Sabloane de proiectare comportamentale (II)

Ingineria programării
10. Șabloane de proiectare
comportamentale (II)
Florin Leon
Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iași
Facultatea de Automatică și Calculatoare
http://florinleon.byethost24.com/curs_ip.htm
Florin Leon, Ingineria programarii, http://florinleon.byethost24.com/curs_ip.htm

Șabloane de proiectare
comportamentale (II)
1. Strategia
2. Metoda tipar
3. Starea
4. Interpretorul
5. Vizitatorul
6. Concluzii
7. Recapitularea șabloanelor de proiectare

3
Terminologie
 Strategy = Strategie
 Template Method = Metoda tipar
 State = Stare
 Interpreter = Interpretor
 Visitor = Vizitator

Notă
 Programele care implementează șabloanele
descrise și care pot fi descărcate din pagina
cursului sunt parte integrantă a prezentării
4

6
SimUDuck
Extensii…

7
Extensii...
?
Alte clase…

8
Extensii...
Cod duplicat

9
Separarea aspectelor constante
de aspectele variabile

10
Încapsularea
comportamentelor

11
Încapsularea
comportamentelor

12
Stabilirea strategiei

13

14
Definiție
 Șablonul Strategie definește o familie de
algoritmi, încapsulează fiecare algoritm și îi
face interschimbabili. Acest șablon permite
algoritmului să varieze independent de clienții
care îl utilizează

15
Diagrama UML

16
Exemple
 Structură...
 Rățuștele...
 Sortări...
 Grafice...
 Personaje de joc...

Structură
17

Sortări
18

Grafice
19

Personaje de joc
20

21
Aplicabilitate
 Când mai multe clase înrudite diferă doar prin
modul lor de comportare
 Când este nevoie de variante diferite ale unui
algoritm
 Când un algoritm utilizează date ce nu trebuie
cunoscute de către clienți
 Când o clasă definește mai multe comportamente
iar acestea apar în operațiile ei sub formă de
instrucțiuni condiționale multiple

22
Avantaje și dezavantaje
 Definește familii de algoritmi înrudiți
 Este o alternativă la generarea de subclase
 Elimină instrucțiunile condiționale
 Poate furniza implementări diferite pentru același
comportament
 Număr crescut de obiecte
 Unele clase ConcreteStrategy mai simple pot să nu
utilizeze toate informațiile interfeței

24
Cafea și ceai
Rețetele sunt similare

25
Clasele corespunzătoare

26
Abstractizarea

Implementare
27

28
Definiție
 Șablonul Metoda tipar definește scheletul
unui algoritm dintr-o operație, transferând unii
pași către subclase. Șablonul permite
subclaselor să redefinească anumiți pași
dintr-un algoritm fără a schimba structura
acestuia

29
Diagrama UML

30
Exemple
 Structură...
 Ceaiul și cafeaua...
 Datele clienților...
 Sortările temperaturilor...
 Triunghiurile...

31
Ceaiul și cafeaua

Datele clienților
32

Triunghiuri
33

34
Metode ancoră
 engl. “hooks”
 Pot fi suprascrise
opțional de clasele
derivate
ancoră

35
Exemplu de ancoră

36
Suprascrierea ancorei

37
Principiul Hollywood
 „Nu ne suna tu, te sunăm noi”
 Componentele de nivel scăzut se pot ancora
în sistem, dar componentele de nivel înalt
determină când vor fi folosite acestea și cum
 Componentele de nivel înalt apelează
componentele de nivel scăzut și nu invers

38
Sortare cu Metoda tipar
Metoda care trebuie
implementată pentru
completarea tiparului

Sortare cu Metoda tipar
39

40
Applet-uri
 Metode ancoră:
 init
 start
 stop
 destroy
 paint

41
Aplicabilitate
 Când un algoritm este compus din părți invariabile,
care sunt tratate o singură dată, și părți variabile,
implementate de subclase
 Când comportarea comună a mai multor subclase
poate fi extrasă și localizată pentru evitarea
duplicării codului
 Când sunt necesare operații ancoră (engl. “hooks”)
 Pentru construirea platformelor (engl. “frameworks”)

