Použití návrhových vzorů v prostředí jazyka C# .NET

Bc. Michal JakubecMCSE, MCSD, MCDBA, MCTS

http://www.jakubec.cz/

1

Agenda

• 17:00 až 17:10 – Představení WUGu• 17:10 až 18:30 – Návrhové vzory GoF• 18:30 až 18:45 – Přestávka a občerstvení• 18:45 až 20:00 – Návrhové vzory v praxi• 20:00 – Diskuse: postřehy z praxe

2

Návrhové vzory GoF1. část

3

Co je návrhový vzor?

• Definice„Obecně použitelné řešení

určitého problému v určitém kontextu“• Specifikace

– Název vzoru– Popis problému– Popis řešení– Důsledky použití vzoru, příp. alternativy

4

K čemu je to dobré?

• Společný slovník vývojářů a architektů• Nemusíte "objevovat kolo"• Velice inspirativní pro další profesní rozvoj• Rozvíjí návrhové schopnosti• Usnadňují řešení návrhových a vývojových

problémů (většinou)• Vedou k získání tvárnější implementace

funkčnosti (většinou)

5

Jak začít s návrhovými vzory?

• Pořiďte si knihu GoF a mějte ji po ruce• Seznamte se s UML• Připravte si tužku a papír

– později postačí propiska• Diskutujte o vzorech a svých návrzích s kolegy• Mějte odhodlání a pevnou vůli

– abstrakci se člověk učí celý život

6

Klasifikace vzorů GoF

7

Účel Přístup

Tvorba instancí(Creational)

Struktura(Structural)

Chování(Behavioral)

Třída Factory Method Adapter (C) InterpreterTemplate Method

Instance Abstract Factory BuilderPrototypeSingleton

Adapter (I)BridgeCompositeDecoratorFaçadeFlyweightProxy

Chain of ResponsibilityCommandIteratorMediatorMementoObserverStateStrategyVisitor

Vzájemné vztahy vzorů GoF

8

Zadání ukázkové aplikace

• Vytvořte aplikaci, která umožní– zadání jednoduchého algebraického výrazu s

konstantami a proměnnými v textové formě– zadání hodnot jednotlivých proměnných ve výrazu– vyhodnocení výrazu a zobrazení výsledku

9

Vzory GoF v praktické ukázce

• Composite (Skladba)• Builder (Stavitel)• Interpreter (Interpret)• Command (Příkaz)

…možná naleznete nějaké další

10

Podoba uživatelského rozhraní

11

Kalkulátor algebraických výrazů

a - (b + c)

Výraz:

a = 12, b = 3, c = 5

Proměnné:

4

Výsledek:

ZavřítVypočítat

X

Smazat

http://www.infoq.com/presentations/Modeling-the-User-Interface

Gramatika platných výrazů

Zápis v Backusově-Naurově formě (BNF):

<expr> ::= <number> | <var> | <expr> <oper> <expr> | "(" <expr> ")"<oper> ::= '+' | '-' | '*' | '/'<number> ::= <digit> | <digit> <number><digit> ::= "0" | "1" | "2" | … | "9"<var> ::= <letter> | <letter> <var><letter> ::= "a" | "b" | "c" | ... | "z"

Možný výskyt bílých znaků (mezery, tabulátory, apod.) v definici pro přehlednost neuvádím.

12

Příklady vyhovující gramatice

• 36• a + b• 12 + c• 5 + a * 9 + b – c• 5 + (a * 9) + b – c• (abc + xyz) / opq• (24 + (b * 3)) / (a – 2)

13

Zachycení hodnot proměnných

• Kolekce typu klíč-hodnota

14

Název proměnné (klíč kolekce) Hodnota proměnné

a 26

b 38

… …

Zachycení výrazu v paměti

(24 + (b * 3)) / (a – 2)

15

/

+ -

24 *

b 3

2a

KořenBinární strom

Konstanta

Binární výraz

Proměnná

Vzor Composite (Skladba)

• skládáním jednoduchých objektů získáme funkční celek

16

Zachycení výrazu – Composite

17

«interface»IExpression

Symbol : string

BinaryExpression

Name : string

VariableExpression

Value : double

ConstantExpression

Left

Right

Praktická ukázka (1/5)

• Implementace zachycení výrazu– rozhraní IExpression– třída ConstantExpression– třída VariableExpression– třída BinaryExpression

• Doplnění překrytí metody ToString()– umožní zobrazení textové podoby výrazu –

užitečné pro ladění

18

Vzor Builder (Stavitel)

