Патерны проектирования

Patterns
Що таке патерн (pattern)?
Alexander C., Ishikawa S., Silverstein M. A Pattern Language: Towns/ Buildings/ Construction, NY, 1977.
Alexander C., Ishikawa S., Silverstein M. The Timeless Way of Buildings, NY, 1979.
За Кристофером Олександером, будь-який патерн описує задачу, що постійно постає та розв'язується, застосовуючи один і той же прийом так, що він стає у нагоді тисячі, мільйони разів і не потребує нічого нового.
Хоча Олександер мав на увазі патерни, що виникають при проектуванні архітектурних споруд, його підхід залишається справедливим й для патернів ОО проектування.
Патерн – це типове вирішення типової проблеми у даному контексті.

Patterns
GoF (Gang of Four).
Gamma E., Johnson R., Helm R., Vlissides J. Design Patterns. Elements of Reusable Object-Oriented Software. — Addison-Wesley, 1995.
Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. СПб: Питер, 2001. — 368 с.
Шаллоуей А., Тротт Дж. Шаблоны проектирования. — ИД “Вильямс”, 2002.

Patterns
http://www.dofactory.com
Рекомендовано!

Patterns
http://sourcemaking.com/design_patterns
Ілюстрації!

Patterns
http://www.citforum.ru/SE/project/pattern/ (1/2)

Patterns
http://www.citforum.ru/SE/project/pattern/ (2/2)

Patterns
GRASP (General Responsibility Assignment Software Patterns)
Craig Larman Applying UML and Patterns
К. Ларман. Применение UML и паттернов проектирования. М. , Вильямс, 2002.

Patterns
Джон Влиссидес. Применение шаблонов проектирования - Дополнительные штрихи - Вильямс, 2003
Джон Влиссидес. Применение шаблонов проектирования - Дополнительные штрихи - Вильямс, 2003
Книга (1998) одного з членів GoF.
Марк Гранд. Шаблоны проектирования в JAVA. Каталог популярных шаблонов проектирова-ния, проиллюстрированных при помощи UML, 2002

Patterns
Анти-патерни

Patterns
Структура патернів GoF
У загальному випадку опис патерну складається з чотирьох основних розділів:
1. Ім'я. Пославшись на нього, можна одразу описати як проблему проектування, так і її вирішення (словник патернів). Отже, проектування ПС можна проводити більш високому рівні абстракції. Патерн — це одне з ключових понять архітектури ПС.
Знаходження виразних імен було однією з найскладніших задач при складанні каталогу GoF (Gang of Four).
2. Задача. Опис того, коли варто застосовувати патерн. Необхідно сформулювати задачу та її контекст. Тут може описуватися конкретна проблема проектування, може включатися перелік умов, при виконанні яких має сенс застосовувати даний патерн. (Важливо знати, де і при яких умовах можна скористатись патерном.)

Patterns
Структура патернів
3. Розв'язок . Абстрактний опис задачі проектування і того, як вона може бути розв'язана за допомогою деякого узагальненого сполучення класів чи об'єктів.
4. Результати. Описуються наслідки застосування патерну, різного роду компроміси, аналізується вибір мови реалізації. Хоча при опису проектних рішень про наслідки часто не згадують, знати про них необхідно, щоб можна було оцінити переваги і недоліки даного патерну у порівнянні з іншими.
Оскільки повторне використання є важливим фактором для ПС, то до результатів варто відносити вплив на гнучкість, масштабування, портабельність розроблюваної системи.

Patterns
До класифікації патернів
Породжуючі патерни – пов'язані з процесом створення об'єктів.
Структурні патерни – ґрунтуються на композиціях (структурних об'єднаннях) об'єктів чи класів.
(Теза: замість успадкування – композиції).
Патерни поведінки – характеризуються взаємодією об'єктів між собою (такі патерни можна розглядати як кооперації UML).

Patterns
Простір патернів проектування
Cтруктурні патерни рівня об'єкта компонують об'єкти для одержання нової функціональності. Додаткова гнучкість пов'язана з можливістю створювати композицію об'єктів під час виконання програми.