42
Avantaje
 Reprezintă o tehnică fundamentală pentru
reutilizarea codului
 Structura de control respectă Principiul
Hollywood: clasa părinte apelează operațiile
unei subclase și nu invers

43
Discuție
 Metoda tipar utilizează moștenirea pentru a varia părți ale unui
algoritm. Strategia utilizează compunerea pentru a varia întregul
algoritm
 Constructorul (engl. “Builder”) construiește un obiect în mai mulți
pași. Metoda tipar execută un algoritm compus din mai mulți pași
 Ca și Metoda fabrică, Metoda tipar lasă subclasele să decidă
asupra unor implementări
 Ancorele sunt prezente în sistemul de operare Windows
(de exemplu funcția WndProc)
 Metodele abstracte sunt obligatorii pentru clasele derivate,
metodele ancoră sunt opționale

45
Gumball Machine

46
Abordarea 1

47
Abordarea 1
 Număr foarte mare de instrucțiuni condiționale
 Pentru s stări și n acțiuni, trebuie n metode,
fiecare cu s teste
 Aici trebuie 4 metode, fiecare cu 4 teste
 Când se adaugă noi stări, trebuie modificate
aceste teste

48
Abordarea 2

49
Exemplu: clasă de stări
 Clasa NoQuarterState
schimbarea stării

50
Tranziții de stare

51
Tranziții de stare

52
Definiție
 Șablonul Stare permite unui obiect să-și
modifice comportamentul când starea sa
internă se schimbă. Obiectul va părea că își
schimbă clasa

53
Diagrama UML

54
Exemple
 Structură...
 Gumball Machine...
 Conturi...

Structură
55

Gumball Machine
56

Conturi
57

58
Aplicabilitate
 Când comportamentul unui obiect depinde de
starea sa
 Când operațiile presupun multiple instrucțiuni
condiționale, care depind de starea obiectului

59
 Localizează comportarea specifică de stare și
partiționează comportarea pentru diferite stări
 Face tranzițiile de stare explicite
 Obiectele Stare pot fi partajate, dacă nu au câmpuri
 Pot exista mai multe Contexte care partajează Stările
 Se face un compromis: creșterea flexibilității pe baza
creșterii numărului de clase
 Alternativa: cod monolitic cu numeroase if-uri, greu de
înțeles și modificat

60
Discuție
 Dacă tranzițiile se fac în clasele de stări, se
creează dependențe între acestea
 Tranzițiile fixe se recomandă să fie efectuate în
Context
 Tranzițiile dinamice se pot face în Stările Concrete
 Pentru aceasta, trebuie să existe metode de acces în
Context pentru schimbarea stării curente

61
Discuție
 Strategia și Starea au diagrame asemănătoare
 Strategia este o alternativă la moștenire. Starea
este o alternativă la instrucțiunile condiționale
 Strategiile sunt de obicei specificate de la început
(chiar dacă se pot schimba ușor). Stările se schimbă
dinamic prin însăși motivația șablonului
 Obiectele Stare pot fi obiecte de tip Categoria
muscă (engl. “Flyweight”) sau obiecte Singleton

63
Exemplu

64
Soluție

65
Definiție
 Șablonul Interpretor definește o
reprezentare a gramaticii unui limbaj
împreună cu un interpretor care utilizează
reprezentarea pentru a interpreta propozițiile
din limbaj

66
Diagrama UML

67
Exemple
 Structură...
 Cifre romane...
 Rapoarte...

Structură
68

Cifre romane
69

Rapoarte
70
Multe clase!

