Материал: Паттерны
Оглавление
Паттерн Abstract Factory (абстрактная фабрика) 5
Назначение паттерна Abstract Factory 5
Результаты применения паттерна Abstract Factory 5
Достоинства паттерна Abstract Factory 5
Недостатки паттерна Abstract Factory 5
Паттерн Builder (строитель) 7
Назначение паттерна Builder 7
Описание паттерна Builder 7
Результаты применения паттерна Builder 7
Достоинства паттерна Builder 7
Недостатки паттерна Builder 7
Паттерн Factory Method (фабричный метод) 9
Назначение паттерна Factory Method 9
Описание паттерна Factory Method 9
Результаты применения паттерна Factory Method 9
Достоинства паттерна Factory Method 9
Недостатки паттерна Factory Method 9
Паттерн Object Pool (пул объектов) 11
Назначение паттерна Object Pool 11
Решаемая проблема 11
Обсуждение паттерна Object Pool 11
Структура паттерна Object Pool 11
UML-диаграмма классов паттерна Object Pool 11
Пример паттерна Object Pool 11
Особенности паттерна Object Pool 11
Паттерн Prototype (прототип) 13
Назначение паттерна Prototype 13
Описание паттерна Prototype 13
Результаты применения паттерна Prototype 13
Достоинства паттерна Prototype 13
Недостатки паттерна Prototype 13
Паттерн Singleton (одиночка,синглет) 14
Назначение паттерна Singleton 14
Описание паттерна Singleton 14
UML-диаграмма классов паттерна Singleton 14
Результаты применения паттерна Singleton 14
Достоинства паттерна Singleton 14
Недостатки паттерна Singleton 14
Паттерн Adapter (адаптер, wrapper, обертка) 15
Назначение паттерна Adapter 15
Описание паттерна Adapter 15
UML-диаграмма классов паттерна Adapter 15
Результаты применения паттерна Adapter 15
Достоинства паттерна Adapter 15
Недостатки паттерна Adapter 16
Паттерн Bridge (мост, идиома "Handle/Body") 17
Назначение паттерна Bridge 17
Описание паттерна Bridge 17
Результаты применения паттерна Bridge 17
Достоинства паттерна Bridge 17
Паттерн Composite (компоновщик) 18
Назначение паттерна Composite 18
Описание паттерна Composite 18
Результаты применения паттерна Composite 18
Достоинства паттерна Composite 18
Недостатки паттерна Composite 18
Паттерн Decorator (декоратор, wrapper, обертка) 19
Назначение паттерна Decorator 19
Решаемая проблема 19
Пример паттерна Decorator 19
Паттерн Facade (фасад) 20
Назначение паттерна Facade 20
Решаемая проблема 20
Обсуждение паттерна Facade 20
Структура паттерна Facade 20
Пример паттерна Facade 20
Паттерн Flyweight (приспособленец) 21
Назначение паттерна Flyweight 21
Решаемая проблема 21
Обсуждение паттерна Flyweight 21
Паттерн Proxy (заместитель, surrogate, суррогат) 22
Назначение паттерна Proxy 22
Решаемая проблема 22
Обсуждение паттерна Proxy 22
Структура паттерна Proxy 22
UML-диаграмма классов паттерна Proxy 23
Пример паттерна Proxy 23
Паттерн Chain of Responsibility (цепочка обязанностей) 23
Назначение паттерна Chain of Responsibility 23
Решаемая проблема 23
Обсуждение паттерна Chain of Responsibility 23
Пример паттерна Chain of Responsibility 23
Паттерн Command (команда) 25
Назначение паттерна Command 25
Описание паттерна Command 25
Результаты применения паттерна Command 25
Достоинства паттерна Command 25
Паттерн Interpreter (интерпетатор) 26
Назначение паттерна Interpreter 26
Решаемая проблема 26
Обсуждение паттерна Interpreter 26
Структура паттерна Interpreter 26
Пример паттерна Interpreter 26
Паттерн Iterator (итератор, cursor, курсор) 27
Назначение паттерна Iterator 27
Решаемая проблема 27
Обсуждение паттерна Iterator 27
Пример паттерна Iterator 27
Паттерн Mediator (посредник) 28
Назначение паттерна Mediator 28
Решаемая проблема 28
Пример паттерна Mediator 28
Паттерн Memento (хранитель) 29
Назначение паттерна Memento 29
Решаемая проблема 29
Обсуждение паттерна Memento 29
Пример паттерна Memento 29
Паттерн Observer (наблюдатель, издатель-подписчик) 31
Назначение паттерна Observer 31
Решаемая проблема 31
Пример паттерна Observer 31
