciona de manera in-
tuitiva como un terminal, con la ventaja de que pue-
den escogerse los objetos a los que enviar mensajes
del árbol de objetos.
Una forma de comenzar es pulsar sobre el objeto
help, en el árbol de objetos, con lo que su nombre se
copia a la entrada. Si se pulsa Enter, ante la ausencia
de ningún mensaje, se asume str, que describe el con-
tenido del objeto. Es decir, “help” y “help str” produ-
cen el mismo resultado en esta entrada para el usua-
rio.
3.2. Copia, herencia y polimorfismo
En el modelo basado en prototipos, los nuevos ob-
jetos se crean mediante copia. Por eso precisamente
se ofrece un prototipo llamado anObject, que se pue-
de emplear para que el usuario cree sus propios proto-
tipos.
(anObject copy) setName “Point”
Point.x = 0
Point.y = 0
Con los mensajes anteriores, se crea un nuevo obje-
to vacío, copiado de anObject, y cuyo parent señala
a Object. Los mensajes pueden agruparse encerrán-
dolos entre paréntesis, de forma que sobre el objeto
creado con el mensaje copy, se lanza el mensaje set-
Name, para cambiar su nombre por Point.
Nótese cómo el entorno trata de informar en len-
guaje natural de lo que va sucediendo. La respuesta a
este mensaje es: “anObject was copied into Root as
'Root.anObject1', Root.anObject1 renamed to Root.-
Point”.
Siguiendo las directrices de la sección anterior, he-
mos creado el prototipo Point. A continuación, será
necesario crear el objeto de rasgos TraitsPoint.
(anObject copy) setName "TraitsPoint"
Point.parent = TraitsPoint
Se ha creado con los dos mensajes anteriores el ob-
jeto de rasgos TraitsPoint, y el atributo parent de
Point señala a TraitsPoint.
TraitsPoint.str =
{: ((x str) + ", ") + (y str) }

Con la instrucción anterior, se crea el método str.
Debido a la naturaleza dinámica del lenguaje, y a la
herencia por delegación, este método str se encuentra
antes que el método str de Object, por lo que ante
Point str, se ejecuta este código, devolviendo “0, 0”.
Los métodos se crean enmarcáncolos dentro de lla-
ves ('{' y '}'), y se indican los parámetros como los
primeros identificadores al comienzo del método, se-
parados del código en si mediante dos puntos (':'). La
última instrucción no tiene por qué llevar punto y
coma (';'), esta se utiliza exclusivamente para separar
unos mensajes de otros.
TraitsPoint.moveTo =
{ a b: self.x = a; self.y = b }
El objeto que está ejecutando el método se denota
mediante la referencia self. Nótese que es importante
distinguir el objeto que ejecuta el método del objeto
que está siendo apuntado por self. Por ejemplo, si se
ejecuta “Point moveTo 10 10”, el objeto apuntado por
self es Point, mientras el método moveTo reside en
TraitsPoint. Así, cuando dentro del método se ejecu-
tan “self.x = 10; self.y = 10”, es el objeto Point quien
va a recibir los valores 10 y 10 para sus atributos x e
y, no TraitsPoint.
Sólo resta crear un objeto p1 a partir del prototipo
Point para haber terminado de replicar la situación de
la sección anterior mostrada en la Figura 3, demos-
trando que el modelo basado en prototipos es capaz
de representar el modelo basado en clases.
(Point copy) setName "p1"
p1 moveTo 20 25
p1 str
Con los mensajes ejecutados anteriormente, se crea
el objeto p1 y se guardan en sus atributos x e y los va-
lores 20 y 25, respectivamente. Finalmente, con el
mensaje final se devuelve “20, 25” como resultado.
4. Diseño de Pooi
Pooi sigue el esquema de un intérprete, creando un
árbol de sintaxis y ejecutándolo inmediatamente (en
contraste con generar código ejecutable).
La Figura 5, muestra el esquema de clases básico
necesario para interpretar mensajes. Los mensajes se
traducen mediante un Lexer y Parser, y se guardan
(ya como objetos listos para la ejecución, derivados
de Evaluable), en un objeto ExecutionStack (pila de
ejecución). Finalmente, son ejecutados contra el Run-
time.
La Figura 6, muestra los diferentes tipos de objetos
que soporta Pooi. Los literales encontrados en el códi-
go son traducidos a objetos ValueObject (ya que en
Pooi todo es un objeto). Y también es posible apreciar
ObjectParent (el objeto que será conocido como Ob-
ject por el usuario), así como el objeto ObjectRoot,
que será conocido como Root, el objeto que sirve de
almacenamiento al resto de objetos.
La Figura 7, muestra los diferentes tipos de objetos
que pueden ser evaluados como parte de un mensaje
complejo, como puede ser desde el cuerpo de un mé-
todo, hasta un simple literal.
Pooi ha sido implementado en Java 7, y probado
con éxito, verificando funcionalidad completa, en
Windows 7 y Ubuntu Linux 13.10.
5. Trabajo relacionado
La investigación en lenguajes basados en prototi-
pos [4, 5] comenzó en la decada de 1980, por lo que
existen bastantes trabajos basados en ellos (discutidos
a continuación), como el propio Zero [3], un entorno
de ejecución completo soportando incluso persisten-
cia.
La principal ventaja de Pooi es que es un entorno
sencillo, completo, y que sin conocer en profundidad

el modelo de objetos empleado puede comenzar a uti-
lizarse sin más (el tutorial en la página de Pooi2 cubre
toda la herramienta, con la librería estándar disponi-
ble, en apenas 19 páginas).
Es importante reseñar que la mayoría de las alter-
nativas disponibles, como el propio Self [4], o IO [2]
(un lenguaje basado en Self), soportan sintaxis dema-
siado chocantes para el principiante (del tipo
postfijo), lo que unido a un cambio de modelo de ob-
jetos, provoca rechazo en el estudiante.
Finalmente, sin duda el lenguaje más popular que
implementa el modelo basado en prototipos es JavaS-
cript [1]. La sintaxis que emplea es bastante parecida
a C, y además está disponible en cualquier navegador.
Sin embargo, JavaScript es también conocido por ser
un lenguaje de programación muy laxo, con diferen-
tes formas de ofrecer características como herencia,
por ejemplo, y confiando todas sus posibilidades so-
bre los closures (cierres). Es decir, según se emplee
un closure se obtiene una característica u otra, lo cual
puede resultar confuso.
6. Conclusiones
En este documento se ha presentado Pooi como
una herramienta de ayuda a la docencia, que ha sido
empleada con éxito tanto en demostraciones en cla-
ses, como sirviendo de vehículo de experimentación
para los propios alumnos en su tiempo no presencial.
El modelo de orientación a objetos basado en pro-
totipos es muy interesante como una forma alternativa
de orientación a objetos al margen de la predominante
basada en clases. Su estudio en cursos avanzados de
ingeniería, permite abordar la orientación a objetos
desde una perspectiva totalmente distinta, lo cual en-
riquece los conocimientos del estudiante.
Pooi es multiplataforma, por lo que independiente-
mente del sistema operativo elegido, es posible empe-
zar a utilizarlo con un solo click de ratón. Una vez
que se empieza a trabajar con él, gracias a su modo
interactivo mensaje-respuesta, es muy sencillo para el
estudiante interaccionar poniendo en práctica sus co-
nocimientos sobre el modelo basado en prototipos.
Finalmente, el docente puede emplearlo de forma
muy sencilla y directa en clases para realizar demos-
traciones.
La herramienta ha sido utilizada con éxito especial-
mente en demostraciones durante las clases magistra-
les de Tecnología de Objetos, 5º curso de Ingeniería
Informática, y continúa su uso en la asignatura del
mismo nombre del Máster Universitario en Sistemas
Software Inteligentes y Adaptables, en la Escuela Su-
perior de Ingeniería Informática de la Universidad de
Vigo.
2Disponible desde la misma web de Pooi.
Referencias
[1] Douglas Crockford. JavaScript: The Good
Parts: The Good Parts. O'Reilly Vlg. Gmbh &
Co., Mayo de 2008. ISBN 978-0596517748.
[2] Steve Dekorte. Io: a small programming
language. Actas de OOPSLA '05. Companion
to the 20th annual ACM SIGPLAN conference
on Object-oriented programming, systems,
languages, and applications. Pgs. 166-167.
ACM New York, NY, USA. 2005. ISBN 1-
59593-193-7.
[3] J. Baltasar García Perez-Schofield, Emilio
García Roselló, Francisco Ortín Soler, Manuel
Pérez Cota. Visual Zero: A persistent and
interactive object-oriented programming
environment. Journal of Visual Languages and
Computing. Volumen 19, número 3. Pgs. 380-
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[4] David Ungar, Randal B. Smith. Self: The
power of simplicity. ACM SIGPLAN Notices.
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[5] David Ungar, Craig Chambers, Bay-wei
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Kluwer Academic Publishers. 1991.