Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Введение в паттерны проектирования

Самая трудная задача в объектно-ориентированном проектировании - разло­жить систему на объекты. При решении приходится учитывать множество факто­ров: инкапсуляцию, глубину детализации, наличие зависимостей, гибкость, про­изводительность, развитие, повторное использование и т.д. и т.п. Все это влияет на декомпозицию, причем часто противоречивым образом.

Методики объектно-ориентированного проектирования отражают разные под­ходы. Вы можете сформулировать задачу письменно, выделить из получившейся

Как решать задачи проектирования

фразы существительные и глаголы, после чего создать соответствующие классы и операции. Другой путь - сосредоточиться на отношениях и разделении обязан­ностей в системе. Можно построить модель реального мира или перенести выяв­ленные при анализе объекты на свой дизайн. Согласие по поводу того, какой под­ход самый лучший, никогда не будет достигнуто.

Многие объекты возникают в проекте из построенной в ходе анализа модели. Но нередко появляются и классы, у которых нет прототипов в реальном мире. Это могут быть классы как низкого уровня, например массивы, так и высокого. Пат­терн компоновщик вводит такую абстракцию для единообразной трактовки объ­ектов, у которой нет физического аналога. Если придерживаться строгого моде­лирования и ориентироваться только на реальный мир, то получится система, отражающая сегодняшние потребности, но, возможно, не учитывающая будущего развития. Абстракции, возникающие в ходе проектирования, - ключ к гибкому дизайну.

Паттерны проектирования помогают выявить не вполне очевидные абстрак­ции и объекты, которые могут их использовать. Например, объектов, представля­ющих процесс или алгоритм, в действительности нет, но они являются неотъем­лемыми составляющими гибкого дизайна. Паттерн стратегия описывает способ реализации взаимозаменяемых семейств алгоритмов. Паттерн состояние позво­ляет представить состояние некоторой сущности в виде объекта. Эти объекты ред­ко появляются во время анализа и даже на ранних стадиях проектирования. Ра­бота с ними начинается позже, при попытках сделать дизайн более гибким и пригодным для повторного использования.

Определение степени детализации объекта

Размеры и число объектов могут сильно варьироваться. С их помощью может быть представлено все, начиная с уровня аппаратуры и до законченных приложе­ний. Как же решить, что должен представлять собой объект?

Здесь и потребуются паттерны проектирования. Паттерн фасад показывает, как представить в виде объекта целые подсистемы, а паттерн приспособленец -как поддержать большое число объектов при высокой степени детализации. Дру­гие паттерны указывают путь к разложению объекта на меньшие подобъекты. Абстрактная срабрика и строитель описывают объекты, единственной целью ко­торых является создание других объектов, а посетитель и команда - объекты, отвечающие за реализацию запроса к другому объекту или группе.

Специфицирование интерфейсов объекта

При объявлении объектом любой операции должны быть заданы: имя опера­ции, объекты, передаваемые в качестве параметров, и значение, возвращаемое опе­рацией. Эту триаду называют сигнатурой операции. Множество сигнатур всех определенных для объекта операций называется интерфейсом этого объекта. Ин­терфейс описывает все множество запросов, которые можно отправить объекту. Любой запрос, сигнатура которого соответствует интерфейсу объекта, может быть ему послан.

Тип — это имя, используемое для обозначения конкретного интерфейса. Гово­рят, что объект имеет тип Window, если он готов принимать запросы на выполне­ние любых операций, определенных в интерфейсе с именем Window. У одного объекта может быть много типов. Напротив, сильно отличающиеся объекты мо­гут разделять общий тип. Часть интерфейса объекта может быть охарактеризова­на одним типом, а часть - другим. Два объекта одного и того же типа должны раз­делять только часть своих интерфейсов. Интерфейсы могут содержать другие интерфейсы в качестве подмножеств. Мы говорим, что один тип является подти­пом другого, если интерфейс первого содержит интерфейс второго. В этом случае второй тип называется супертипом для первого. Часто говорят также, что подтип наследует интерфейс своего супертцпа.

В объектно-ориентированных системах интерфейсы фундаментальны. Об объектах известно только то, что они сообщают о себе через свои интерфейсы. Никакого способа получить информацию об объекте или заставить его что-то сде­лать в обход интерфейса не существует. Интерфейс объекта ничего не говорит о его реализации; разные объекты вправе реализовывать сходные запросы совер­шенно по-разному. Это означает, что два объекта с различными реализациями могут иметь одинаковые интерфейсы.

Когда объекту посылается запрос, то операция, которую он будет выполнять, зависит как от запроса, так и от объекта-адресата. Разные объекты, поддерживаю­щие одинаковые интерфейсы, могут выполнять в ответ на такие запросы разные операции. Ассоциация запроса с объектом и одной из его операций во время вы­полнения называется динамическим связыванием.

Динамическое связывание означает, что отправка некоторого запроса не опре­деляет никакой конкретной реализации до момента выполнения. Следовательно, допустимо написать программу, которая ожидает объект с конкретным интерфей­сом, точно зная, что любой объект с подходящим интерфейсом сможет принять этот запрос. Более того, динамическое связывание позволяет во время выполне­ния подставить вместо одного объекта другой, если он имеет точно такой же ин­терфейс. Такая взаимозаменяемость называется полиморфизмом и является важ­нейшей особенностью объектно-ориентированных систем. Она позволяет клиенту не делать почти никаких предположений об объектах, кроме того, что они поддер­живают определенный интерфейс. Полиморфизм упрощает определение клиен­тов, позволяет отделить объекты друг от друга и дает объектам возможность из­менять взаимоотношения во время выполнения.

Паттерны проектирования позволяют определять интерфейсы, задавая их ос­новные элементы и то, какие данные можно передавать через интерфейс. Паттерн может также «сказать», что не должно проходить через интерфейс. Хорошим при­мером в этом отношении является хранитель. Он описывает, как инкапсулировать и сохранить внутреннее состояние объекта таким образом, чтобы в будущем его можно было восстановить точно в таком же состоянии. Объекты, удовлетворяю­щие требованиям паттерна хранитель, должны определить два интерфейса: один ограниченный, который позволяет клиентам держать у себя и копировать храните­ли, а другой привилегированный, которым может пользоваться только сам объект для сохранения и извлечения информации о состоянии их хранителя.

Как решать задачи проектирования

Паттерны проектирования специфицируют также отношения между интер­фейсами. В частности, нередко они содержат требование, что некоторые классы должны иметь схожие интерфейсы, а иногда налагают ограничения на интерфей­сы классов. Так, декоратор и заместитель требуют, чтобы интерфейсы объектов этих паттернов были идентичны интерфейсам декорируемых и замещаемых объ­ектов соответственно. Интерфейс объекта, принадлежащего паттерну посети­тель, должен отражать все классы объектов, с которыми он будет работать.

Специфицирование реализации объектов

До сих пор мы почти ничего не сказали о том, как же в действительности опре­деляется объект. Реализация объекта определяется его классом. Класс специфи­цирует внутренние данные объекта и его представление, а также операции, кото­рые объект может выполнять.

В нашей нотации, основанной на ОМТ (см. приложение В), класс изобража­ется в виде прямоугольника, внутри которого жирным шрифтом написано имя класса. Ниже обычным шрифтом перечислены операции. Любые данные, которые определены для класса, следуют после операций. Имя класса, операции и данные разделяются горизонтальными линиями.

Типы возвращаемого значения и переменных экземпляра необязательны, поскольку мы не ограничиваем себя языками программирования с сильной ти­пизацией.

Объекты создаются с помощью инстанцирования клас­са. Говорят, что объект является экземпляром класса. В про­цессе инстанцирования выделяется память для переменных экземпляра (внутренних данных объекта), и с этими данны­ми ассоциируются операции. С помощью инстанцирования одного класса можно создать много разных объектов-эк­земпляров.

Пунктирная линия со стрелкой обозначает класс, который инстанцирует объекты другого класса. Стрелка направлена в сторону класса инстанцированно-го объекта.

Новые классы можно определить в терминах существую­щих с помощью наследования классов. Если подкласс наследу­ет родительскому классу, то он включает определения всех данных и операций, определенных в родительском классе. Объекты, являющиеся экземплярами подкласса, будут со­держать все данные, определенные как в самом подклассе, так и во всех его родительских классах. Такой объект сможет выполнять все операции, определенные в подклассе и его предках. Отношение «яв­ляется подклассом» обозначается вертикальной линией с треугольником.

Класс называется абстрактным, если его единственное назначение - опреде­лить общий интерфейс для всех своих подклассов. Абстрактный класс делегирует