Patterns
Singleton (data & object factory™, dofactory.com)
Гарантує, що є тільки один екземпляр класу, і надає глобальну точку доступу до такого екземпляра.
class Singleton
{
// Fields
private static Singleton instance;
// Constructor
protected Singleton() {}
// Methods
public static Singleton Instance()
{
// Uses "Lazy initialization"
if( instance == null )
instance = new Singleton();
return instance;
}
}

Patterns
using System;
// "Singleton"
class Singleton
{
// Fields
private static Singleton instance;
// Constructor
protected Singleton() {}
// Methods
public static Singleton Instance()
{
// Uses "Lazy initialization"
if( instance == null )
instance = new Singleton();
return instance;
}
}
/// Client test
public class Client
{
public static void Main()
{
// Constructor is protected - cannot use new
Singleton s1 = Singleton.Instance();
Singleton s2 = Singleton.Instance();
if( s1 == s2 )
Console.WriteLine( "The same instance" );
Console.Read();
}
}
Singleton (data & object factory™, dofactory.com)

Patterns
Adapter
http://sourcemaking.com/design_patterns

Patterns
Adapter
Дозволяє перейти від одного інтерфейсу (у класі чи в об'єкті) до іншого з метою забезпечити спільну роботу (класів чи об'єктів), яка була б неможлива без даного патерна через несумісність інтерфейсів.
Відомий також під іменем Wrapper (обгортка).

Patterns
Adapter

Patterns
Adapter (GoF)

Patterns
Borland Developer Studio 2006. Adapter

Patterns
Borland Developer Studio 2006. Adapter

Patterns
Borland Developer Studio 2006

Patterns
Adapter (data & object factory™, dofactory.com)

Patterns
Adapter (data & object factory™, dofactory.com)
// "Adaptee"
class Adaptee
{
// Methods
public void SpecificRequest()
{
Console.WriteLine("Called SpecificRequest()" );
}
}
/// Client test
public class Client
{
public static void Main(string[] args)
{
// Create adapter and place a request
Target t = new Adapter();
t.Request();
}
}
using System;
// "Target"
class Target
{
// Methods
virtual public void Request()
{
// Normal implementation goes here
}
}
// "Adapter"
class Adapter : Target
{
// Fields
private Adaptee adaptee = new Adaptee();
// Methods
override public void Request()
{
// Possibly do some data manipulation
// and then call SpecificRequest
adaptee.SpecificRequest();
}
}

Patterns
Adapter
adaptee: Adaptee
t:Adapter
override public void Request()
{
// Possibly do some data manipulation
// and then call SpecificRequest
adaptee.SpecificRequest();
}

Patterns
Proxy
http://sourcemaking.com/design_patterns

Patterns
Proxy (data & object factory™, dofactory.com)
Виступає сурогатом (заступником) іншого об'єкта, “контролюючи” доступ до нього.

Patterns
Proxy (data & object factory™, dofactory.com)
// "Proxy"
class Proxy : Subject {
RealSubject realSubject;
public override void Request()
{
// Use 'lazy initialization'
if (realSubject == null)
{
realSubject = new RealSubject();
}
realSubject.Request();
}
}
class MainApp
{
static void Main()
{
// Create proxy and request a service
Proxy proxy = new Proxy();
proxy.Request();
Console.Read(); // Wait for user
}
}
// "Subject"
abstract class Subject
{
public abstract void Request();
}
// "RealSubject"
class RealSubject : Subject
{
public override void Request()
{
Console.WriteLine("Called RealSubject.Request()");
}
}

Patterns
Decorator
Декоратор – патерн, що структурує об'єкти. Динамічно додаються об'єкту нові обов'язки. Є гнучкою альтернативою породженню підкласів з метою розширення функціональності.
Теза: замість успадкування – композиції
Завдання для студентів: створити конкретний об'єкт, що “підтримує” три “декорації”, наприклад, CBorderDecorator, CInterierDecorator, CMyDecorator.
Пригадаємо… “Додаткова гнучкість пов'язана з можливістю задавати композицію об'єктів під час виконання програми”.
Запитання студентам: як можна отримати розв'язок із використан-ням успадкування ?

Patterns
Decorator

Patterns
Decorator (data & object factory™, dofactory.com)

