SWI041: (Design Patterns) JAK se to obvykle dlá

SWI041:

Návrhové vzory (Design Patterns) JAK se to obvykle d lá

Zdroje: použity vzory GoF (Gamma, Helm, Johnson, Vlisidess: Design Patterns The Elements of reusable objectoriented software. 1995), Tomáš Richta (Návrhové vzory I., FEL 2005), Petr Šlégr (Návrhové vzory II., FEL 2005) SWI041 - Návrhové vzory

2

Nejprve trochu kontroly Stav projekt

Co to je návrhový vzor? Christopher Alexander: ”Každý vzor popisuje asto se vyskytující problém a poté popisuje jádro ešení tohoto problému tak, aby bylo možno toto ešení opakovan využívat, bez toho, že bychom stejnou v c d lali dvakrát". P estože se tato definice týká návrhu budov, totéž platí pro návrhové vzory p i tvorb program . ešení je zde vyjád eno pomocí pot ebných objekt a zp sobu jejich komunikace. SWI041 - Návrhové vzory

4

Typy vzor Analytické vzory ú etnictví

Architektonické vzory Klient/Server, t i vrstvy, Broker, Model-ViewController (MVC)

Návrhové vzory základní - tvorba, struktura, chování (GoF) paralelní (producent-konzument), reálný as, testovací,...

Programovací vzory, konvence SWI041 - Návrhové vzory

5

Obecné ásti návrhových vzor Jméno vzoru Popis problému Popis ešení D sledky použití

SWI041 - Návrhové vzory

6

Jméno vzoru Termín, p es který se na vzor odvoláváme. Aby se v katalogu vzor dob e a intuitivn hledalo, je volba jména d ležitá a obtížná. P .: Proxy, Iterator


7

Popis problému pro vzor Vyjad uje situaci, kde se použití vzoru hodí. M že se stanovit p íkladem, seznamem podmínek, které musí platit, apod.


8

P : Návrhový vzor “Proxy” Deklarace zám ru: pokud pot ebujeme zástupce objektu, nebo vlastní objekt je n kde jinde, je t žko p ístupný, má být chrán n, ...

Motiva ní p íklad: editor dokumentu by m l um t pracovat s obrázky, ale zobrazení obrázku je náro né - asto posta í náhradník


9

Popis ešení pro vzor Popisuje elementy použité p i ešení a jejich vztahy. Nejedná se o konkrétní implementaci, nebo vzor je pouze šablonou pro ešení.


10

Struktura vzoru Proxy

Obrázek p evzat z [GoF]


11

D sledky použití vzoru Rozmanité d sledky, které s sebou použití vzoru p ináší - nap . asové a prostorové nároky. Poslouží dob e i p i výb ru alternativ.


12

P íklad použití vzoru Proxy



13

P íbuzné strukturální vzory Proxy zastupuje objekt a poskytuje stejné rozhranní jako on Adapter m ní rozhranní, které objekt poskytuje Dekorátor n co p idává


14


15

Kategorie návrhových vzor Vzory pro vytvá ení a manipulaci sreprezentací informace (nap . Abstract Factory, Proxy) Vzory strukturální vyjad ující strukturu implementace (nap . Adapter, Composite) Vzory pro chování (nap . Iterátor)


16

Taxonomie návrhových vzor

Statické

Dynamické


Tvorba

Struktura

Chování

Tovární metoda

Adaptér (t ídní)

Šablonová metoda

Singleton

Adaptér (instan ní), Kompozice

Strategie

17

Problém Je t eba, aby v aplikaci existovala pouze jedna instance n jaké t ídy. Jak to zajistit?


18

Singleton


19

Singleton Vlastnosti: konkrétní typ poskytnuté instance lze ur it za b hu poskytovanou instanci lze m nit bez zm n klientského kódu snadná zm na logiky tvorby - nap . povolení více instancí

P íklad v J2SE: java.lang.Runtime Související vzory: Null Object/Objekt null Object Pool SWI041 - Návrhové vzory

20

Problém Ur itá ást innosti (provád ného algoritmu) je stejná u r zných t íd, ale bázová t ída nezná odlišné chování svých potenciálních podt íd


21

P íklad: komunika ní systém (chat) Server p ijímá r zné typy zpráv a podle nich provádí r zné akce. Server pracuje podle tohoto schématu: kontrola identity a oprávn ní zaslat danou zprávu provedení akce a p íprava odpov di odeslání odpov di a záznam do logu

Kroky 1. a 3. jsou stejné, krok 2. se bude lišit pro každý typ zprávy.


