Паттерны проектирования
Паттерны (или шаблоны) проектирования описывают типичные способы решения часто встречающихся проблем при проектировании программ.
Список из 22-х классических паттернов, сгруппированых по предназначению.
Вы можете вполне успешно работать, не зная ни одного паттерна. Но зная паттерны, вы получаете ещё один инструмент в свой личный набор профессионала.
Паттерны отличаются по уровню сложности, охвата и детализации проектируемой системы. Кроме этого, их можно поделить на три группы, относительно решаемых проблем.
Кто и когда придумал паттерны? Можно ли использовать язык паттернов вне разработки программного обеспечения?
Так ли паттерны хороши на самом деле? Всегда ли можно их использовать? Почему, иногда, паттерны бывают вредными?
Электронная книга о паттернах и принципах проектирования. Доступна в PDF/EPUB/MOBI. Включает в себя архив с примерами на 9 языках программирования.
Шаблоны проектирования «банды четырёх (GoF)»
Что такое паттерны проектирования?
Паттернами проектирования (Design Patterns) называют решения часто встречающихся проблем в области разработки программного обеспечения. В данном случае предполагается, что есть некоторый набор общих формализованных проблем, которые довольно часто встречаются, и паттерны предоставляют ряд принципов для решения этих проблем.
Концепцию паттернов впервые описал Кристофер Александер в книге «Язык шаблонов. Города. Здания. Строительство».
Идея показалась привлекательной авторам Эриху Гамму, Ричарду Хелму, Ральфу Джонсону и Джону Влиссидесу, их принято называть «бандой четырёх» (Gang of Four). В 1995 году они написали книгу «Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software», в которой применили концепцию типовых паттернов в программировании. В книгу вошли 23 паттерна, решающие различные проблемы объектно-ориентированного дизайна.
Зачем знать паттерны?
Самое главная причина — паттерны упрощают проектирование и поддержку программ.
Проверенные решения.
Ваш код более предсказуем когда вы используете готовые решения, вместо повторного изобретения велосипеда.
Стандартизация кода.
Вы делаете меньше ошибок, так как используете типовые унифицированные решения, в которых давно найдены все скрытые проблемы.
Общий язык.
Вы произносите название паттерна, вместо того, чтобы час объяснять другим членам команды какой подход вы придумали и какие классы для этого нужны.
Каталог шаблонов проектирования
Порождающие паттерны:
Порождающие паттерны — это паттерны, которые абстрагируют процесс инстанцирования или, иными словами, процесс порождения классов и объектов. Среди них выделяются следующие:
Абстрактная фабрика (Abstract Factory)
Строитель (Builder)
Фабричный метод (Factory Method)
Прототип (Prototype)
Одиночка (Singleton)
Структурные паттерны:
Адаптер (Adapter)
Мост (Bridge)
Компоновщик (Composite)
Декоратор (Decorator)
Фасад (Facade)
Приспособленец (Flyweight)
Заместитель (Proxy)
Поведенческие паттерны:
Паттерны проектирования
Данной статьей мы начинаем серию статей, посвященных паттернам проектирования.
Статьи рассчитаны на тех, кто уже хорошо знает ООП.
Что такое паттерны в программировании
Ну, что ж, давайте сначала разберемся что такое паттерн. А затем плавно перейдем к такому понятию как «паттерны в программировании».
В программировании, хотя каждая задача и каждая программа уникальна, у многих из них все же есть общие черты. Разработчики заметили эти закономерности, и выделили те, что наиболее часто встречаются, в паттерны (шаблоны проектирования, шаблоны программирования). В паттернах предлагается в том числе наиболее оптимальные способы реализации той или иной задачи.
Теперь, вместо того чтобы выдумывать велосипед заново, можно воспользоваться знаниями людей, которые уже решали эти проблемы до нас. Таким образом:
ВАЖНО:
Мне надо знать паттерны?
