Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Πρότυπα Σχεδίασης (Design Patterns) Ανδρέας Παπασαλούρος 12 Ιανουαρίου 2010.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Πρότυπα Σχεδίασης (Design Patterns) Ανδρέας Παπασαλούρος 12 Ιανουαρίου 2010."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Πρότυπα Σχεδίασης (Design Patterns) Ανδρέας Παπασαλούρος 12 Ιανουαρίου 2010

2 Ιανουάριος Περίγραμμα Γενικά Σχεδιαστικά Πρότυπα  Κατασκευαστικά (Creational)  Δομικά (Structural)  Συμπεριφορικά (Behavioral) Βιβλιογραφία - Αναφορές

3 Ιανουάριος Χαρακτηριστικά προτύπων Ένα πρότυπο αναφέρεται σε ένα συγκεκριμένο σχεδιαστικό πρόβλημα σε ένα σχεδιαστικό περιβάλλον και παρουσιάζει μια λύση του Τα πρότυπα καταγράφουν υπάρχουσα, καλά τεκμηριωμένη σχεδιαστική εμπειρία Τα πρότυπα προσδιορίζουν και προδιαγράφουν αφηρημένες λύσεις που βρίσκονται πάνω από το επίπεδο συγκεκριμένων κλάσεων ή συνθετημάτων Τα πρότυπα παρέχουν ένα κοινό λεξιλόγιο και μια βάση για την κατανόηση σχεδιαστικών αρχών Ένα πρότυπο είναι ένα μέσο για την τεκμηρίωση αρχιτεκτονικών λογισμικού Τα πρότυπα επιτρέπουν τη δημιουργία λογισμικού με συγκεκριμένες ιδιότητες πολύπλοκων και ετερογενών αρχιτεκτονικών λογισμικού Τα πρότυπα βοηθούν στη διαχείριση της πολυπλοκότητας του λογισμικού

4 Ιανουάριος Πρότυπα σχεδίασης: Ορισμός Ένα πρότυπο περιγράφει ένα πρόβλημα που εμφανίζεται ξανά και ξανά σε συγκεκριμένα περιβάλλοντα και παρουσιάζει ένα καλά τεκμηριωμένο γενικό σχήμα για τη λύση του. Αυτό το σχήμα περιγράφεται από τα συστατικά (components) που το αποτελούν, τις αρμοδιότητες και σχέσεις τους και τους τρόπους με τους οποίους συνεργάζονται [Buschmann96]

5 Ιανουάριος Συνέπειες Επαναχρησιμοποίηση κώδικα Επαναχρησιμοποίηση σχεδίων Διαχείριση αλλαγών Αύξηση του μεγέθους των προγραμμάτων Αυξημένη πολυπλοκότητα

6 Ιανουάριος Περιγραφή προτύπων σχεδίασης Όνομα Σκοπός Πρόβλημα (έναυσμα) Λύση (εφαρμογή) Δομή Λειτουργία/Συμπεριφορά Συμμετέχοντες Υλοποίηση / Κώδικας Γνωστές Χρήσεις Συσχετιζόμενα πρότυπα

7 Ιανουάριος Σχεδίαστικά Πρότυπα Κατασκευαστικά Δομικά Συμπεριφορικά

8 Ιανουάριος Δομικά Πρότυπα Τα δομικά πρότυπα αφορούν στον τρόπο με τον οποίο κλάσεις και αντικείμενα συντίθενται ώστε να σχηματίσουν μεγαλύτερες δομές  Adapter. Μετατροπή μιας διεπαφής μιας κλάσης σε μια διεπαφή που αναμένουν οι πελάτες της  Bridge. Αποσύζευξη μιας αφαίρεσης από την υλοποίησή της ώστε και οι δύο να μεταβάλλονται ανεξάρτητα.  Composite. Σύνθεση αντικειμένων σε δενδρικές δομές.  Decorator. Επισύναψη πρόσθετων αρμοδιοτήτων σε αντικείμενα δυναμικά.