Rapoarte
71
Reprezentare mai concisă
(doar numele claselor și
relațiile dintre ele)

72
Aplicabilitate
 Când trebuie interpretat un limbaj iar
instrucțiunile sale pot fi reprezentate sub
formă de arbori sintactici abstracți, mai ales:
 Când gramatica este simplă
 Altfel se pot utiliza generatoare de parsere
(de exemplu Lex, Yacc++, Visual BNF etc.)
 Când eficiența nu este un factor critic
 Expresiile regulate sunt de obicei transformate în stări

73
Aplicații în lumea reală
 Parsarea comenzilor utilizatorului
 Programe precum Mathematica, Maple (calcul
simbolic) sau Origin (desenare de grafuri)
 Generatoare de rapoarte: întrucât interfața cu
utilizatorul este de obicei mai simplă decât
limbajul SQL, se pot defini limbaje de interogare
mai simple, interpretate și traduse apoi în SQL

74
 Modificarea și extinderea gramaticii sunt ușor de realizat
 Se poate folosi și moștenirea pentru extindere
 Implementarea unei gramatici simple este ușor de făcut
 Generarea claselor poate fi automatizată
 Gramaticile complexe sunt greu de întreținut
 Interpretorul necesită câte o clasă pentru fiecare regulă
gramaticală
 Adăugarea unei căi noi de interpretare a expresiilor este
dificilă
 De exemplu verificarea tipurilor într-o expresie prin definirea unei
noi operații asupra claselor expresiei

75
Discuție
 Arborele sintactic abstract este o Compunere
(engl. “Composite”)
 Categoria muscă (engl. “Flyweight”) poate ajuta
la partajarea simbolurilor terminale din arbore
 Interpretorul poate folosi un Iterator pentru a
traversa structura

77
Definiție
 Șablonul Vizitator reprezintă o operație care
va fi efectuată pe elementele unei structuri de
obiecte, permițând definirea unei operații noi
fără a schimba clasele elementelor pe care
operează

Exemplu: clasele Element
78

Exemplu: clasele Visitor
79

Exemplu: structura de obiecte
și clientul
80

Diagrama UML
81Florin Leon, Ingineria programarii, http://florinleon.byethost24.com/curs_ip.htm

82
Exemple
 Structură...
 Angajați...
 Zile libere...

Structură
83

Angajați
84

Zile libere
85

86
Aplicabilitate
 Când o structură de obiecte conține multe clase cu interfețe
diferite
 Când pe obiectele dintr-o structură trebuie efectuate mai
multe operații neînrudite
 Nu se „poluează” clasele cu aceste operații
 Când se definesc des noi operații pe structură, dar clasele
structurii nu se modifică des
 Dacă o clasă nu are metoda Accept, se poate deriva pentru a
o adăuga
 Șablonul este util când nu se pot modifica sursele unor biblioteci
sau platforme pentru adăugarea unor noi funcții

87
Avantaje
 Facilitează adăugarea de operații noi
 Grupează operațiile înrudite și le separă pe cele neînrudite
 Vizitatorul poate vizita obiecte care nu au o clasă părinte
comună, spre deosebire de Iterator
 Se pot apela metode diferite în Vizitator în funcție de tipul
obiectului vizitat
 Alternativa ar fi testarea tipului obiectului
 Poate acumula starea pe măsură ce vizitează obiectele
 Pot exista mai mulți vizitatori într-un sistem
 Apelul bidirecțional Accept – Visit permite adăugarea mai
multor operații la vizitare

88
Dezavantaje
 Adăugarea de noi clase ConcreteElement este dificilă
 Șablonul nu este recomandat în timpul dezvoltării unui sistem,
când numărul de clase crește sau clasele se modifică mult
 Poate reduce încapsularea, obligând obiectele vizitate
să-și expună starea internă
 Vizitatorul nu poate accesa câmpurile private, deci trebuie să
existe metode publice de acces în obiectele vizitate
 Anti-șablonul de proiectare Anemic domain model: logica
programului este implementată în afara obiectelor din
domeniu

89
Discuție
 Vizitatorul poate fi utilizat la aplicarea unei operații
pe o structură Compusă (engl. “Composite”)
 Pentru vizitarea fiecărui element al unei colecții
se poate folosi Iteratorul acesteia
 Vizitatorul poate fi utilizat pentru a păstra
într-o singură clasă comportarea fiecărui nod
din arborele sintactic al unui Interpretor

91
Concluzii (ȘPC II)
 Strategia definește o familie de algoritmi, încapsulează fiecare
algoritm și îi face interschimbabili
 Metoda tipar definește scheletul unui algoritm dintr-o operație,
transferând unii pași către subclase
 Starea permite unui obiect să-și modifice comportamentul când
starea sa internă se schimbă
 Interpretorul definește o reprezentare a gramaticii unui limbaj
împreună cu un interpretor care utilizează reprezentarea pentru a
interpreta propozițiile din limbaj
 Vizitatorul reprezintă o operație care va fi efectuată pe
elementele unei structuri de obiecte, permițând definirea unei
operații noi fără a schimba clasele elementelor pe care operează

92
Șabloanele de proiectare (I)
 Cunoașterea fundamentelor programării orientate pe obiecte
nu implică automat abilități de proiectare orientată pe obiecte
 Proiectele orientate pe obiecte de succes sunt ușor de
reutilizat, extins și întreținut
 Șabloanele de proiectare recomandă o serie de modalități de
a proiecta astfel de sisteme
 Șabloanele sunt la un nivel mai înalt de abstractizare decât
bibliotecile de funcții
 Șabloanele nu au fost inventate, au fost descoperite
rezolvând probleme reale
 Reflectă experiența unor proiectanți

93
Șabloanele de proiectare (II)
 Când sunt folosite corect, șabloanele de proiectare
pot face un sistem mai flexibil și mai ușor de
întreținut
 Când sunt folosite fără a fi nevoie, ele cresc inutil
complexitatea sistemului
 Cunoașterea șabloanelor de proiectare are
avantajul folosirii unui vocabular comun, ceea ce
permite exprimarea mai succintă a ideilor de
proiectare

95
Recapitulare
 Șabloane creaționale
1. Metoda fabrică
2. Fabrica abstractă
3. Singleton
4. Prototipul
5. Constructorul

96
Metoda fabrică
 Șablonul Metoda
fabrică definește o
interfață pentru crearea
unui obiect, dar lasă
subclasele să decidă ce
clasă să instanțieze.
Șablonul permite unei
clase să cedeze
subclaselor instanțierea
de obiecte

97
Fabrica abstractă
 Șablonul Fabrica
abstractă asigură o
interfață pentru crearea
unor familii de obiecte
înrudite sau
dependente fără a le
specifica clasele
concrete

98
Singleton
 Șablonul Singleton
asigură faptul că o
clasă are o singură
instanță și oferă un
punct global de acces
la aceasta

99
Prototip
 Șablonul Prototip
precizează, folosind o
instanță prototip, tipurile
de obiecte ce vor fi
create și creează noile
obiecte copiind acest
prototip

100
Constructor
 Șablonul Constructor
separă construcția unui
obiect complex de
reprezentarea acestuia,
astfel încât același
proces de construcție
să poată crea
reprezentări diferite

101
Recapitulare
 Șabloane structurale
1. Adaptorul
2. Fațada
3. Decoratorul
4. Puntea
5. Proxy
6. Categoria muscă
7. Compunerea

102
Adaptorul
 Șablonul Adaptor
convertește interfața
unei clase în altă
interfață pe care o
așteaptă clientul.
Adaptorul permite să
funcționeze împreună
clase care altfel nu ar
putea din cauza
interfețelor
incompatibile

103
Fațada
 Șablonul Fațadă
asigură o interfață
unificată la o mulțime
de interfețe dintr-un
subsistem. Fațada
definește o interfață de
nivel mai înalt care face
subsistemul mai ușor
de utilizat

104
Decoratorul
 Șablonul Decorator
atașează
responsabilități
suplimentare unui
obiect în mod dinamic.
Decoratorii asigură o
alternativă flexibilă la
derivare pentru
extinderea
funcționalității

