Что такое шаблон в программировании. Шаблоны проектирования для новичков. Что такое шаблоны проектирования

Лучшие книги о шаблонах проектирования, рассчитанные как для новичков, так и для уже более опытных программистов.

1. Тепляков С. - Паттерны проектирования на платформе.NET

В книге каждый паттерн «разжевывается», демонстрируются несколько способов реализации от классического до более подходящих для платформы.NET. Много ссылок на статьи и книги других авторов, в том числе по другим темам. Книга изначально заточена под C#, дает лучшие варианты реализаций паттернов на нём и примеры, в каких местах.NET framework они используются. В отличие от заумных талмудов архитектурных астронавтов прошлого тут всего 300 страниц. Знания даются исключительно компактно и всегда по делу.

2. Эрик Фримен, Элизабет Фримен, Кэтти Сьерра, Берт Бейтс - Паттерны проектирования

В отличие от книги «Банды четырех», которая написана очень тяжело для начинающего, книга более подходит для новичка. Всё расписано, разжёвано, с примерами. Язык книги очень простой, первые 100 страниц читаются на одном дыхании. Очень своеобразный стиль изложения материала, характерный для книг серии Head First. Книга представляет собой новый подход к написанию технической литературы, которая теперь сочетает в себе элементы художественной.

3. Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. - Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования

4. Дастин Босуэлл, Тревор Фаучер - Читаемый код, или Программирование как искусство

Издание очень информативно: включает обилие функций и переменных, примеры кодов на различных языках, развёрнутое решение задач и советы по улучшению процесса программирования. Встречаются многие элементарные вещи, но даже о них можно усвоить что-то новое. Книга, которую следует просмотреть каждому, кто пишет код в расчете на то, что его придется поддерживать.

Материал статьи для уровня Beginners. Здесь не будет Moose, только чистый Perl. Предполагается, что какое-то ООП в Perl уже знакомо

Паттерны это стандартные приемы, решающие небольшую конкретную задачу. Это не инструкция, как писать код, а схема или принцип организации кода, модулей и т. п. Уверена, что если вы их не знаете на уровне диаграмм UML, то встречали в коде. Этот небольшой обзор познакомит с самыми простыми, полезными и часто используемыми паттернами.

Singleton (Одиночка)

Порождающий паттерн. Используется в случае, когда в системе должен быть только один экземпляр какого-то класса. Например, подключение к базе, распарсенный файл конфигурации и т. д. Но при этом вы не хотите таскать с собой какие-то глобальные переменные. Невероятно удобен для отложенных инициализаций тех же конфигов.

Реализация

Пусть у нас будет какой-то абстрактный класс с именем MyClass .

Package MyClass; use strict; our $singleton = undef; sub new { my $class = shift; return $singleton if defined $singleton; my $self = {}; $singleton = bless($self, $class); $singleton->init(); return $singleton; } # other methods sub init { #... } 1;

$singleton->init(); - вот тут, к примеру, проводится какая-то инициализация (либо она может быть отложена до вызова конкретных функций).

Пример использования

use MyClass; use strict; sub f { print MyClass->new()->{name}, "\n"; } sub f2 { print MyClass->new()->{name}, "\n"; } my $obj = MyClass->new(); $obj->{name} = "Bob"; # это не ООП! f(); f2(); $obj->{name} = "Mike"; # и это тоже f(); f2();

На выходе

Bob Bob Mike Mike

В результате вызова функций f() и f2() мы получим один и тот же созданный объект, ссылка на который хранится у нас в $MyClass::singleton , с ней можно работать напрямую, но это моветон и делать так не надо (за исключением ситуаций, когда требуется высокая производительность, а использование аксессоров создаёт ощутимые накладные расходы).

Таким образом, можно в любом месте кода создавать объект через конструктор и не волноваться, что он каждый раз будет создаваться заново.

На CPAN, кстати, есть Class::Singleton , MooseX::Singleton , Apache::Singleton и еще куча других.

Abstract Factory (Абстрактная фабрика)

Порождающий паттерн. Берет на себя ответственность за создание объекта нужного класса. Мы просто обращаемся к ее конструктору, а какой нам вернуть объект, фабрика решает сама. Создаваемые объекты, конечно, должны быть из одного семейства и иметь идентичный интерфейс. То есть, они должны быть взаимозаменяемыми.

