Pasteur Ottoni de Miranda Junior. Alguns Padrões de Projeto Gamma

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1 Pasteur Ottoni de Miranda Junior Alguns Padrões de Projeto Gamma

2 Padrões Gamma de Projeto(ou Gang-of-Four, gof) Os padrões gof foram publicados por Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson e John Vlissides em 1998 [GAM98] e têm se constituído em uma referência universal quando se deseja aplicar a projetos de software estruturas padronizadas que privilegiem principalmente a reutilização. 1-Definição: Padrões de Projeto Segundo [GAM98] um padrão de projeto é uma solução padronizada para um problema que se repete muitas vezes dentro de um determinado contexto. Um padrão de projeto abstrai e identifica aspectos comuns de estruturas de projeto, tornando-as reutilizáveis. Portanto, cada padrão trata de um problema de projeto em particular, que em última análise determina quando utilizar tal padrão. Cada problema tem uma solução proposta que é um gabarito a ser aplicado às mais diversas situações. 2-Padrões de criação Estes padrões abstraem o processo de instanciação. Ajudam a tornar o sistema independente de como seus objetos são criados, compostos e representados. 2.1-O padrão abstract factory (fábrica abstrata) Objetivo: Prover uma interface para criação de famílias de objetos relacionados ou dependentes sem que se especifiquem suas classes concretas. Problema típico : Seja uma classe cliente que utiliza um conjunto de classes através de seus métodos. Suponha que cada uma destas classes deva trabalhar em ambientes distintos,devendo ter, portanto, versões diferentes para cada um destes ambientes. A questão é: como fazer com que o cliente possa utilizar alternativamente estas versões, sem que a forma como as classes são acessadas sofra alterações em função destas versões? Solução: Figura 1

3 Exemplos de aplicação: -Criar interfaces comuns para bancos de dados diferentes. Criam-se fábricas abstratas específicas para cada banco de dados. -Criar interfaces comuns para bibliotecas de interface diferentes, que usam os mesmos objetos. FabricaAbstrata CriarProdutoA() CriarProdutoB() ProdutoAbstratoA Cliente FabricaConcret a1 CriarProdutoA() CriarProdutoB() FabricaConcret a2 CriarProdutoA() CriarProdutoB() ProdutoA2 ProdutoA1 ProdutoAbstratoB ProdutoB2 ProdutoB1 Figura 1-Padrão abstract factory (Extraído de [GAM1998]) 2.2-O padrão factory method Objetivo :Permitir a definição de uma interface (o factory method) em uma classe mãe abstrata que, em suas subclasses, especializa-se para criar vários tipos de objetos. Problema típico: Suponha que uma determinada classe utiliza diversos tipos de objetos. Mas no ponto em que utiliza estes objetos, ela não pode determinar a classe de tais objetos. Como fazer com que esta classe possa utilizar estes objetos independentemente da classe à qual pertençam?

4 Solução: Criar uma classe abstrata que contenha um factory method, que é a interface pela qual classes derivadas criam os objetos específicos. A classe base implementa um método que acessa a criação de tais objetos através da interface do factory method. Na Figura 2 abaixo temos: Produto Criadora FactoryMethod() Operacao() produto=fact orymethod ProdutoConcreto CriadoraConcret a FactoryMethod() return new ProdutoConcreto Figura 2-Padrão factory method (Extraído de [GAM1998]) Exemplos de aplicação: -Uma aplicação possui um método que deve abrir e exibir diversos tipos de documento. Este método não sabe qual tipo de documento vai ser exibido e deve abri-los corretamente. -Uma ferramenta CASE deve mover e redimensionar objetos de tipos diferentes. Estas operações não sabem que tipo de objeto vai ser manipulado. 2.3-O padrão Singleton Objetivo: Garantir que uma classe possua uma e somente uma instância. Problema típico:não faz sentido no contexto de uma aplicação a existência de mais de uma instância de uma determinada classe. O problema é: como fazer com que o desenvolvedor não tenha acesso a métodos construtores que criem mais de uma instância da classe, mantendo-se fácil acesso à instância? Solução: A própria classe mantém controle sobre sua instância única, tornando público um método para acesso a esta instância, que impede a criação de outra instância. Na Figura 3 temos o método Instancia() que é estático e na verdade é

5 um factory method que retorna InstanciaUnica e garante que não será criada mais que uma instância de Singleton. Singleton static InstanciaUnica Dados static Instancia() Operacao() ObterDados() Instancia retorna InstanciaUnica Figura 3-Padrão Singleton (Extraído de [GAM1998]) Exemplos típicos: -Em uma aplicação, deve haver um único spool de impressão para determinada impressora. -Classes de controle e de gerência (por exemplo, gerenciadoras de janelas e de arquivos) devem ter uma única instância em determinada sessão. 2.4-O padrão Prototype (Protótipo) Objetivo: Prover uma abordagem diferente para criação de objetos, através da clonagem de uma instância denominada protótipo. Problema típico: Suponha uma classe A que manipula um certo número de tipos de objetos pertencentes a classes especializadas de uma classe base B. A classe A não sabe como criar instâncias de subclasses de B. Uma solução seria criar uma subclasse de A para cada subclasse de B, cada uma delas especializada para lidar com uma subclasse de B. Porém isto poderia gerar um grande número de subclasses de A, algo pouco elegante, principalmente se as subclasses de B diferirem entre si por detalhes. Como fazer, então, com que a classe A consiga manipular as subclasses de B? Solução: Fazer com que a classe A crie cópias ou clones de instâncias já definidas das subclasses de B. Estas instâncias são os protótipos.