105
Puntea
 Șablonul Punte
decuplează o
abstracțiune de
implementarea ei,
astfel încât cele două
să poată varia în mod
independent

106
Proxy
 Șablonul Proxy asigură
un surogat sau un
înlocuitor pentru alt
obiect pentru a controla
accesul la acesta

107
Categoria muscă
 Șablonul Categoria
muscă folosește
partajarea pentru a
gestiona eficient un
număr mare de obiecte
de dimensiuni mici

108
Compunerea
 Șablonul Compunere
compune obiecte în
structuri de tip arbore
pentru a reprezenta
ierarhii parte-întreg.
Șablonul permite
clienților să trateze
uniform obiecte
individuale și
compuneri de obiecte

109
Recapitulare
 Șabloane comportamentale
1. Iteratorul
2. Observatorul
3. Comanda
4. Lanțul responsabilităților
5. Mediatorul
6. Memento
7. Strategia
8. Metoda tipar
9. Starea
10. Interpretorul
11. Vizitatorul

110
Iteratorul
 Șablonul Iterator
asigură o cale de
accesare secvențială a
elementelor unui obiect
agregat, fără a expune
reprezentarea lui de
bază

111
Observatorul
 Șablonul Observator
definește o dependență
1 la N între obiecte,
astfel încât în cazul în
care un obiect își
schimbă starea, vor fi
înștiințate și actualizate
automat toate obiectele
sale dependente

112
Comanda
 Șablonul Comandă
încapsulează o cerere
ca obiect, permițând
parametrizarea
clienților cu diferite
cereri, formarea unei
cozi de cereri sau
stocarea istoricului
acestora și asigurarea
suportului pentru
anularea operațiilor

113
Lanțul responsabilităților
 Șablonul Lanțul
responsabilităților evită
cuplarea între expeditorul și
destinatarul unei cereri,
acordând mai multor
obiecte o șansă de a
rezolva cererea. Șablonul
înlănțuie obiectele
destinatar și trece cererea
de-a lungul lanțului până
când un obiect o rezolvă

114
Mediatorul
 Șablonul Mediator definește
un obiect care încapsulează
modul în care
interacționează o mulțime
de obiecte. Acest șablon
promovează cuplarea
slabă, interzicând obiectelor
să facă referințe explicite
unul la celălalt și permite
modificarea independentă a
interacțiunilor

115
Memento
 Șablonul Memento
capturează și
exteriorizează starea
internă a unui obiect
fără a viola
încapsularea, astfel
încât obiectul să poată
fi readus ulterior la
respectiva stare

116
Strategia
 Șablonul Strategie
definește o familie de
algoritmi, încapsulează
fiecare algoritm și îi
face interschimbabili.
Acest șablon permite
algoritmului să varieze
independent de clienții
care îl utilizează

117
Metoda tipar
 Șablonul Metoda tipar
definește scheletul unui
algoritm dintr-o
operație, transferând
unii pași către
subclase. Șablonul
permite subclaselor să
redefinească anumiți
pași dintr-un algoritm
fără a schimba
structura acestuia

118
Starea
 Șablonul Stare
permite unui obiect
să-și modifice
comportamentul când
starea sa internă se
schimbă. Obiectul va
părea că își schimbă
clasa

119
Interpretorul
 Șablonul Interpretor
definește o reprezentare
a gramaticii unui limbaj
împreună cu un
interpretor care utilizează
reprezentarea pentru a
interpreta propozițiile din
limbaj

120
Vizitatorul
 Șablonul Vizitator
reprezintă o operație
care va fi efectuată pe
elementele unei
structuri de obiecte,
permițând definirea
unei operații noi fără a
schimba clasele
elementelor pe care
operează

Sabloane de proiectare comportamentale (II)

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Sabloane de proiectare comportamentale (II)

Similar to Sabloane de proiectare comportamentale (II) (18)

More from Florin Leon

More from Florin Leon (17)

Sabloane de proiectare comportamentale (II)