В качестве примеров использования: в номере 21 в статье паттерн использован для создания объекта-логгера в зависимости от способа вывода: либо stderr, либо file. В более бизнесовом мире встречаются разные способы доставки (там все одинаковое, но разные формочки, разные коэффициенты какие-нибудь), разные форматы прайсов от поставщиков (у кого-то Excel, у кого-то XML), разные способы отправки уведомлений (e-mail, SMS).

У меня будет пример очень абстрактный, но очень понятный. Допустим, у нас есть ферма с животными. Нам, с точки зрения логики, все равно, какое животное будет создано, мы только задаем в параметрах, сколько у него ног. (В реальности значение количества ног мы получаем из внешнего конфига, а не задаем в коде).

Пример использования

use AnimalFactory; my $animal_one = AnimalFactory->new(legs => 2); print ref $animal_one, "\n"; my $animal_two = AnimalFactory->new(legs => 4); print ref $animal_two, "\n"; $animal_one->walk(); $animal_two->walk();

На выходе

Chicken Cow

Реализация

package AnimalFactory; use Chicken; use Cow; sub new { my $class = shift; my $opt = {@_}; return Cow->new() if $opt->{legs} == 4; return Chicken->new() if $opt->{legs} == 2; } 1;

Тут важно понимать, что обращаясь к конструктору AnimalFactory, мы получаем объект класса вовсе не AnimalFactory, а того, который она решит создать.

Если нам понадобится класс Snake , то мы просто добавим логику его создания в AnimalFactory , как-нибудь так:

Return Snake->new() if $opt->{legs} == 0;

Если вдруг Cow нужно будет заменить на Horse , это нужно будет сделать только в одном месте - в AnimalFactory , не затрагивая других участков кода.

Абстрактную фабрику стоит использовать там, где класс объекта зависит от каких-нибудь внешних факторов: пользовательских настроек, версии браузера, ОС и т. п.

(В некоторых случаях не очень хорошо, что мы подгружаем все возможные классы сразу через use , это можно изменить: внести внутрь конструктора и подключать классы через require уже после анализа параметров и до создания конкретного объекта.)

Template Method (Шаблонный метод)

Паттерн поведения. Паттерн используется для определения основного алгоритма для всех подклассов. Берем алгоритм, делим его на много мелких этапов, пишем в базовом классе, а все подклассы реализуют различающиеся части.

Самый простой пример: импорт товаров от поставщика. Нужно распарсить файл, пройти по всем товарам от поставщика, если товар найден - обновить его, если не найден - создать, подсчитать конечную стоимость, записать операцию с товаром в журнал, проделать что-нибудь еще с чем-нибудь.

Использование

my $import = ImportFactory->new(type => "Bekka"); $import->do;

(Здесь я использую фабрику для создания нужного мне объекта по имени поставщика, от которого загружается файл.)

Но можно обойтись и без фабрики, а сделать вот так (хотя гибкость это явно снижает, но она и не всегда такая нужна):

My $type = "Bekka"; my $import = $type->new(); $import->do;

Реализация

Допустим, у меня тут два поставщика: Bekka

Package Bekka; use base "Import"; sub parse { # parse Excel } sub count_price { # price * 2 } 1;

который присылает файлы в Excel, и у которого цену из файла нужно увеличивать в два раза.

И Pukka , у которого файлы в XML, а цену нужно делить пополам:

Package Pukka; use base "Import"; sub parse { # parse XML } sub count_price { # price / 2 } 1;

Оба эти класса имеют родителя Import , который и описывает основной алгоритм загрузки файла (sub do). В нем определяются все используемые методы, но работающие по какому-то умолчанию. (У методов, конечно, еще есть какой-нибудь код, но здесь он не нужен, поэтому его не привожу.)

Package Import; ... sub do { my $self = shift; $self->parse(); while ($self->next) { if ($self->find) { $self->update; } else { $self->insert; } $self->count_price; $self->log; } $self->finish; } sub next; sub find; sub update; sub insert; sub count_price { my $self = shift; # use original price } 1;

Получается: фабрика создает нам объект нужного класса, основываясь на имени поставщика. Базовый объект для него описывает весь процесс импорта товара от любого поставщика. Объект конкретного класса переопределяет те методы, которые ему не подходят, на свою реализацию - в нашем случае методы count_price и parse .

