Sabloane de proiectare creationale (II)

Ingineria programării
6. Șabloane de proiectare
creaționale (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
creaționale (II)
1. Singleton
2. Prototip
3. Constructor
4. Concluzii

3
Terminologie
 Singleton
 Prototype = Prototip
 Builder = Constructor (≠ constructorul unei
clase, fr. “Monteur”, montator, asamblor)

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

6
Singleton
 Uneori este nevoie să garantăm faptul ca o clasă să aibă o
singură instanță
 Bazin de resurse (engl. “resource pool”)
 De exemplu: fire de execuție, conexiuni de rețea
 Registrul Windows
 Gestionarea unui set de preferințe
 Interfață cu sistemul de operare
 Driver pentru un dispozitiv
 De exemplu: imprimantă, placă grafică, controller
 Depozit de date (engl. “data repository”)
 Un Singleton este o clasă care poate avea doar o singură
instanță

Definiție
 Șablonul Singleton asigură faptul că o
clasă are doar o singură instanță și
furnizează un punct de acces global către
aceasta
7

8
Implementarea clasică

9
Alternative
 Variabilă globală statică
 Se alocă automat, chiar dacă nu va fi folosită
 Clasă cu câmpuri statice
 Spre deosebire de varianta statică, clasa Singleton este
o clasă normală, cu stare internă, metode de prelucrare
a acestei stări, se poate deriva sau poate implementa o
interfață
 Inițializarea întârziată este utilă în cazul în care
obiectul folosește multe resurse
 Instanța nu se alocă decât în momentul utilizării efective

10
Structură
Singleton
- theInstance : Singleton = null
- Singleton()
+ instance() : Singleton
Client
if ( theInstance == null )
theInstance = new Singleton()
return instance

11
Comportament
:Client Singleton:Class
s:Singleton
s=instance()
[no instance]
create
sd SingletonBehavior
opt

12
Multithreading
 Două fire de execuție diferite pot accesa
secțiunea simultan și pot instanția două
obiecte

13
Abordarea 2
secțiune sincronizată
toate citirile se fac după
blocare, iar toate scrierile se
fac înainte de deblocare
performațele scad datorită
blocării/deblocării la fiecare acces

14
Abordarea 3
“double-checked locking”

15
Modificatorul “volatile” utilizat
pentru un câmp accesat de mai
multe fire de execuție asigură
faptul că un fir de execuție citește
valoarea cea mai recentă a
câmpului, setată de un alt fir de
execuție.
Sistemul citește valoarea curentă
a unui obiect volatil în momentul
solicitării, chiar dacă instrucțiunea
precedentă a citit valoarea
aceluiași obiect. De asemenea,
valoarea obiectului este scrisă
imediat după atribuire.
Abordarea 3

16
Abordarea 4
detalii în slide-ul următor

17
Flag-ul beforefieldinit

18
Flag-ul beforefieldinit
 Dacă flag-ul beforefieldinit este setat (adică atunci când
NU se definește un constructor static), CLR-ul instanțiază
clasa doar după ce are loc una din următoarele situații:
 Se creează o instanță a clasei sau
 Este accesat un câmp static sau o metodă statică a clasei
 Înainte de a fi accesat un membru static, JIT verifică dacă a fost
apelat mai întâi constructorul static: scade performanța, dar crește
siguranța
 CLR = Common Language Runtime (mediul de execuție pentru program)
 JIT = Just-In-Time compiler

Constructorul static
 În exemplul de mai jos, dacă flag-ul beforefieldinit este
setat, este posibil ca r1 să nu fie inițializat când se
apelează metodele Method1 și Method2, deoarece
metodele nu accesează câmpul r1
 În general, se recomandă folosirea constructorului static,
pentru a evita defecte subtile, greu de depistat
19

