Классификация паттернов проектирования. Мне надо знать паттерны? Что же такое вообще паттерн в ООП

Перед началом статьи, я хочу предложить доклад своего товарища — Дениса Порпленко о паттернах проектирования в программировании:

Я хочу напомнить о том, что паттерны проектирования возникли как решение часто возникающих однотипных задач, собственно, в проектировании. Но основное свое развитие получили в программной разработке. И дальше буду продолжать повествование в контексте разработки программного обеспечения.

Тематика паттернов очень широка, паттерны проектирования можно разделить на такие типы, как шаблоны для программирования, шаблоны архитектуры системы и шаблоны хранения данных. Это самые популярные паттерны, есть и другие. Ниже я их все перечислю.

Многие компании используют в своей практике паттерны. Применение паттернов имеет свои плюсы и минусы.
Польза от применения шаблонов проектирования :
— основное преимущество использования шаблонов перед свободным проектированием состоит в том, что паттерн дает название проблеме и определяет способы решения многих проблем за счет готового набора абстракций
— облегчает коммуникацию между разработчиками системы
— использование шаблонов проектирования аналогично использованию готовых библиотек кода
— правильное использование шаблонов помогает разработчикам определить нужный вектор развития и уйти от многих проблем, которые могут возникнуть в процессе разработки.

Проблемы, которые порождают шаблоны проектирования :
— на мой взгляд, самая главная проблема использования шаблонов — потеря гибкости проектирования и разработки системы
— использование шаблонов усложняет систему
— слепое следование определенному шаблону и повсеместное его использование может породить кучу архитектурных и логических проблем

Основные шаблоны программирования

Фундаментальные

Шаблон делегирования (Delegation pattern) — Объект внешне выражает некоторое поведение, но в реальности передаёт ответственность за выполнение этого поведения связанному объекту.
Шаблон функционального дизайна (Functional design) — Гарантирует, что каждый модуль компьютерной программы имеет только одну обязанность и исполняет её с минимумом побочных эффектов на другие части программы.
Неизменяемый интерфейс (Immutable interface) — Создание неизменяемого объекта.
Интерфейс (Interface) — Общий метод для структурирования компьютерных программ для того, чтобы их было проще понять.
Интерфейс-маркер (Marker interface) — В качестве атрибута (как пометки объектной сущности) применяется наличие или отсутствие реализации интерфейса-маркера. В современных языках программирования вместо этого могут применяться атрибуты или аннотации.
Контейнер свойств (Property container) — Позволяет добавлять дополнительные свойства для класса в контейнер (внутри класса), вместо расширения класса новыми свойствами.
Событийный шаблон (Event channel) — Расширяет шаблон Publish/Subscribe, создавая централизованный канал для событий. Использует объект-представитель для подписки и объект-представитель для публикации события в канале. Представитель существует отдельно от реального издателя или подписчика. Подписчик может получать опубликованные события от более чем одного объекта, даже если он зарегистрирован только на одном канале.

Порождающие шаблоны

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 (Abstract factory) — Класс, который представляет собой интерфейс для создания компонентов системы.
Строитель (Builder) — Класс, который представляет собой интерфейс для создания сложного объекта.
Фабричный метод (Factory method) — Определяет интерфейс для создания объекта, но оставляет подклассам решение о том, какой класс инстанцировать.
Отложенная инициализация (Lazy initialization) — Объект, инициализируемый во время первого обращения к нему.
Пул одиночек (Multiton) — Гарантирует, что класс имеет поименованные экземпляры объекта и обеспечивает глобальную точку доступа к ним.
Объектный пул (Object pool) — Класс, который представляет собой интерфейс для работы с набором инициализированных и готовых к использованию объектов.
Прототип (Prototype) — Определяет интерфейс создания объекта через клонирование другого объекта вместо создания через конструктор.
Получение ресурса есть инициализация (Resource acquisition is initialization (RAII)) — Получение некоторого ресурса совмещается с инициализацией, а освобождение - с уничтожением объекта.
Одиночка (Singleton) — Класс, который может иметь только один экземпляр.