Метод do из класса Import и есть наш шаблонный метод - он описывает шаблон поведения. И вовсе необязательно, что он должен его реализовывать. В реальности сложно найти задачи такого плана, которые могут быть удовлетворены поведением по умолчанию.

Удобно использовать констукцию can для методов, которые не обязательно должны быть в базовом классе, но могут быть в подклассах: $self->do_smth if $self->can("do_smth") , тогда метод будет вызваться только в том случае, если он реально определен. Это избавит от кучи пустого кода, а также позволяет писать довольно удобно хуки, типа:

$self->before_update() if $self->can("before_update"); $self->update(); $self->after_update() if $self->can("after_update");

Strategy (Стратегия)

Паттерн поведения. Другое название - Политика. Используется для взаимозаменяемости алгоритмов или их фрагментов. Например, когда у нас есть разные способы расчета скидки на заказ. (Пример высосан из пальца, и для таких случаев делать подобные схемы - роскошь. Но он прост и понятен.)

Использование

use DiscountFactory; use Order; my $order = Order->new(); $order->{summa} = 200; # так делать - не ООП! Это только для примера my $discounter = DiscountFactory->new(type => "Visa"); print $order->get_summa(discounter => $discounter), "\n"; $discounter = DiscountFactory->new(type => "yandex"); print $order->get_summa(discounter => $discounter), "\n";

На выходе

Реализация

Класс Заказ

Package Order; sub new { return bless {}, shift } sub get_summa { my $self = shift; my $opt = {@_}; my $summa = $opt->{discounter}->do(summa => $self->{ summa }); return $summa; } 1;

Фабрика DiscountFactory (ее кода здесь нет, там все как и в обычной фабрике) возвращает объекты класса либо DiscountVisa , либо DiscountYM:

Package DiscountVisa; sub new { return bless {}, shift } sub do { my $self = shift; my $opt = {@_}; # Здесь я позволила себе использовать # «магическое число» --- это только для наглядности # примера. Так делать плохо. return $opt->{summa} * (1 - 0.02); } package DiscountYM; sub new { return bless {}, shift } sub do { my $self = shift; my $opt = {@_}; return $opt->{summa} * (1 + 0.05); } 1;

В классе Order у нас есть метод get_summa , который возвращает конечную стоимость заказа, но он должен учитывать и скидку на заказ. А скидка на заказ определяется способом оплаты заказа.

my $discounter = DiscountFactory->new(type => "Visa") - создали наш объект-дискаунтер, который знает, как считать скидку при оплате картой Visa.

$order->get_summa(discounter => $discounter) - вызываем метод для получения итоговой стоимости заказа, передавая туда нашу «стратегию» расчета скидки.

my $summa = $opt->{discounter}->do(summa => $self->{ summa }); - в методе get_summa мы вызываем операцию применения скидки к нашей базовой стоимости заказа.

То есть, мы передаем стратегию расчета скидки для заказа в качестве параметра. Эту же стратегию мы можем в дальнейшем использовать и в других функциях, работающих со стоимостью заказа, заменять ее, не меняя остальной код.

На деле все очень просто, в следующей статье обязательно расскажу про другие очень используемые паттерны с чуть более сложной реализацией.

←

Шаблон проектирования или паттерн (англ. design pattern ) в разработке программного обеспечения - повторимая архитектурная конструкция, представляющая собой решение проблемы проектирования в рамках некоторого часто возникающего контекста.

Обычно шаблон не является законченным образцом, который может быть прямо преобразован в код; это лишь пример решения задачи, который можно использовать в различных ситуациях. Объектно-ориентированные шаблоны показывают отношения и взаимодействия между классами или объектами, без определения того, какие конечные классы или объекты приложения будут использоваться.