22

Template Method (šablonová metoda) Definuje kostru algoritmu Specifikaci n kterých krok nechává na podt ídách Umož uje modifikovat n které kroky algoritmu bez zm ny jeho struktury

Obrázek p evzat z [GoF] SWI041 - Návrhové vzory

23

Vzor: Builder Deklarace zám ru: odd lení konstrukce složitého objektu od jeho reprezentace pokud má být algoritmus pro vytvá ení složitého objektu nezávislý na vytvá ení ástí pokud lze objekt reprezentovat r znými zp soby

Motiva ní p íklad: editor dokumentu v RTF by m l um t pracovat s r znými reprezentacemi textu (ASCII, TeX, …)


24

Struktura vzoru Builder



25

P íklad použití vzoru Builder



26

Participanti Builder (TextConverter) specifikuje abstraktní interface pro vytvá ení ástí objekt typu Product.

ConcreteBuilder (ASCIIConverter, TeXConverter, TextWidgetConverter) kontruuje a sestavuje ásti - implementuje interface t ídy Builder udržuje si vytvo enou reprezentaci poskytuje služby pro vyzvednutí produktu (GetASCIIText, GetTextWidget, ...) SWI041 - Návrhové vzory

27

Participanti (pokra .) Director (RTFReader) konstruuje objekty pomocí služeb t ídy Builder

Product (ASCIIText, TeXText, TextWidget) reprezentuje složitý objekt, který je konstruován, t ída ConcreteBuilder vytvá í konkrétní vnit ní reprezentaci zahrnuje t ídy pro definici ástí a služby pro konstrukci celku


28

Kolaborace p i použití Builder



29

Vzor: Iterator (Cursor) Deklarace zám ru: pro sekven ní p ístup ke složkám složeného objektu bez ohledu na reprezentaci - pokud má být procházen seznam aniž se zabýváme jeho reprezentací (uniformní p ístup pro traverzování agregovaných struktur)

Motiva ní p íklad: sekven ní pr chod seznamy


30

Struktura pro Iterator



31

P íklad použití Iterator



32

Participanti Iterator definuje služby pro p ístup k element m

ConcreteIterator implementuje služby t ídy Iterator udržuje si informace o aktuální poloze

Aggregate definuje služby pro vytvá ení objet typu Iterator

ConcreteAggregate implementuje služby pro t ídu Aggregate SWI041 - Návrhové vzory

33

Implementace template class List { public: List(long size = DEFAULT_LIST_CAPACITY); long Count() const; Item& Get(long index) const; // ... };


34

Implementace (pokra .) template class Iterator { public: virtual void virtual void virtual bool virtual Item protected: Iterator(); };


First() = 0; Next() = 0; IsDone() const = 0; CurrentItem() const = 0;

35

Implementace (pokra .) template class ListIterator : public Iterator { public: ListIterator(const List* aList); virtual void First(); virtual void Next(); virtual bool IsDone() const; virtual Item CurrentItem() const; private: const List* _list; long _current; }; SWI041 - Návrhové vzory

36

Implementace (pokra .) template ListIterator::ListIterator ( const List* aList ) : _list(aList), _current(0) { }


37

Implementace (pokra .) template void ListIterator::First () { _current = 0; }

template void ListIterator::Next () { _current++; }


38

Vzor: Interpret Deklarace zám ru: máme zadánu gramatiku jazyka, jehož v ty chceme interpretovat

Motiva ní p íklad: hledání vzorku zadaného regulárním výrazem v et zci (známe gramatiku regulárního výrazu)


39

Struktura vzoru “Interpret” globální kontext



40

Gramatika pro regulární výraz expression ::= literal | alternation | sequence | repetition | '(' expression ')' alternation ::= expression '|' expression sequence ::= expression '&' expression repetition ::= expression '*' literal ::= 'a' | 'b' | 'c' | ... { 'a' | 'b' | 'c' | ... }*