9 Ιανουάριος Δομικά πρότυπα Façade. Παροχή υψηλού επιπέδου ενιαίας διεπαφής για τη χρήση ενός υποσυστήματος. Flyweight. Διαμοιρασμός στιγμιοτύπων για τη διαχείριση μεγάλου όγκου δεδομένων. Proxy. Παροχή υποκαταστάτου ενός αντικειμένου για τον έλεγχο πρόσβασης σε αυτό.

10 Ιανουάριος Facade (πρόσοψη) Πρόβλημα: – H χρήση ενός υποσυστήματος του λογισμικού εισάγει υψηλή σύζευξη με τους πελάτες του υποσυστήματος Λύση – Η δημιουργία απλής ενιαίας διεπαφής.

11 Ιανουάριος

12 Ιανουάριος Composite (Σύνθετο) Πρόβλημα Ο χειρισμός σύνθετων δομών από αντικείμενα με τον ίδιο τρόπο όπως και τα ατομικά αντικείμενα Λύση Ο ορισμός ατομικών και σύνθετων κλάσεων που υλοποιούν την ίδια διεπαφή. Ο χειρισμός των σύνθετων και ατομικών αντικειμένων γίνεται με τον ίδιο τρόπο μέσω του πολυμορφισμού.

13 Ιανουάριος Δομή Composite

14 Ιανουάριος Composite για τον χειρισμό σύνθετων σχημάτων

15 Ιανουάριος Κώδικας: Shape public interface Shape { public void move(); public void draw(); }

16 Ιανουάριος Κώδικας: LeafShape abstract public class LeafShape implements Shape { public abstract void move(); public abstract void draw(); }

17 Ιανουάριος Κώδικας: RectangleImpl public class RectangleImpl extends LeafShape implements Shape { public void draw() {/*...*/} public void move() {/*... */} }

18 Ιανουάριος Κώδικας: CompositeShape public class CompositeShape implements Shape { List Shape shapes= new ArrayList (); public void add(Shape sh) { shapes.add(sh);} public void remove(Shape sh) { shapes.remove(sh);} public void move() { for (Shape shape: shapes) shape.move(); } public void draw() { for (Shape shape: shapes) shape.draw(); }

19 Ιανουάριος Παράδειγμα: Adapter Σκοπός  Η μετατροπή της διεπαφής μιας κλάσης σε μια άλλη, επιθυμητή από τους πελάτες της Εφαρμογή  Όταν είναι επιθυμητή η χρήση μιας κλάσης και η διεπαφή της δεν το επιτρέπει  Όταν ζητείται η δημιουργία μιας επαναχρησιμοποιήσιμης κλάσης

20 Ιανουάριος Adapter: Δομή Target > request() Client Adapter request() Adaptee anotherRequest() adaptee adaptee.anotherRequest() anotherRequest() Client Target > request() Adaptee anotherRequest() Adapter request() Class adapter Object adapter

21 Ιανουάριος Παράδειγμα Class Adapter

22 Ιανουάριος Adapter: Προγραμματιστικό παράδειγμα interface Rectangle { void scale(float factor); //other methods } class Client { void myMethod(Rectangle r){ … r.scale(2.); … }

23 Ιανουάριος Adapter: Προγραμματιστικό παράδειγμα class NonScalableRectangle { void setWidth(float width){…} void setHeight(float height){…} } class ScalableRectangle extends NonScalableRectangle implements Rectangle { void scale(float factor) { setWidth(factor * getWidth()); setHeight(factor * getHeight()); }

24 Ιανουάριος Adapter Συνέπειες  Στην περίπτωση του class Adapter δεν είναι δυνατή η προσαρμογή στις υποκλάσεις του Adaptee. Αντίθετα αυτό είναι δυνατό στην περίπτωση του object Adapter Άλλες Ονομασίες  Wrapper Συσχετιζόμενα πρότυπα  Bridge, Decorator, Proxy

25 Ιανουάριος Κατασκευαστικά Πρότυπα Μορφήματα που σχετίζονται με τη δημιουργία αντικειμένων (instantiation)  Abstract Factory. Η παροχή μιας διεπαφής για τη δημιουργία οικογενειών συσχετιζόμενων ή εξαρτώμενων αντικειμένων  Builder. Ο διαχωρισμός της κατασκευής ενός πολύπλοκου αντικειμένου από την αναπαράστασή του ώστε η ίδια κατασκευή να μπορεί να δώσει διαφορετικές αναπαραστάσεις.