Классификация паттернов

В настоящее время наиболее популярными паттернами являются паттерны проектирования. Одной из распространенных классификаций таких паттернов является классификация по степени детализации и уровню абстракции рассматриваемых систем. Паттерны проектирования программных систем делятся на следующие категории:

Архитектурные паттерны

Паттерны проектирования

Архитектурные паттерны , являясь наиболее высокоуровневыми паттернами, описывают структурную схему программной системы в целом. В данной схеме указываются отдельные функциональные составляющие системы, называемые подсистемами, а также взаимоотношения между ними. Примером архитектурного паттерна является хорошо известная программная парадигма "модель-представление-контроллер" (model-view-controller - MVC).

В свою очередь, подсистемы могут состоять из архитектурных единиц уровнем ниже. Паттерны проектирования описывают схемы детализации программных подсистем и отношений между ними, при этом они не влияют на структуру программной системы в целом и сохраняют независимость от реализации языка программирования. Паттерны GoF относятся именно к этой категории. Под паттернами проектирования объектно-ориентированных систем понимается описание взаимодействия объектов и классов, адаптированных для решения общей задачи проектирования в конкретном контексте.

Идиомы , являясь низкоуровневыми паттернами, имеют дело с вопросами реализации какой-либо проблемы с учетом особенностей данного языка программирования. При этом часто одни и те же идиомы для разных языков программирования выглядят по-разному или не имеют смысла вовсе. Например, в C++ для устранения возможных утечек памяти могут использоваться интеллектуальные указатели. Интеллектуальный указатель содержит указатель на участок динамически выделенной памяти, который будет автоматически освобожден при выходе из зоны видимости. В среде Java такой проблемы просто не существует, так как там используется автоматическая сборка мусора. Обычно, для использования идиом нужно глубоко знать особенности применяемого языка программирования.

Следует отметить, что в программной области существуют и другие виды паттернов, не относящиеся к проектированию вообще, например, паттерны анализа, тестирования, документирования и др.

Описание паттернов

Задача каждого паттерна - дать четкое описание проблемы и ее решения в соответствующей области. Для этого могут использоваться разные форматы описаний от художественно-описательного до строгого, академического. В общем случае описание паттерна всегда содержит следующие элементы:

Название паттерна. Представляет собой уникальное смысловое имя, однозначно определяющее данную задачу или проблему и ее решение.

Решаемая задача. Здесь дается понимание того, почему решаемая проблема действительно является таковой, четко описывает ее границы.

Решение. Здесь указывается, как именно данное решение связано с проблемой, приводится пути ее решения.

Результаты использования паттерна. Обычно приводятся достоинства, недостатки и компромиссы.

Результаты применения паттернов

Они (паттерны) позволяют суммировать опыт экспертов и сделать его доступным рядовым разработчикам.

Имена паттернов образуют своего рода словарь, который позволяет разработчикам лучше понимать друг друга.

Если в документации системы указано, какие паттерны в ней используются, это позволяет читателю быстрее понять систему.

Паттерны упрощают реструктуризацию системы независимо от того, использовались ли паттерны при ее проектировании.

Правильно выбранные паттерны проектирования позволяют сделать программную систему более гибкой, ее легче поддерживать и модифицировать, а код такой системы в большей степени соответствует концепции повторного использования.

http://citforum.ru/SE/project/pattern/#3

Типы шаблонов проектирования

Основные

Шаблон делегирования

Порождающие шаблоны (Creational ) - шаблоны проектирования, которые абстрагируют процесс инстанцирования. Они позволяют сделать систему независимой от способа создания, композиции и представления объектов. Шаблон, порождающий классы, использует наследование, чтобы изменять инстанцируемый класс, а шаблон, порождающий объекты, делегирует инстанцирование другому объекту.

Абстрактная фабрика, Прототип, Строитель

Структурные шаблоны (Structural ) определяют различные сложные структуры, которые изменяют интерфейс уже существующих объектов или его реализацию, позволяя облегчить разработку и оптимизировать программу.

Адаптер, Мост, Приспособленец, Заместитель

Поведенческие шаблоны (Behavioral ) определяют взаимодействие между объектами, увеличивая таким образом его гибкость.

Стратегия, Состояние

Concurrency - Параллелизм

Частные

Шаблоны параллельного программирования (Concurrency)

Используются для более эффективного написания многопоточных программ, и предоставляет готовые решения проблем синхронизации.

