Programação Orientada a Objetos 2 Flávio de Oliveira Silva, M.Sc.

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1 Padrões Um padrão de é uma maneira de documentar uma solução conhecida para um problema usualmente encontrado O objetivo do padrão é permitir que boas soluções sejam reutilizadas em diferentes projetos Um padrão de projeto possui 3 partes distintas: Contexto Problema recorrente neste contexto Solução para o problema Características dos Padrões de Projeto São observados através da experiência São descritos de uma forma estruturada Previnem contra a reinvenção da roda Existem em diferentes níveis de abstração Estão em desenvolvimento contínuo São artefatos reutilizáveis Transmitem melhores práticas Permitem o uso de um vocabulário comum Podem ser utilizadas em conjunto para resolver um problema mais amplo 56 Classificação de Padrões Padrões Os padrões de projeto podem ser classificados de acordo com a fase de desenvolvimento em que são mais adequados: Padrões de Análise (Analysis patterns) Seu foco é na fase de análise ou modelamento de negócio Muita das vezes os padrões estão ligados ao domínio do problema o que pode Padrões de Arquitetura (Architectural patterns) Seu foco é na arquitetura do software Padrões de Projeto (Design patterns) Foco no projeto de componentes do software Muitas das vezes os padrões podem estar muito ligados tanto ao domínio da solução, quanto do problema 57 1

2 Classificação de Padrões Padrões Padrões de Análise (Analysis patterns) Martin Fowler, 1996 Padrões de Arquitetura (Architectural patterns) Apresentado inicialmente por Frank Buschmann et al., 1996 Computação Distribuída - Frank Buschmann et al., 2007 Padrões de Projeto (Design patterns) GOF (Gang of Four) E. Gamma, R. Helm, R. Johnson, J. Vlissides 1995 Aplicações Concorrentes e em Rede - Frank Buschmann et al Enterprise Integration Patterns Gregor Hohpe, 2003 Real-time Design Patterns Bruce Douglass, 2003.Net Design Patterns - Christian Thilmany, 2003 J2EE Design Patterns - Deepak Alur, 2003 Web Services Patterns Paul Monday, 2003 Ajax Design Patterns - Michael Mahemoff, 2006 SOA Design Patterns Thomas Erl, Padrões de Análise (Analysis Patterns) Proposto por Martin Fowler, em livro publicado em 1996 Notação do Livro não é baseada em UML Baseada em áreas (domínios) específicas como: manufatura; financeira e saúde Mesmo assim, padrões podem apresentados podem ser úteis em outros domínios Alguns princípios apresentados Um modelo não está certo ou errado, eles podem ser mais ou menos úteis Modelos conceituais estão ligados a tipos (interfaces) e não implementações (classes) Padrões são o ponto de partida, não o destino Sempre que possível, quando existir um tipo e um supertipo, considere colocar os recursos no supertipo, desde que isto faça sentido Quando múltipos atributos possuam um comportamento relacionado e presente em muitos tipos, combine estes atributos em um novo tipo fundamental 59 2

3 Padrões de Análise (Analysis Patterns) Exemplos de alguns padrões de projeto Quantity (3.1) Conversion Ratio (3.2) Compound Units (3.3) 3) Measurement (3.4) Observation (3.5) Range (4.3) Name (5.1) Account (6.1) Transaction (6.2) Summary Account (6.3) Plan (8.4) Contract (9.1) Product (10.3) Associative Type (15.1) 60 Padrões de Projeto GoF Trabalho proposto inicialmente por Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Jonhson, John Vlissides (Gang of Four) em 1995 Famílias de Padrões De Criação Responsáveis pela criação de objetos Permitem que o sistema fique independente da forma como os objetos são criados Estruturais Relacionados com a forma com que classes e objetos são compostos a fim de formar estruturas maiores Comportamentais Relacionados com a atribuição de responsabilidades entre objetos Descrevem a comunicação entre objetos 61 3

4 Padrões de Criação Factory Fornece uma interface para criar um objeto, porém a decisão de qual classe será instanciada é decidida pelas subclasses Abstract Factory Fornecem uma interface para criação de objetos sem especificar sua classe concreta Singleton Garante que apenas uma classe possua uma única instância e oferece um acesso global à mesma Builder Permite separar a construção de um objeto complexo de sua representação a fim de que diferentes objetos sejam criados através do mesmo processo Prototype Permite que um objeto seja criado a partir de uma instância existente copiando suas propriedades 62 Factory Permite que um objeto seja criado sem que seja necessário informar a classe exata que será criada Separa a complexidade de criação do objeto Uma interface define um método padrão para criação Subclasses implentam este método e devolvem o objeto desejado A fábrica implementa o método criando o objeto conforme necessário class GOF - Factory «interface» ImageReader + getdecodedimage() : DecodedImage ImageReaderFactory + getimagereader(inputstream) : ImageReader GifReader + getdecodedimage() : DecodedImage JpegReader + getdecodedimage() : DecodedImage 63 4

5 Factory Exemplo public interface ImageReader { public DecodedImage getdecodedimage(); public class GifReader implements ImageReader { public DecodedImage getdecodedimage() { //... return decodedimage; public class JpegReader implements ImageReader { public DecodedImage getdecodedimage() { //... return decodedimage; 64 Factory Exemplo public class ImageReaderFactory { public static ImageReader getimagereader(inputstream is) { int imagetype = determineimagetype(is); switch(imagetype) { ( g yp ) { case ImageReaderFactory.GIF: return new GifReader(is); case ImageReaderFactory.JPEG: return new JpegReader(is); // etc. 65 5

6 Abstract Factory Permite que objetos sejam criados de forma transparente caso exista um grupo de diferente fábricas class Design Pattern - Abstract Factory ApplicationRunner + main(string[]) : void + createosspecificfactory() : GUIFactory Application + Application(GUIFactory) «interface» GUIFactory «interface» Button + createbutton() : Button + paint() : void WinFactory OSXFactory WinButton OSXButton + createbutton() : Button + createbutton() : Button + paint() : void + paint() : void 66 Abstract Factory interface GUIFactory { public Button createbutton(); class WinFactory implements GUIFactory { y p y { public Button createbutton() { return new WinButton(); class OSXFactory implements GUIFactory { public Button createbutton() { return new OSXButton(); 67 6

7 Abstract Factory interface Button { public void paint(); class WinButton implements Button { bli id i t() { public void paint() { System.out.println("I'm a WinButton"); class OSXButton implements Button { public void paint() { System.out.println("I'm an OSXButton"); 68 Abstract Factory class Application { public Application(GUIFactory factory) { Button button = factory.createbutton(); button.paint(); public class ApplicationRunner { public static void main(string[] args) { new Application(createOsSpecificFactory()); public static GUIFactory createosspecificfactory() { int sys = readfromconfigfile("os_type"); Fil if (sys == 0) { return new WinFactory(); else { return new OSXFactory(); 69 7

8 Singleton Objetivo Garante que existirá uma única instância de um objeto de uma classe e permite um acesso global ao mesmo Motivação Em muitas situações é necessário um único objeto. Exemplos: O objeto que representa um sistema de arquivos do Sistema Operacional Um objeto que representa um arquivo de configuração de uma aplicação Um objeto que representa uma conexão com um banco de dados 70 Singleton Exemplo public class Singleton { //instância de um objeto da classe Singleton //inicializada com a chamada do construtor private static Singleton instance = new Singleton(); //Construtor privado impede criação de objetos desta classe private Singleton() { //lógica para criação do objeto //método estático que retorna a única instância i da classe public static Singleton getinstance() { return instance; 71 8

9 Singleton Exemplo - Outra abordagem public class Singleton { // Private constructor prevents instantiation from other classes private Singleton() { /** * SingletonHolder is loaded on the first execution of Singleton.getInstance() * or the first access to SingletonHolder.INSTANCE, not before. */ private static class SingletonHolder { public static ti final Singleton instance = new Singleton(); public static Singleton getinstance() { return SingletonHolder.instance; 72 Padrões Estruturais Adapter Bridge Composite Decorator Facade Proxy 73 9

10 Adapter Objetivo Converter uma interface de uma classe para uma interface compatível com a esperada Permite que classes possam cooperar o que não seria possível pela incompatibilidade entre as interfaces Traduz as chamadas de sua interface para chamadas da interface da classe adaptada Também conhecida como Wrapper Uso Este padrão de projeto é útil em situações onde uma classe já existente possui serviços que serão utilizados, porém não na Interface necessária Por exemplo, uma classe que espera valores boleanos 74 Adapter Exemplo Um novo método para adicionar inteiros será utilizado em uma implementação O código disponível porém apenas permite a adição de números binários (BinaryCalulator) A classe CalculatorAdapter permitirá o uso da implementação disponível (BinaryCalculator), porém adatapada o class GOF-Adapter «interface» ICalculator + add(int, int) : int CalculatorAdapter - bcalc: BinaryCalculator + CalculatorAdapter(bcalc) + add(int, int) : int BinaryCalculator + add(string, String) : string 75 10

11 Adapter Exemplo public interface ICalculator{ public int add(int ia, int ib); public class BinaryCalculator { public static string add(string sa,string sb){ // public class CalculatorAdapter implements ICalculator { private BinaryCalculator bcalc; public CalculatorAdapter(bcalc c){ bcalc = c; public int add(int ia, int ib){ String result; result = bcalc.add(integer.tobinarystring(ia), Integer.toBinaryString(ib), //converts binary string to a decimal representation return is value return Integer.valueOf(result,10).intValue(); 76 Adapter Outro Exemplo Dois exemplos de classes adptadoras. Uma baseada em uso (DListToStackAdapter) e outra em herança múltipla (DListStackAdapter) class GOF-Adapter T «interface» Stack + push(t) : void + pop() : T + top() : T DList + insert(dnode, T) : void + remove(dnode, T) : void + inserthead(t) : void + inserttail(t) : void + removehead() : T + removetail() : T + gethead() : T + gettail() : T T DListToStackAdapter - m_list: DList<T> + DListToStackAdapter(DList<T>) + push(t) : void + pop() : T + top() : T T DListStackAdapter + push(t) : void + pop() : T + top() : T 77 11

12 Decorator Objetivo Permite adicionar responsabilidades a um objeto de forma dinâmica Desta forma não é necessário criar subclasses a fim de estender a funcionalidade dos objetos Motivação Em alguns casos deseja-se adicionar responsabilidades a um objeto e não a uma classe inteira Exemplo Considere a modelagem de um cardápio de cafés onde é possível acrescentar diversos acompanhamentos a um café Como calcular o custo de cada item disponível no cardápio? Criar uma classe para cada opção não é melhor alternativa Neste caso o Decorator pode ser uma opção para a modelagem 78 Decorator Exemplo Baseado Capítulo 3, do livro Head First Design Pattern Neste exemplos as bedidas (DarkRoast, Decaf, Espresso, HouseBlend) pode ser decoradas com diferentes acompanhamentos (Milk, Chocolate, Sugar, Cream) class GOF-Decorator StarbuzzCoffee + main(string[]) : void Beverage # description: String = "Unknown Beverage" + getdescription() : String + cost() : double CondimentDecorator + getdescription() : String DarkRoast + DarkRoast() + cost() : double Cream Milk - beverage: Beverage Decaf + Decaf() + cost() : double Espresso + Espresso() + cost() : double HouseBlend + HouseBlend() + cost() : double - beverage: Beverage + Milk(Beverage) + getdescription() : String + cost() : double Chocolate - beverage: Beverage + Cream(Beverage) + getdescription() : String + cost() : double + Chocolate(Beverage) + getdescription() : String + cost() : double Sugar - beverage: Beverage + Sugar(Beverage) + getdescription() : String + cost() : double 79 12

13 Decorator Exemplo - Código public abstract class Beverage { protected String description = "Unknown Beverage ; public String getdescription() { return description; p ; public abstract double cost(); public abstract class CondimentDecorator extends Beverage { public abstract String getdescription(); 80 Decorator Exemplo - Código public class DarkRoast extends Beverage { public DarkRoast() { description = "Dark Roast Coffee ; public double cost() { return.99; public class Decaf extends Beverage { public Decaf() {description = "Decaf Coffee"; public double cost() { return 1.05; public class Espresso extends Beverage { public Espresso() { description = "Espresso ; public double cost() { return 1.99; public class HouseBlend extends Beverage { public HouseBlend() { description = "House Blend Coffee"; public double cost() { return.89; 81 13

14 Decorator Exemplo - Código public class Milk extends CondimentDecorator { private Beverage beverage; public Milk(Beverage beverage) { this.beverage = beverage; public String getdescription() {return beverage.getdescription() g + ", Milk"; public double cost() { return.10 + beverage.cost(); public class Chocolate extends CondimentDecorator { private Beverage beverage; public Chocolate(Beverage beverage) { this.beverage = beverage; public String getdescription() { return beverage.getdescription() + ", Chocolate ; public double cost() { return.20 + beverage.cost(); public class Sugar extends CondimentDecorator { private Beverage beverage; public Sugar(Beverage beverage) { this.beverage = beverage; public String getdescription() { return beverage.getdescription() + ", Sugar"; public double cost() { return.15 + beverage.cost(); 82 Decorator Exemplo - Código public class Cream extends CondimentDecorator { private Beverage beverage; public Cream(Beverage beverage) { this.beverage = beverage; public String getdescription() { return beverage.getdescription() + ", Cream"; public double cost() { return.10 + beverage.cost(); 83 14

15 Decorator Exemplo - Código public class StarbuzzCoffee { public static void main(string args[]) { Beverage beverage = new Espresso(); System.out.println(beverage.getDescription() g p () + " $" + beverage.cost()); Beverage beverage2 = new DarkRoast(); beverage2 = new Chocolate(beverage2); beverage2 = new Milk(beverage2); beverage2 = new Cream(beverage2); System.out.println(beverage2.getDescription()+ " $" + beverage2.cost()); Beverage beverage3 = new HouseBlend(); beverage3 = new Sugar(beverage3); beverage3 = new Chocolate(beverage3); beverage3 = new Cream(beverage3); System.out.println(beverage3.getDescription() + " $" + beverage3.cost()); 84 Facade Objetivo Fornece uma interface comum para um grupo de classes de um subsistema, facilitando o seu uso Motivação Reduzir o acomplamento entre sistemas class GOF-FACADE class GOF-FACADE Class6 Class7 Class6 Class7 Facade Subsistema Subsistema Class1 Class3 Class5 Class1 Class3 Class5 Class4 Class2 Class4 Class

16 Facade Exemplo - UML A facade (TravelFacade) esconde a complexidade para integrar com o sistema de viagem (TravelSystem) Facade implementa todo o código necessário para integrar com o sistema O ideal é definir a fachada como uma interface e então criar sua implementação concreta class GOF-Facade Sample «interface» ITravelFacade + getflightsandhotels(date, Data) : void Client + main(string[]) : void TravelFacadeImpl - hotelbooker: HotelBooker - flightbooker: FlightBooker + getflightsandhotels(date, Data) : void Trav elsystem -flightbooker -hotelbooker FlightBooker + getflightsfor(date, Date) : ArrayList<Flight> HotelBooker + gethotelnamesfor(date, Date) : ArrayList<Hotel> 86 Façade Exemplo - Código public class HotelBooker{ public ArrayList<Hotel> gethotelnamesfor(date from, Date to) { //returns hotels available in the particular date range public class FlightBooker{ public ArrayList<Flight> getflightsfor(date from, Date to){ //returns flights available in the particular date range public interface ITravelFacade { public void getflightsandhotels(date from, Data to); 87 16

17 Façade Exemplo - Código public class TravelFacadeImpl implements ITravelFacade{ private HotelBooker hotelbooker; private FlightBooker flightbooker; public void getflightsandhotels(date g from, Data to) { ArrayList<Flight> flights = flightbooker.getflightsfor(from, to); ArrayList<Hotel> hotels = hotelbooker.gethotelsfor(from, to); //process and return public class Client { public static void main(string[] args) { TravelFacadeImpl facade = new TravelFacade(); facade.getflightsandhotels(from, to); 88 Bridge Objetivo Desacoplar a abstração da implementação Cada um pode ser estendido de forma independente Motivação Quando é possível a presença de mais de uma implementação para uma determinada abstração Aplicação Evitar uma ligação forte entre a abstração e a implementação Permitir que uma implementação seja escolhida em tempo de execução 89 17

18 Bridge Exemplo Abstração (Shape) e implementação (DrawingAPI) podem evoluir de forma independente class GOF-Bridge BridgePatternClient + main(string[]) : void «interface» Shape + draw() : void + resizebypercentage(double) : void «interface» DrawingAPI -drawingapi + drawcircle(double, double, double) : void CircleShape - x: double - y: double - radius: double - drawingapi: DrawingAPI + CircleShape(double, double, double, DrawingAPI) + draw() : void + resizebypercentage(double) : void Draw ingapi2 + drawcircle(double, double, double) : void DrawingAPI1 + drawcircle(double, double, double) : void 90 Bridge Exemplo - Código /** "Implementor" */ interface DrawingAPI { public void drawcircle(double x, double y, double radius); /** "ConcreteImplementor" 1/2 */ class DrawingAPI1 implements DrawingAPI { public void drawcircle(double x, double y, double radius) { System.out.printf("API1.circle at %f:%f radius %f\n", x, y, radius); /** "ConcreteImplementor" 2/2 */ class DrawingAPI2 implements DrawingAPI { public void drawcircle(double x, double y, double radius) { System.out.printf("API2.circle at %f:%f radius %f\n", x, y, radius); /** "Abstraction" */ 91 18

19 Bridge Exemplo - Código /** "Implementor" */ interface DrawingAPI { public void drawcircle(double x, double y, double radius); /** "ConcreteImplementor" 1/2 */ class DrawingAPI1 implements DrawingAPI { public void drawcircle(double x, double y, double radius) { System.out.printf("API1.circle at %f:%f radius %f\n", x, y, radius); /** "ConcreteImplementor" 2/2 */ class DrawingAPI2 implements DrawingAPI { public void drawcircle(double x, double y, double radius) { System.out.printf("API2.circle at %f:%f radius %f\n", x, y, radius); 92 Bridge Exemplo - Código interface Shape {/** "Abstraction" */ public void draw(); public void resizebypercentage(double pct); // low-level // high-level class CircleShape implements Shape {/** "Refined Abstraction" */ private double x, y, radius; private DrawingAPI drawingapi; public CircleShape(double x, double y, double radius, DrawingAPI drawingapi) { this.x = x; this.y = y; this.radius = radius; this.drawingapi = drawingapi; public void draw() {// low-levellevel i.e. Implementation specific drawingapi.drawcircle(x, y, radius); public void resizebypercentage(double pct) {// high-level i.e. Abstraction specific radius *= pct; 93 19

20 Bridge Exemplo - Código /** "Client" */ class BridgePatternClient { public static void main(string[] args) { Shape[] shapes = new Shape[] { p [] p p [] { new CircleShape(1, 2, 3, new DrawingAPI1()), new CircleShape(5, 7, 11, new DrawingAPI2()), ; for (Shape shape : shapes) { shape.resizebypercentage(2.5); shape.draw(); 94 Composite Objetivo Compor objetos de forma que partes e estruturas, formadas por estas partes possam ser tratadas de maneira uniforme Motivação Em muitas situações objetos podem ser compostos para gerar outros objetos Caso o código trate as partes e os objetos compostos de forma diferenciada acarretando em uma aplicação mais complexa Uso Representar hierarquias do tipo todo-parte de objetos Tratar tanto objetos individuais, quanto composições destes objetos de maneira uniforme 95 20

21 Composite Exemplo O diagrama mostra o uso deste padrão de projeto Um Menu é composto é composto de elementos MenuItem, porém o tratamento do todo (Menu) como das suas partes (MenuItem) será mesmo pois ambos representam herança de MenuComponent class GOF-Composite Client MenuComponent 0..* é composto MenuItem {leaf Menu 96 Composite Exempo Aplicação Gráfica Uma Ellipse ou um Circle é um elemento gráfico É possível ter grupos de elementos gráficos que devem ser tratados de maneira uniforme maneira uniforme class GOF-Composite Sample Client + main(string[]) : void «interface» Graphic + print() : void Ellipse {leaf + print() : void Circle {leaf + print() : void Group - mchildgraphics: List<Graphic> = new ArrayList<G... + print() : void + add(graphic) : void + remove(graphic) : void 97 21

22 Composite Exemplo Código import java.util.list; import java.util.arraylist; interface Graphic {/** "Component" */ //Prints the graphic. public void print(); public final class Ellipse implements Graphic {/** "Leaf" */ public void print() { System.out.println("Ellipse"); public final class Circle implements Graphic {/** "Leaf" */ public void print() { System.out.println("Circle"); 98 Composite Exemplo Código class Group implements Graphic {/** "Composite" */ //Collection of child graphics. private List<Graphic> mchildgraphics = new ArrayList<Graphic>(); public void print() { p p () { for (Graphic graphic : mchildgraphics) { graphic.print(); public void add(graphic graphic) {//Adds the graphic to the composition. mchildgraphics.add(graphic); public void remove(graphic graphic) {//Removes the graphic from the composition. mchildgraphics.remove(graphic); 99 22

23 Composite Exemplo Código public class Client {/** Client */ public static void main(string[] args) { Ellipse ellipse1 = new Ellipse(); //Initialize single graphics Ellipse ellipse2 = new Ellipse(); p p p (); Circle circle1 = new Circle (); Circle circle2 = new Circle (); Group = new Group(); //Initialize three composite graphics Group graphic1 = new Group(); Group graphic2 = new Group(); graphic1.add(ellipse1); //Composes the graphics graphic1.add(ellipse2); graphic1.add(circle1); add(circle1); graphic2.add(circle2); graphic.add(graphic1); graphic.add(graphic2); //Prints the complete graphic components graphic.print(); 100 Proxy Objetivo Fornece um substituto para um outro objeto permitindo o controle de acesso a este objeto Motivação Em muitas situações é necessário controlar o acesso a um objeto a fim de adiar o custo de sua criação e inicialização Por exemplo: Uso Um documento que contém várias fotos. Abrir todos os arquivos de forma simultânea poderia ser ineficiente O proxy fornece uma representação para a imagem e sua exibição somente ocorrerá no momento em que a página que contiver a respectiva foto seja exibida Proxy Remoto Oferece uma representação local para um objeto remoto, por exemplo, em outro espaço de endereçamento Proxy Virtual Oferece uma representação para um objeto cuja criação será feita por demanda Protection Proxy Controla o acesso a um determinado objeto

24 Proxy Estrutura A classe ProxySubject representa a classe Subject. Neste caso o cliente (Client) utilizará uma instância de ProxySubject e não de subject A classe ProxySubject pode por exemplo: restringir o acesso ao subject; ser uma representação local; conter um cache para um subject remoto class GOF-Proxy Client «interface» ISubject + operation() : void ProxySubj ect - subject: Subject Subject + operation() : void + operation() : void 102 Proxy Exemplo A classe ProxyImage representa uma imagem Neste caso trata-se de um proxy virtual, o cliente do proxy (ProxyClient) não precisa criar objetos da classe RealImage, mas apenas da classe ProxyClient que representará um objeto da classe RealImage class GOF-Proxy ProxyClient + main(string[]) : void «interface» Image + displayimage() : void ProxyImage - filename: String - image: RealImage + ProxyImage(String) + displayimage() : void -image RealImage - filename: String + RealImage(String) - loadimagefromdisk() : void + displayimage() : void

25 Proxy Exemplo Código interface Image { void displayimage(); class RealImage implements Image { private String filename; public RealImage(String filename) { this.filename = filename; loadimagefromdisk(); private void loadimagefromdisk() { System.out.println( println("loading " + filename); public void displayimage() { System.out.println("Displaying " + filename); 104 Proxy Exemplo Código class ProxyImage implements Image { private String filename; private RealImage image; public ProxyImage(String filename) { p y g ( g ) { this.filename = filename; public void displayimage() { if (image == null) { image = new RealImage(filename); image.displayimage();

26 Proxy Exemplo Código class ProxyClient { public static void main(string[] args) { Image image1 = new ProxyImage("HiRes_10MB_Photo1"); Image image2 = new ProxyImage("HiRes _ 10MB_ Photo2"); image1.displayimage(); // loading necessary image2.displayimage(); // loading necessary image1.displayimage(); // loading unnecessary 106 Padrões Comportamentais Representam e descrevem padrões de comunicação entre objetos a fim de realizar um comportamento específico Seu objetivo é que foco do projeto seja a interconexão entre os objetos a fim de obter este comportamento Padrões definidos por Gamma et. al. (GoF) Chain of Responsibility Command Flyweigth Interpreter Iterator Mediator Memento Observer State Strategy Template Visitor

27 Padrões Comportamentais Observer Command Strategy Template Iterator Visitor Mediator 108 Observer Objetivo Define uma dependência entre objeto e vários outros(um-para-muitos) sendo que em uma alteração neste objeto, todos os outros são notificados Motivação Em muitas situações um objeto pode ter vários outros dependentes. Neste caso sempre que este objeto (sujeito) for alterado é interessante que outros sejam notificados Isto porém pode levar a um forte acoplamento entre os mesmos Uso Quando uma abstração (Classe) possuir dois ou mais aspectos estes podem ser encapsulados em diferentes classes Em situações onde a alteração de um objeto pode afetar um grupo de outros objetos não conhecidos previamente Permitir que um objeto seja capaz de notificar outros sem que estejam acoplados

28 Observer Estrutura O sujeito (subject) é observado por uma lista de observadores (Observer) Um método notify() invoca o método update() nos observadores class GOF-Observer Subject - observers: Li st<observer> Observer + update() : void + attach(observer) : void + detach(observer) : void + notfiy() : void ConcreteSubject - subejctstate: Object + attach(observer) : void + detach(observer) : void + notfiy() : void «property get» + getsubejctstate() : Object «property set» + setsubejctstate(object) : void ConcreteObserv er - observerstate: Object + update() : void 110 Observer Exemplo A medida que as ações de uma empresa (Stock) forem alteradas os investirores (Inverstor) serão notificados class GOF-Observer Stock - symbol: String - price: double - investors: List<IInvestor> = new List<IInves... + Stock(String, double) + attach(iinvestor) : void + detach(iinvestor) : void + notify() : void + getprice() : double + setprice(double) : void + getsymbol() : String -stock «interface» IInvestor + update(stock) : void MainApplication + Main() : void Petrobras + Petrobras(String, double) Inv estor - name: String - stock: Stock + Investor(String) + update(stock) : void + getstock() : Stock + setstock(stock) : void

29 Observer Exemplo - Código /// MainApp startup class for Real-World public class MainApplication { public static void Main(){ // Create Petrobras stock and attach investors Petrobras petro = new Petrobras("Petrobras", ); petro.attach(new Investor("Sorros")); petro.attach(new Investor("Berkshire")); // Fluctuating prices will notify investors petro.setprice(120.10); petro.setprice(121.00); petro.setprice(120.50); petro.setprice(120.75); 112 Observer Exemplo - Código /// The 'Subject' abstract class public abstract class Stock { private String symbol; private double price; private List<IInvestor> investors = new List<IInvestor>(); public Stock(String symbol, double price){ this.symbol = symbol; this.price = price; public void attach(iinvestor investor){ investors.add(investor); public void detach(iinvestor investor){ investors.remove(investor); public void notify() { for (IInvestor investor : investors){ investor.update(this); System.out.println("");

30 Observer Exemplo - Código public double getprice(){ return price; public void setprice(double nprice){ if (price!= nprice){ price = nprice; p p ; notify(); // Gets the symbol public String getsymbol(){ return symbol; 114 Observer Exemplo - Código // The 'ConcreteSubject' class public class Petrobras extends Stock { // Constructor public Petrobras(String symbol, double price) { super(symbol, price)

31 Observer Exemplo - Código // The 'Observer' interface interface Iinvestor { void update(stock stock); // The 'ConcreteObserver' class public class Investor implements IInvestor { private String name; private Stock stock; public Investor(String name){ this.name = name; public void update(stock stock){ System.out.println( println("notificando " + this.name + "que " + stock.getsymbol() + " alterou para " + stock.getprice(); public Stock getstock() { return stock; public void setstock(stock value){ stock = value; 116 Command Objetivo Motivação Uso Estrutura Exemplo Código

32 Command Exemplo - Estrutura class GOF-Command -flipupcommand - flipdowncommand «interface» Command + execute() : void Switch PressSwitch + main(string[]) : void - flipupcommand: Command - flipdowncommand: Command + Switch(Command, Command) + flipup() : void + flipdown() : void FlipUpCommand - thelight: Light + FlipUpCommand(Light) + execute() : void FlipDownCommand - thelight: Light + FlipDownCommand(Light) + execute() : void -thelight -thelight Light + Light() + turnon() : void + turnoff() : void 118 Command Código /* The Invoker class */ public class Switch { private Command flipupcommand; private Command flipdowncommand; public Switch(Command flipupcmd, Command flipdowncmd) { this.flipupcommand = flipupcmd; this.flipdowncommand = flipdowncmd; public void flipup() { flipupcommand.execute(); public void flipdown() { flipdowncommand.execute();

33 Command Código /* The Receiver class */ public class Light { public Light() { public void turnon() { p () { System.out.println("The light is on"); public void turnoff() { System.out.println("The light is off"); 120 Command Código /* The Command interface */ public interface Command { void execute(); /* The Command for turning the light on in North America, or turning the light off in most other places */ public class FlipUpCommand implements Command { private Light thelight; public FlipUpCommand(Light light) { this.thelight = light; public void execute(){ thelight.turnon();

34 Command Código /* The Command for turning the light off in North America, or turning the light on in most other places */ public class FlipDownCommand implements Command { private Light thelight; public FlipDownCommand(Light light) { this.thelight = light; public void execute() { thelight.turnoff(); 122 Command Código public class PressSwitch { // The test class or client public static void main(string[] args) { Light lamp = new Light(); Command switchup = new FlipUpCommand(lamp); p p); Command switchdown = new FlipDownCommand(lamp); Switch s = new Switch(switchUp, switchdown); try { if (args[0].equalsignorecase("on")) { s.flipup(); else if (args[0].equalsignorecase("off")) { s.flipdown(); else{ System.out.println("Argument \"ON\" or \"OFF\" is required."); catch (Exception e) { System.out.println("Arguments required.");

35 Command Código /* The Invoker class */ public class Switch { private Command flipupcommand; p private Command flipdowncommand; public Switch(Command flipupcmd, Command flipdowncmd) { this.flipupcommand = flipupcmd; this.flipdowncommand = flipdowncmd; public void flipup() { flipupcommand.execute(); public void flipdown() { flipdowncommand.execute(); 124 Strategy Objetivo Definir uma família de algoritmos que podem ser intercambiáveis sendo possível alterar os algoritmos sem alterar o cliente que os utiliza Motivação Considere a existência de vários algoritmos para uma mesma tarefa, por exemplo, ordenar uma lista de objetos Uma aplicação que deve suportar diferentes algoritmos pode tornar-se complexa e no geral não permite a adição de novos que possam ser desenvolvidos Uso Configurar o uso considerando que existem classes relacionadas com diferentes comportamentos Existência de diferentes algoritmos ou métodos que podem ser implementados e que devem ser selecionados em tempo de execução Impedir que o cliente tenha que manter dados específicos para diferentes algoritmos Remover o uso de estruturas de seleção, como um switch, em uma operação. Neste caso cada possibilidade de código a ser executado se transforma em uma diferente estratégia

36 Strategy Estrutura Um mesma mesma estratégia (Strategy) pode ser implementada de diversas formas (AConcreteStategy, BConcreteStategy, CConcreteStategy) Em um contexto (Context) contém uma estratégia genérica O contexto é utlizado por um cliente (Client). Uma alteração no contexto pode indicar o uso de uma nova estratégia class GOF-Strategy Context - strategy: Strategy «interface» Strategy + callalgorithm() : void Client AConcreteStrategy + callalgorithm() : void BConcreteStrategy + callalgorithm() : void CConcreteStrategy + callalgorithm() : void 126 Strategy Exemplo Neste caso a estratégia permite que o cliente (StrategyExample) utilize diferentes operações aritméticas conforme o contexto (Context) utilizado class GOF-Strategy Sample Context - strategy: Strategy + Context(Strategy) + executestrategy(int, int) : int -strategy «interface» Strategy + execute(int, int) : int ConcreteStrategyAdd ConcreteStrategySubtract ConcreteStrategyMultiply StrategyExample + execute(int, int) : int + execute(int, int) : int + execute(int, int) : int + main(string[]) : void

37 Strategy Exemplo - Código interface Strategy { int execute(int a, int b); class ConcreteStrategyAdd implements Strategy { public int execute(int a, int b) { System.out.println("Called ConcreteStrategyAdd's execute()"); return a + b; class ConcreteStrategySubtract implements Strategy { public int execute(int a, int b) { System.out.println("Called ConcreteStrategySubtract's execute()"); return a - b; class ConcreteStrategyMultiply implements Strategy { public int execute(int a, int b) { System.out.println("Called ConcreteStrategyMultiply's execute()"); return a * b; 128 Strategy Exemplo - Código class Context { private Strategy strategy; // Constructor public Context(Strategy strategy) { p ( gy gy) { this.strategy = strategy; public int executestrategy(int a, int b) { return strategy.execute(a, b); class StrategyExample { public static void main(string[] args) { Context context; context = new Context(new ConcreteStrategyAdd()); int resulta = context.executestrategy(3,4); context = new Context(new ConcreteStrategySubtract()); int resultb = context.executestrategy(3,4); context = new Context(new ConcreteStrategyMultiply()); int resultc = context.executestrategy(3,4);

38 Template Objetivo Define um modelo (template) de um algoritmo em deixando alguns passos para suas subclasses Motivação Uso Implementar as partes invariantes de um algoritmo na superclasse, deixando para a subclasse o comportamento que pode variar Evitar a duplicação de código, localizado o comportamento comum na superclasse Estrutura Exemplo Código 130 Template Estrutura A classe abstrata (AbstractClass) possui um conjunto de operações e um método (templatemethod) que é responsável por invocar as operaçoes que são especializadas nas subclasses (ConcreteClass1 e ConcreteClass2) ConcreteClass2) class GOF-Template AbstractClass + templatemethod() : void + baseoperation() : void + primitiveoperation1() : void + primitiveoperation2() : void templatemethod(){... baseoperation();... primitiveoperation1();... primitiveoperation2(); ConcreteClass1 + primitiveoperation1() : void + primitiveoperation2() : void ConcreteClass2 + primitiveoperation1() : void + primitiveoperation2() : void

39 Template Exemplo Um jogo contém operações básicas que serão especializadas O template method aqui é playonegame() class GOF-Template Game # playerscount: int + initializegame() : void + makeplay(int) : void + endofgame() : boolean + printwinner() : void + playonegame(int) : void Monopoly + initializegame() : void + makeplay(int) : void + endofgame() : boolean + printwinner() : void Chess + initializegame() : void + makeplay(int) : void + endofgame() : boolean + printwinner() : void 132 Template Exemplo Código public abstract class Game { protected int playerscount; public abstract void initializegame(); public abstract void makeplay(int player); p y( p y ); public abstract boolean endofgame(); public abstract void printwinner(); /* A template method : */ public final void playonegame(int playerscount) { this.playerscount = playerscount; initializegame(); int j = 0; while (!endofgame()) { makeplay(j); j = (j + 1) % playerscount; printwinner();

40 Template Exemplo Código //Now we can extend this to implement other games public class Monopoly extends Game { /* Implementation of necessary concrete methods */ public void initializegame() { p () { // Initialize players // Initialize money public void makeplay(int player) { // Process one turn of player public boolean endofgame() { // Return true if game is over // according to Monopoly rules public void printwinner() { // Display who won 134 Template Exemplo Código public class Chess extends Game { /* Implementation of necessary concrete methods */ public void initializegame() { // Initialize players // Put the pieces on the board public void makeplay(int player) { // Process a turn for the player public boolean endofgame() { // Return true if in Checkmate or // Stalemate has been reached public void printwinner() { // Display the winning player

41 Template Exemplo Código public class Monopoly extends Game { /* Implementation of necessary concrete methods */ public void initializegame() { // Initialize players // Initialize money public void makeplay(int player) { // Process one turn of player public boolean endofgame() { // Return true if game is over // according to Monopoly rules public void printwinner() { // Display who won 136 Iterator Objetivo Fornece uma maneira de acessar os componentes de um objeto sem expor a sua representação interna Motivação Uso Estrutura Exemplo Código

42 Iterator Estrutura O iterator (ListIterator) permite o acesso ao objeto da lista em que seja necessário conhecer o seu interior 138 Iterator Exemplo Em uma televisão (ConcreteTV) existe um Iterator (ChannelIterator) sobre os canais desta televisão Idepentende de como o acesso aos canais é feito é possível obtê-los através do Iterator class GOF-Iterator «interface» TV + getiterator() : ChannelIterator ChannelIterator - channels: List<String> - currentpos: int = 0 + ChannelIterator(List<String>) + hasnext() : boolean + next() : void + currentitem() : String «interface» Iterator + hasnext() : boolean + next() : void + currentitem() : String -iterator ConcreteTV - iterator: ChannelIterator - channels: List<String> + ConcreteTV() + getiterator() : ChannelIterator

43 Iterator Código //Iterator interface public interface Iterator { public boolean hasnext(); public void next(); p (); public String currentitem(); //Aggregate interface public interface TV { public ChannelIterator getiterator(); //other TV methods 140 Iterator Código //Concrete Aggregator public class ConcreteTV implements TV{ private ChannelIterator iterator; private List<String> channels; p g ; public ConcreteTV() { iterator = new ConcreteChannelIterator(channels); public ChannelIterator getiterator() { return iterator;

44 Iterator Código //Concrete Iterator public class ChannelIterator implements Iterator { private List<String> channels; private int currentpos = 0; p ; public ChannelIterator(List<String> channels){ this.channels = channels; public boolean hasnext(){ if(currentpos + 1 < channels.size()){ return true; return false; public void next() { currentpos++; public String currentitem() { return channels.get(currentpos); 142 Visitor Objetivo Permite que uma ou mais operações seja aplicada a um conjunto ou estrutura de objetos, desacoplando as operações desta estrutura A operação visita o conjunto de objetos e é executada sobre o mesmo Motivação Para calcular o total de uma compra, diferentes operações devem ser executadas sobre o produto. Em alguns caso é necessário pesar o produto para obter seu preço, em outros é necessário apenas ler seu código de barras, em outro finalmente é aplicado um desconto por compras em quantidade Ao passar no caixa, o atendente será o Visitor, que irá obter um produto e então calculará o seu preço. Uso Desacoplar a lógica de uma operação dos objetos que são submetidos a esta o operação Permitir que operações diferentes e não relacionadas seja aplicadas em uma estrutura de objetos