Паттерн State (состояние) 32
Назначение паттерна State 32
Решаемая проблема 32
Пример паттерна State 32
Паттерн Strategy (стратегия) 33
Назначение паттерна Strategy 33
Результаты применения паттерна Strategy 33
Достоинства паттерна Strategy 33
Недостатки паттерна Strategy 33
Паттерн Template Method (шаблонный метод) 34
Назначение паттерна Template Method 34
Решаемая проблема 34
Пример паттерна Template Method 34
Паттерн Visitor (посетитель) 35
Назначение паттерна Visitor 35
Решаемая проблема 35
Паттерн Abstract Factory (абстрактная фабрика)
Назначение паттерна Abstract Factory
Используйте паттерн Abstract Factory (абстрактная фабрика) если:
Система должна оставаться независимой как от процесса создания новых объектов, так и от типов порождаемых объектов. Непосредственное использование выражения new в коде приложения нежелательно (подробнее об этом в разделе Порождающие паттерны).
Необходимо создавать группы или семейства взаимосвязанных объектов, исключая возможность одновременного использования объектов из разных семейств в одном контексте.
Приведем примеры групп взаимосвязанных объектов.
Пусть некоторое приложение с поддержкой графического интерфейса пользователя рассчитано на использование на различных платформах, при этом внешний вид этого интерфейса должен соответствовать принятому стилю для той или иной платформы. Например, если это приложение установлено на Windows-платформу, то его кнопки, меню, полосы прокрутки должны отображаться в стиле, принятом для Windows. Группой взаимосвязанных объектов в этом случае будут элементы графического интерфейса пользователя для конкретной платформы.
Результаты применения паттерна Abstract Factory Достоинства паттерна Abstract Factory
Скрывает сам процесс порождения объектов, а также делает систему независимой от типов создаваемых объектов, специфичных для различных семейств или групп (пользователи оперируют этими объектами через соответствующие абстрактные интерфейсы).
Позволяет быстро настраивать систему на нужное семейство создаваемых объектов. В случае многоплатформенного графического приложения для перехода на новую платформу, то есть для замены графических элементов (кнопок, меню, полос прокрутки) одного стиля другим достаточно создать нужный подкласс абстрактной фабрики. При этом условие невозможности одновременного использования элементов разных стилей для некоторой платформы будет выполнено автоматически.
Недостатки паттерна Abstract Factory
Трудно добавлять новые типы создаваемых продуктов или заменять существующие, так как интерфейс базового класса абстрактной фабрики фиксирован. Например, если для нашей стратегической игры нужно будет ввести новый вид военной единицы - осадные орудия, то надо будет добавить новый фабричный метод, объявив его интерфейс в полиморфном базовом классе AbstractFactory и реализовав во всех подклассах.
Паттерн Builder (строитель) Назначение паттерна Builder
Паттерн Builder может помочь в решении следующих задач:
В системе могут существовать сложные объекты, создание которых за одну операцию затруднительно или невозможно. Требуется поэтапное построение объектов с контролем результатов выполнения каждого этапа.
Данные должны иметь несколько представлений. Приведем классический пример. Пусть есть некоторый исходный документ в формате RTF (Rich Text Format), в общем случае содержащий текст, графические изображения и служебную информацию о форматировании (размер и тип шрифтов, отступы и др.). Если этот документ в формате RTF преобразовать в другие форматы (например, Microsoft Word или простой ASCII-текст), то полученные документы и будут представлениями исходных данных.
Описание паттерна Builder
Паттерн Builder отделяет алгоритм поэтапного конструирования сложного продукта (объекта) от его внешнего представления так, что с помощью одного и того же алгоритма можно получать разные представления этого продукта.