Patterns
Decorator. Приклад (1/2)
(data & object factory™, dofactory.com)
using System;
abstract class Component
{abstract public void Operation();
}
class ConcreteComponent :
Component
{override public void Operation()
{ Console.WriteLine ("ConcreteComponent.Operation()");
}
}
abstract class Decorator : Component
{protected Component component;
public void SetComponent( Component component )
{ this.component = component;
}
override public void Operation()
{ if( component != null )
component.Operation();
}
}
class ConcreteDecoratorA : Decorator
{private string addedState;
override public void Operation()
{ base.Operation();
addedState = "new state";
Console.WriteLine
("ConcDecoratorA.Operation()");
}
}
class ConcreteDecoratorB :
Decorator
{override public void Operation()
{ base.Operation();
AddedBehavior();
Console.WriteLine
("ConcDecoratorB.Operation()");
}
void AddedBehavior() { }
}
public class Client
{ public static void Main
( string[] args )
{
ConcreteComponent c = new ConcreteComponent();
ConcreteDecoratorA
d1 = new
ConcreteDecoratorA();
ConcreteDecoratorB d2 = new ConcreteDecoratorB();
// Link decorators
d1.SetComponent( c );
d2.SetComponent( d1 );
d2.Operation();
}
}

Patterns
Decorator. Приклад (2/2)
class ConcreteDecoratorB :
Decorator
{override public void Operation()
{ base.Operation();
// Decor B
}
}
d2 : CDecB
component= d1 : CDecA
component= c : CComponent
abstract class Decorator
{protected Component component;
. . .
override public void Operation()
{ if( component != null )
component.Operation();
}
}
// Link decorators
d1.SetComponent( c );
d2.SetComponent( d1 );
d2.Operation();
“Додаткова гнучкість пов'язана з можливістю створювати композицію об'єктів під час виконання програми”.

Patterns
Spring-проект
dekor
Вигляд проекту dekor (проект містить три класи конкретних декораторів (DecoratorA, DecoratorB, DecoratorC)
Середовище Eclipse +Spring Plugin

Patterns
public class DecoratorA extends Decorator {
public void operation(){
super.operation();
System.out.println("DecoratorA");
}
} “Дротяна модель” та виконання проекту
public class Decorator implements IComponent{
private IComponent component;
public void setComponent(IComponent component){
this.component = component;
}
public void operation(){
component.operation();
}
}

Patterns
Composite (композитор, компоновник)
Групує об'єкти в деревоподібні структури для представлення ієрархій типу “частина-ціле”. Дозволяє уніфікувати дії як з листками, так і з будь-якими групами піддерев.

Patterns
Composite (data & object factory™, dofactory.com)

Patterns
Composite (data & object factory™, dofactory.com)
class Leaf : Component
{public Leaf( string name ) : base( name ) {} // Constructor
public override void Add( Component c )
{ Console.WriteLine("Cannot add to a leaf");
}
public override void Remove( Component c )
{ Console.WriteLine("Cannot remove from a leaf");
}
public override void Display( int depth )
{ Console.WriteLine( new String( '-', depth ) + name );
}
}
public class Client
{ public static void Main( string[] args )
{ // Create a tree structure
Composite root = new Composite( "root" );
root.Add( new Leaf( "Leaf A" ));
root.Add( new Leaf( "Leaf B" ));
Composite comp = new Composite( "Composite X" );
comp.Add( new Leaf( "Leaf XA" ) );
comp.Add( new Leaf( "Leaf XB" ) );
root.Add( comp );
root.Add( new Leaf( "Leaf C" ));
// Recursively display nodes
root.Display( 1 );
}
}
using System;
using System.Text;
using System.Collections;
abstract class Component
{ protected string name;
public Component( string name ) // Constructor
{ this.name = name;
}
abstract public void Add(Component c);
abstract public void Remove( Component c );
abstract public void Display( int depth );
}
class Composite : Component
{private ArrayList children = new ArrayList();
// Constructor
public Composite( string name ) : base( name ) {}
public override void Add( Component component )
{ children.Add( component );
}
public override void Remove( Component component )
{ children.Remove( component );
}
public override void Display( int depth )
{ Console.WriteLine( new String( '-', depth ) + name );
// Display each of the node's children
foreach( Component component in children )
component.Display( depth + 2 );
}
}

Patterns
Strategy (dofactory.com)
Визначає сімейство алгоритмів, в якому інкапсулюється кожен з них і забезпечується їх взаємозаміна. Патерн "Стратегія" дозволяє змінювати алгоритми сімейства незалежно від клієнтів, які використовують ці алгоритми.

