C++ Базовый. Занятие 17

Модуль 4: Дополнительные темы объектно-ориентированного программирования.

Темы лекции: Структурные и поведенческие шаблоны проектирования.

Практическое задание: Структурные и поведенческие шаблоны проектирования.

Тренер: Игорь Шкулипа, к.т.н.

C++ Базовый. Занятие 17

http://www.slideshare.net/IgorShkulipa 2

Структурные шаблоны проектирования

http://www.slideshare.net/IgorShkulipa


Структурные шаблоны проектирования

◦ Adapter представляет собой программную обертку над ужесуществующими классами и предназначен для преобразования ихинтерфейсов к виду, пригодному для последующего использованияв новом программном проекте.

◦ Bridge отделяет абстракцию от реализации так, что то и другоеможно изменять независимо.

◦ Composite группирует схожие объекты в древовидные структуры.Рассматривает единообразно простые и сложные объекты.

◦ Decorator используется для расширения функциональностиобъектов. Являясь гибкой альтернативой порождению классов,паттерн Decorator динамически добавляет объекту новыеобязанности.

◦ Facade предоставляет высокоуровневый унифицированныйинтерфейс к набору интерфейсов некоторой подсистемы, чтооблегчает ее использование.

◦ Flyweight использует разделение для эффективной поддержкимножества объектов.

◦ Proxy замещает другой объект для контроля доступа к нему.



Адаптер

Паттерн Adapter, представляет собой программную обертку надсуществующими классами, преобразуя их интерфейсы к виду,пригодному для последующего использования.

Пусть класс, интерфейс которого нужно адаптировать к нужномувиду, имеет имя Adaptee. Для решения задачи преобразованияего интерфейса паттерн Adapter вводит следующую иерархиюклассов:

◦ Виртуальный базовый класс Target. Здесь объявляетсяпользовательский интерфейс подходящего вида. Только этотинтерфейс доступен для пользователя.

◦ Производный класс Adapter, реализующий интерфейс Target.В этом классе также имеется указатель или ссылка наэкземпляр Adaptee. Паттерн Adapter использует этотуказатель для перенаправления клиентских вызовов вAdaptee. Так как интерфейсы Adaptee и Target несовместимымежду собой, то эти вызовы обычно требуютпреобразования.



Пример. Преобразование строки в структуру

class InputStringFullName {

protected:

string _strText;

public:

InputStringFullName() {

_strText="";

}

void Input() {

cout<<"Input Full Name (Surname Name MiddleName): ";

char* cstr=new char;

cin.getline(cstr, 9999, '\n');

_strText=string(cstr);

}

string GetText(){return _strText;}

};



Класс структуры

class FullName {

private:

string _strName; string _strSurname; string _strMiddle;

public:

FullName(string strSurname, string strName, string strMiddleName) {

_strName=strName; _strSurname=strSurname; _strMiddle=strMiddleName;

}

void Print() {

cout<<"Name: "<<_strName<<"\n";

cout<<"Middle Name: "<<_strMiddle<<"\n";

cout<<"Surname: "<<_strSurname<<"\n";

}

string GetName() {return _strName;}

string GetSurname() {return _strSurname;}

string GetMiddle() {return _strMiddle;}

void SetName(string strText) {_strName=strText;}

void SetSurname(string strText) {_strSurname=strText;}

void SetMiddle(string strText) {_strMiddle=strText;}

};



Класс-адаптер

class FullNameAdapter: public InputStringFullName

{

public:

FullNameAdapter(InputStringFullName* stringFullName)

{

_strText=stringFullName->GetText();

}

FullName* GetFullName()

{

unsigned iFirstSpace=_strText.find_first_of(" ");

string strSurname=_strText.substr(0,iFirstSpace);

unsigned iSecondSpace=

_strText.substr(iFirstSpace+1).find_first_of(" ")+iFirstSpace+1;

string strName=_strText.substr(iFirstSpace, iSecondSpace-iFirstSpace);

string strMiddle=_strText.substr(iSecondSpace);

return new FullName(strSurname, strName, strMiddle);

}

};



Использование адаптера

int main()

{

InputStringFullName* isfn=new InputStringFullName();

isfn->Input();

FullNameAdapter* fna=new FullNameAdapter(isfn);

FullName* fn=fna->GetFullName();

fn->Print();

}

Результат:Input Full Name (Surname Name MiddleName): Ivanov Petr Sidorovich

Name: Petr

Middle Name: Sidorovich

Surname: Ivanov



Bridge

Используется для того, чтобы разделять абстракцию иреализацию так, чтобы они могли изменяться независимо.



Реализация. Классы реализаторов с общим интерфейсом

class Iimplementor {

public: virtual void Operation()=0;

};

class Implementor1 : public Iimplementor {

public: virtual void Operation() {

cout<<"Implementor 1\n";

} };

class Implementor2 : public Iimplementor {

public: virtual void Operation() {

cout<<"Implementor 2\n";

} };



Класс-абстракция

class Abstraction

{

protected:

IImplementor* _implementor;

public:

Abstraction(){}

void SetImplementor(IImplementor* implementor)

{

_implementor=implementor;

}

virtual void Operation()

{

_implementor->Operation();

}

};



Использование моста

int main()

{

Abstraction* abstr=new Abstraction();

abstr->SetImplementor(new Implementor1());

abstr->Operation();

abstr->SetImplementor(new Implementor2());

abstr->Operation();

}

Результат:Implementor 1

Implementor 2



Фасад

Паттерн Facade предоставляет унифицированный интерфейсвместо набора интерфейсов некоторой подсистемы. Facadeопределяет интерфейс более высокого уровня, упрощающийиспользование подсистемы.

Паттерн Facade "обертывает" сложную подсистему более простыминтерфейсом.



Реализация. Подсистема 1

class ITeacher {

public:

virtual string GetLecture()=0;

};

class CppTeacher: public ITeacher {

public:

virtual string GetLecture() {

return string("This is C++ Lecture");

} };

class CsTeacher: public ITeacher {

public:

virtual string GetLecture() {

return string("This is C# Lecture");

} };



Подсистема 2

class IAdministration {

public:

virtual string GetAdvice()=0;

};

class Director: public IAdministration {

public:

virtual string GetAdvice() {

return string("Director's Advice");

} };

class Administrator: public IAdministration {

public:

virtual string GetAdvice() {

return string("Administrator's Advice");

} };



Фасадclass Facade {

public:

string GetCppLecture() {

_teacher=new CppTeacher();

return _teacher->GetLecture();

}

string GetCsLecture() {

_teacher=new CsTeacher();

return _teacher->GetLecture();

}

string GetDirectorAdvice() {

_administration=new Director();

return _administration->GetAdvice();

}

string GetAdministratorAdvice() {

_administration=new Administrator();

return _administration->GetAdvice();

}

private:

ITeacher* _teacher;

IAdministration* _administration;

};



Использование фасада

int main()

{

Facade* facade=new Facade();

cout<<facade->GetAdministratorAdvice().c_str()<<"\n";

cout<<facade->GetCppLecture().c_str()<<"\n";

cout<<facade->GetCsLecture().c_str()<<"\n";

cout<<facade->GetDirectorAdvice().c_str()<<"\n";

}

Результат:Administrator's Advice

This is C++ Lecture

This is C# Lecture

Director's Advice



Паттерны для самостоятельного изучения

Паттерн Composite группирует схожие объекты в древовидныеструктуры. Рассматривает единообразно простые и сложныеобъекты.

Паттерн Decorator используется для расширенияфункциональности объектов. Являясь гибкой альтернативойпорождению классов, паттерн Decorator динамическидобавляет объекту новые обязанности.

Паттерн Flyweight использует разделение для эффективнойподдержки множества объектов.

Паттерн Proxy замещает другой объект для контроля доступа кнему.



Шаблоны поведения



Шаблоны поведения

Паттерн Chain of Responsibility позволяет обработать запроснескольким объектам-получателям. Получатели связываются вцепочку, и запрос передается по цепочке, пока не будет обработанкаким-то объектом. Паттерн Chain of Responsibility позволяет такжеизбежать жесткой зависимости между отправителем запроса и егополучателями.

Паттерн Command преобразовывает запрос на выполнение действия вотдельный объект-команду. Это придает системе гибкость: позволяетосуществлять динамическую замену команд, использовать сложныесоставные команды, осуществлять отмену операций.

Паттерн Iterator предоставляет механизм обхода элементов составныхобъектов (коллекций) не раскрывая их внутреннего представления.

Паттерн Interpreter предназначен для решения повторяющихся задач,которые можно описать некоторым языком. Для этого паттернInterpreter описывает решаемую задачу в виде предложений этогоязыка, а затем интерпретирует их.

Паттерн Mediator инкапсулирует взаимодействие совокупностиобъектов в отдельный объект-посредник. Уменьшает степеньсвязанности взаимодействующих объектов - им не нужно хранитьссылки друг на друга.



Шаблоны поведенияПаттерн Memento получает и сохраняет за пределами объекта его

внутреннее состояние так, чтобы позже можно было восстановитьобъект в таком же состоянии.

Паттерн Observer определяет зависимость "один-ко-многим" междуобъектами так, что при изменении состояния одного объекта всезависящие от него объекты уведомляются и обновляютсяавтоматически.

Паттерн State позволяет объекту изменять свое поведение взависимости от внутреннего состояния. Создается впечатление, чтообъект изменил свой класс. Паттерн State является объектно-ориентированной реализацией конечного автомата.

Если поведение системы настраивается согласно одному из некоторогомножества алгоритму, то применение паттерна Strategy переноситсемейство алгоритмов в отдельную иерархию классов, что позволяетзаменять один алгоритм другим в ходе выполнения программы. Крометого, такую систему проще расширять и поддерживать.

Паттерн Template Method определяет основу алгоритма и позволяетподклассам изменить некоторые шаги этого алгоритма без измененияего общей структуры.

Паттерн Visitor определяет операцию, выполняемую на каждомэлементе из некоторой структуры без изменения классов этихобъектов.



Команда

Паттерн Command преобразовывает запрос на выполнениедействия в отдельный объект-команду. Такая инкапсуляцияпозволяет передавать эти действия другим функциям иобъектам в качестве параметра, приказывая им выполнитьзапрошенную операцию. Команда – это объект, поэтому надней допустимы любые операции, что и над объектом.

Команда используется, если:

◦ Система управляется событиями. При появлении такогособытия (запроса) необходимо выполнить определеннуюпоследовательность действий.

◦ Необходимо параметризировать объекты выполняемымдействием, ставить запросы в очередь или поддерживатьоперации отмены и повтора действий.

◦ Нужен объектно-ориентированный аналог функцииобратного вызова в процедурном программировании.



Пример. Интерфейс «Игра»

class IGame

{

public:

virtual void New()=0;

virtual void Start()=0;

virtual void Pause()=0;

virtual void Resume()=0;

virtual void Finish()=0;

virtual void Break()=0;

virtual void BreakAndFinish()=0;

virtual void BreakAndStart()=0;

};



Реализация интерфейса

class SomeGame: public IGame {

public:

virtual void New() {

cout<< "New Game.\n“; }

virtual void Start() {

cout<< "Game Started.\n“; }

virtual void Pause() {

cout<< "Game Paused.\n“; }

virtual void Resume() {

cout<< "Game Resumed.\n“; }

virtual void Finish() {

cout<< "Game Finished.\n“; }

virtual void Break() {

cout<< "Game Breaked.\n“; }

virtual void BreakAndFinish() {

this->Break(); this->Finish(); }

virtual void BreakAndStart() {

this->Break(); this->New(); this->Start(); }

};



Классы команд

class ICommand {

public:

ICommand(IGame* game){ _game=game; }

virtual void ExecuteCommand()=0;

virtual ~ICommand(){ delete _game;}

protected: IGame* _game;

};

class NewCommand: public ICommand {

public:

NewCommand(IGame* game):ICommand(game){}

virtual void ExecuteCommand(){

cout<<"Executing New Command...\n";

_game->New();

} };

class StartCommand: public ICommand {

public:

StartCommand(IGame* game):ICommand(game){}

virtual void ExecuteCommand() {

cout<<"Executing Start Command...\n";

_game->Start();

} };



Классы команд

class PauseCommand: public ICommand {

public:

PauseCommand(IGame* game):ICommand(game){}


cout<<"Executing Pause Command...\n";

_game->Pause();

} };

class ResumeCommand: public ICommand {

public:

ResumeCommand(IGame* game):ICommand(game){}


cout<<"Executing Resume Command...\n";

_game->Resume();

} };

class FinishCommand: public ICommand {

public:

FinishCommand(IGame* game) :ICommand(game){}


cout<<"Executing Finish Command...\n";

_game->Finish();

} };



Классы командclass BreakCommand: public ICommand {

public:

BreakCommand(IGame* game):ICommand(game){}


cout<<"Executing Break Command...\n";

_game->Break();

} };

class BreakAndFinishCommand: public ICommand {

public:

BreakAndFinishCommand(IGame* game):ICommand(game){}


cout<<"Executing Break And Finish Command...\n";

_game->BreakAndFinish();

} };

class BreakAndStartCommand: public ICommand {

public:

BreakAndStartCommand(IGame* game) :ICommand(game){}


cout<<"Executing Break And Start Command...\n";

_game->BreakAndStart();

} };



Использование команд

int main()

{

IGame* someGame=new SomeGame();

ICommand* command[10];

command[0]=new NewCommand(someGame);

command[1]=new StartCommand(someGame);

command[2]=new BreakCommand(someGame);

command[3]=new NewCommand(someGame);

command[4]=new StartCommand(someGame);

command[5]=new BreakAndStartCommand(someGame);

command[6]=new PauseCommand(someGame);

command[7]=new ResumeCommand(someGame);

command[8]=new PauseCommand(someGame);

command[9]=new BreakAndFinishCommand(someGame);

for (int i=0;i<10;i++)

{

command[i]->ExecuteCommand();

}

}

Результат:Executing New Command...

New Game.

Executing Start Command...

Game Started.

Executing Break Command...

Game Breaked.

Executing New Command...

New Game.

Executing Start Command...

Game Started.

Executing Break And Start Command...

Game Breaked.

New Game.

Game Started.

Executing Pause Command...

Game Paused.

Executing Resume Command...

Game Resumed.

Executing Pause Command...

Game Paused.

Executing Break And Finish Command...

Game Breaked.

Game Finished.



Chain of Responsibility

Паттерн Chain of Responsibility позволяет избежать жесткойзависимости отправителя запроса от его получателя, при этомзапрос может быть обработан несколькими объектами.Объекты-получатели связываются в цепочку. Запроспередается по этой цепочке, пока не будет обработан.

Вводит конвейерную обработку для запроса с множествомвозможных обработчиков.

Объектно-ориентированный связанный список с рекурсивнымобходом.



Общая схема паттерна

Клиент

Обработчик 1



Обработчик ...

Обработчик n



Реализация цепочки. Классы событий

class IEvent{

public: virtual string GetEventType(){return _strEventType;}

protected: string _strEventType;

};

class Event1: public IEvent {

public: Event1(){_strEventType="Event1";}};





class Event4: public IEvent{








Базовый класс-обработчик

class BaseHandler {

public:

BaseHandler(){_next=NULL;}

virtual void Handle(IEvent* ev) {

if (_event->GetEventType()==ev->GetEventType()) {

cout<<_event->GetEventType()<<" successfully handled.\n";

} else {

cout<<"Sending event to next Handler...\n";

if (_next)

_next->Handle(ev);

else

cout<<"Unknown event. Can't handle.\n";

}}

protected:

void SetNextHandler(BaseHandler* newHandler){

_next=newHandler;

}

protected:

BaseHandler* _next;

IEvent* _event;

};



Классы-обработчики

class Handler5: public BaseHandler {

public: Handler5() {

_event=new Event5(); _next=NULL;

}};



_event=new Event4(); _next=new Handler5();

}};




}};




}};



_event=new Event1(); _next= new Handler2();

}};



Класс тестового приложения

template<int iCount> class ChainApplication {

public:

ChainApplication(){_eventHandler=new

Handler1();}

~ChainApplication(){ delete _eventHandler;};

void Run() {

srand(time(0));

for (int i=0;i<iCount;i++)

{

HandleEvent(GenerateRandomEvent());

}}

private:

void HandleEvent(IEvent* ev)

{

_eventHandler->Handle(ev);

}

private:

BaseHandler* _eventHandler;

...



Класс тестового приложения...

private:

IEvent* GenerateRandomEvent()

{

int iEvent=rand() % 6;

IEvent* result;

switch (iEvent)

{

case 0: result= new Event1();break;





default: result= new Event6();

}

cout<<"\nGenerated event: "<<result->GetEventType() <<"\n";

return result;

}

};



Результат цепочки ответственностей

int main()

{

ChainApplication<5>* capp=

new ChainApplication<5>();

capp->Run();

}

Результат:Generated event: Event5

Sending event to next Handler...




Event5 successfully handled.

Generated event: Event4
















Unknown event. Can't handle.



Strategy

Паттерн Strategy предназначенный для определения семействаалгоритмов и инкапсуляции каждого из них и обеспечения ихвзаимозаменяемости.

Переносит в отдельную иерархию классов все детали, связанныес реализацией алгоритмов.



Пример

class IStrategy

{

public:

virtual void Use()=0;

protected:

void WakeUp() {cout<<"Wake up.\n";}

void Shower() {cout<<"Take shower.\n";}

void Dress() {cout<<"Dress.\n";}

void GoToBusStop() {cout<<"Go to bus stop.\n";}

void Wait() {cout<<"Wait.\n";}

void Arrive() {cout <<"Arrive.\n";};

void DoWork() {cout <<"Do work.\n";}

void DoExercises() {cout <<"Do exercises.\n";}

void Walk() {cout<<"Walk.\n";}

void GoOut() {cout<<"Go out.\n";}

void GoToPark() {cout<<"Go to park.\n";};

};



Классы конкретных стратегий

class GoToWorkStrategy: public IStrategy {

public:

virtual void Use() {

WakeUp(); Shower(); Dress(); GoOut();

GoToBusStop(); Wait(); Arrive(); DoWork();

}};

class GoWalkStrategy: public IStrategy {

public:


GoOut(); GoToPark(); Walk();

}};

class GoToGymStrategy: public IStrategy {

public:


GoOut(); GoToBusStop(); Arrive(); DoExercises();

}};



Клиент стратегий

class IStrategyClient

{

public:

virtual void UseStrategy()=0;

virtual void SetStrategy(IStrategy* st){_strategy=st;};

protected:

IStrategy* _strategy;

};

class StrategyClient1: public IStrategyClient

{

public:

StrategyClient1(){}

void UseStrategy()

{

_strategy->Use();

}

};



Использование стратегий

int main()

{

IStrategyClient* stClient=new StrategyClient1();

stClient->SetStrategy(new GoToWorkStrategy());

stClient->UseStrategy();

cout<<"\n";

stClient->SetStrategy(new GoToGymStrategy());


cout<<"\n";

stClient->SetStrategy(new GoWalkStrategy);


}

Результат:Wake up.

Take shower.

Dress.

Go out.

Go to bus stop.

Wait.

Arrive.

Do work.

Go out.

Go to bus stop.

Arrive.

Do exercises.

Go out.

Go to park.

Walk.



Паттерны для самостоятельного изучения

◦ Паттерн Iterator

◦ Паттерн Interpreter

◦ Паттерн Mediator

◦ Паттерн Memento

◦ Паттерн Observer

◦ Паттерн State

◦ Паттерн Template Method

◦ Паттерн Visitor



Лабораторная работа №17. Паттерны проектирования

Самостоятельно изучить теоретическую часть, а так жепридумать реализовать примеры для паттернов:

Структурные:

1. Composite

2. Decorator

3. Flyweight

4. Proxy

Поведенческие:

1. Iterator

2. Interpreter

3. Mediator

4. Memento

5. Observer

6. State

7. Template Method

8. Visitor


Education

C++ Базовый. Занятие 17