Поэтапное создание продукта означает его построение по частям. После того как построена последняя часть, продукт можно использовать.
Для этого паттерн Builder определяет алгоритм поэтапного создания продукта в специальном классе Director (распорядитель), а ответственность за координацию процесса сборки отдельных частей продукта возлагает на иерархию классов Builder. В этой иерархии базовый класс Builder объявляет интерфейсы для построения отдельных частей продукта, а соответствующие подклассы ConcreteBuilder их реализуют подходящим образом, например, создают или получают нужные ресурсы, сохраняют промежуточные результаты, контролируют результаты выполнения операций.
Результаты применения паттерна Builder
Достоинства паттерна Builder
Возможность контролировать процесс создания сложного продукта.
Возможность получения разных представлений некоторых данных.
Недостатки паттерна Builder
ConcreteBuilder и создаваемый им продукт жестко связаны между собой, поэтому при внесеннии изменений в класс продукта скорее всего придется соотвествующим образом изменять и класс ConcreteBuilder.
Паттерн Factory Method (фабричный метод)
Назначение паттерна Factory Method
В системе часто требуется создавать объекты самых разных типов. Паттерн Factory Method (фабричный метод) может быть полезным в решении следующих задач:
Система должна оставаться расширяемой путем добавления объектов новых типов. Непосредственное использование выражения new является нежелательным, так как в этом случае код создания объектов с указанием конкретных типов может получиться разбросанным по всему приложению. Тогда такие операции как добавление в систему объектов новых типов или замена объектов одного типа на другой будут затруднительными (подробнее в разделе Порождающие паттерны). Паттерн Factory Method позволяет системе оставаться независимой как от самого процесса порождения объектов, так и от их типов.
Заранее известно, когда нужно создавать объект, но неизвестен его тип.
Описание паттерна Factory Method
Для того, чтобы система оставалась независимой от различных типов объектов, паттерн Factory Method использует механизм полиморфизма - классы всех конечных типов наследуют от одного абстрактного базового класса, предназначенного для полиморфного использования. В этом базовом классе определяется единый интерфейс, через который пользователь будет оперировать объектами конечных типов.
Для обеспечения относительно простого добавления в систему новых типов паттерн Factory Method локализует создание объектов конкретных типов в специальном классе-фабрике. Методы этого класса, посредством которых создаются объекты конкретных классов, называются фабричными. Существуют две разновидности паттерна Factory Method:
Обобщенный конструктор, когда в том же самом полиморфном базовом классе, от которого наследуют производные классы всех создаваемых в системе типов, определяется статический фабричный метод. В качестве параметра в этот метод должен передаваться идентификатор типа создаваемого объекта.
Результаты применения паттерна Factory Method
Достоинства паттерна Factory Method
Создает объекты разных типов, позволяя системе оставаться независимой как от самого процесса создания, так и от типов создаваемых объектов.
Недостатки паттерна Factory Method
В случае классического варианта паттерна даже для порождения единственного объекта необходимо создавать соответствующую фабрику
Паттерн Object Pool (пул объектов)
Назначение паттерна Object Pool
Применение паттерна Object Pool может значительно повысить производительность системы; его использование наиболее эффективно в ситуациях, когда создание экземпляров некоторого класса требует больших затрат, объекты в системе создаются часто, но число создаваемых объектов в единицу времени ограничено.
Решаемая проблема
Пулы объектов (известны также как пулы ресурсов) используются для управления кэшированием объектов. Клиент, имеющий доступ к пулу объектов может избежать создания новых объектов, просто запрашивая в пуле уже созданный экземпляр. Пул объектов может быть растущим, когда при отсутствии свободных создаются новые объекты или c ограничением количества создаваемых объектов.
Желательно, чтобы все многократно используемые объекты, свободные в некоторый момент времени, хранились в одном и том же пуле объектов. Тогда ими можно управлять на основе единой политики. Для этого класс Object Pool проектируется с помощью паттерна Singleton.
Обсуждение паттерна Object Pool
Процессы запрашивают объекты из пула объектов. Когда эти объекты больше не нужны, они возвращаются в пул для дальнейшего повторного использования.