• Odděluje konstrukci složeného objektu od jeho reprezentace

19

20

Tvorba stromu výrazu – Builder

+ 1 2 1 + 2 1 2 +

BuildConstant(value : double)BuildVariable(name : string)BuildOperation(symbol : string)BuildLeftBracket()BuildRightBracket()GetProduct() : IExpression

«interface»IExpressionBuilder

ExpressionParser(builder : IExpressionBuilder)Parse(text : string) : IExpression

ExpressionParserbuilder

InfixExpressionBuilder PostfixExpressionBuilderPrefixExpressionBuilder

Praktická ukázka (2/5)

• Implementace tvorby stromu výrazu– rozhraní IExpressionBuilder– třída ExpressionParser– třída InfixExpressionBuilder

21

Vzor Interpreter (Interpret)

• Definuje reprezentaci gramatiky a způsob jejího vyhodnocení (interpretace)

22

23

Výpočet výrazu – Interpreter

GetValue(string name) : double

«interface»IContext

Evaluate(context : IContext) : double

«interface»IExpression

Context(items : Dictionary<string, double>)GetValue(name : string) : double

items : Dictionary<string, double>

DictionaryContext// pro ConstantExpression return value;

// pro VariableExpression return context.GetValue(name);

// pro BinaryExpression sčítání return left.Evaluate(context) + right.Evaluate(context);

Praktická ukázka (3/5)

• Implementace výpočtu výrazu– rozhraní IContext– metoda IExpression.Evaluate(IContext)– třída DictionaryContext

24

25

Tvorba kontextu – Builder

BuildName(name : string)BuildValue(value : double)BuildAssignment()BuildDelimiter()GetProduct() : IContext

«interface»IContextBuilder

ContextParser(builder : IContextBuilder)Parse(text : string) : IContext

ContextParserbuilder

DictionaryContextBuilder LinkedListContextBuilderArrayContextBuilder

Praktická ukázka (4/5)

• Implementace tvorby kontextu– rozhraní IContextBuilder– třída ContextParser– třída DictionaryContextBuilder

26

Vzor Command (Příkaz)

• Zapouzdří operaci tak, aby bylo možné ji předávat a užívat různými subjekty

27

Napojení na UI - Command

28

Execute()

«interface»ICommand

ButtonCalculate_Click()ToolbarCalculate_Click()

MainFormcommand

command.Execute();

CalculationCommand( entryExpression : Control, entryVariables : Control, entryResult : Control)Execute()

CalculationCommand

Praktická ukázka (5/5)

• Implementace napojení na UI– rozhraní ICommand– třída CalculationCommand– deklarace atributu typu ICommand– vytvoření instance CalculationCommand

29

Shrnutí

• Vzor Composite (Skladba)– zachycení struktury algebraického výrazu

• Vzor Builder (Stavitel)– tvorba stromu výrazu z jeho textové podoby– tvorba kontextu z jeho textové podoby

• Vzor Interpreter (Interpret)– výpočet hodnoty výrazu dle kontextu

• Vzor Command (Příkaz)– napojení na UI

• … nějaké další vzory?30

Trochu historie…• Christopher Alexander:

A Pattern Language, 1977• Kent Beck, Ward Cunningham: Using Pattern Languages

for Object-Oriented Programs, OOPSLA, 1987• GoF: Design Patterns, OOPSLA, 1994

31

GoF: Gang of FourRalph Johnson, Erich Gamma,Richard Helm, John Vlissides

32

Rok 2005: 10. výročí vzorů GoF

33

Zdroj: http://laputan.org/

PřestávkaObčerstvení, názory, připomínky, otázky, odpovědi…

34

Návrhové vzory v praxi3. část

35

Typické problémy ze života

• Decorator vs. Proxy• Mediator vs. Observer• Visitor vs. Interpreter• Singleton v různých podobách

36

Decorator vs. Proxy

• Decorator– skládá funkčnost

objektů– zachovává rozhraní

• Proxy– upravuje

funkčnostobjektu

– zachovávározhraní

37

Mediator vs. Observer

• Mediator– fixní vztahy

(většinou)

• Observer– variabilní

vztahy(většinou)

38

Otázka: Najdete v těchto diagramech syntaktickou chybu?

Visitor vs. Interpreter

• Visitor– visitor se při

průchodu mění

• Interpreter– kontext se při

průchodu nemění

39

Singleton v různých podobách

• veřejný statický atributinternal sealed class Singleton{ public static readonly Singleton Instance = new Singleton();

private Singleton() { ... }}

40

Singleton v různých podobách

• veřejná statická vlastnostinternal sealed class Singleton{ private static readonly Singleton instance = new Singleton();

public static Singleton Instance { get { return instance; } }

private Singleton() { ... }}

41

Singleton v různých podobách

• veřejná statická vlastnost jako proxyinternal sealed class Singleton{ private static Singleton instance;

public static Singleton Instance { get { if (instance == null) instance = new Singleton(); return instance; } }

private Singleton() { ... }}

42

Singleton v různých podobách

• synchronizace vícevláknového přístupu (jde to lépe?)internal sealed class Singleton{ private static volatile Singleton instance;

public static Singleton Instance { get { lock(typeof(Singleton)) { if (instance == null) instance = new Singleton(); return instance; } } }

private Singleton() { ... }}

43

Singleton v různých podobách

• synchronizace vícevláknového přístupu (lepší varianta)internal sealed class Singleton{ private static object syncRoot = new object(); private static volatile Singleton instance;

public static Singleton Instance { get { lock(syncRoot) { if (instance == null) instance = new Singleton(); return instance; } } }

private Singleton() { ... }} 44

Singleton v různých podobách

• double-checked locking optimizationinternal sealed class Singleton{ private static object syncRoot = new object(); private static volatile Singleton instance; public static Singleton Instance { get { if (instance == null) { lock(syncRoot) { if (instance == null) instance = new Singleton(); } } return instance; } } private Singleton() { ... }}

45

O vzorech EAA

• hlavním autorem Martin Fowler– http://www.martinfowler.com

• zejména architektonické a návrhové vzory• vzory připraveny na základě bohatých

zkušeností autora z tvorby business aplikací

46

Přehled vzorů EAA• Domain Logic Patterns

– Transaction Script (110), Domain Model (116), Table Module (125), Service Layer (133).

• Data Source Architectural Patterns– Table Data Gateway (144), Row Data Gateway

(152), Active Record (160), Data Mapper (165).

• Object-Relational Behavioral Patterns:– Unit of Work (184), Identity Map (195), Lazy Load

(200)

• Object-Relational Structural Patterns:– Identity Field (216), Foreign Key Mapping (236),

Association Table Mapping (248), Dependent Mapping (262), Embedded Value (268), Serialized LOB (272), Single Table Inheritance (278), Class Table Inheritance (285), Concrete Table Inheritance (293), Inheritance Mappers (302).

• Object-Relational Metadata Mapping Patterns:– Metadata Mapping (306), Query Object (316),

Repository (322).

• Web Presentation Patterns:– Model View Controller (330), Page Controller

(333), Front Controller (344), Template View (350), Transform View (361), Two-Step View (365), Application Controller (379).

• Distribution Patterns:– Remote Facade (388), Data Transfer Object

(401)

• Offline Concurrency Patterns:– Optimistic Offline Lock (416),

Pessimistic Offline Lock (426), Coarse Grained Lock (438), Implicit Lock (449).

• Session State Patterns:– Client Session State (456), Server Session State

(458), Database Session State (462).

• Base Patterns:– Gateway (466), Mapper (473), Layer Supertype

(475), Separated Interface (476), Registry (480), Value Object (486), Money (488), Special Case (496), Plugin (499), Service Stub (504), Record Set (508)

47

Zdroj: http://martinfowler.com/eaaCatalog/

Praktická ukázka (1/2)

• Domain Model – třídy reprezentující prvky výrazu a hodnoty proměnných

• Repository – hlavní přístupový bod k mechanismu persistence výrazů a hodnot proměnných

48

Princip Inversion of Control (IoC)

49

Dependency Injection

• Tři základní metody „kontejnerové“ injekce– pomocí konstruktorů– pomocí setterů– pomocí „injekčních“ rozhraní

• Alternativa pomocí EAA vzoru Registry– statické rozhraní – „pevné“ metody vrací produkt– dynamické rozhraní – produkt získáván z kolekce

či pomocí reflexe

50

Praktická ukázka (2/2)

• Dependency Injection – výměna implementace mechanismu persistence

• Adapter (GoF) – doplňková funkčnost k mechanismu persistence výrazů

51

Zdroje

• http://sourcemaking.com/• http://martinfowler.com/eaaCatalog/index.html• http://martinfowler.com/articles/injection.html

52

Závěr: Diskuse: názory, připomínky, otázky, odpovědi

53