Архитектура

Проектирование компьютерных программ

История

Польза

Главная польза каждого отдельного шаблона состоит в том, что он описывает решение целого класса абстрактных проблем. Также тот факт, что каждый шаблон имеет свое имя, облегчает дискуссию об абстрактных структурах данных (ADT) между разработчиками, так как они могут ссылаться на известные шаблоны. Таким образом, за счёт шаблонов производится унификация терминологии, названий модулей и элементов проекта.

Правильно сформулированный паттерн проектирования позволяет, отыскав удачное решение, пользоваться им снова и снова.

В отличие от идиом, шаблоны независимы от применяемого языка программирования.

Критика

Иногда шаблоны консервируют громоздкую и малоэффективную систему понятий, разработанную узкой группой. Когда количество шаблонов возрастает, превышая критическую сложность, исполнители начинают игнорировать шаблоны и всю систему, с ними связанную.

Нередко шаблонами заменяется отсутствие или недостаточность документации в сложной программной среде.

Есть мнение, что слепое применение шаблонов из справочника, без осмысления причин и предпосылок выделения каждого отдельного шаблона, замедляет профессиональный рост программиста, так как подменяет творческую работу механическим подставлением шаблонов. Люди, придерживающиеся данного мнения, считают, что знакомиться со списками шаблонов надо тогда, когда «дорос» до них в профессиональном плане - и не раньше. Хороший критерий нужной степени профессионализма - выделение шаблонов самостоятельно, на основании собственного опыта. При этом, разумеется, знакомство с теорией, связанной с шаблонами, полезно на любом уровне профессионализма и направляет развитие программиста в правильную сторону. Сомнению подвергается только использование шаблонов «по справочнику».

Шаблоны могут пропагандировать плохие стили разработки приложений, и зачастую слепо применяются.

Для преодоления этих недостатков используется рефакторинг .

Основные типы шаблонов проектирования

Основные шаблоны (Fundamental)

Marker interface
Property Container

Порождающие шаблоны проектирования

Factory Method/Фабричный метод , Virtual Constructor
Anonymous subroutine objects

Структурные шаблоны (Structural)

Proxy/Заместитель , Surrogate
Container
Extensibility
Pipes and filters
Private class data

Поведенческие шаблоны (Behavioral)

Шаблоны параллельного программирования (Concurrency)

Active Object
Balking
Guarded suspension
Half-Sync/Half-Async
Leaders/followers
Monitor Object
Reactor
Read write lock
Scheduler
Thread pool
Thread-Specific Storage
Single Thread Execution

MVC

Enterprise

Unsorted
- Property Container
- Event Channel
- Repository/Хранилище
Другие типы шаблонов

Также на сегодняшний день существует ряд других шаблонов:
- Carrier Rider Mapper, предоставление доступа к хранимой информации
- аналитические шаблоны, описывают основной подход для составления требований для программного обеспечения (requirement analysis) до начала самого процесса программной разработки
- коммуникационные шаблоны, описывают процесс общения между отдельными участниками/сотрудниками организации
- организационные шаблоны, описывают организационную иерархию предприятия/фирмы
- Анти-паттерны (Anti-Design-Patterns) описывают как не следует поступать при разработке программ, показывая характерные ошибки в дизайне и в реализации.
См. также
- Обобщённое программирование

Смотреть что такое "Паттерны проектирования" в других словарях:

У этого термина существуют и другие значения, см. Паттерн. В разработке программного обеспечения, шаблон проектирования или паттерн (англ. design pattern) повторимая архитектурная конструкция, представляющая собой решение проблемы… … Википедия

- (паттерн, англ. design pattern) это многократно применяемая архитектурная конструкция, предоставляющая решение общей проблемы проектирования в рамках конкретного контекста и описывающая значимость этого решения. Паттерн не является законченным… … Википедия

GRASP (англ. General Responsibility Assignment Software Patterns (общие образцы распределения обязанностей)) паттерны, используемые в объектно ориентированном проектировании для решения общих задач по назначению обязанностей классам и объектам. В … Википедия

Архитектура

Проектирование компьютерных программ

История

Польза

В отличие от идиом, шаблоны независимы от применяемого языка программирования.

Критика

Нередко шаблонами заменяется отсутствие или недостаточность документации в сложной программной среде.