Структурные шаблоны

Структурные шаблоны (Structural) определяют различные сложные структуры, которые изменяют интерфейс уже существующих объектов или его реализацию, позволяя облегчить разработку и оптимизировать программу.
Адаптер (Adapter / Wrapper) — Объект, обеспечивающий взаимодействие двух других объектов, один из которых использует, а другой предоставляет несовместимый с первым интерфейс.
Мост (Bridge) — Структура, позволяющая изменять интерфейс обращения и интерфейс реализации класса независимо.
Компоновщик (Composite) — Объект, который объединяет в себе объекты, подобные ему самому.
Декоратор или Обёртка (Decorator) или (Wrapper) — Класс, расширяющий функциональность другого класса без использования наследования.
Фасад (Facade) — Объект, который абстрагирует работу с несколькими классами, объединяя их в единое целое.
Единая точка входа (Front controller) — Обеспечивает унифицированный интерфейс для интерфейсов в подсистеме. Front Controller определяет высокоуровневый интерфейс, упрощающий использование подсистемы.
Приспособленец (Flyweight) — Это объект, представляющий себя как уникальный экземпляр в разных местах программы, но по факту не являющийся таковым.
Заместитель (Proxy) — Объект, который является посредником между двумя другими объектами, и который реализует/ограничивает доступ к объекту, к которому обращаются через него.

Поведенческие шаблоны

Поведенческие шаблоны (Behavioral) определяют взаимодействие между объектами, увеличивая таким образом его гибкость.
Цепочка обязанностей (Chain of responsibility) — Предназначен для организации в системе уровней ответственности.
Команда (Command) — Представляет действие. Объект команды заключает в себе само действие и его параметры.
Интерпретатор (Interpreter) — Решает часто встречающуюся, но подверженную изменениям, задачу.
Итератор (Iterator) — Представляет собой объект, позволяющий получить последовательный доступ к элементам объекта-агрегата без использования описаний каждого из объектов, входящих в состав агрегации.
Посредник (Mediator) — Обеспечивает взаимодействие множества объектов, формируя при этом слабую связанность и избавляя объекты от необходимости явно ссылаться друг на друга.
Хранитель (Memento) — Позволяет не нарушая инкапсуляцию зафиксировать и сохранить внутренние состояния объекта так, чтобы позднее восстановить его в этих состояниях.
Нулевой объект (Null object) — Предотвращает нулевые указатели, предоставляя объект «по умолчанию».
Наблюдатель (Observer) — Определяет зависимость типа «один ко многим» между объектами таким образом, что при изменении состояния одного объекта все зависящие от него оповещаются об этом событии.
Слуга (Servant) — Используется для обеспечения общей функциональности группе классов.
Спецификация (Specification) — Служит для связывания бизнес-логики.
Состояние (State) — Используется в тех случаях, когда во время выполнения программы объект должен менять своё поведение в зависимости от своего состояния.
Стратегия (Strategy) — Предназначен для определения семейства алгоритмов, инкапсуляции каждого из них и обеспечения их взаимозаменяемости.
Шаблонный метод (Template method) — Определяет основу алгоритма и позволяет наследникам переопределять некоторые шаги алгоритма, не изменяя его структуру в целом.
Посетитель (Visitor) — Описывает операцию, которая выполняется над объектами других классов. При изменении класса Visitor нет необходимости изменять обслуживаемые классы.
Простая политика — я знаю, что такой паттерн есть, но что он означает, пока не нашел. Если будет инфа — скиньте в комментариях.
Слушатель (Event listener) — аналогично
Одноразовый посетитель (Single-serving visitor) — Оптимизирует реализацию шаблона посетитель, который инициализируется, единожды используется, и затем удаляется.
Иерархический посетитель (Hierarchical visitor) — Предоставляет способ обхода всех вершин иерархической структуры данных (например, древовидной).