41

“Interpret” pro reg. výrazy



42

Reprezentace vzorku: raining & (dogs | cats) *



43

Jiný p íklad: Booleovské výrazy BooleanExp ::= VariableExp | Constant | OrExp | AndExp | NotExp | '(' BooleanExp ')' AndExp ::= BooleanExp 'and' BooleanExp OrExp ::= BooleanExp 'or' BooleanExp NotExp ::= 'not' BooleanExp Constant ::= 'true' | 'false' VariableExp ::= 'A' | 'B' | ... | 'X' | 'Y' | 'Z'


44

T ída BooleanExp class BooleanExp { public: BooleanExp(); virtual ~BooleanExp(); virtual bool Evaluate(Context&) = 0; virtual BooleanExp* Replace(const char*, BooleanExp&) = 0; virtual BooleanExp* Copy() const = 0; };


45

T ída Context class Context { public: bool Lookup(const char*) const; void Assign(VariableExp*, bool); };


46

T ída VariableExp class VariableExp : public BooleanExp { public: VariableExp(const char*); virtual ~VariableExp(); virtual bool Evaluate(Context&); virtual BooleanExp* Replace(const char*, BooleanExp&); virtual BooleanExp* Copy() const; private: char* _name; }; SWI041 - Návrhové vzory

47

Vzor: Abstract factory (Kit) Deklarace zám ru: interface pro vytvá ení kolekcí objekt bez podrobné specifikace jejich struktury

Motiva ní p íklad:


48

Abstract factory (stavebnice)



49

P íklad použití



50

Vzor: Factory method (virtuální konstruktor) Deklarace zám ru: interface pro vytvá ení a manipulaci s objekty, jejichž konkrétní reprezentaci neznáme


51

Struktura pro “Factory method”



52

P íklad použití “Factory method”



53


54

P ehled vzor Abstract Factory interface pro vytvá ení sady objekt , bez specifikace konkrétní t ídy

Adapter p evádí interface t ídy na interface o ekávaný klientem - umož uje spolupráci nekomatibilních t íd

Bridge odd luje abstrakci od implementace, takže se mohou nezávsle m nit SWI041 - Návrhové vzory

55

P ehled vzor Builder odd luje konstrukci složeného objektu od jeho reprezentace, takže stejný proces m že vytvá et r zné reprezentace

Chain of Responsibility umož uje propojení zdroje požadavku s p íjemcem tak, že dává více objekt m šanci požadavek zpracovat. Z et zí p íjemce a p edává požadavek mezi nimi.


56

P ehled vzor Command zapouzd uje požadavek jako objekt, a tím umož uje parametrizovat klienty s r znými požadavky, frontami, žurnály

Composite sestavuje objekt do stromové struktury aby reprezentoval vztah celek- ást. Umož uje pracovat s celkem a jeho ástmi uniformním zp sobem


57

P ehled vzor Decorator dynamicky p idává odpov dnost, pružná alternativa pro rozši ování fuk nosti (alternativa k podt ídám)

Facade poskytuje unifikovaný “interface” pro sadu nástroj - podsystém . Poskytuje “interfaceL” vyšší úrovn tak, že použití podsystém je jednodušší.


58

P ehled vzor Factory Method definuje “interface” pro vytvá ení objektu, ale ponechává na podsystémech rozhodnutí, které t ídy použijí (jakou instanci)

Flyweight umož uje podporu efektivního sdílení velkých sad objekt

Interpreter vychází z reprezentace gramatiky jazyka, která umož uje interpretaci v t jazyka SWI041 - Návrhové vzory

59

P ehled vzor Iterator poskytuje sekven ní p ístup k sad element agregovaných objekt bez znalosti reprezentace sady

Mediator definuje object, který zapouzd uje zp sob jak spolu objekty komunikují - místo aby komunikovaly p ímo


60

P ehled vzor Memento bez porušení pravidla zapouzd ení umož uje zapamatování stavu, do kterého se objekt m že pozd ji vrátit

Observer definuje vztah 1:N mezi objekty tak, že pokud jeden objekt zm ní stav, všechny objekty na n m závislé jsou na to upozorn ny a automaticky poopraveny


61

P ehled vzor Prototype specifikuje sadu objekt pot ebných pro vytvo ení instance prototypu a pro kopírování tohoto prototypu

Proxy poskytuje zástupce pro ízení p ístupu k objektu

Singleton zajiš uje,a by t ída m la pouze jednu instanci a poskytuje k ní globální p ístup