Откуда они взялись
Хотя сама идея паттернов далеко не новая, популярной она стала после выхода книги «Приёмы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования«. Это произошло в 1994 году. С тех пор мир захватила «шаблономания» 🙂
Какие они бывают
Есть основные три категории паттернов:
Эти шаблоны что-то создают. Например, «как создать объект, который нельзя изменить»? «Как создать класс, который будет создавать новые объекты других классов?»?
Отвечают за иерархию классов и интерфейсов. Например, «как заставить объекты с несовместимыми интерфейсами работа вместе»?
Помогает добиться нужного поведения от объектов. Например, «как сделать так, чтобы объекты одного класса следили за изменениями в других классах и реагировали на них»?
Из чего состоит паттерн?
А конкретнее?
Самыми-самыми «базовыми» шаблонами проектирования можно назвать следующие:
С них можно начинать изучение паттернов. Ниже в этой статье Вы найдете ссылочки на статьи по этим паттернам.
Что следует знать
Одинаковые ли шаблоны для всех языков программирования?
Да, в целом понятия паттернов не привязано к конкретному языку. Тем не менее, когда говорят о паттернах, чаще всего имеют ввиду объектно-ориентированные языки программирования.
Да, конечно. Останется только всем о нем рассказать 🙂
Это все, что мы хотели Вам рассказать в данной статье.
Статьи, посвященные конкретным паттернам, Вы найдете по этим ссылочкам:
Надеемся, наша статья была Вам полезна. Также есть возможность записаться на наши курсы. Детальнее у на сайте.
Паттерны проектирования для новичков
Авторизуйтесь
Паттерны проектирования для новичков
Внимание! Материал был обновлён и разделён на три части. Предлагаем вам ознакомиться с ним по следующим ссылкам:
Если вы когда-либо интересовались, что представляют собой шаблоны проектирования, то добро пожаловать. В этой статье я расскажу, что это такое, зачем они нужны, как их использовать, и приведу примеры наиболее распространенных шаблонов на PHP.
Что такое шаблоны проектирования
Шаблоны проектирования — это проверенные и готовые к использованию решения часто возникающих в повседневном программировании задач. Это не класс и не библиотека, которую можно подключить к проекту, это нечто большее. Шаблон проектирования, подходящий под задачу, реализуется в каждом конкретном случае. Кроме того, он не зависит от языка программирования. Хороший шаблон легко реализуется в большинстве, если не во всех языках, в зависимости от выразительных средств языка. Следует, однако, помнить, что такой шаблон, будучи примененным неправильно или к неподходящей задаче, может принести немало проблем. Тем не менее, правильно примененный шаблон поможет решить задачу легко и просто.
Существует три типа шаблонов:
Структурные шаблоны определяют отношения между классами и объектами, позволяя им работать совместно.
Порождающие шаблоны предоставляют механизмы инициализации, позволяя создавать объекты удобным способом.
Поведенческие шаблоны используются для того, чтобы упростить взаимодействие между сущностями.
Зачем нужны шаблоны проектирования
Шаблон проектирования, по своей сути, это продуманное решение той или иной задачи. Если вы столкнулись с известной задачей, почему бы не использовать готовое решение, проверенное опытом?
Пример
Давайте представим, что вам необходимо объединить два класса, которые выполняют различные операции в зависимости от ситуации. Эти классы интенсивно используются существующей системой, что не позволяет удалить один из них и добавить его функциональность во второй. Кроме того, изменение кода потребует его тщательного тестирования, поскольку такой рефакторинг ведет к неизбежным ошибкам. Вместо этого вы можете реализовать шаблоны «Стратегия» и «Адаптер» и с их помощью решить задачу.
Просто, не правда ли? Давайте посмотрим поближе на шаблон «Стратегия».
Паттерн проектирования «Стратегия»
Стратегия — поведенческий шаблон, который позволяет выбрать поведение программы в процессе выполнения в зависимости от контекста путем инкапсуляции нескольких алгоритмов в разных классах.
Где это можно использовать
Представьте, что вы разрабатываете класс, который может создать или обновить запись в базе данных. В обоих случаях входные параметры будут одни и те же (имя, адрес, номер телефона и т. п.), но, в зависимости от ситуации, он будет должен использовать различные функции для обновления и создания записи. Можно каждый раз переписывать условие if/else, а можно создать один метод, который будет принимать контекст:
Обычно шаблон «Стратегия» подразумевает инкапсуляцию алгоритмов в классы, но в данном случае это излишне. Помните, что вы не обязаны следовать шаблону слово в слово. Любые варианты допустимы, если они решают задачу и соответствуют концепции.
Шаблон «Адаптер»
Адаптер — структурный шаблон, который позволяет использовать класс, реализующий нужные функции, но имеющий неподходящий интерфейс.
Также он позволяет изменить некоторые входные данные для совместимости с интерфейсом внутреннего класса.
Как его использовать?
Другое название адаптера — «Обертка». Он «оборачивает» новый интерфейс вокруг класса для его использования. Классический пример: вам надо создать класс предметной модели, имея классы объектов в базе данных. Вместо того, чтобы обращаться к табличным классам напрямую и вызывать их методы по одному, вы можете инкапсулировать вызовы этих методов в одном методе в адаптере. Это не только позволит повторно использовать набор операций, но и избавит вас от постоянного переписывания большого количества кода, если вам потребуется выполнить тот же набор действий в другом месте.
Сравните два примера.
Без адаптера:
Если нам придется использовать такой код повторно, мы будем вынуждены переписывать все это заново.
С использованием адаптера:
Мы можем создать класс-обертку Account :
Теперь мы можем использовать класс Account каждый раз и, кроме того, мы можем добавить в него дополнительные функции.
Шаблон «Метод-фабрика»
Фабрика — порождающий шаблон, который представляет собой класс с методом для создания различных объектов.
Основная цель этого шаблона — инкапсулировать процедуру создания различных классов в одной функции, которая в зависимости от переданного ей контекста возвращает необходимый объект.
Как его использовать?
15–17 ноября, Онлайн, Беcплатно
Сначала создадим три класса:
Теперь мы можем написать нашу фабрику:
На выходе должен получиться HTML со всеми типами кнопок. Таким образом мы получили возможность указать, кнопку какого типа мы хотим получить, и использовать код повторно.
Шаблон «Декоратор»
Декоратор — это структурный шаблон, который позволяет добавить новое поведение объекту в процессе выполнения программы в зависимости от ситуации.
Цель — в расширении поведения конкретного объекта без необходимости изменять поведение базового класса. Это позволит использовать несколько декораторов одновременно. Этот шаблон — альтернатива наследованию. В отличие от наследования, декоратор добавляет поведение в процессе выполнения программы.
Для реализации декоратора нам понадобится:
Как его использовать?
Предположим, что у нас есть объект, который должен иметь определенное поведение в определенной ситуации. Например, у нас есть HTML-ссылка для выхода из аккаунта, которая должна по-разному показываться в зависимости от того, на какой странице мы находимся. Это тот самый случай, когда нам помогут декораторы.
Сначала определимся, какие «декорации» нам нужны:
Теперь мы можем написать сами декораторы:
Теперь мы можем использовать их так:
Обратите внимание, как можно использовать несколько декораторов на одном объекте. Все они используют функцию __call для вызова оригинального метода. Если мы войдем в аккаунт и перейдем на заглавную страницу, результат будет такой:
Шаблон «Одиночка»
Одиночка — порождающий шаблон, который позволяет убедиться, что в процессе выполнения программы создается только один экземпляр класса с глобальным доступом.
Его можно использовать как точку «координации» для других объектов, поскольку поля «Одиночки» будут одинаковы для всех, кто его вызывает.
Как его использовать?
Теперь мы можем получить доступ к сессии из различных участков кода, даже из других классов. Метод getInstance всегда будет возвращать одну и ту же сессию.
Заключение
В этой статье мы рассмотрели только наиболее часто встречающиеся шаблоны из множества. Если вы хотите узнать больше о шаблонах проектирования, вы найдете достаточно информации на Википедии. Для более полной информации обратите внимание на знаменитую книгу «Приемы объектно-ориентированного проектирования» «Банды четырех».