6 Cliente Operacao() Prototipo clone() p=prototype.clone() PrototipoCo ncreto1 clone() PrototipoCo ncreto2 clone() Retornam uma cópia de si mesmos. Figura 4- Padrão prototype (Extraído de [GAM1998]) Exemplos de utilização: -Apesar de semelhante ao abstractfactory, este padrão permite a instância de novas classes em tempo de execução. Por exemplo, uma aplicação que permita ao usuário exibir documentos, pode dar ao mesmo o recurso de inserir novos tipos de documentos e exibi-los sem necessidade de recompilação de código. -Uma ferramenta CASE que trabalhe com frameworks de projeto define protótipos para os mesmos, que serão clonados quando o cliente deles necessitar. 3-Padrões estruturais Os padrões estruturais estão relacionados a como classes e objetos são compostos de forma a gerar estruturas maiores e mais complexas.

7 3.1- O padrão adaptador (adapter) Objetivo: Converter a interface de uma classe em outra, permitindo que classes com interfaces incompatíveis possam trabalhar em conjunto. Problema típico: Suponha que uma aplicação utilize um recurso de uma classe específica A. Este recurso é acessado via métodos da classe A. Entretanto, descobriu-se no mercado uma nova alternativa para realizar as atribuições da classe A, que possui métodos de acesso completamente diferentes dos de A. A questão é: como introduzir esta nova classe na aplicação, sem alterar a interface de acesso na aplicação, ou ainda, como permitir que novas classes possam ser acessadas pela aplicação sem modificar esta interface de acesso? Solução: Criar uma classe abstrata comum para a classe A e a nova alternativa, que terá sua interface acessada pelo cliente. Esta classe será particularizada para a classe A e para a classe alternativa e é denominada adaptadora. Cliente Alvo Requisicao() Adaptada RequisicaoEspecifica() Adaptadora Requisicao() adptada.requisicaoespecifica Figura 5-Padrão Adapter (Extraído de [GAM1998]) Exemplos de utização: -Uma aplicação que utiliza diversos dispositivos pode acessar uma interface comum, que será particularizada para cada novo dispositivo inserido, via classe adptadora. Esta classe adaptadora tornar-se-á um plug-in para o novo dispositivo na aplicação.

8 -Uma aplicação utiliza uma interface comum para imprimir, que é adaptada por meio de subclasses adaptadoras a qualquer tipo de impressora O padrão flyweight ( peso-mosca ) Objetivo: Prover uma estrutura para a representação de classes que possuam um grande número de instâncias com características que se repetem com muita frequência. Problema típico: Uma classe de objetos possui um grande número de instâncias com características comuns. Como conseguir economia de utilização de memória, fazendo com que características comuns não se repitam com freqüência? Solução proposta: Criar um tipo de objeto, o flyweight, que tem a característica de poder ser compartilhado, e utilizado em múltiplos contextos simultaneamente. O flyweight encapsula o chamado estado intrínseco dos objetos que represeta, ou seja, o estado que é comum a todos eles. Dependendo do contexto em que é utilizado, o flyweight assume estados que variam com este contexto, os chamados estados extrínsecos. Estes estados não são compartilhados e os clientes que utilizam os flyweights detêem a responsabilidade por passá-los a eles. Esta estrutura proporciona considerável economia de memória. Retorna um flyweight, se existir ou cria um flyweight e retorna FabricaFlyweights RetornarFlyweight(chave) Flyweight Cliente FlyweightConcreto EstadoIntrinseco Operacao(EstadoExtrinseco) Figura 6-Padrão flyweight (Extraído de [GAM1998])

9 Exemplos de utilização: -Editores de texto podem manter flyweights contendo estados intrínsecos de caracteres (o código ascii, por exemplo). -Editores de figuras, podem manter flyweights contendo pontos comuns (por exemplo, o formato) O padrão proxy Objetivo: prover uma forma rápida e leve de acesso a um objeto, que vai substituí-lo enquanto não for necessário acessar sua instância diretamente. Problema típico: Suponha que um determinado objeto seja grande e por conseguinte ocupe muito espaço de memória. A questão é: como fazer para manter uma referência a este objeto, que não ocupe tanta memória, contendo apenas sua estrutura básica, de tal forma que o objeto somente seja criado e realmente acessado quando realmente for necessário? Solução: a idéia é criar uma classe, o Proxy, que contém exatamente a mesma estrutura do objeto real, porém mais leve, sem a informação que realmente carrega a memória. Este Proxy somente acessará o objeto real quando ele for demandado na aplicação. Na verdade, o Proxy e o objeto real derivam de uma mesma classe-mãe, e é isto que garante que terão exatamente a mesma estrutura. Assunto Requisicao() AssuntoReal Requisicao() Proxy Requisicao() acessa operacao Requisicao de AssuntoReal Figura 7-Padrão Proxy (Extraído de [GAM1998])