20
Dificultăți
 Java
 Classloader
 Garbage collector
 C++
 Resursele folosite de un Singleton trebuie dezalocate la
închiderea aplicației
 Singleton-ul Meyers definește instanța ca o variabilă locală
statică într-o funcție, care returnează o referință la ea
 O astfel de definiție invocă destructorul Singleton înainte
de terminarea programului, prevenind scurgerile de
memorie (engl. “memory leaks”)

21
Singleton în C++
 GoF: instanța este creată când
se apelează prima dată
metoda, dar nu este distrusă
 Meyers: instanța este creată la fel,
dar destructorul se apelează
înainte de terminarea programului

Dificultăți
 Singleton-ul este o modalitate de lucru cu stări globale
 Stările globale trebuie evitate pe cât posibil deoarece:
 Pot fi modificate de orice parte din program, ceea ce face dificilă
înțelegerea tuturor utilizărilor posibile
 Două apeluri identice pot avea rezultate diferite dacă stările
globale, utilizate de ambele, se modifică între timp
 Sunt greu de testat:
 Două componente care funcționează corect în izolare pot funcționa
incorect când sunt testate împreună
 Poate fi nevoie simultan de mai multe cópii ale mediului de execuție,
de exemplu pentru a verifica unele proprietăți invariante
22

Injectarea dependențelor
 Folosind stări globale, codul este mai greu de întreținut:
dependențele nu apar explicit
 O soluție este injectarea dependențelor: în constructor,
într-o metodă setter sau într-o metodă normală

24
Exemple C#
 Cele 4 variante...
 Structura...
 Load Balancer...

Cele 4 variante
25

Structura
26

Load Balancer
27

28
Discuție
 Unele șabloane pot fi implementate folosind un
Singleton
 De exemplu, o Fabrică abstractă poate utiliza un Singleton
pentru a asigura unicitatea fabricii
 Fabricile trebuie să fie accesibile global; prin folosirea unui
Singleton, se asigură faptul că o singură fabrică va controla
crearea obiectelor
 Această abordare este utilă dacă fabrica alocă instanțele
de obiecte dintr-un bazin (engl. “pool”) de obiecte

30
Clonarea
 O alternativă la instanțierea unei clase este
realizarea unei clone a unui obiect
 O clonă este o copie a unui obiect
 Clona are starea sursei la momentul creării

31
Copii superficiale și profunde
 engl. “shallow copies”, “deep copies”
 La copierea obiectelor care au referințe la alte
entități (de exemplu, obiecte) se pune întrebarea:
trebuie copiate referințele sau entitățile referențiate?
 Copie superficială: se copiază referințele
 Copie profundă: se copiază entitățile referențiate și
orice alte entități referențiate recursiv
 Tipul de copiere recomandat depinde de situație

32
Copii superficiale și profunde

Definiție
 Șablonul Prototip precizează, folosind o
instanță prototip, tipurile de obiecte ce vor
fi create și creează noile obiecte copiind
acest prototip
33

34
Șablonul Prototip
 Ideea de bază: utilizarea unei instanțe tipice pentru a
crea o instanță înrudită
 Folosește clonarea, implementată de o metodă Clone()
 Asemănător cu Metoda fabrică, dar se returnează un
obiect de același tip, nu un „Produs”
 Utilizează interfețe pentru a decupla clientul de produsul
clonat
 Nu specifică dacă clonarea este superficială sau
profundă. Tipul depinde de problema curentă

35
Structură
«interface»
Prototype
clone()
Client
ConcretePrototype1
ConcretePrototype2
prototype

36
Comportament
:Client :Prototype
p:Prototype
p=clone() create
sd PrototypeBehavior

Exemplu: prototipuri grafice
 Se poate construi un editor de note muzicale
particularizând un editor grafic general

38
Template-urile Word
 Template-urile sunt prototipuri de documente completate
parțial, care urmează să fie modificate de utilizator

Font-uri C#
 textBox.Font = new Font(textBox.Font, newStyle);
39

Clonare în C#
 Clonare superficială
 Clonare profundă
40

Manager de prototipuri
 Un manager de prototipuri este o clasă utilizată
pentru a adăuga și regăsi prototipuri într-o
manieră centralizată, pe baza unor parametri, de
exemplu indecși numere întregi sau enumerări
41

42
Exemple C#
 Structura...
 Color Manager...
 Swimmers...

43
Structura

44
Color Manager

45
Swimmers

46
Aplicabilitate
 Când clienții trebuie decuplați de produse:
 Dacă clasele care trebuie instanțiate sunt specificate în
momentul execuției (de exemplu, încărcare dinamică)
 Pentru a evita construirea unei ierarhii de fabrici paralele
cu ierarhia de produse
 Dacă instanțele unei clase pot avea una sau doar câteva
combinații distincte de stări
 Prototipul este asemănător cu Metoda fabrică, însă
folosește clonarea în loc de instanțiere

47
Dificultăți
 Se poate dori inițializarea unor valori după clonare
 Problema principală este legată de tipul clonării
 Clonarea superficială poate afecta datele partajate
 În cazul unei clone profunde, toate componentele clonei
trebuie să fie clone ale componentelor prototipurilor
 Clonarea profundă este imposibilă în cazul referințelor
circulare

49
Constructor
 Șablonul Constructor separă construcția unui
obiect complex de reprezentarea acestuia, astfel
încât același proces de construcție să poată
crea reprezentări diferite

50
Structură

51
Exemple C#
 Structura...
 Vehicle Builder...
 Equities...

52
Structura

53
Vehicle Builder

54
Equities

Variante
 Același director poate folosi mai mulți
constructori concreți pentru a crea diferite
produse concrete
 Ca în exemplele prezentate anterior
 Aceeași interfață de constructor poate fi folosită
de mai mulți directori
 Ca în exemplul următor
55

Planificarea vacanței
56

57
Aplicabilitate
 Când algoritmul de creare a unui obiect complex
este independent de părțile care compun
obiectul și de modul lor de asamblare
 Când procesul de construcție trebuie să permită
reprezentări diferite pentru obiectul construit
 Șablonul este des folosit în realizarea parserelor
pentru diferite formate

58
Discuție
 Constructorul creează un obiect complex pas cu pas.
Fabrica abstractă creează familii de obiecte, câte un
component odată
 Produsul este returnat de Constructor ca ultim pas,
Fabrica abstractă returnează un produs imediat
 Constructorul încapsulează logica modului în care este
asamblat un obiect complex, astfel încât clientul poate
doar să ceară o configurație, iar directorul direcționează
logica de construire
 Fabrica abstractă este preocupată de CE se realizează,
Constructorul este preocupat de CUM se realizează

59
Discuție
 Deseori, proiectarea poate să înceapă cu Metoda fabrică
(mai simplă) și să evolueze către alte șabloane mai
flexibile și mai complexe (Prototip, Constructor, Fabrica
abstractă)
 Constructorul poate utiliza alte șabloane pentru a
implementa componentele care se construiesc
 Constructorul, Fabrica abstractă și Prototipul pot utiliza un
Singleton pentru implementare
 Constructorul construiește deseori o Compunere
(engl. “Composite”, șablon structural)

60
Șabloane înrudite
Prototip Fabrica
abstractă
Constructor
Un obiect folosit pentru a crea
alte obiecte-produs specifice
Obiectul fabrică
produse din mai
multe clase
Un produs complex
este construit
incremental
Produsul este creat
prin copierea și
modificarea unui
obiect prototip

61
Concluzii
 Șablonul Singleton garantează că dintr-o clasă
poate exista numai o singură instanță
 Șablonul Prototip are ca scop clonarea
instanțelor de obiecte în momentul execuției pe
baza unor obiecte prototip
 Șablonul Constructor abstractizează pașii de
construire a unui obiect astfel încât diferite
implementări ale acestor pași pot construi
reprezentări diferite ale obiectelor

Sabloane de proiectare creationale (II)

Recommended

Recommended

More Related Content

More from Florin Leon

More from Florin Leon (20)

Sabloane de proiectare creationale (II)