Шаблоны могут пропагандировать плохие стили разработки приложений, и зачастую слепо применяются.

Для преодоления этих недостатков используется рефакторинг .

Основные типы шаблонов проектирования

Основные шаблоны (Fundamental)

Marker interface
Property Container

Порождающие шаблоны проектирования

Factory Method/Фабричный метод , Virtual Constructor
Anonymous subroutine objects

Структурные шаблоны (Structural)

Proxy/Заместитель , Surrogate
Container
Extensibility
Pipes and filters
Private class data

Поведенческие шаблоны (Behavioral)

Шаблоны параллельного программирования (Concurrency)

Active Object
Balking
Guarded suspension
Half-Sync/Half-Async
Leaders/followers
Monitor Object
Reactor
Read write lock
Scheduler
Thread pool
Thread-Specific Storage
Single Thread Execution

MVC

Enterprise

Unsorted
- Property Container
- Event Channel
- Repository/Хранилище
Другие типы шаблонов

Также на сегодняшний день существует ряд других шаблонов:
- Carrier Rider Mapper, предоставление доступа к хранимой информации
- аналитические шаблоны, описывают основной подход для составления требований для программного обеспечения (requirement analysis) до начала самого процесса программной разработки
- коммуникационные шаблоны, описывают процесс общения между отдельными участниками/сотрудниками организации
- организационные шаблоны, описывают организационную иерархию предприятия/фирмы
- Анти-паттерны (Anti-Design-Patterns) описывают как не следует поступать при разработке программ, показывая характерные ошибки в дизайне и в реализации.
См. также
- Обобщённое программирование

Паттерсон, Джемс
Паттерсон, Персиваль

Смотреть что такое "Паттерны проектирования" в других словарях:

Шаблон проектирования - У этого термина существуют и другие значения, см. Паттерн. В разработке программного обеспечения, шаблон проектирования или паттерн (англ. design pattern) повторимая архитектурная конструкция, представляющая собой решение проблемы… … Википедия

Шаблоны проектирования - (паттерн, англ. design pattern) это многократно применяемая архитектурная конструкция, предоставляющая решение общей проблемы проектирования в рамках конкретного контекста и описывающая значимость этого решения. Паттерн не является законченным… … Википедия

Шаблоны проектирования GRASP - GRASP (англ. General Responsibility Assignment Software Patterns (общие образцы распределения обязанностей)) паттерны, используемые в объектно ориентированном проектировании для решения общих задач по назначению обязанностей классам и объектам. В … Википедия

Что такое шаблон в программировании. Шаблоны проектирования для новичков. Что такое шаблоны проектирования

1. Тепляков С. - Паттерны проектирования на платформе.NET

2. Эрик Фримен, Элизабет Фримен, Кэтти Сьерра, Берт Бейтс - Паттерны проектирования

3. Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. - Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования

4. Дастин Босуэлл, Тревор Фаучер - Читаемый код, или Программирование как искусство

Singleton (Одиночка)

Реализация

Пример использования

Abstract Factory (Абстрактная фабрика)

Пример использования

Реализация

Template Method (Шаблонный метод)

Использование

Реализация

Strategy (Стратегия)

Использование

Реализация

Частные

Шаблоны параллельного программирования (Concurrency)

Архитектура

Проектирование компьютерных программ

История

Польза

Критика

Основные типы шаблонов проектирования

Основные шаблоны (Fundamental)

Порождающие шаблоны проектирования

Структурные шаблоны (Structural)

Поведенческие шаблоны (Behavioral)

Шаблоны параллельного программирования (Concurrency)

MVC

Enterprise

Unsorted

Другие типы шаблонов

См. также

Ссылки

Литература

Смотреть что такое "Паттерны проектирования" в других словарях:

Архитектура

Проектирование компьютерных программ

История

Польза

Критика

Основные типы шаблонов проектирования

Основные шаблоны (Fundamental)

Порождающие шаблоны проектирования

Структурные шаблоны (Structural)

Поведенческие шаблоны (Behavioral)

Шаблоны параллельного программирования (Concurrency)

MVC

Enterprise

Unsorted

Другие типы шаблонов

См. также

Ссылки

Литература

Смотреть что такое "Паттерны проектирования" в других словарях: