Design Pattern Comportamentali
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Il documento discute vari design pattern comportamentali nel contesto dell'ingegneria del software, con particolare attenzione ai modelli Command, Iterator, Observer, Strategy e Template Method. Ogni pattern è analizzato per la sua struttura, applicabilità, conseguenze e fornisce esempi concreti di implementazione. L'obiettivo è di migliorare la comprensione di come questi pattern possono facilitare la progettazione software rendendo il codice più modulare e riutilizzabile.
![Ingegneria del software mod. A
COMMAND
Esempio
Scala: first order function
11Riccardo Cardin
object Invoker {
private var history: Seq[() => Unit] = Seq.empty
def invoke(command: => Unit) { // by-name parameter
command
history :+= command _
}
}
Invoker.invoke(println("foo"))
Invoker.invoke {
println("bar 1")
println("bar 2")
}
È possibile sostituire il command
con oggetti funzione: maggior
concisione, ma minor
configurabilità
Parametro by-name](https://image.slidesharecdn.com/designpatterncomportamentali-150202005727-conversion-gate01/85/Design-Pattern-Comportamentali-11-320.jpg)
![Ingegneria del software mod. A
COMMAND
Esempio
Javascript: utilizzo oggetti funzione e apply
12Riccardo Cardin
(function(){
var CarManager = {
// request information
requestInfo: function( model, id ) { /* ... */ },
// purchase the car
buyVehicle: function( model, id ) { /* ... */ },
// arrange a viewing
arrangeViewing: function( model, id ){ /* ... */ }
};
})();
CarManager.execute = function ( name ) {
return CarManager[name] && CarManager[name].apply( CarManager,
[].slice.call(arguments, 1) );
};
CarManager.execute( "buyVehicle", "Ford Escort", "453543" );
Rende uniforme l’API,
utilizzando il metodo
apply
Trasforma l’oggetto
arguments in un array](https://image.slidesharecdn.com/designpatterncomportamentali-150202005727-conversion-gate01/85/Design-Pattern-Comportamentali-12-320.jpg)
![Ingegneria del software mod. A
STRATEGY
Esempio
37Riccardo Cardin
Esempio
Si vuole realizzare una classe MyArray per disporre di tutte le funzioni
utili per lavorare con vettori di numeri. Si prevedono 2 funzioni di
stampa:
- Formato matematico { 67, -9, 0, 4, …}
- Formato standard Arr[0] = 67 Arr[1] = -9 Arr[2] = 0 ...
Questi formati potrebbero, in futuro, essere sostituiti o incrementati](https://image.slidesharecdn.com/designpatterncomportamentali-150202005727-conversion-gate01/85/Design-Pattern-Comportamentali-37-320.jpg)
![Ingegneria del software mod. A
TEMPLATE METHOD
Esempio
Soluzione naive
46Riccardo Cardin
public int somma(int[] array) {
int somma = 0;
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
somma += array[i];
}
return somma;
}
public int prodotto(int[] array){
int prodotto= 1;
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
prodotto *= array[i];
}
return prodotto;
}](https://image.slidesharecdn.com/designpatterncomportamentali-150202005727-conversion-gate01/85/Design-Pattern-Comportamentali-46-320.jpg)
![Ingegneria del software mod. A
TEMPLATE METHOD
Esempio
Soluzione con Template Method pattern
47Riccardo Cardin
public abstract class Calcolatore {
public final int calcola(int[] array){
int value = valoreIniziale();
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
value = esegui(value, array[i]);
}
return value;
}
protected abstract int valoreIniziale();
protected abstract int esegui(int currentValue, int element);
}
public class CalcolatoreSomma {
protected int esegui(int currentValue, int element) {
return currentValue + element;
}
protected int valoreIniziale() {
return 0;
}
}](https://image.slidesharecdn.com/designpatterncomportamentali-150202005727-conversion-gate01/85/Design-Pattern-Comportamentali-47-320.jpg)
: List[B] = l match {
case x :: xs => f(x) :: doForAll(xs, f)
case Nil => Nil
}
// Already in Scala specification
List(1, 2, 3, 4).map {x => x * 2}](https://image.slidesharecdn.com/designpatterncomportamentali-150202005727-conversion-gate01/85/Design-Pattern-Comportamentali-48-320.jpg)
Design Pattern Comportamentali
- 1. DESIGN PATTERN COMPORTAMENTALI INGEGNERIA DEL SOFTWARE Università degli Studi di Padova Dipartimento di Matematica Corso di Laurea in Informatica, A.A. 2014 – 2015 rcardin@math.unipd.it
- 2. Ingegneria del software mod. A INTRODUZIONE 2Riccardo Cardin Architetturali Model view controller
- 3. Ingegneria del software mod. A INTRODUZIONE Scopo dei design pattern comportamentali In che modo un oggetto svolge la sua funzione? In che modo diversi oggetti collaborano tra loro? 3Riccardo Cardin
- 4. Ingegneria del software mod. A COMMAND Scopo Incapsulare una richiesta in un oggetto, cosicché i client sia indipendenti dalle richieste Motivazione Necessità di gestire richieste di cui non si conoscono i particolari Toolkit associano ai propri elementi, richieste da eseguire Una classe astratta, Command, definisce l’interfaccia per eseguire la richiesta La richiesta è un semplice oggetto 4Riccardo Cardin
- 5. Ingegneria del software mod. A COMMAND Applicabilità Parametrizzazione di oggetti sull’azione da eseguire Callback function Specificare, accodare ed eseguire richieste molteplici volte Supporto ad operazione di Undo e Redo Supporto a transazione Un comando equivale ad una operazione atomica 5Riccardo Cardin
- 6. Ingegneria del software mod. A COMMAND Struttura 6Riccardo Cardin Interfaccia di esecuzione delle richieste Implementa la richiesta concreta, invocando l’operazione sul receiver Esegue il comando Conosce come portare a termine la richiesta del comando concreto
- 7. Ingegneria del software mod. A COMMAND Struttura 7Riccardo Cardin
- 8. Ingegneria del software mod. A COMMAND Conseguenze Accoppiamento “lasco” tra oggetto invocante e quello che porta a termine l’operazione I command possono essere estesi I comandi possono essere composti e innestati È facile aggiungere nuovi comandi Le classi esistenti non devono essere modificate 8Riccardo Cardin
- 9. Ingegneria del software mod. A COMMAND Esempio 9Riccardo Cardin Esempio Una classe Account modella conti correnti. Le funzionalità che si vogliono realizzare sono: - Prelievo - Versamento - Undo Questa operazione consente di annullare una delle precedenti, ma con il vincolo che l’annullamento deve avvenire con ordine cronologico inverso.
- 10. Ingegneria del software mod. A COMMAND Esempio 10Riccardo Cardin
- 11. Ingegneria del software mod. A COMMAND Esempio Scala: first order function 11Riccardo Cardin object Invoker { private var history: Seq[() => Unit] = Seq.empty def invoke(command: => Unit) { // by-name parameter command history :+= command _ } } Invoker.invoke(println("foo")) Invoker.invoke { println("bar 1") println("bar 2") } È possibile sostituire il command con oggetti funzione: maggior concisione, ma minor configurabilità Parametro by-name
- 12. Ingegneria del software mod. A COMMAND Esempio Javascript: utilizzo oggetti funzione e apply 12Riccardo Cardin (function(){ var CarManager = { // request information requestInfo: function( model, id ) { /* ... */ }, // purchase the car buyVehicle: function( model, id ) { /* ... */ }, // arrange a viewing arrangeViewing: function( model, id ){ /* ... */ } }; })(); CarManager.execute = function ( name ) { return CarManager[name] && CarManager[name].apply( CarManager, [].slice.call(arguments, 1) ); }; CarManager.execute( "buyVehicle", "Ford Escort", "453543" ); Rende uniforme l’API, utilizzando il metodo apply Trasforma l’oggetto arguments in un array
- 13. Ingegneria del software mod. A COMMAND Implementazione Quanto deve essere intelligente un comando? Semplice binding fra il receiver e l’azione da eseguire Comandi agnostici, autoconsistenti Supporto all’undo e redo Attenti allo stato del sistema da mantenere (receiver, argomenti, valori originali del sistema …) History list Accumulo di errori durante l’esecuzione di più comandi successivi Utilizzo dei template C++ o dei Generics Java 13Riccardo Cardin
- 14. Ingegneria del software mod. A ITERATOR Scopo Fornisce l’accesso sequenziale agli elementi di un aggregato Senza esporre l’implementazione dell’aggregato Motivazione “Per scorrere non è necessario conoscere” Devono essere disponibili diverse politiche di attraversamento Iterator pattern sposta la responsabilità di attraversamento in un oggetto iteratore Tiene traccia dell’elemento corrente 14Riccardo Cardin
- 15. Ingegneria del software mod. A ITERATOR Applicabilità Accedere il contenuto di un aggregato senza esporre la rappresentazione interna Supportare diverse politiche di attraversamento Fornire un’interfaccia unica di attraversamento su diversi aggregati Polymorphic iteration 15Riccardo Cardin
- 16. Ingegneria del software mod. A ITERATOR Struttura 16Riccardo Cardin Interfaccia per accedere e attraversare gli aggregati Tiene traccia della posizione corrente nell’attraversamento dell’aggregato Interfaccia di creazione degli iteratori (factory method) Ritorna un’istanza di un iteratore concreto
- 17. Ingegneria del software mod. A ITERATOR Conseguenze Supporto a variazioni nelle politiche di attraversamento di un aggregato Semplificazione dell’interfaccia dell’aggregato Attraversamento contemporaneo di più iteratori sul medesimo aggregato 17Riccardo Cardin
- 18. Ingegneria del software mod. A ITERATOR Esempio 18Riccardo Cardin Esempio Vediamo alcuni esempi di implementazione del pattern nella libreria J2SE di Java
- 19. Ingegneria del software mod. A ITERATOR Esempio 19Riccardo Cardin // preparo ed eseguo una query con JDBC String sql = “select * from utenti where user = ?”; PreparedStatement pst = connection.prepareStatement(sql); pst.setString(1,x); ResultSet rs = pst.executeQuery(); // ciclo i risultati con un generico iteratore while(rs.next()) { Utente utente = new Utente(); utente.setUser(rs.getString(“user”)); utente.setPassword(rs.getString(“password”)); // ... } // creo un aggregatore concreto List<Employee> lista = new ArrayList<Employee>(); lista.add(new Employee(…)); lista.add(new Employee(…)); // ciclo tramite un generico iteratore Iterator iterator = lista.iterator(); while(iterator.hasNext()) { Employee e = iterator.next(); System.out.print(e.getNome() + " guadagna "); System.out.println(e.getSalario()); } java.util.Iterator java.sql.ResultSet
- 20. Ingegneria del software mod. A ITERATOR Implementazione Chi controlla l’iterazione? External (active) iterator: il client controlla l’iterazione Internal (passive) iterator: l’iteratore controlla l’iterazione Chi definisce l’algoritmo di attraversamento? Aggregato: iteratore viene definito “cursore” Il client invoca Next sull’aggregato, fornendo il cursore Iteratore: viene violata l’encapsulation dell’aggregato Miglior riuso degli algoritmi di attraversamento Iteratori robusti Assicurarsi che l’inserimento e la cancellazione di elementi dall’aggregato non creino interferenze 20Riccardo Cardin
- 21. Ingegneria del software mod. A ITERATOR Implementazione Operazioni aggiuntive Polymorphic iterator Utilizzo del Proxy Pattern per deallocazione dell’iteratore Accoppiamento stretto tra iteratore e aggregato C++, dichiarare friend l’iteratore Null Iterator Iteratore degenere che implementa IsDone con il ritorno di true Utile per scorrere strutture ricorsive 21Riccardo Cardin
- 22. Ingegneria del software mod. A OBSERVER Scopo Definisce una dipendenza “1..n” fra oggetti, riflettendo la modifica di un oggetto sui dipendenti Motivazione Mantenere la consistenza fra oggetti Modello e viste ad esso collegate Observer pattern definisce come implementare la relazione di dipendenza Subject: effettua le notifiche Observer: si aggiorna in risposta ad una notifica “Publish - Subscribe” 22Riccardo Cardin
- 23. Ingegneria del software mod. A OBSERVER Motivazione 23Riccardo Cardin
- 24. Ingegneria del software mod. A OBSERVER Applicabilità Associare più “viste” differenti ad una astrazione Aumento del grado di riuso dei singoli tipi Il cambiamento di un oggetto richiede il cambiamento di altri oggetti Non si conosce quanti oggetti devono cambiare Notificare oggetti senza fare assunzioni su quali siano questi oggetti Evita l’accoppiamento “forte” 24Riccardo Cardin
- 25. Ingegneria del software mod. A OBSERVER Struttura 25Riccardo Cardin Interfaccia di sottoscrizione, eliminazione e notifica Interfaccia di aggiornamento degli oggetti che possono essere notificati Mantiene lo stato di cui viene data una “vista” concreta Ha un riferimento al soggetto concreto e possiede lo stato che deve essere aggiornato
- 26. Ingegneria del software mod. A OBSERVER Struttura 26Riccardo Cardin Modifica e notifica Aggiornamento delle “viste”
- 27. Ingegneria del software mod. A OBSERVER Conseguenze Accoppiamento “astratto” tra soggetti e osservatori I soggetti non conoscono il tipo concreto degli osservatori Comunicazione broadcast Libertà di aggiungere osservatori dinamicamente Aggiornamenti non voluti Un operazione “innocua” sul soggetto può provocare una cascata “pesante” di aggiornamenti Gli osservatori non sanno cosa è cambiato nel soggetto … 27Riccardo Cardin
- 28. Ingegneria del software mod. A OBSERVER Esempio 28Riccardo Cardin Esempio Modifica di una o più aree di finestre in risposta alla pressione di un pulsante (Java Swing)
- 29. Ingegneria del software mod. A OBSERVER Esempio 29Riccardo Cardin • Il costruttore della classe JFrame possiede l’istruzione bottone.addActionListener(this) • L’utente clicca sul pulsante e il metodo segnala viene invocato • Il metodo segnala invoca il metodo actionPerformed su tutti gli oggetti presenti nel vettore “ascoltatori”
- 30. Ingegneria del software mod. A OBSERVER Implementazione Utilizzo di sistemi di lookup per gli osservatori Nessun spreco di memoria nel soggetto Osservare più di un soggetto alla volta Estendere l’interfaccia di aggiornamento con il soggetto che ha notificato Chi deve attivare l’aggiornamento delle “viste”? Il soggetto, dopo ogni cambiamento di stato Il client, a termine del processo di interazione con il soggetto Evitare puntatori “pendenti” (dangling) Notificare solo in stati consistenti Utilizzo del Template Method pattern 30Riccardo Cardin
- 31. Ingegneria del software mod. A OBSERVER Implementazione Evitare protocolli di aggiornamento con assunzioni Push model: il soggetto conosce i suoi osservatori Pull model: il soggetto invia solo la notifica Notifica delle modifiche sullo stato del soggetto Gli osservatori si registrano su un particolare evento Unificare le interfacce di soggetto e osservatore Linguaggi che non consento l’ereditarietà multipla Smalltalk, ad esempio … 31Riccardo Cardin void Subject::Attach(Observer*, Aspect& interest) void Observer::Update(Subject*, Aspect& interest)
- 32. Ingegneria del software mod. A STRATEGY Scopo Definisce una famiglia di algoritmi, rendendoli interscambiabili Indipendenti dal client Motivazione Esistono differenti algoritmi (strategie) che non possono essere inserite direttamente nel client I client rischiano di divenire troppo complessi Differenti strategie sono appropriate in casi differenti È difficile aggiungere nuovi algoritmi e modificare gli esistenti 32Riccardo Cardin
- 33. Ingegneria del software mod. A STRATEGY Applicabilità Diverse classi differiscono solo per il loro comportamento Si necessita di differenti varianti dello stesso algoritmo Un algoritmo utilizza dati di cui i client non devono occuparsi Una classe definisce differenti comportamenti, tradotti in un serie di statement condizionali 33Riccardo Cardin
- 34. Ingegneria del software mod. A STRATEGY Struttura 34Riccardo Cardin Interfaccia supportata da tutti gli algoritmi Implementazione concreta di un algoritmo Configurato con una strategia concreta. Può definire un’interfaccia per l’accesso ai propri dati
- 35. Ingegneria del software mod. A STRATEGY Conseguenze Definizione di famiglie di algoritmi per il riuso del contesto Alternativa all’ereditarietà dei client Evita di effettuare subclassing direttamente dei contesti Eliminazione degli statement condizionali 35Riccardo Cardin void Composition::Repair() { switch (_breakingStrategy) { case SimpleStrategy: ComposeWithSimpleCompositor(); break; case TeXStrategy: ComposeWithTeXCompositor(); break; // ... } } void Composition::Repair() { _compositor->Compose(); // merge results with existing // composition, if necessary }
- 36. Ingegneria del software mod. A STRATEGY Conseguenze Differenti implementazioni dello stesso comportamento I client a volte devono conoscere dettagli implementativi … per poter selezionare il corretto algoritmo … Comunicazione tra contesto e algoritmo Alcuni algoritmi non utilizzano tutti gli input Incremento del numero di oggetti nell’applicazione 36Riccardo Cardin
- 37. Ingegneria del software mod. A STRATEGY Esempio 37Riccardo Cardin Esempio Si vuole realizzare una classe MyArray per disporre di tutte le funzioni utili per lavorare con vettori di numeri. Si prevedono 2 funzioni di stampa: - Formato matematico { 67, -9, 0, 4, …} - Formato standard Arr[0] = 67 Arr[1] = -9 Arr[2] = 0 ... Questi formati potrebbero, in futuro, essere sostituiti o incrementati
- 38. Ingegneria del software mod. A STRATEGY Esempio 38Riccardo Cardin
- 39. Ingegneria del software mod. A STRATEGY Esempio Scala: first-class functions Le funzioni sono tipi Possono essere assegnate a variabili _ è una wildcard ed equivale ad un parametro differente per ogni occorrenza 39Riccardo Cardin type Strategy = (Int, Int) => Int class Context(computer: Strategy) { def use(a: Int, b: Int) { computer(a, b) } } val add: Strategy = _ + _ val multiply: Strategy = _ * _ new Context(multiply).use(2, 3) Definizione di un tipo funzione Implementazioni possibili Strategy
- 40. Ingegneria del software mod. A STRATEGY Implementazione Definire le interfacce di strategie e contesti Fornisce singolarmente i dati alle strategie Fornire l’intero contesto alle strategie Inserire un puntamento al contesto nelle strategie Implementazione strategie C++: Template, Java: Generics Solo se l’algoritmo può essere determinato a compile time e non può variare dinamicamente Utilizzo strategia opzionali Definisce una strategia di default 40Riccardo Cardin
- 41. Ingegneria del software mod. A TEMPLATE METHOD Scopo Definisce lo scheletro di un algoritmo, lasciando l’implementazione di alcuni passi alle sottoclassi Nessuna modifica all’algoritmo originale Motivazione Definire un algoritmo in termini di operazioni astratte Viene fissato solo l’ordine delle operazioni Le sottoclassi forniscono il comportamento concreto 41Riccardo Cardin
- 42. Ingegneria del software mod. A TEMPLATE METHOD Applicabilità Implementare le parti invarianti di un algoritmo una volta sola Evitare la duplicazione del codice Principio “refactoring to generalize” Controllare le possibili estensioni di una classe Fornire sia operazioni astratte sia operazioni hook (wrapper) 42Riccardo Cardin
- 43. Ingegneria del software mod. A TEMPLATE METHOD Struttura 43Riccardo Cardin Definisce le operazione astratte primitive. Definisce lo scheletro dell’algoritmo Implementa le operazioni primitive fornendo i passi concreti all’algoritmo
- 44. Ingegneria del software mod. A TEMPLATE METHOD Conseguenze Tecnica per il riuso del codice Fattorizzazione delle responsabilità “The Hollywood principle” Tipi di operazioni possibili Operazioni concrete della classe astratta Operazioni primitive (astratte) Operazioni hook Forniscono operazioni che di default non fanno nulla, ma rappresentano punti di estensione Documentare bene quali sono operazioni primitive e quali hook 44Riccardo Cardin
- 45. Ingegneria del software mod. A TEMPLATE METHOD Esempio 45Riccardo Cardin Esempio Si vuole realizzare un set di funzioni per effettuare operazioni sugli array. Si prevedono 2 funzioni aritmetiche: - Somma di tutti gli elementi - Prodotto di tutti gli elementi
- 46. Ingegneria del software mod. A TEMPLATE METHOD Esempio Soluzione naive 46Riccardo Cardin public int somma(int[] array) { int somma = 0; for (int i = 0; i < array.length; i++) { somma += array[i]; } return somma; } public int prodotto(int[] array){ int prodotto= 1; for (int i = 0; i < array.length; i++) { prodotto *= array[i]; } return prodotto; }
- 47. Ingegneria del software mod. A TEMPLATE METHOD Esempio Soluzione con Template Method pattern 47Riccardo Cardin public abstract class Calcolatore { public final int calcola(int[] array){ int value = valoreIniziale(); for (int i = 0; i < array.length; i++) { value = esegui(value, array[i]); } return value; } protected abstract int valoreIniziale(); protected abstract int esegui(int currentValue, int element); } public class CalcolatoreSomma { protected int esegui(int currentValue, int element) { return currentValue + element; } protected int valoreIniziale() { return 0; } }
- 48. Ingegneria del software mod. A TEMPLATE METHOD Esempio Scala: idioma, utilizzo high order function Utilizzo metodi map, forall, flatMap, ... Monads ... 48Riccardo Cardin def doForAll[A, B](l: List[A], f: A => B): List[B] = l match { case x :: xs => f(x) :: doForAll(xs, f) case Nil => Nil } // Already in Scala specification List(1, 2, 3, 4).map {x => x * 2}
- 49. Ingegneria del software mod. A TEMPLATE METHOD Esempio Javascript: utilizzo delegation Invocazione di un metodo è propagata ai livelli superiori dell’albero dell’ereditarietà 49Riccardo Cardin function AbsProperty(){ this.build = function() { var result = this.doSomething(); return "The decoration I did: " + result; }; } OpenButton.prototype = new AbsProperty(); function OpenButton () { this.doSomething = function() { return "open button"; }; } SeeButton.prototype = new AbsProperty(); function SeeButton () { this. doSomething = function() { return "see button"; }; } var button = new SeeButton(); button.build(); Risale l’albero dei prototipi Ricerca nel contesto del metodo
- 50. Ingegneria del software mod. A TEMPLATE METHOD Implementazione Le operazioni primitive dovrebbero essere membri protetti Il template method non dovrebbe essere ridefinito Java: dichiarazione “final” Minimizzare il numero di operazioni primitive … resta poco nel template method … Definire una naming convention per i nomi delle operazioni di cui effettuare override 50Riccardo Cardin
- 51. Ingegneria del software mod. A RIFERIMENTI Design Patterns, Elements of Reusable Object Oriented Software, GoF, 1995, Addison-Wesley Design Patterns http://sourcemaking.com/design_patterns Java DP http://www.javacamp.org/designPattern/ Deprecating the Observer Pattern http://lampwww.epfl.ch/~imaier/pub/DeprecatingObse rversTR2010.pdf Ruminations of a Programmer http://debasishg.blogspot.it/2009/01/subsuming- template-method-pattern.html 51Riccardo Cardin