45 Visitor Estrutura A interface Visitor define uma operação sobre um elemento (ConcreteElement). Um elemento por sua vez possui uma operação que permite aceitar um visitante (accept), associando-se ao vistante 144 Visitor Estrutura

46 Visitor Estrutura 146 Visitor Exemplo Utilizando um visitor (PostageVisitor) será possível implementar o cálculo do frente para diferentes produtos (Book, CD, DVD) e então calcular o valor do frete (calculatepostage) class GOF - Visitor ShoppingCart - items: ArrayList<Visitable> + calculatepostage() : double «interface» Visitable + accept(visitor) : void PostageVisitor - totalpostageforcart: double + visit(book) : void + visit(cd) : void + visit(dvd) : void + gettotalpostage() : double «interface» Visitor + visit(book) : void + visit(cd) : void + visit(dvd) : void Element + accept(visitor) : void Book - price: double - weight: double CD DVD + getprice() : double + getweight() : double

47 Visitor Exemplo - Código //Element interface public interface Visitable { public void accept(visitor visitor); //abstract element public abstract class Element implements Visitable { //accept the visitor public void accept(visitor visitor) { visitor.visit(this); //concrete element public class CD extends Element{ //concrete element public class DVD extends Element{ 148 Visitor Exemplo - Código //concrete element public class Book extends Element { private double price; private double weight; p g ; public double getprice() { return price; public double getweight() { return weight;

48 Visitor Exemplo - Código public interface Visitor { public void visit(book book); //visit other concrete items public void visit(cd cd); p ( ); public void visit(dvd dvd); 150 Visitor Exemplo - Código public class PostageVisitor implements Visitor { private double totalpostageforcart; //collect data about the book public void visit(book book) { p ( ) { //assume we have a calculation here related to weight and price //free postage for a book over 10 if(book.getprice() < 10.0) { totalpostageforcart += book.getweight() * 2; //add other visitors here public void visit(cd cd){... public void visit(dvd dvd){... //return the internal state public double gettotalpostage() { return totalpostageforcart;

49 Visitor Exemplo - Código public class ShoppingCart { //normal shopping cart stuff private ArrayList<Visitable> items; public double calculatepostage() { p g () { //create a visitor PostageVisitor visitor = new PostageVisitor(); //iterate through all items for(visitable item: items) { item.accept(visitor); double postage = visitor.gettotalpostage(); return postage; 152 Mediator Objetivo Permite criar um baixo acoplamento entre um conjunto de objetos que se comunica e interage O mediator é o objeto que realiza a comunicação com cada objeto permitindo que esta comunicação entre estes objetos ocorra de forma independende uma das outras Motivação Uma torre de controle em um aeroporto é o mediator entre os aviões e o aeroporto Ao invés dos aviões comunicarem entre si cada um comunica diretamente com a torre Uso Quando existe uma comunicação complexa, porém bem definida, entre objetos Em situações onde existem vários relacionamentos entres objetos produzindo uma diagrama de classes que indica alto acoplamento

50 Mediator Estrutura O mediator define uma interface para a comunicação entre diferentes partes (Colleage). Um mediator é então criado (ConcreteMediator) a fim de implementar o comportamento para a comunicação 154 Mediator Exemplo A comunicação entre as entidades (FixedEntity e MobileEntity) é realizada através do mediator (ApplicationMediator) associado a cada entidade class GOF - Mediator «interface» Mediator + send(string, Entity) : void -mediator Entity - mediator: Mediator + Entity(Mediator) + send(string) : void + getmediator() : Mediator + receive(string) : void Client + main(string[]) : void ApplicationMediator - entitys: ArrayList<Entity> + ApplicationMediator() + addentity(entity) : void + send(string, Entity) : void MobileEntity + receive(string) : void FixedEntity + receive(string) : void

51 Mediator Código //Mediator interface public interface Mediator { public void send(string message, Entity entity); public abstract class Entity {//Entity Abstract Base Class private Mediator mediator; public Entity(Mediator m){ mediator = m; public void send(string message){ //send a message via the mediator mediator.send(message, this); public Mediator getmediator(){ //get access to the mediator return mediator; public abstract void receive(string message); 156 Mediator Código public class ApplicationMediator implements Mediator { private ArrayList<Entity> entitys; public ApplicationMediator(){ entitys = new ArrayList<Entity>(); y y y (); public void addentity(entity entity) { entitys.add(entity); public void send(string message, Entity originator) { //let all other screens know that this screen has changed for(entity entity: entitys){ //don't tell ourselves if(entity!= originator){ entity.receive(message);

52 Mediator Código public class FixedEntity extends Entity { public void receive(string message){ System.out.println("FixedEntity Received: " + message); public class MobileEntity extends Entity { public void receive(string message) { System.out.println("MobileEntity Received: " + message); 158 Mediator Código //Client shows the use public class Client { public static void main(string[] args) { ApplicationMediator mediator = new ApplicationMediator(); FixedEntity desktop = new FixedEntity(mediator) FixedEntity mobile = new MobileEntity(mediator) mediator.addentity(desktop); mediator.addentity(mobile); desktop.send( send("hello World"); mobile.send("hello");