26 Ιανουάριος Κατασκευαστικά πρότυπα Factory Method. Ο καθορισμός μιας διεπαφής για τη δημιουργία ενός αντικειμένου με τις υποκλάσεις να αποφασίζουν για το ποια κλάση θα χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία του αντικειμένου Prototype. Πρωτότυπο για τη δημιουργία αντικειμένων με αντιγραφή. Singleton. Εξασφάλιση ότι μια κλάση έχει μόνο ένα στιγμιότυπο.

27 Ιανουάριος Singleton (Μοναδιαίο) Πρόβλημα – Πρέπει να επιβληθεί ένα μόνο στιγμιότυπο μιας κλάσης. Οι πελάτες χρειάζονται ένα καθολικό σημείο πρόσβασης στο στιγμιότυπο. Λύση – Απαγόρευση δημιουργίας στιγμιοτύπων στους πελάτες της κλάσης (με χρήση κατασκευαστή). – Το στιγμιότυπο παρέχεται μέσω στατικής μεθόδου.

28 Ιανουάριος Singleton: Μια υλοποίηση public class Singleton { private static Singleton instance = null; /* Άρνηση πρόσβασης στον κατασκευαστή */ private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { if (instance == null) instance = new Singleton(); return instance; }

29 Ιανουάριος Singleton: Παράδειγμα public class DBConnection { private static DBConnection connection = null; /* Άρνηση πρόσβασης στον κατασκευαστή */ private DBConnection() {} public static DBConnection getInstance() { if (connection == null) connection = new DBConnection(); return connection; }

30 Ιανουάριος Singleton Συνέπειες – Υψηλή σύζευξη – Μείωση ελεγξιμότητας Σχετικά πρότυπα – Facade – Πρότυπα Factorry

31 Ιανουάριος Concrete Factory Πρόβλημα Η δημιουργία αντικειμένων συνοδεύεται από πολύπλοκη λογική. Θέλουμε να κρύψουμε από τους πελάτες μιας διεπαφής τις συγκεκριμένες κλάσεις υλοποίησης. Λύση Δημιουργία μιας κλάσης εργοστασίου με αποκλειστική αρμοδιότητα τη δημιουργία αντικειμένων.

32 Ιανουάριος Δομή Concrete Factory

33 Ιανουάριος Concrete Factory για τη δημιουργία σχημάτων

34 Ιανουάριος H κλάση ShapeFactory public class ShapeFactory { public Circle makeCircle() { return new CircleImpl(); } public Rectangle makeRectangle() { return new RectangleImpl() }

35 Ιανουάριος Παράδειγμα πελάτη (Client) public class ConcreteFactoryRunner { public static void main(String args[]) { ShapeFactory factory = new ShapeFactory(); Circle circle = factory.makeCircle(); Rectangle rectangle = factory.makeRectangle(); circle.move(); Shape shape = circle; shape.move(); //... }

36 Ιανουάριος Abstract Factory (Αφηρημένο εργοστάσιο) Πρόβλημα Η δημιουργία οικογενειών αντικειμένων που υλοποιούν κοινές διεπαφές Λύση Η δημιουργία μιας αφηρημένης κλάσης (ή διεπαφής) που παρέχει τη διεπαφή για τον ορισμό των συγκεκριμένων εργοστασίων. Κάθε συγκεκριμένο εργοστάσιο δημιουργεί τις οικογένειες των αντικειμένων.

37 Ιανουάριος Δομή του προτύπου AbstractFactory

38 Ιανουάριος Abstract Factory για τη δημιουργία σχημάτων

39 Ιανουάριος public abstract class ShapeFactory { public static ShapeFactory instance; public abstract Shape makeCircle(); public abstract Shape makeRectangle(); public static ShapeFactory getFactory() { if (instance == null) { if (System.getProperty(“OS”,”Linux”) instance = new LinuxShapeFactory(); else instance = new WindowsShapeFactory(); } return instance; }

40 Ιανουάριος Παράδειγμα πελάτη (Client) public class AbstractFactoryRunner { public static void main(String args[]) { System.setProperty(“OS”,”Linux”); ShapeFactory factory = ShapeFactory.getFactory(); Shape circle = factory.makeCircle(); Shape rectangle = factory.makeRectangle(; circle.move(); rectangle.move() }

41 Ιανουάριος Factory Method Σκοπός  Καθορισμός μιας διαπροσωπείας για την κατασκευή ενός αντικειμένου Εφαρμογή  Όταν μια κλάση δε γνωρίζει εκ των προτέρων τις κλάσεις των αντικειμένων που πρόκειται να δημιουργήσει  Όταν μια κλάση αφήνει τις υποκλάσεις της να καθορίσουν τα αντικείμενα που δημιουργεί  Όταν κάποιες κλάσεις αναθέτουν την ευθύνη για τη δημιουργία αντικείμένων σε υποκλάσεις άλλων κλάσεων και ο χρήστης θέλει να γνωρίζει σε ποια υποκλάση έχει ανατεθεί η ευθύνη

42 Ιανουάριος Factory Method: Δομή

43 Ιανουάριος Factory Method: Προγραμματιστικό Παράδειγμα abstract class RaceCreator { abstract Frame createFrame(); abstract Wheel createWheel(); // return a complete bicycle without needing // any arguments Bicycle completeBicycle() { Frame frame = createFrame(); Wheel frontWheel = createWheel(); Wheel rearWheel = createWheel(); return new Bicycle(frame, frontWheel, rearWheel); } RaceCreator createRace() { Bicycle bike1 = completeBicycle(); Bicycle bike2 = completeBicycle(); //... }

44 Ιανουάριος Factory Method //French race class TourDeFrance extends RaceCreator { Frame createFrame() {return new RacingFrame();} Wheel createWheel() {return new Wheel700c();} } //Cyclocross race class Cyclocross extends RaceCreator { Frame createFrame() { return new MountainFrame();} Wheel createWheel() {return new Wheel26inch(); } } Οι μέθοδοι create … ονομάζονται factory methods

45 Ιανουάριος Factory Method Συνέπειες  To Factory Method ελαχιστοποιεί την ανάγκη για τη σύζευξη κλάσεων σχετικών με την εφαρμογή στο πρόγραμμά μας. Το πρόγραμμα αναφέρεται μόνο στη διεπαφή Product (στο παράδειγμα: Bicycle).  Ένα μειονέκτημα του Factory Method είναι η ανάγκη για δημιουργία υποκλάσεων του Creator σε κάθε περίπτωση δημιουργίας κάποιου Product Γνωστές Χρήσεις  Το σύστημα Orbix ORB της IONA χρησιμοποιεί αυτό το πρότυπο για τη δημιουργία ενός κατάλληλου τύπου proxy κατά την αναφορά ενός αντικειμένου σε ένα άλλο απομακρυσμένο Άλλες ονομασίες  Virtual Constructor Σχετικά πρότυπα  Abstract Factory  Prototype

46 Ιανουάριος Συμπεριφορικά πρότυπα Τα μορφήματα συμπεριφοράς (behavioral patterns) αφορούν σε αλγορίθμους και στην ανάθεση λειτουργιών σε αντικείμενα

47 Ιανουάριος Συμπεριφορικά πρότυπα Chain of responsibility. Παροχή περισσότερων από ενός αντικειμένων για τον χειρισμό ενός αιτήματος. Command. Ενθυλάκωση ενός αιτήματος ως αντικειμένου. Interpreter. Αναπαράσταση της γραμματικής μιας γλώσσας ναγια τη δημιουργία διερμηνέα της γλώσσας. Iterator. Πρόσβαση στα στοιχεία μιας συλλογής ώστε αυτή να είναι ανεξάρτητη από τη συλλογή.