И последнее: при использовании того или иного шаблона убедитесь, что вы решаете задачу правильным способом. Как уже упоминалось, при неправильном использовании шаблоны проектирования могут доставить больше проблем, чем решить. Но при правильном — их пользу нельзя переоценить.
Шаблоны проектирования простым языком. Часть вторая. Структурные шаблоны
Авторизуйтесь
Шаблоны проектирования простым языком. Часть вторая. Структурные шаблоны
Шаблоны проектирования — это руководства по решению повторяющихся проблем. Это не классы, пакеты или библиотеки, которые можно было бы подключить к вашему приложению и сидеть в ожидании чуда. Они скорее являются методиками решения определенных проблем в определенных ситуациях.
Википедия описывает их следующим образом:
Шаблон проектирования, или паттерн, в разработке программного обеспечения — повторяемая архитектурная конструкция, представляющая собой решение проблемы проектирования, в рамках некоторого часто возникающего контекста.
Будьте осторожны
Также заметьте, что примеры ниже написаны на PHP 7. Но это не должно вас останавливать, ведь принципы остаются такими же.
Типы шаблонов
Шаблоны бывают следующих трех видов:
Простыми словами: Структурные шаблоны в основном связаны с композицией объектов, другими словами, с тем, как сущности могут использовать друг друга. Ещё одним объяснением было бы то, что они помогают ответить на вопрос «Как создать программный компонент?».
Структурные шаблоны — шаблоны проектирования, в которых рассматривается вопрос о том, как из классов и объектов образуются более крупные структуры.
Список структурных шаблонов проектирования:
Адаптер (Adapter)
Адаптер — структурный шаблон проектирования, предназначенный для организации использования функций объекта, недоступного для модификации, через специально созданный интерфейс.
Пример из жизни: Представим, что у вас на карте памяти есть какие-то изображения и вам надо перенести их на ваш компьютер. Чтобы это сделать, вам нужен какой-то адаптер, который совместим с портами вашего компьютера. В этом случае карт-ридер — это адаптер. Другим примером будет блок питания. Вилку с тремя ножками нельзя вставить в розетку с двумя отверстиями. Для того, чтобы она подошла, надо использовать адаптер. Ещё одним примером будет переводчик, переводящий слова одного человека для другого.
Простыми словами: Шаблон позволяет обернуть несовместимые объекты в адаптер, чтобы сделать их совместимыми с другим классом.
Обратимся к коду. Представим игру, в которой охотник охотится на львов.
Старт 22 ноября, 4 месяца, Онлайн, От 35 000 до 100 000 ₽
И Hunter охотится на любую реализацию интерфейса Lion :
Мост (Bridge)
Мост — структурный шаблон проектирования, используемый в проектировании программного обеспечения чтобы разделять абстракцию и реализацию так, чтобы они могли изменяться независимо. Шаблон мост использует инкапсуляцию, агрегирование и может использовать наследование для того, чтобы разделить ответственность между классами.
Пример из жизни: Представим, что у вас есть сайт с разными страницами, и вам надо разрешить пользователям менять их тему. Что вы будете делать? Создавать множественные копии каждой страницы для каждой темы или просто отдельную тему, которую пользователь сможет выбрать сам? Шаблон мост позволяет вам сделать второе.
Простыми словами: Шаблон мост — это предпочтение композиции над наследованием. Детали реализации передаются из одной иерархии в другой объект с отдельной иерархией.
Обратимся к примеру в коде. Возьмем пример с нашими страницами. У нас есть иерархия WebPage :
И отдельная иерархия Theme :
Компоновщик (Composite)
Компоновщик — структурный шаблон проектирования, объединяющий объекты в древовидную структуру для представления иерархии от частного к целому. Компоновщик позволяет клиентам обращаться к отдельным объектам и к группам объектов одинаково. Паттерн определяет иерархию классов, которые одновременно могут состоять из примитивных и сложных объектов, упрощает архитектуру клиента, делает процесс добавления новых видов объекта более простым.