Patterns
Strategy (dofactory.com)
class ConcreteStrategyB : Strategy
{
public override void AlgorithmInterface()
{
Console.WriteLine( "CalledConcreteStrategyB.”+
”AlgorithmInterface()");
}
}
class Context
{
private Strategy _strategy;
// Constructor
public Context(Strategy strategy)
{
this._strategy = strategy;
}
public void ContextInterface()
{
_strategy.AlgorithmInterface();
}
}
class MainApp
{
static void Main()
{
Context context;
context = new Context(
new ConcreteStrategyA());
context.ContextInterface();
context = new Context(
new ConcreteStrategyB());
context.ContextInterface();
}
}
/// The 'Strategy' abstract class
abstract class Strategy
{
public abstract void AlgorithmInterface();
}
class ConcreteStrategyA : Strategy
{
public override void AlgorithmInterface()
{
Console.WriteLine(
"CalledConcreteStrategyA.”+
”AlgorithmInterface()");
}
}

Patterns
Bridge
Відокремлює абстракцію від реалізації, завдяки чому з'являється можливість незалежно змінювати те й інше
кнопка (однопозиційний перемикач) ел. мережі;
тумблер (двохпозиційний перемикач) ел. мережі;
перемикач із ДУ;
голосовий перемикач;
. . .

Patterns
Bridge
Відокремлює абстракцію від реалізації, завдяки чому з'являється можливість незалежно змінювати те й інше.
Відомий також під іменем Handle/Body (описувач/тіло).
Шаллоуей А., Тротт Дж. Шаблоны проектирования. — ИД “Вильямс”, 2002.
Два різних середовища:
X Window System;
Presentation Manager (PM) від компанії IBM.

Patterns
Bridge

Patterns
Bridge (GoF)

Patterns
Bridge (data & object factory™, dofactory.com)

Patterns
Bridge. “Починати з тих шаблонів, що створюють контекст для інших” (К.Александер).

Patterns
Façade (data & object factory™, dofactory.com)

Patterns
Observer (Спостерігач)
Визначає між об'єктами відношення типу один (видавець) - до - багатьох (передплатників), так що при зміні стану одного об'єкта (видавця) всі підлеглі (передплатники) одержують повідомлення й автоматично оновлюють дані.
Відомий також під іменами
Dependents (підлеглі),
Publish-Subscribe (видавець-
передплатник).
Subject (суб'єкт):
надає інтерфейс для приєднання та від’єднання спостерігачів;
має інформацію про приєднаних спостерігачів (для їх оповіщення); за суб'єктом можуть “стежити ” скільки завгодно спостерігачів.
Observer (спостерігач):
надає інтерфейс для фіксації змін (операція Update).
ConcreteSubject (конкретний суб'єкт):
має стан, що становить інтерес для ConcreteObserver;
надає інтерфейс для “читання” та зміни стану (GetState, SetState).
ConcreteObserver (конкретний спостерігач):
зберігає посилання на об'єкт класу ConcreteSubject;
зберігає дані про стан, які повинні бути узгоджені із станом суб'єкта.

Patterns
Observer

Patterns
Observer

Patterns
Observer

Patterns
Observer (data & object factory™, dofactory.com)

Patterns
Observer (data & object factory™, dofactory.com)
using System;
using System.Collections;
abstract class Subject // "Subject"
{ // Fields
private ArrayList observers = new ArrayList();
// Methods
public void Attach( Observer observer )
{ observers.Add( observer );
}
public void Detach( Observer observer )
{ observers.Remove( observer );
}
public void Notify()
{ foreach( Observer o in observers )
o.Update();
}
}
class ConcreteSubject : Subject
{ // Fields
private string subjectState;
// Properties
public string SubjectState
{ get{ return subjectState; }
set{ subjectState = value; }
}
}
abstract class Observer // "Observer"
{abstract public void Update();
}
class ConcreteObserver : Observer
{ private string name;
private string observerState;
private ConcreteSubject subject;
public ConcreteObserver( ConcreteSubject subject, string name ) // Constructor
{ this.subject = subject;
this.name = name;
}
override public void Update()
{ observerState = subject.SubjectState;
Console.WriteLine( "Observer {0}'s new state is {1}",
name, observerState );
}
public ConcreteSubject Subject
{ get { return subject; }
set { subject = value; }
}
}
/// Client test
public class Client
{
public static void Main( string[] args )
{
// Configure Observer
// structure
ConcreteSubject s =
new ConcreteSubject();
s.Attach(new ConcreteObserver( s, "X" ) );
s.Attach( new ConcreteObserver( s, "Y" ) );
s.Attach( new ConcreteObserver( s, "Z" ) );
// Change subject, notify
// observers
s.SubjectState = "ABC";
s.Notify();
}
}

Patterns
Додаток

Patterns
Borland Developer Studio 2006

Patterns
Borland Developer Studio 2006

Patterns
Borland Developer Studio 2006