1 Inżynieria oprogramowania Wzorce konstrukcyjne WWW: http://www.fizyka.umk.pl/~jacek/dydaktyka/inzynieria/index.html Jacek Matulewski Instytut Fizyki, UMK WWW: http://www.fizyka.umk.pl/~jacek E-mail: [email protected] semestr letni 2016
2 Główna lektura 1 Głównym materiałem źródłowym jest książka tzw. gangu czworga pt. „Wzorce projektowe”.
3 Główna lektura 1 Głównym materiałem źródłowym jest książka tzw. gangu czworga pt. „Wzorce projektowe”.
4 Główna lektura 2 Dodatkowo wykorzystamy adaptacje do C# wzorców G4 opisane w książce S. J. Metskera
5 Wzorce konstrukcyjne Wzorce pozwalające oddzielić proces tworzenia instancji obiektów od jego definicji: Budowniczy (Builder) Fabryka abstrakcyjna (Abstract Factory) Metoda wytwórcza (Factory Method) Prototyp (Prototype) Singleton (Singleton)
6 Budowniczy (Builder) Założenia: Model posiada klasę organizującą ( Labirynt ) oraz kilka klas dodatkowych ( Komórka, Ściana, itd.) Cel: 1. Wydzielenie kodu służącego do budowy złożonego produktu (u nas obiektu modelu) z jego klasy 2. Przesłonięcie szczegółów implementacji modelu (tzw. reprezentacji wewnętrznej). 3. Korzystanie z różnych budowniczych prowadzi do tworzenia różnych produktów bez zmiany kodu funkcji tworzącej i zasadniczej struktury produktu
7 Budowniczy (Builder) Implementacja: Do modelu dodana zostaje klasa służąca tylko do stopniowego budowania złożonej instancji głównej klasy modelu. Po zmianach ważne będą już tylko dwie klasy modelu: Labirynt i BudowniczyLabiryntu Nazwy używane w kontekście tego wzorca: Kontroler – Director, kierownik BudowniczyLabiryntu – Builder, budowniczy StdBudowniczyLabiryntu – Concrete Builder Labirynt – Product, produkt
8 Budowniczy (Builder) http://zenit.senecac.on.ca/wiki/index.php/Builder
9 Budowniczy (Builder) http://zenit.senecac.on.ca/wiki/index.php/Builder
10 Budowniczy (Builder) Zadania domowe (1) i konkursy (2, 3): 1.Przygotować budowniczego labiryntu, który zamiast tworzyć labirynt jedynie liczy komórki i drzwi, a na końcu wyświetla uzyskane liczby. 2.Ukryj w przestrzeni klasy tworzące tzw. wewnętrzną reprezentację (klasy inne niż Labirynt i klasę zawierającą budowniczego). 3.Przygotować budowniczego dla labiryntu złożonego z foremnych trójkątów na zamkniętym pasie. Użyć PBC w jednym kierunku (konkurs).
11 Metoda wytwórcza (Factory method) Założenia: W odróżnieniu od budowniczego chcemy zmieniać nie zawartość złożonego produktu, a móc wybierać między różnymi klasami produktu Cel: 1. Interfejs do tworzenia różnych produktów (ale bez tworzenia nowej klasy wytwórcy) 2. Możliwość rozszerzania o nowe typy produktów 3. Stworzenie wiele „wirtualnych konstruktorów” dla szczegółowych klas modelu
12 Metoda wytwórcza (Factory method) Implementacja: W klasie kontrolującej aplikację (u nas w kontrolerze) stworzymy metody tworzące elementy labiryntu i sam labirynt. Klasa zawierająca metody – Wytwórca. Można tworzyć klasy potomne Wytwórcy/Kontrolera zmieniając zasady gry i modyfikując elementy labiryntu Nazwy używane w kontekście tego wzorca: Kontroler – Creator, wytwórca StandardowyKontroler – Concrete creator Labirynt - Product StandardowyLabirynt – Concrete product
13 Metoda wytwórcza (Factory method) http://zenit.senecac.on.ca/wiki/index.php/Factory_Method
14 Fabryka abstrakcyjna (Abstract factory) Założenia: W odróżnieniu od budowniczego chcemy zmieniać nie zawartość złożonego produktu, a móc wybierać między różnymi klasami produktu (= metoda wytw.) Cel: 1. Zebranie metod wytwórczych dla rodziny produktu w jednej klasie (często singletonie) 2. Stworzenie interfejsu do tworzenia obiektów (fabryka abstrakcyjna) z możliwością jej nadpisywania w fabryce konkretnej
15 Fabryka abstrakcyjna (Abstract factory) Implementacja: Tworzymy nową klasę zawierającą zbiór metod wytwórczych tworzących poszczególne elementy labiryntu Nazwy używane w kontekście tego wzorca: FabrykaLabiryntu – Abstract factory StandardowaFabrykaLabiryntu – Concrete factory, fabryka konkretna Labirynt – Abstract product StandardowyLabirynt – Concrete product Kontroler – Client