10 Exemplos de utilização: -Um editor de imagens pode manipular somente um Proxy da imagem enquanto ela não for carregada. Quando isto acontecer, via abertura de um arquivo, por exemplo, o Proxy passa a manipular a imagem diretamente, mas enquanto isto não ocorre, manipula apenas informações básicas, com tamanho, nome de arquivo, etc. -No exemplo do sistema Revista Digital, pode ser criado um Proxy do documento, que vai manipular apenas informações básicas do mesmo (tamanho, nome, data de criação, etc) enquanto não houver necessidade de visualizá-lo. Quando isto for necessário, cria-se a instância real, abrindo seu arquivo e carregando-o na memória O padrão façade (Fachada) Objetivo: Produzir uma interface mais simples para que um cliente possa acessar diversos métodos de um grupo de classes. Problema Típico: Suponha que uma determinada classe necessite da colaboração de diversas outras através do acesso a seus métodos. Chamadas a diversos destes métodos são muito freqüentes e repetitivas, fazendo com que determinadas operações se tornem longas, demandando muita escrita de código. A questão é: como racionalizar e diminuir o acesso direto da classe cliente aos métodos destas classes? Solução: Criar uma classe, a classe de Fachada, que vai possuir operações que chamam os métodos que são utilizados freqüente e repetidamente. O cliente passa a acessar estas operações, ao invés de acessar várias classes e várias chamadas de classes.

11 Operações de Fachada instanciam objetos das classes 1,2..n, invocando seus métodos Fachada Operacao1() Operacao2() Cliente Classe1 Oper11() Oper12() Oper1n() Classe2 Oper21() Oper22() Oper2n() Classen Opern1() Opern2() Opernn() Figura 8-O padrão Façade (Extraído de [GAM1998]) Exemplo de Utilização: As classes de controle constituem o exemplo mais típico de classes de fachada O padrão composite Objetivo: Prover uma estrutura de árvore para representação eficiente de relações todo-parte. Problema típico: Suponha uma estrutura de objetos relacionados a outros na forma de relações todo parte. A questão é: como fazer com que todos os objetos, tanto os todos como as partes, possam ser manipulados de maneira idêntica por classes clientes, através de uma interface única? Solução: O padrão Composite propõe uma classe abstrata comum para objetos todo e parte, contendo operações comuns a eles. Os objetos todo contêm listas de objetos partes. Classes clientes acessam a mesma interface (a definida pela classe abstrata) tanto para objetos todo como para objetos parte.

12 Cliente Componente Operacao() AdicionarComponente() RemoverComponente() RetornarFilho() Folha Operacao() Composite Operacao() AdicionarComponente() RemoverComponente() RetornarFilho() Para cada filho chamar Operacao() Figura 9-O padrão Composite. (Extraído de [GAM1998]) Exemplos de utilização: -Em uma interface gráfica é comum a composição de objetos mais simples em estruturas complexas. A aplicação cliente manipula tais objetos através de uma interface única. -Extruturas de hiperdocumentos (como páginas HTML) envolvem documentosfolhas (que não têm link a outros documentos) e documentos compostos (que têm link a outros documentos). 4-Padrões Comportamentais Estão relacionados ao comportamento dos objetos, ou seja, com o estabelecimento de padrões de comunicação entre eles. 4.1-Padrão cadeia de responsabilidade (chain of responsibility) Objetivo: Evitar o acoplamento entre o emissor e o receptor de uma requisição, de forma que mais de um objeto possa manusear esta requisição. Problema típico: Suponha uma situação em que um objeto envia uma mensagem e esta mensagem não tem um destinatário fixo, ou seja este deve

13 ser definido em determinado contexto. A requisição pode passar por diversos objetos. A questão é: como permitir que esta mensagem seja capturada pelo objeto correto? Solução: Cada classe de objetos pelos quais a requisição vai passar é derivada de uma classe manipuladora, que possui um método que vai verificar se o objeto em questão é o destinatário. Se não for, a requisição é passada a outro objeto na cadeia, até que se encontre o destinatário. Sucessor Cliente Manipulador ManipularRequisicao() ManipuladorConcreto1 ManipularRequisicao() ManipuladorConcreto2 ManipularRequisicao() Figura 10-Padrão chain of responsibility (Extraído de [GAM1998]) Exemplos de utilização: -Sistemas de ajuda sensível ao contexto utilizam este padrão para determinar qual objeto está sendo referenciado. -Sistemas de correio eletrônico podem utilizar este padrão para determinar uma cadeia de comunicação, transmitindo uma mensagem endereço por endereço até um manipulador final da mesma.

14 REFERÊNCIAS [GAM98} GAMMA, E, et al. Design Patterns-Elements of Reusable Object- Oriented Software 1a Edição, Addison Wesley, 1998.

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