Шаблоны параллельного программирования

Используются для более эффективного написания многопоточных программ, и предоставляет готовые решения проблем синхронизации.
Активный объект (Active Object) — Служит для отделения потока выполнения метода от потока, в котором он был вызван. Использует шаблоны асинхронный вызов методов и планировщик.
Уклонитель (Balking) — Служит для выполнения действия над объектом только тогда, когда тот находится в корректном состоянии.
Привязка свойств (Binding properties) — Комбинирует несколько наблюдателей для обеспечения синхронизации свойств в различных объектах
Обмен сообщениями (Messaging design pattern (MDP)) — Позволяет компонентам и приложениям обмениваться информацией (сообщениями).
Блокировка с двойной проверкой (Double-checked locking) — Предназначен для уменьшения накладных расходов, связанных с получением блокировки.
Ассинхронные события (Event-based asynchronous) — Адресные проблемы с Асинхронным паттерном, которые возникают в программах с несколькими потоками.
Охраняемая приостановка (Guarded suspension) — Используется для блокировки выполнения действия над объектом только тогда, когда тот находится в корректном состоянии.
Полусинхронизация (Half-Sync/Half-Async) — пока нет данных про этот паттерн.
Лидеры (Leaders/followers) — пока нет данных про этот паттерн.
Замок (Lock) — Один поток блокирует ресурс для предотвращения доступа или изменения его другими потоками.
Монитор (Monitor object) — Объект, предназначенный для безопасного использования более чем одним потоком.
Реактор (Reactor) — Предназначен для синхронной передачи запросов сервису от одного или нескольких источников.
Блокировка чтение-запись (Read write lock) — Позволяет нескольким потокам одновременно считывать информацию из общего хранилища, но позволяя только одному потоку в текущий момент времени её изменять.
Планировщик (Scheduler) — Обеспечивает механизм реализации политики планирования, но при этом не зависящих ни от одной конкретной политики.
Пул потоков (Thread pool) — Предоставляет пул потоков для обработки заданий, представленных обычно в виде очереди.
Спецпотоковое хранилище (Thread-specific storage) — Служит для предоставления различных глобальных переменных для разных потоков.
Однопоточное выполнение (Single thread execution) — Препятствует конкурентному вызову метода, тем самым запрещая параллельное выполнение этого метода.
Кооперативный паттерн (Cooperative pattern) — Обеспечивает механизм безопасной остановки потоков исполнения, используя общий флаг для сигнализирования прекращения работы потоков.

Шаблоны архитектуры системы

Model-View-Controller (MVC) — Модель-представление-контроллер.
Model-View-Presenter
Model-View-View Model
Presentation-Abstraction-Control
Naked objects
Hierarchical Model–View–Controller

Enterprise шаблоны

Active Record - способ доступа к данным реляционных баз данных в объектно-ориентированном программировании.
Business Delegate
Composite Entity/Составная Сущность
Composite View
DAO (Data Access Object) Объект Доступа к Данным
Dispatcher View
Front Controller
Intercepting Filter
Registry
Service Activator
Service Locator/Локатор Службы
Service to Worker
Session Facade/Фасад Сессии
Transfer Object Assembler
Transfer Object/Объект Перемещения
Value List Handler/Обработчик Списка Значений
View Helper
Unit of Work

Другие типы шаблонов

Также на сегодняшний день существует ряд других шаблонов.
Хранилище (Repository)
Carrier Rider Mapper описывают 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
Антипаттерны (Anti-Design-Patterns) описывают, как не следует поступать при разработке программ, показывая характерные ошибки в дизайне и в реализации

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.

К сожалению, не успел к началу вопроса, многое уже посоветовали, но эту статейку вроде не успели еще кинуть. Недавно нашел ее и просто поразился как просто и доступно это изложено + с примерами кода на php. Просто шикарный перевод великолепной статьи!

От себя же хочу сказать, что единственный способ понять паттерны - это столкнуться с проблемами которые они решают, ибо паттерны ни что иное как шаблоны решения каких то проблем (и предотвращения). Так что делаем вывод - нет проблем, не может быть и решений (конечно, вы просто не осознаете, что они есть, так как проект растет довольно медленно и чаще это какие то правки или добавление нового функционала, который не зависит от старого). Я очень долго пытался с ними разобраться, пробовал читать все перечисленные книги, но вроде читаешь такой и типа понимаешь, но с другой стороны какбы и нет. Вроде понятно, но где это применять хрен знает. Вообщем, как уже сказали, нужны реальные проблемы и тогда открываешь книгу с решениями этих проблем и думаешь какое решение выбрать. Это как с рецептами.. Хочешь что то приготовить, можешь как бы и сам, но не факт, что вкусно получится, тогда открываешь книгу проверенных рецептов и начинаешь применять все по шагам, опираясь при том на ингридиенты, которые у тебя имеются.

Так что посоветую 2 варианта изучения.
1) Тупо работаешь над сложные проектами, только действительно сложными, а не сайтиками на cms. И со временем ты начинаешь встречаться с проблемами. Тогда открываешь паттерны и тебе не придется даже как то их особо понимать, потому что это будет естевственно для тебя. Я думаю ты используешь ide вместо редактора кода. Но к примеру я помню тот момент, когда я пользовался саблаймом и знал, что есть ide, но я писал на тот момент простые вещи и когда мне говорили, почему я не юзаю ide, ведь в ней столько всего, я не понимал их потому что мне и саблайма за глаза хватало. Но пришло время, когда надо было то и се и саблайма стало мало. И тут открываю ide, а там уже есть все необходимое и думаешь в такие моменты, как я раньше этим не пользовался. А дело в том, что раньше и не надо было. Может неудачный пример, но вы поняли) Конечно, этот вариант изучения не совсем реален, по скольку сложный проект еще найти надо, да еще попасть в команду, которая не говнокодит, так как и крупные проекты бывают достаточно плохо написаны. Но можно как вариант к примеру делать свою cms и применять в ней как можно больше паттернов.

2) Тупо садитесь и изучаете паттерны (как и делал я). Но не просто изучаете, а к какждому паттерну придумываете как можно больше проблем, которые может у вас были или могут быть, так как паттерны в большинстве случаях любят описывать в метафорах, но чаще это получается слишком абстрактно, поэтому нужно чтобы вы придумали свои конкретные задачи, где бы вы попробовали применить этот паттерн. И второй этап - садитесь и пишите эти задачи. Тупо открываете свой яп и реализовываете паттерн. При чем несколько раз с разными проблемами.

Также советую четко понять uml диаграммы. Таким образом, чтобы освежить паттерн вы не будете читать примеры, а просто посмотрите диаграмму и сразу вспомните, зачем он нужен и как его можно реализовать.
Вот пожалуй и все

Привести в пример паттерн проектирования – один из самых популярных запросов на собеседованиях. Объясняем порождающие паттерны простыми словами.

Паттерн от английского Pattern – образец, шаблон. В программировании это понятие подразумевает использование определенного подхода или алгоритма, который уже существует для решения проблемы в той или иной ситуации.

Вы хотите создать автомобиль, но поняитя не имеете, с чего начать. Сколько должно быть у него колес? 3, 4, 5? Вы не знаете точно, потому что никогда до этого не занимались проектированием автомобилей. К счастью, до вас люди занимались этим десятилетиями и вы точно знаете, что для конкретно вашего варианта автомобиля потребуется база из 4 колес. Вам не нужно экспериментировать и строить трицикл, чтобы убедиться в его неэффективности.

Паттерны не привязаны к конкретному языку программирования, это просто подход к проектированию.

Порождающие паттерны

Это паттерны, которые создают объекты, или позволяют получить доступ к существующим. Порождающие паттерны – это те шаблоны, по которым можно создать автомобиль и сделать это лучшим образом.

Singleton (одиночка)

Допустим, нам нужно организовать линию связи между каждым жителем города. Как вариант, мы можем просто протянуть кабель от одного дома жителя к другому. Но масштабироваться такая система будет очень плохо, для добавления одного нового жителя к сети потребуется снова протягивать кабель к каждому старому. Чинить обрывы будет тоже не самой простой задачей.

Здесь нам пригодится паттерн «Одиночка». Одиночкой в этом случае будет телефонная станция, и все линии связи будут проходить через нее. Для добавления нового жителя потребуется только протянуть кабель от его дома до станции.

Но главное в одиночке то, что создав станцию один раз, ей может пользоваться сколько угодно людей. Смысл в том, что когда вы скажете «Мне нужна телефонная станция», вам ответят не «Нужно построить новую», а «Она находится там-то».

Registry (реестр, журнал записей)

Данный паттерн предназначен для хранения записей, которые в него помещают и возвращения записей, которые у него запрашивают. Если вернуться к примеру с телефонной станцией, она будет являться реестром по отношению к телефонным номерам жителей.

Еще один пример одиночки-реестра – бухгалтерия. Фирма не создает бухгалтерию каждый раз, когда она ей понадобится. В то же время, в бухгалтерии хранятся записи обо всех сотрудниках фирмы, как в реестре.

Multiton (пул «одиночек»)

По сути данный паттерн – это реестр одиночек, каждый из которых имеет имя, по которому к нему можно получить доступ.

Object pool (пул объектов)

Этот паттерн также как и предыдущий, содержит набор объектов, но не все они обязаны быть одиночками.

Factory (фабрика)

Фабрика – достаточно точное название для этого паттерна. Когда вам понадобится пакет сока, вы обращаетесь к фабрике с соответствующим запросом, она в свою очередь копирует эталон и передает вам его экземпляр. Что при этом происходит внутри фабрики и как она это делает вас не беспокоит.

Также, фабрики зачастую создаются с учетом производства только одного вида продукции. То есть, создавать фабрику по производству пакетов с соком с учетом возможности создания автомобильных покрышек не рекомендуется.

Builder (строитель)

Строитель по очень похож на фабрику, но вместо копирования эталона, строитель содержит в себе весь сложный набор действий, необходимый для производства. Скажем, на фабрике по производству апельсинового сока, вы можете заказать только апельсиновый сок, в то время как у строителя можно запросить березовый сок и он позаботиться как о содержимом пакета, так и о наклейках и соответствующих надписях, которые вы тоже можете изменять.

Prototype (прототип)

Этот паттерн похож на фабрику, но только фабрика здесь в самом объекте. К примеру, у вас в руках есть пустой пакет для сока, которому вы говорите «Хочу ананасовый сок». Пакет в свою очередь копирует себя и заполняет себя ананасовым соком.

В данном случае, пакет является прототипом и создает на своей основе другие объекты, с требуемыми вам параметрами.

Factory method (фабричный метод)

Данный паттерн является основой фабрики. В действительности, при создании программы в первую очередь создается фабричный метод, а на его основе уже создаются фабрики.

Допустим фабрика производит пакеты с разными соками. Мы можем на каждый вид сока сделать свою производственную линию, но это не эффективно. Удобнее сделать одну линию по производству пакетов-основ, а разделение ввести только на этапе заливки сока, который мы можем определять просто по названию сока.

Для этого мы создаем основной отдел по производству пакетов-основ и предупреждаем все подотделы, что они должны производить нужный пакет с соком про простому «Надо» (т.е. каждый подотдел должен реализовать паттерн «фабричный метод»). Поэтому каждый подотдел заведует только своим типом сока и реагирует на слово «Надо».

Теперь, если нам потребуется пакет бананового сока, мы просто скажем отделу по производству бананового сока «Надо», а он в свою очередь скажет основному отделу по созданию пакетов сока: «Произведи свой обычный пакет, а этот сок нужно туда залить».

Lazy initialization (отложенная инициализация)

Предположим, вы работаете в бухгалтерии и для каждого сотрудника вы должны подготавливать «отчет о выплатах». Вы можете в начале каждого месяца делать этот отчет на всех сотрудников, но некоторые отчеты могут не понадобиться, и тогда скорее всего вы примените «отложенную инициализацию», то есть вы будете подготавливать этот отчет только тогда, когда он будет запрошен начальством (вышестоящим объектом). Однако начальство в любой момент времени может сказать что у него этот отчет уже есть, но готов он уже или нет, оно не знает и знать не должно. Данный паттерн служит для оптимизации ресурсов.

Dependency injection (внедрение зависимости)

Если нам требуется нанять нового человека, мы можем не создавать свой отдел кадров, а внедрить зависимость от компании по подбору персонала. Она, свою очередь, по нашему запросу «нужен человек», будет либо сама работать как отдел кадров, либо же найдет другую компанию, которая предоставит данные услуги.

«Внедрение зависимости» позволяет перекладывать и взаимозаменять отдельные части программы без потери общей функциональности.

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;
• порождающие;
• поведенческие.

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.

Class StrategyAndAdapterExampleClass { private $_class_one; private $_class_two; private $_context; public function __construct($context) { $this->_context = $context; } public function operation1() { if($this->_context == "context_for_class_one") { $this->_class_one->operation1_in_class_one_context(); } else ($this->_context == "context_for_class_two") { $this->_class_two->operation1_in_class_two_context(); } } }

Просто, не правда ли? Давайте посмотрим поближе на шаблон «Стратегия».

Шаблон «Стратегия»

Стратегия - поведенческий шаблон, который позволяет выбрать поведение программы в процессе выполнения в зависимости от контекста путем инкапсуляции нескольких алгоритмов в разных классах.

В примере выше выбор стратегии основан на значении переменной $context , которое было в момент создания объекта. Если значение было "context_for_class_one" , программа будет использовать класс class_one . И наоборот.

Хорошо, но 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:

Class User { public function CreateOrUpdate($name, $address, $mobile, $userid = null) { if(is_null($userid)) { // пользователя не существует, создаем запись } else { // запись есть, обновляем ее } } }

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

$user = new User(); $user->CreateOrUpdate(// параметры); $profile = new Profile(); $profile->CreateOrUpdate(// параметры);

Если нам придется использовать такой код повторно, мы будем вынуждены переписывать все это заново.

С использованием адаптера

Мы можем создать класс-обертку Account:

Class Account() { public function NewAccount(// параметры) { $user = new User(); $user->CreateOrUpdate(// часть параметров); $profile = new Profile(); $profile->CreateOrUpdate(// часть параметров); } } $account_domain = new Account(); $account_domain->NewAccount(// параметры);

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?

Фабрика обычно используется для создания различных вариантов базового класса. Допустим, у вас есть класс кнопки - Button - и три варианта - ImageButton , InputButton и FlashButton . С помощью фабрики вы можете создавать различные варианты кнопок в зависимости от ситуации.

Сначала создадим три класса:

Abstract class Button { protected $_html; public function getHtml() { return $this->_html; } } class ImageButton extends Button { protected $_html = "..."; // HTML-код кнопки-картинки } class InputButton extends Button { protected $_html = "..."; // HTML-код обычной кнопки (); } class FlashButton extends Button { protected $_html = "..."; // HTML-код Flash-кнопки }

Теперь мы можем написать нашу фабрику:

Class ButtonFactory { public static function createButton($type) { $baseClass = "Button"; $targetClass = ucfirst($type).$baseClass; if (class_exists($targetClass) && is_subclass_of($targetClass, $baseClass)) { return new $targetClass; } else { throw new Exception("The button type "$type" is not recognized."); } } }

и использовать ее:

$buttons = array("image","input","flash"); foreach($buttons as $b) { echo ButtonFactory::createButton($b)->getHtml() }

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:

1. Унаследовать класс-декоратор от базового.
2. Добавить поле со ссылкой на базовый класс в декоратор.
3. Передать ссылку на декорируемый объект в конструктор декоратора.
4. Перенаправить методы из декоратора на декорируемый объект.
5. Переопределить методы в декораторе, поведение которых необходимо изменить.

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:

• Если мы на заглавной странице и вошли в аккаунт, ссылка должна быть в h2 -теге.
• Если мы на любой другой странице и вошли в аккаунт, ссылка должна быть подчеркнутой.
• Если мы вошли в аккаунт, ссылка должна быть в strong -теге.

Теперь мы можем написать сами декораторы:

Class HtmlLinks { // методы для работы с любой HTML-ссылкой } class LogoutLink extends HtmlLinks { protected $_html; public function __construct() { $this->_html = "Logout"; } public function setHtml($html) { $this->_html = $html; } public function render() { echo $this->_html; } } class LogoutLinkH2Decorator extends HtmlLinks { protected $_logout_link; public function __construct($logout_link) { $this->_logout_link = $logout_link; $this->setHtml("" . $this->_html . ""); } public function __call($name, $args) { $this->_logout_link->$name($args); } } class LogoutLinkUnderlineDecorator extends HtmlLinks { protected $_logout_link; public function __construct($logout_link) { $this->_logout_link = $logout_link; $this->setHtml("" . $this->_html . ""); } public function __call($name, $args) { $this->_logout_link->$name($args); } } class LogoutLinkStrongDecorator extends HtmlLinks { protected $_logout_link; public function __construct($logout_link) { $this->_logout_link = $logout_link; $this->setHtml("" . $this->_html . ""); } public function __call($name, $args) { $this->_logout_link->$name($args); } }

Теперь мы можем использовать их так:

$logout_link = new LogoutLink(); if($is_logged_in) { $logout_link = new LogoutLinkStrongDecorator($logout_link); } if($in_home_page) { $logout_link = new LogoutLinkH2Decorator($logout_link); } else { $logout_link = new LogoutLinkUnderlineDecorator($logout_link); } $logout_link->render();

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:

Logout

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?

Если вам необходимо передавать определенный экземпляр из класса в класс, вы можете передавать его каждый раз через конструктор или использовать «Одиночку». Допустим, у вас есть класс Session , который содержит данные о текущей сессии. Поскольку сессия инициализируется только один раз, мы можем реализовать его так:

Class Session { private static $instance; public static function getInstance() { if(is_null(self::$instance)) { self::$instance = new self(); } return self::$instance; } private function __construct() { } private function __clone() { } // прочие методы сессии... ... ... } // get a session instance $session = Session::getInstance();

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.