Пример из жизни: Каждая организация скомпонована из сотрудников. У каждого сотрудника есть одинаковые свойства, такие как зарплата, обязанности, отчётность и т.д.
Простыми словами: Шаблон компоновщик позволяет клиентам работать с индивидуальными объектами в едином стиле.
Обратимся к коду. Возьмем наш пример с рабочими. У нас есть Employee разных типов:
Теперь у нас есть TaskManager :
Декоратор (Decorator)
Декоратор — структурный шаблон проектирования, предназначенный для динамического подключения дополнительного поведения к объекту. Шаблон декоратор предоставляет гибкую альтернативу практике создания подклассов с целью расширения функциональности.
Пример из жизни: Представим, что у вас есть свой автосервис. Как вы будете рассчитывать сумму в счете за услуги? Вы выбираете одну услугу и динамически добавляете к ней цены на предоставляемые услуги, пока не получите окончательную стоимость. Здесь каждый тип сервиса является декоратором.
Простыми словами: Шаблон декоратор позволяет вам динамически изменять поведение объекта во время работы, оборачивая их в объект класса декоратора.
Перейдем к коду. Возьмем пример с кофе. Изначально у нас есть простой Coffee и реализующий его интерфейс:
Мы хотим сделать код расширяемым, чтобы при необходимости можно было изменять его. Давайте сделаем некоторые дополнения (декораторы):
А теперь приготовим Coffee :
Фасад (Facade)
Фасад — структурный шаблон проектирования, позволяющий скрыть сложность системы путём сведения всех возможных внешних вызовов к одному объекту, делегирующему их соответствующим объектам системы.
Пример из жизни: Как вы включаете компьютер? Нажимаю на кнопку включения, скажете вы. Это то, во что вы верите, потому что вы используете простой интерфейс, который компьютер предоставляет для доступа снаружи. Внутри же должно произойти гораздо больше вещей. Этот простой интерфейс для сложной подсистемы называется фасадом.
Простыми словами: Шаблон фасад предоставляет упрощенный интерфейс для сложной системы.
Перейдем к примерам в коде. Возьмем пример с компьютером. Изначально у нас есть класс Computer :
Затем у нас есть фасад:
Приспособленец (Flyweight)
Приспособленец — структурный шаблон проектирования, при котором объект, представляющий себя как уникальный экземпляр в разных местах программы, по факту не является таковым.
Пример из жизни: Вы когда-нибудь заказывали чай в уличном ларьке? Там зачастуют готовят не одну чашку, которую вы заказали, а гораздо большую емкость. Это делается для того, чтобы экономить ресурсы (газ/электричество). Газ/электричество в этом примере и являются приспособленцами, ресурсы которых делятся (sharing).
Простыми словами: Приспособленец используется для минимизации использования памяти или вычислительной стоимости путем разделения ресурсов с наибольшим количеством похожих объектов.
Перейдем к примерам в коде. Возьмем наш пример с чаем. Изначально у нас есть различные виды Tea и TeaMaker :
Заместитель (Proxy)
Заместитель — структурный шаблон проектирования, который предоставляет объект, который контролирует доступ к другому объекту, перехватывая все вызовы (выполняет функцию контейнера).
Пример из жизни: Вы когда-нибудь использовали карту доступа, чтобы пройти через дверь? Есть несколько способов открыть дверь: например, она может быть открыта при помощи карты доступа или нажатия кнопки, которая обходит защиту. Основная функциональность двери — это открытие, но заместитель, добавленный поверх этого, добавляет функциональность. Но лучше я объясню это на примере кода чуть ниже.
Простыми словами: Используя шаблон заместитель, класс отображает функциональность другого класса.
Перейдем к коду. Возьмем наш пример с безопасностью. Сначала у нас есть интерфейс Door и его реализация:
Затем у нас есть заместитель Security для защиты любых наших дверей: