Паттерн Адаптер

1. ПаттернАдаптер (Adapter)

2. Определение Определение Адаптер—структурныйшаблонпроектирования, предназначенныйдляорганизациииспользования функцийобъекта,нежелательногодля модификации,черезужесуществующий интерфейс. Реализация адаптеркласса(множественноенаследование классовилиинтерфейсов); адаптеробъекта(композиция).

3. Мотивация Мотивация Частоменяющиесяверсииилиреализации(сторонних) библиотечныхклассов Возможно,чтобиблиотека,которуювыиспользуете,часто изменяетсяиливыпланируетепереходнадругуюреализацию требуемойфункциональности(другуюбиблиотеку). Недоступныйдлямодификациикодснеподходящиминтерфейсом Возможно,чтоопределеннойчастинашегокодатребуетсядругой интерфейсотобъекта,модификациякоторогонежелательнаили невозможна. Несуществующийещѐкодсизвестнойнаперед функциональностью Возможно,чтокод,обеспечивающийтребуемую функциональность,ещѐненаписан(стороннимиразработчиками), однакообщиепринципыегоработыужеясны.   

4. Плюсы Плюсы: Инкапсуляцияреализациивнешнихклассов (компонентов,библиотек).Такимобразом, системастановитсянезависимойот интерфейсавнешнихклассов. Переходнаиспользованиедругих (несовместимыхпоинтерфейсу)внешних классовнетребуетпеределкисамой системы,достаточнозаменитьреализацию соответствующихадаптеров. 

5. Адаптеркласса

6. Адаптеробъекта

7. Участники Target—целевой:определяетзависящийот предметнойобластиинтерфейс,которым пользуетсяClient. Client—клиент:вступаетвовзаимоотношенияс объектами,удовлетворяющимиинтерфейсуTarget. Adaptee—адаптируемый:определяет существующийинтерфейс,которыйнуждаетсяв адаптации. Adapter—адаптер:адаптируетинтерфейс AdapteeкинтерфейсуTarget.

8. Пример№1 Пустьестьунаследованныйкласспрямоугольника: typedefintCoordinate; classLegacyRectangle { public: LegacyRectangle(Coordinatex1,Coordinatey1,Coordinatex2,Coordinatey2) :x1_(x1),x2_(x2_),y1_(y1),y2_(y2) { std::cout<<"LegacyRectangle: create.("<<x1_<<","<<y1_<< ")=>("<<x2_<<","<<y2_<<")"<<std::endl; } voidOldDraw(){ std::cout<<"LegacyRectangle: OldDraw. ("<<x1_<<","<<y1_<< ")=>("<<x2_<<","<<y2_<<")"<<std::endl; } private: Coordinatex1_,y1_,x2_,y2_; };

9. Пример№1 Ожидаемыйклиентоминтерфейсвыглядит следующимобразом: classRectangle { public: virtualvoidDraw()=0; };

10. Пример№1 КлассадаптеранаследуетинтерфейсRectangleи реализациюLegacyRectangle: typedefintDimension; classRectangleAdapter:publicRectangle,privateLegacyRectangle { public: RectangleAdapter(Coordinatex,Coordinatey,Dimensionw,Dimensionh) :LegacyRectangle(x,y,x+w,y+h) { std::cout<<"RectangleAdapter:create.("<<x<<","<<y<< "),width="<<w<<",height="<<h<<std::endl; } virtualvoidDraw() { std::cout<<"RectangleAdapter:draw."<<std::endl; OldDraw(); } };

11. Пример№2 ПустьестьклассSSH-подключения,который используетсявсистеме: publicabstractclassSSHTunnel { publicabstractintLocalPort {get;set;} publicabstractstringRemoteHost {get;set;} publicabstractintRemotePort {get;set;} publicabstractvoidOpen(); publicabstractvoidClose(); }

12. Пример№2 АдаптируембиблиотечныйклассElSimpleSSHClientизнабора SecureBlackBoxктребуемомуинтерфейсу: publicclassSecureBlackboxSSHTunnelAdapter:SSHTunnel{ ElSimpleSSHClientsshClient; publicSecureBlackboxSSHTunnelAdapter(){ sshClient=newElSimpleSSHClient(); sshClient.UseInternalSocket=true; } publicoverridevoidOpen() { sshClient.Open(); } publicoverridevoidClose() { sshClient.Close(); } }

13. Пример№2 publicclassSecureBlackboxSSHTunnelAdapter:SSHTunnel { publicoverrideintLocalPort{ get{returnsshClient.SocksPort;} set{sshClient.SocksPort=value;} } publicoverridestringRemoteHost{ get{returnsshClient.Address;} set{sshClient.Address=value;} } publicoverrideintRemotePort { get{returnsshClient.Port;} set{sshClient.Port=value;} } }

14. Паттерны проектирования

15. Чтотакоепаттерныпроектирования КристоферАлександр:«шаблонописываетзадачу,котораясноваиснова возникаетвработе,атакжепринципеерешения,такимобразом,чтоэто решениеможноиспользоватьмногократнобезизменений». Шаблоныпроектирования(паттерн,pattern)―этоэффективные способырешенияхарактерныхзадачпроектирования,вчастности проектированиякомпьютерныхпрограмм.Паттерннеявляется законченнымобразцомпроекта,которыйможетбытьпрямопреобразован вкод,скорееэтоописаниеилиобразецдлятого,какрешитьзадачу, такимобразом,чтобыэтоможнобылоиспользоватьвразличных ситуациях. Шаблонпроектирования―описаниевзаимодействияобъектови классов,адаптированныхдлярешенияобщейзадачипроектированияв конкретномконтексте. Алгоритмынеявляютсяшаблонами,таккаконирешаютзадачи вычисления,анепроектирования. Каркасыприложенийнеявляютсяшаблонами,таккакони относятсяккакой-токонкретнойпредметнойобласти состоятизнесколькихшаблонов.  

16. ПричиныиспользованияиклассификацияПричиныиспользованияиклассификация Возможностьмногократногоиспользования Использованиечужогоопытавзаменсамостоятельногоизобретения велосипеда Единаятерминология Выделениеуровняабстракции     Порождающиешаблоны(Creationalpatterns)абстрагируютпроцесс инстанцирования.Онипозволяютсделатьсистемунезависимойот способасоздания,композицииипредставленияобъектов. Структурныепаттерны(Structuralpatterns)решаютвопросотом,какиз ужеимеющихсяклассовиобъектовоптимальнополучитьболеекрупные структурыиобразования. Паттерныповедения(Behavioralpatterns)отвечаютзаинкапсуляцию алгоритмовираспределениеобязанностеймеждуобъектами. Такжевыделяютпаттерныпараллельнойобработки(concurrencypatterns), системныепаттерны(systempatterns),интеграционныепаттерны(integral patterns)ит.д.

17. Изображениекласса Защищенныйметод Открытыйметод Закрытыйметод

18. Отношениеассоциации Покупательимеетмногосчѐтов: Классприложенияиспользуетклассподключения:

19. Отношениеобобщения Классокружностиявляетсянаследникомклассафигуры:

20. Отношениеагрегации Класспокупателясодержитссылкунаколлекцию заказоввполеOrders(отношениеодинкомногим): Классзаказасодержитссылкунапродуктвполе Product(отношениеодинкодному):

21. Схемаописанияпаттерна Определение Содержиткраткийответнавопросы:каковыфункциии назначениепаттерна. Мотивация Описаниеситуаций,вкоторыхможноиспользоватьданный паттерн. Плюсы Преимущества,получаемыеприрешениизадачис использованиемданногопаттерна. Диаграммаклассов Участники Описаниеклассов,задействованныхвданномпаттерне проектирования,иихфункции. Пример(ы)кода      

22. ПаттернОдиночка (Singleton)

23. Определениеимотивация Определение Одиночка—порождающийпаттерн,который гарантирует,чтоуклассаестьтолькоодин экземпляр,ипредоставляеткнемуглобальную точкудоступа. Мотивация Долженбытьровноодинэкземплярнекоторого класса,легкодоступныйвсемклиентам. Единственныйэкземплярдолженрасширяться путемпорожденияподклассов,иклиентамнужно иметьвозможностьработатьсрасширенным экземпляромбезмодификациисвоегокода.

24. Плюсы Контролируемыйдоступкединственномуэкземпляру. ПосколькуклассSingletonинкапсулируетсвойединственный экземпляр,онполностьюконтролируетто,какикогдаклиенты получаютдоступкнему. Уменьшениечислаимен. Паттернпозволяетизбежатьзасоренияпространстваимен глобальнымипеременными,вкоторыххранятсяуникальные экземпляры. Допускаетуточнениеопераций. Можнопараметризироватьприложениеэкземпляромтогокласса, которыйнеобходимвовремявыполнения. Допускаетпеременноечислоэкземпляров. Большаягибкость,чемуоперацийкласса(статическихметодов).     

25. Паттернодиночка.Диаграмма

26. Участники Участники Singleton―определяетоперацию полученияэкземпляра―статический метод,которыйпозволяетклиентам получатьдоступкединственному экземпляру.Можетнестиответственность засозданиесобственногоуникального экземпляра.

27. Пример№1 Стандартнаяреализация: publicclassSingleton { protectedSingleton(){} privatestaticSingletoninstance; publicstaticSingletonInstance { get { if(instance==null) instance=newSingleton(); returninstance; } } }

28. Пример№2 РеализациясиспользованиемшаблоноввязыкеC#: publicclassSingleton<T> whereT:class,new() //Tявляетсяклассом,имеетконструкторбезпараметров { protectedSingleton(){} privatestaticTinstance; publicstaticTInstance{ get{ if(instance==null) instance=newT(); returninstance; } } }

29. Пример№2 Данныйшаблонныйклассиспользуетсяследующим образом: publicclassTestClass:Singleton<TestClass> { publicTestClass(){} publicvoidOperation() { //implementation } }

30. Пример№2` publicclassSingleton<T>whereT:class{ // Защищенныйконструкторпоумолчаниюнеобходимдлятого,чтобы //предотвратитьсозданиеэкземпляраклассаSingleton protectedSingleton(){} //Фабрикаиспользуетсядляотложеннойинициализацииэкземпляракласса privatesealedclassSingletonCreator<S>whereS:class{ //ИспользуетсяReflectionдлясозданияэкземпляра //классабезпубличногоконструктора privatestaticreadonlySinstance=(S)typeof(S).GetConstructor( BindingFlags.Instance|BindingFlags.NonPublic, null,newType[0], newParameterModifier[0]).Invoke(null); publicstaticSCreatorInstance{ get{returninstance;} } } publicstaticTInstance{ get{returnSingletonCreator<T>.CreatorInstance;} } }

31. Пример№3 Принеобходимостииспользованиянаследниковкласса одиночкинаиболеегибкимметодомявляется использованиереестраодиночек. publicclassRegSingleton{ privatestaticRegSingletoninstance; privatestaticDictionary<string,RegSingleton>registry= newDictionary<string,RegSingleton>(); protectedRegSingleton(){} publicstaticvoidRegister(Stringname,RegSingletoninstance) { registry.Add(name,instance); } protectedstaticRegSingletonLookup(Stringname) { returnregistry[name]; } }

32. Пример№3 Теперьинформациюотом,какойименноэкземпляр одиночкииспользовать,можноопределитьнаэтапе работыпрограммы: publicclassRegSingleton { privatestaticRegSingletoninstance; publicstaticRegSingletonInstance() { if(instance==null) { stringname=System.GetProperty("SINGLETON_NAME"); instance=RegSingleton.Lookup(name); } returninstance; } }

33. Пример№3 Основнаяпроблемаиспользованияреестраодиночек состоитврегистрацииэкземпляроводиночек. Например,вязыкеC#длярегистрациииспользуется статическийконструктор. publicclassSingleton:RegSingleton { staticSingleton() { newSingleton(); } protectedSingleton() { RegSingleton.Register(this.GetType().Name,this); } }

34. Пример№3 ВязыкеJavaстойжецельюиспользуетсястатический блокинициализации: publicclassSingletonextendsRegSingleton { static { newSingleton(); } protectedSingleton() { RegSingleton.Register(this.getClass().getName(),this); } }

35. Пример№4 ВязыкеC++всереализацииодиночкиявляются вариациямиегоосновнойформы: classSingleton { public: staticSingleton&Instance() { if(!pInstance) pInstance=newSingleton(); return*pInstance; } private: Singleton(){} Singleton(constSingleton&); Singleton&operator=(constSingleton&); ~Singleton(){} staticSingleton*pInstance; };

36. Пример№4 Всеконструкторыобъектазакрыты,чтоне позволяетпользовательскомукодунапрямую создаватьобъектыклассаSingleton. ДлязащитыотудаленияметодInstance возвращаетссылку,анеуказатель.Также деструкторклассаобъявлензакрытым. Защитуоткопированияобеспечиваетзакрытый конструкторкопирования. Длязащитыотприсваивания(т.к.экземпляр объектаединственныйилюбоеприсваивание являетсясамоприсваиванием),оператор присваиванияобъявлензакрытым.    

37. Пример№5.СинглтонМейерса Несмотрянато,чтовыделеннаядляобъекта-одиночки памятьбудетосвобожденаоперационнойсистемой, деструкторобъектадолженбытьвызванвоизбежание утечкиресурсов,которыемогзапроситьобъект. Первоерешениепроблемы:СинглтонМейерса,который используетлокальнуюстатическуюпеременную: Singleton&Singleton::Instance() { staticSingletonobj; returnobj; }

38. Пример№6 СинглтонМейерсаработаетвбольшинствеслучаев,однако нерешаетпроблемывисячейссылки,котораяможет возникнутьвслучаеобращениякобъекту-одиночкепосле егоуничтожения. Первоерешениепроблемывисячейссылкисостоитв созданиифлагаdestroyedигенерацииисключенияпри попыткедоступакуничтоженномуобъекту: classSingleton{ public: staticSingleton&Instance(){ if(!pInstance){ if(destroyed) OnDeadReference(); else Create(); } return*pInstance; } };

39. Пример№6 classSingleton { staticvoidOnDeadReference() { throwstd::runtime_error("Висячаяссылка"); } staticvoidCreate() { staticSingletonobj; pInstance=&obj; } staticbooldestroyed; staticSingleton*pInstance; };

40. Пример№6.СинглтонФеникс Второерешениепроблемывисячейссылкисостоитвиспользовании расширенноговариантаоператораnew,которыйпозволяетсоздать объектзановоприобращенииквисячейссылке: classSingleton{ staticvoidOnDeadReference(){ Create(); //ТеперьpInstanceуказываетнаячейкупамяти,где //ранееразмешалсяобъект new(pInstance)Singleton(); //Наместеэтихданныхвновьсоздаётсяобъект atexit(KillPhoenixSingleton); //новыйобъектставитсявочередьнауничтожение destroyed=false; } staticvoidKillPhoenixSingleton(){ pInstance->~Singleton(); //Избегаемосвобожденияпамятиоператоромdelete } };

41. ФункцияSetLongevity Третьерешениепроблемывисящейссылки:создать объектсявнозаданнымвременемжизни. Времяжизниобъектаможнозадатьприпомощи функцииSetLongevityизбиблиотекиLoki: template<typenameT> voidSetLongevity(T*object,unsignedintlongevity); Даннаяфункциягарантирует,чтообъектobjectбудет уничтоженнеранее,чемобъектысменьшей продолжительностьюжизни.

42. Пример№7. Заданиевременижизнисинглтона Примерреализациипаттернаодиночкас применениемфункцииSetLongevity: classSingleton { staticvoidCreate() { pInstance=newSingleton(); SetLongevity(pInstance,longevity); } staticconstintlongevity=2; staticSingleton*pInstance; };

43. Пример№8. Синглтонвмногопоточнойсреде Дляобеспеченияуникальностиобъекта-одиночкив многопоточнойсредеприменяетсяблокировкасдвойной проверкой. РеализацияфункцииInstanceизменяетсяследующим образом: classSingleton{ public: staticSingleton&Instance(){ if(!pInstance){ Lockguard(mutex); if(!pInstance) //Перваяпроверка //Втораяпроверка pInstance=newSingleton(); } return*pInstance; } private: staticMutexmutex; };

44. Пример№9. Синглтонвмногопоточнойсреде ВязыкеC#блокировкасдвойнойпроверкой реализуетсяприпомощиоператораlock: publicsealedclassSingleton{ privatestaticvolatileSingletoninstance; privatestaticobjectsyncRoot=newObject(); privateSingleton(){} publicstaticSingletonGetInstance() { if(instance==null) //Перваяпроверка { lock(syncRoot) { if(instance==null)//Втораяпроверка instance=newSingleton(); } } returninstance; } }