Если при очередном запросе все объекты пула заняты, то процесс будет ожидать освобождения объекта. Для исключения подобной ситуации пул объектов должен уметь создавать новые объекты по мере необходимости. При этом он также должен реализовывать механизм периодической очистки неиспользуемых объектов.
Структура паттерна Object Pool
Основная идея паттерна Object Pool состоит в том, чтобы избежать создания новых экземпляров класса в случае возможности их повторного использования.
UML-диаграмма классов паттерна Object Pool
Reusable - экземпляры классов в этой роли взаимодействуют с другими объектами в течение ограниченного времени, а затем они больше не нужны для этого взаимодействия.
Client - экземпляры классов в этой роли используют объекты Reusable.
ReusablePool - экземпляры классов в этой роли управляют объектами Reusable для использования объектами Client.
Пример паттерна Object Pool
Вам нравится боулинг? Если да, то вы, наверное, знаете, что должны сменить вашу обувь при посещении боулинг-клуба. Полка с обувью - прекрасный пример пула объектов. Когда вы хотите играть, вы берете с нее пару (acquireReusable). А после игры, вы возвращаете обувь обратно на полку (releaseReusable).
Особенности паттерна Object Pool
Паттерн Factory Method может использоваться для инкапсуляции логики создания объектов. Однако он не управляет ими после их создания. Пул объектов отслеживает объекты, которые он создает.
Пулы объектов, как правило, реализуются в виде одиночек.
Паттерн Prototype (прототип)
Назначение паттерна Prototype
Паттерн Prototype (прототип) можно использовать в следующих случаях:
Система должна оставаться независимой как от процесса создания новых объектов, так и от типов порождаемых объектов. Непосредственное использование выражения new в коде приложения считается нежелательным (подробнее об этом в разделе Порождающие паттерны).
Необходимо создавать объекты, точные классы которых становятся известными уже на стадии выполнения программы.
Описание паттерна Prototype
Для создания новых объектов паттерн Prototype использует прототипы. Прототип - это уже существующий в системе объект, который поддерживает операцию клонирования, то есть умеет создавать копию самого себя. Таким образом, для создания объекта некоторого класса достаточно выполнить операцию clone() соответствующего прототипа.
Результаты применения паттерна Prototype
Достоинства паттерна Prototype
Для создания новых объектов клиенту необязательно знать их конкретные классы.
Возможность гибкого управления процессом создания новых объектов за счет возможности динамических добавления и удаления прототипов в реестр.
Недостатки паттерна Prototype
Каждый тип создаваемого продукта должен реализовывать операцию клонирования clone(). В случае, если требуется глубокое копирование объекта (объект содержит ссылки или указатели на другие объекты), это может быть непростой задачей.
Паттерн Singleton (одиночка,синглет)
Назначение паттерна Singleton
Часто в системе могут существовать сущности только в единственном экземпляре, например, система ведения системного журнала сообщений или драйвер дисплея. В таких случаях необходимо уметь создавать единственный экземпляр некоторого типа, предоставлять к нему доступ извне и запрещать создание нескольких экземпляров того же типа.
Паттерн Singleton предоставляет такие возможности.
Описание паттерна Singleton
Архитектура паттерна Singleton основана на идее использования глобальной переменной, имеющей следующие важные свойства:
Такая переменная доступна всегда. Время жизни глобальной переменной - от запуска программы до ее завершения.
Предоставляет глобальный доступ, то есть, такая переменная может быть доступна из любой части программы.
Однако, использовать глобальную переменную некоторого типа непосредственно невозможно, так как существует проблема обеспечения единственности экземпляра, а именно, возможно создание нескольких переменных того же самого типа (например, стековых).
Для решения этой проблемы паттерн Singleton возлагает контроль над созданием единственного объекта на сам класс. Доступ к этому объекту осуществляется через статическую функцию-член класса, которая возвращает указатель или ссылку на него. Этот объект будет создан только при первом обращении к методу, а все последующие вызовы просто возвращают его адрес. Для обеспечения уникальности объекта, конструкторы и оператор присваивания объявляются закрытыми.
UML-диаграмма классов паттерна Singleton
Паттерн Singleton часто называют усовершенствованной глобальной переменной.
Результаты применения паттерна Singleton