16 Fabryka abstrakcyjna (Abstract factory) http://zenit.senecac.on.ca/wiki/index.php/Abstract_Factory
17 Singleton (Singleton) Założenia: Możliwe jest utworzenie tylko jednej instancji klasy Implementacja: Stworzymy klasę potomną fabryki abstrakcyjnej, która będzie przechowywała prototypy i zwracała ich kopie na żądanie
18 Singleton (Singleton) http://zenit.senecac.on.ca/wiki/index.php/Singleton Prywatna instancja klasy Ukryty (chroniony) konstruktor Metoda pozwalająca na pobranie jednej, przechowywanej instancji Inny sposób implementacji: klasa zawierająca wyłącznie statyczne pola i metody
19 Singleton (Singleton) Przykładowy kod C++: #pragma once class Singleton { private: static Singleton* instancja; protected: Singleton() {}; //ukryty konstruktor public: static Singleton* PobierzInstancję() { if (instancja == 0) //lazy initialization instancja = new Singleton(); return instancja; } };
20 Singleton (Singleton) Przykładowy kod C#: class Singleton { private static Singleton instancja; protected Singleton() {}; //ukryty konstruktor public static Singleton Instancja { get { if (instancja == null) //lazy initialization instancja = new Singleton(); return instancja; } };
21 Singleton (Singleton) Przykładowy kod C# (w wielu wątkach): class Singleton { private static lockObject = typeof(Singleton); private static Singleton instancja; protected Singleton() {}; //ukryty konstruktor public static Singleton Instancja { get { lock(lockObject) { if (instancja == null) //lazy initialization instancja = new Singleton(); return instancja; }
22 Singleton (Singleton) Problemy: Wzorzec krytykowany za - odmiana zmiennych globalnych - kontrolę tworzenia i cyklu życia - powoduje „ciasne” wiązania w kodzie Singleton vs dziedziczenie Zadanie domowe (1) i konkursy (2): 1.Zmodyfikować wzorzec Singletonu w taki sposób, aby możliwe było tworzenie N instancji 2.Znaleźć sposób, aby uniemożliwić niezależne tworzenie klas potomnych (C#: modyfikator sealed )
23 Prototyp (Prototype) Założenia: Fabryka, która kopiuje przechowywane wzorcowe instancje produktów, czyli prototypy Konsekwencje: 1. Produkty muszą mieć możliwość klonowania (konstruktor copy i/lub metoda Clone) 2. Inicjowanie stanu klonów już po ich utworzeniu (a więc nie przez konstruktor!) 3. Można zmieniać produkt w trakcie działania programu (wystarczy podmienić prototyp)
24 Prototyp (Prototype) Implementacja: Stworzymy alternatywną fabrykę abstrakcyjną, przechowującą prototypy i zwracającą ich kopie na żądanie Nazwy używane w kontekście tego wzorca: MiejsceWLabiryncie – Prototype, prototyp (deklaruje metodę Klonuj ) Komórka, Ściana, Drzwi – Concrete prototype, produkt konkretny (definiują metodę Klonuj ) FabrykaLabiryntuZPrototypami – Client (przechowuje instancje prototypów i je klonuje)
25 Prototyp (Prototype) http://zenit.senecac.on.ca/wiki/index.php/Prototype
26 Prototyp (Prototype) Zadanie domowe (1) i konkurs (2): 1.Rozszerzyć fabrykę o prototyp labiryntu 2.Zmienić kod fabryki tak, żeby przechowywała dowolną tablicę prototypów
27 Wzorce konstrukcyjne - zadania 1.Poprzez refaktoryzację doprowadź projekt 'Wąż' do architektury MVC. 2.W aplikacji Windows Forms lub WPF zdefiniować metodę wytwórczą, która będzie tworzyła przycisk, umieszczała go w zadanym miejscu formy lub panelu i zmieniała jego kolor na podany w argumencie. Kliknięcie przycisku powinno powodować zmianę koloru przycisku na czarny. 3.Zdefiniuj metodę wytwórczą, która buduje zielono-czerwoną szachownicę o podanym w argumencie rozmiarze, w której klikanie przycisków powoduje zmianę ich koloru na czarny. 4.Stwórz fabrykę abstrakcyjną, która buduje szachownicę. Kolory będą podane w fabryce konkretnej. 5.Zmień fabrykę w fabrykę z prototypami, w której wzorzec przycisku (bez koloru) podawany jest przez argument konstruktora.