48 Ιανουάριος Συμπεριφορικά πρότυπα Mediator. Ο καθορισμός ενός αντικειμένου που ενθυλακώνει τον τρόπο επικοινωνίας αντικειμένων. Memento. Η καταγραφή της εσωτερικής κατάστασης αντικειμένου ώστε αυτή να ανακαλείται αργότερα. Observer. Δημιουργία μιας σχέσης ένα προς πολλά μεταξύ αντικειμένων έτσι όταν ένα αλλάζει, όλα τα αντικείμενα που εξαρτώνται από αυτό να ειδοποιούνται και να αλλάζουν αυτόματα.

49 Ιανουάριος Συμπεριφορικά πρότυπα State. Ορισμός διαφορετικών κλάσεων για διαφορετικές καταστάσεις ενός αντικειμένου. Strategy. Ο καθορισμός μιας οικογένειας αλγορίθμων ώστε να είναι εναλλάξιμοι. Template Method. Καθορισμός του σκελετού ενός αλγορίθμου με την διαφοροποίηση κάποιων βημάτων σε υποκλάσεις. Visitor. Ορισμός μιας λειτουργίας χωρίς να αλλάξουν οι κλάσεις των αντικειμένων στις οποίες ορίζεται.

50 Ιανουάριος Strategy (Στρατηγική) Πρόβλημα Η λύση διαφορετικών αλγορίθμων που υλοποιούν διαφορετικές, εναλλάξιμες, πολιτικές επίλυσης ενός προβλήματος Λύση Κάθε αλγόριθμος υλοποιείται με σε μια διαφορετική κλάση. Οι διαφορετικές κλάσεις έχουν κοινή διεπαφή.

51 Ιανουάριος Δομή του προτύπου Strategy

52 Ιανουάριος Αλγόριθμοι ταξινόμησης μέσω του προτύπου Strategy

53 Ιανουάριος Observer Σκοπός  Δημιουργία μιας σχέσης ένα προς πολλά μεταξύ αντικειμένων έτσι όταν ένα αλλάζει, όλα τα αντικείμενα που εξαρτώνται από αυτό να ειδοποιούνται και να αλλάζουν αυτόματα.  Επιτρέπει το συγχρονισμό αλληλεπιδρώντων αντικειμένων μέσω ενός μηχανισμού διάδοσης των αλλαγών

54 Ιανουάριος Observer Πρόβλημα  Η ενημέρωση των αντικειμένων για την αλλαγή της κατάστασης ενός από αυτά Λύση  Ένα αντικείμενο (subject) καταγράφει και ενημερώνει τα υπόλοιπα που ενδιαφέρονται για την κατάστασή του (observers)

55 Ιανουάριος Observer: Δομή Subject attach() detach() notify() Observer > update() * observers * ConcreteObserver observerState update() ConcreteSubject subjectState getState() setState() subject for all o in observers { o.update() } observerState = subject.getState()

56 Ιανουάριος Observer: Λειτουργία s : ConcreteSubjecto1 : ConcreteObservero2 : ConcreteObserver setState() notify() update() getState() update() getState()

57 Ιανουάριος Observer: Παράδειγμα

58 Ιανουάριος Observer

59 Ιανουάριος Observer: Παράδειγμα abstract class GraphMode { //Mode of mouse functions int mode; //The list of the observers Vector modeListeners = new Vector(); void notify() { for (Enumeration e = modeListeners.elements();e.hasMoreElements();) { ModeListener listener= (ModeListener) e.nextElement(); listener.update(); } void addModeListener(ModeListener listener) { modeListeners.add(listener); }

60 Ιανουάριος Observer : Παράδειγμα class ConcreteCanvasMode extends CanvasMode { void setMode(int mode) { this.mode = mode; notifyListeners(); } int getMode() { return this.mode; }