62

P ehled vzor State umož uje objektu zm nu chování na základ zm ny jeho stavu

Strategy definuje rodinu algoritm , které jsou podobné a zam nitelné (umož uje zm nu algoritmu nezávisle na klientech)


63

P ehled vzor Template Method definuje kostru algoritmu operace, který pak komunikuje s podsystémy p i vlastním ešení kroky ešení se mohou m nit beze zm ny kostry algoritmu

Visitor reprezentuje operaci, která má být vykonána na elementech struktury objektu - návšt vu struktury objektu


64

P íklad: Šablonová metoda 1 Vytvo íme t ídu Message jako p edka pro všechny typy zpráv public abstract class Message { protected User sender; protected Message (User sender) { this.sender = sender; } //... }


65

P íklad: Šablonová metoda 2 Do t ídy Message p idáme ty metody, jejichž implementace je známa a spole ná všem podt ídám /** Sends response back to the client and make log entry... */ private void sendResponse (String text) { // ... } // ...


66

P íklad: Šablonová metoda 3 Do t ídy Message dále p idáme abstraktní metody, jejichž implementaci zajistí až podt ídy /** Checks user's right to send this message */ public abstract boolean isAllowedFor (User sender); /** Does message's job and return text to be sent to the client as response */ public abstract String process ();


67

P íklad: Šablonová metoda 4 Nakonec p idáme vlastní šablonovou metodu /** This is the TEMPLATE METHOD! It performs algorithm not defined fully in this class. */ public void dispatch () { if (isAllowedFor (sender)) { sendResponse (process ()); else { sendResponse ("Forbidden"); } }


68

P íklad: Šablonová metoda 5 Struktura t ídy Message (rekapitulace): private void sendResponse (String text) {…} public abstract boolean isAllowedFor (User sender); public abstract String process (); public void dispatch () {…}


69

P íklad: Šablonová metoda 6 Tvorba podt ídy: implementuje se pouze to specifické public class KickMessage extends Message { public boolean isAllowedFor (User sender) { return sender.isAdmin (); } public String process() { // delete user from the room... return "User kicked from the room"; } }


70

Šablonová metoda - diskuse Vlastnosti: nem nná ást algoritmu je implementována pouze jednou, podt ídy implementují pro n specifické chování (statický vzor)

P íklad v J2SE: vlastní chování t íd java.lang.Thread i java.util.TimerTask se ur í implementací metody run() v jejich podt íd .

Související vzory: tovární metoda – zvláštní p ípad šablonové metody (tvorba objekt ) strategie (viz dále)


71

Problém Je pot eba m nit chování objektu za b hu P íklady: r zné zp soby prezentace dat (nap . lámání textu, obarvování syntaxe v IDE) r zné zp soby interpretace dat (nap . kalendá )


72

P íklad: výpis kalendá e kalendá se liší pro r zné národy a náboženství první den v týdnu m že být r zný množina svátk je odlišná pot ebujeme vypsat dny v týdnu s odlišením svátk


73

Vzor Strategy (strategie) Aka policy/postup Motivace: pro n které innosti existuje mnoho algoritm , které ale nelze napevno implementovat (nap . jsou vhodné vždy jen pro ur itou situaci)


74

Strategie


Vlastnosti (srv. šablonová metoda) pro stejná data se používají r zné algoritmy algoritmus je zapouzd ený do samostatného objektu algoritmus lze dynamicky m nit za b hu


75

P íklad – strategie 1 Definujeme rozhraní CalendarPrinter, které bude ídit výpis kalendá e public interface CalendarPrinter { public int getFirstDayofWeek (); public boolean isHoliday (int day, int month); }


76

P íklad – strategie 2 Vytvo íme t ídu Calendar s atributem printer a p íslušnými metodami set a get (setery a getery) public class Calendar { protected printer = new DefaultCalendarPrinter (); public void setPrinter (CalendarPrinter printer) { if (printer != null) { this.printer = printer; } } public CalendarPrinter getPrinter () { return printer; } }


77

P íklad – strategie 3 P idáme metodu využívající služby objektu CalendarPrinter public void printWeek (int week) { int start = printer.getFirstDayofWeek (); for (...) { if (printer.isHoliday (day, month)) { //... } else { //... } } } SWI041 - Návrhové vzory