61 Ιανουάριος Observer: Παράδειγμα public interface ModeListener { void update(); } public class GraphFrame extends JFrame implements ModeListener { GraphCanvas canvas; ConcreteCanvasMode mode; public GraphFrame() { canvas=new GraphCanvas(); mode=GraphCanvas.getMode(); mode.addModeListener(this); } public void update() { int mode = canvas.getMode(); }

62 Ιανουάριος Observer Συνέπειες  Χαλαρή σύζευξη μεταξύ Subject και Observer  Υποστήριξη της επικοινωνίας  Μη αναμενόμενες ανανεώσεις (αρνητική) Γνωστές Χρήσεις  Ενδεικτικά: Java Observable core API class, User interface frameworks: Java Swing, GEF (Eclipse), MVC (Smalltalk) Άλλες ονομασίες  Dependents, Publish-Subscribe

63 Ιανουάριος Iterator Σκοπός  Παρέχει έναν τρόπο για την προσπέλαση μιας συλλογής αντικειμένων ακολουθιακά και ανεξάρτητα από την εσωτερική δομή της συλλογής.

64 Ιανουάριος Iterator: Δομή

65 Ιανουάριος Iterator: Προγραμματιστικό Παράδειγμα public class Stack { private Vector items; public Enumeration enumerator() { return new StackEnum(); } class StackEnum implements Enumeration { int currentItem = items.size() - 1; public boolean hasMoreElements() { return (currentItem >= 0); } public Object nextElement() { if (!hasMoreElements()) throw new NoSuchElementException(); else return items.elementAt(currentItem--); }

66 Ιανουάριος Iterator: Δομή

67 Ιανουάριος Iterator Συνέπειες Γνωστές Χρήσεις  Enumeration Interface (Java), ObjectWindows Άλλες Ονομασίες  Cursor Συσχετιζόμενα μορφήματα  Composite, Factory Method, Memento

68 Ιανουάριος Iterator: Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα  Κώδικας επεκτάσιμος  Κώδικας επαναχρησιμοποιήσιμος  Η Σχεδίαση προβλέπει τις αλλαγές (design for change) Μειονεκτήματα  Μειωμένη απόδοση  Αύξηση του αριθμού των κλάσεων και του μεγέθους του κώδικα  Δυσκολία στην εκμάθηση

69 Ιανουάριος Σχετικές έννοιες Εργαλειοθήκη (toolkit)  Παράδειγμα: C++ I/O stream library Πλαίσιο (framework)  Παράδειγμα: ΕΤ++, XUnit, Java Swing, … Ιδίωμα (Idiom)  C++: Handle/body, Java: Enumeration

70 Ιανουάριος Πρότυπα εξαρτημένα από το πεδίο εφαρμογής (domain specific) Επιχειρησιακή μοντελοποίηση (business patterns) Προσδιορισμός Απαιτήσεων - Ανάλυση (Analysis Patterns) Κατανεμημένα συστήματα (distribution systems patterns) Διεπαφές Χρήστη (User Interface Patterns) Σχεδιασμός Υπερμέσων (Hypermedia Design Patterns) Ηλεκτρονική μάθηση (e-Learning Patterns)...

71 Ιανουάριος Βιβλιογραφία - Αναφορές F. Buschmann, R. Meunier, H. Rohnert, P.Sommerlad and M. Stal. Pattern-Oriented Software Architecture: A System of Patterns. Wiley M. Cline.The Pros and Cons of Adopting and Applying Design Patterns in the Real World. Communications of the ACM, Vol. 39, No 10, Oct E. Gamma, R. Helm, R. Johnson and J. Vlissides. Design Patterns: Elements of reusable object-oriented software. Addison Wesley G. Larman. Applying UML and Patterns, 2nd Edition. Prentice Hall


Κατέβασμα ppt "Πρότυπα Σχεδίασης (Design Patterns) Ανδρέας Παπασαλούρος 12 Ιανουαρίου 2010."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google