78

P íklad – strategie 4 Základní implementace CalendarPrinter public class DefaultCalendarPrinter implements CalendarPrinter { public int getFirstDayofWeek() { return 7; // nedele } public boolean isHoliday(int day, int month) { return false; // zadne svatky :-) } }


79

P íklad – strategie 5 Nyní vytvo íme (nebo uživatelé našeho API) další implementace public class FrenchCalendarPrinter implements CalendarPrinter { public int getFirstDayofWeek() { return 1; // pondeli } public boolean isHoliday(int day, int month) { return day == 14 && month == 7; } } SWI041 - Návrhové vzory

80

Strategie - diskuse P íklady v J2SE: P i vytvá ení instancí java.util.TreeSet lze specifikovat objekt typu java.util.Comparator, který definuje zp sob uspo ádání množiny. P i vytvá ení instance t ídy java.lang.Thread lze specifikovat objekt typu java.lang.Runnable s definovanou metodou run() (srv. p edefinování metody run() v potomkovi t ídy Thread u šablonové metody). java.util.zip.CheckedInputStream

Související vzory: šablonová metoda – statická verze vzoru strategie


81

Problém T ída má rozhraní pro tvorbu nových objekt . Konkrétní podt ídy pot ebují vytvá et velmi odlišné typy t chto objekt . Jak to ud lat, když t ída neví jaké objekty bude vytvá et?


82

Factory Method/Tovární metoda Virtuální konstruktor Použití: editory vytvá ejí jednotným zp sobem r zné dokumenty (viz p íklad) abstraktní (logické) objekty poskytují r znou grafickou reprezentaci (delegáta)


83

Factory Method/Tovární metoda

Tovární metoda createDocument v t íd Editor vytvá í r zné instance t ídy Document podle toho, na které podt íd je vyvolána. SWI041 - Návrhové vzory

84

Factory Method/Tovární metoda Vlastnost: poskytuje rozhraní pro tvorbu objekt , ale volbu vytvá eného objektu nechává na podt ídách

P íklad v J2SE: javax.swing.text.EditorKit.createDefaultDocument () Související vzory: šablonová metoda (viz dále) delegát (Abstract) Factory – samostatná t ída (typu singleton) ur ená pro tvorbu objekt


85

Problém Na stavu jednoho objektu závisí ada jiných objekt . P i zm n stavu objektu pot ebují být závislé objekty automaticky vyrozum ni. Jak toho docílit?


86

Observer/Pozorovatel Aka Dependents, Publish-Subscribe J2SE: Event Delegation Model



87

Observer/Pozorovatel Vlastnosti volné spojení t íd Observer a Subject hromadná komunikace (broadcast/vysílání) selektivní sledování zm n možnost odmítnutí zm n

P íklady v J2SE: java.awt.* java.awt.event.* Component ⇔ MouseListener JComponent ⇔ PropertyChangeListener SWI041 - Návrhové vzory

88

Problém Chceme použít n jakou užite nou t ídu, která ale má jiné rozhraní, než o ekáváme. Co s tím?


89

Adapter/Adaptér wrapper/obal



90

Adapter/Adaptér T ídní implementace: vícenásobná d di nost

Instan ní implementace: kompozice

Obrázky p evzaty z [GoF]


91

Adapter/Adaptér P íklad v J2SE: java.awt.event.* MouseAdapter adaptér rozhraní MouseListener poskytuje „prázdné“ implementace všech metod MouseListener

Související vzory: delegát


92

Problém Máme hierarchicky organizovaný celek s jehož ástmi chceme manipulovat jednotným zp sobem. Jak na to?


93

Composite/Kompozice

Použití:


grafická uživatelská rozhraní strukturované dokumenty (XML, HTML,...) SWI041 - Návrhové stromov vzory 94 organizovaná data...

Composite/Kompozice Vlastnosti: definuje spole né rozhraní pro objekty stromové hierarchie jednoduché použití – klient se nestará, zda pracuje s celkem nebo ástí snadné rozši ování – nové prvky automaticky fungují se starými klienty

P íklad v J2SE: java.awt.* Component – abstraktní komponenta Container – abstraktní kontejner Button, Label – konkrétní jednoduché objekty Panel, Window – konkrétní složené objekty


95

The End

SWI041: (Design Patterns) JAK se to obvykle dlá

Recommend Documents