Padrões de Projeto de Software

Transcrição

1 Padrões de Projeto de Software Introdução Paulo Gomide Departamento de Ciência da Computação Universidade de Itaúna

2 Motivação Introdução Por que Padrões? Por que Padrões de Projeto? O que é um Padrão de Projeto? Definições Componentes de um Padrão Sumary Formas de Classificação dos Padrões de Projeto? Quanto à Finalidade Quanto ao Escopo Quadro de Classificações dos Padrões de Projetos Descrição dos Padrões Como Descrever um Padrão? Fim Fim

3 Desenvolvimento de Pequenos Projetos versus Desenvolvimento de Grandes Projetos Implementado por uma pessoa ou por uma equipe pequena Implementado por uma grande equipe Todos desenvolvedores conhecem todos os aspectos do projeto Ninguém conhece ou é responsável por todos os aspectos do projeto O maior esforço é voltado para a estruturação e o desenvolvimento dos algoritmos O maior esforço é voltado para a estruturação do sistema como um todo e a comunicação entre as diferentes partes e padrões do projeto

4 Desenvolvimento versus Engenharia de Software Um desenvolvedor Equipe de Desenvolvedores Aplicações Simples Sistemas Complexos Vida Curta Vida Longa Um ou Poucos Interessados Desenvolvedor = Usuário Usuário = Cliente Muitos Interessados Desenvolvedor Usuário Usuário Cliente Solução Ad-hoc Preocupação com Reusabilidade Manutenção Mínima 60% do Esforço é com Manutenção

5 Dificuldades no Desenvolvimento de Software Complexidade Cálculo da complexidade/tempo do desenvolvimento; Crescimento da complexidade é não linear em relação ao tamanho. Inconstância Software visto como infinitamente maleável; Mudanças em relação ao projeto original como: novos requisitos do usuário, novas tecnologias, novas leis e regulamentações, etc. Reusabilidade Desenvolver um software orientado a objetos é difícil; Desenvolver um software orientado a objetos reusável é muito mais.

6 Vantagens no Desenvolvimento de Software de Qualidade Reusabilidade Redução do tempo e do custo de desenvolvimento no futuro; Maior confiança na utilização de códigos já testados. Experiência Frieza para estudar padrões utilizados anteriormente, evitando a solução mais óbvia a princípio; Exemplos de erros e acertos documentados.

7 Aspectos Cruciais na Programação Orientada a Objetos Definir objetos pertinentes em relação aos requisitos; Representá-los em classes na granularidade certa; Definir as interfaces das classes; Definir as hierarquias das heranças; Estabelecer relações chave entre as classes.

8 Padrões Por que Padrões? Solução para acelerar a tomada de tantas decisões presentes no desenvolvimento. Tentativa de definir uma solução para um problema estrutural recorrente. Tipos de Padrão Alto nível de abstração Padrões Arquiteturais Ex.: Client-Server Médio nível de abstração Padrões de Projeto Ex.: Abstract Factory Baixo nível de abstração Padrões de Programação Ex.: Iterate a Collection

9 Por que Padrões de Projeto? Problemas Iguais Soluções Iguais Garantia de que novas soluções não serão redescobertas ; Confiablidade, eficiência e bom tratamento de déjà-vu no desenvolvimento; Garantia de um sistema mais flexível, elegante e, sobretudo, reusável; Reusabilidade de padrões, requisitos, comportamentos, etc.

10 Por que Padrões de Projeto? Nível de Abstração Intermediário Sobre diferentes pontos, o Padrão definido para um sistema pode ser tido como apenas um bloco primitivo em outro; Os padrões de projeto que serão estudados apresentam um nível de abstração intermediário; Não são baixo nível a ponto de definir estruturas de dados a serem usadas e seu funcionamento; Não são alto nível a ponto de estruturar por completo a arquitetura de um sistema mais complexo;

11 Definição 1 Each pattern describes a problem which occurs over and over again in our environment, and then describes the core of the solution to that problem, in such a way that you can use this solution a million times over, without ever doing it the same way twice Christopher Alexander, A Pattern Language, 1977

12 Definição 2 The design patterns are descriptions of communicating objects and classes that are customized to solve a general design problem in a particular context. Gang of Four, Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software, 2000

13 Definição 3 A design pattern is a general reusable solution to a commonly occurring problem in software design. (...) It is a description or template for how to solve a problem that can be used in many different situations. Object-oriented design patterns typically show relationships and interactions between classes or objects, without specifying the final application classes or objects that are involved. Wikipédia, Português, de projeto de software, 23/02/2011

14 Componentes de um Padrão Nome Descreve um problema de design, sua solução e as consequências desta em uma ou duas palavras; Enriquece o vocabulário técnico, facilitando a comunicação entre projetistas e desenvolvedores; Facilita a discussão sobre os padrões e sobre as vantagens e desvantagens de sua utilização; Facilita até mesmo a tomada de decisões quanto ao padrão adotado para um projeto; Dar um bom nome a um padrão é tão importante quanto difícil.

15 Componentes de um Padrão Problema Descreve quando aplicar o padrão, explicando o problema e seu contexto; Descreve problemas de design específicos que o padrão resolve; Possivelmente, inclui uma lista de requisitos que devem ser satisfeitos para que faça sentido aplicar o padrão.

16 Componentes de um Padrão Solução Descreve os elementos que compõem o design, seus relacionamentos, responsabilidades e colaborações; Descreve o modelo geral de funcionamento, sem se preocupar com o design ou a implementação de um projeto particular; Fornece uma descrição abstrata de um problema de design e explica como um arranjo geral dos elementos (classes e objetos) o resolvem.

17 Componentes de um Padrão Consequências Compreendem os resultados, vantagens e desvatagens de aplicar o padrão; Descrevem o impacto da sua utilização sobre a extensibilidade, flexibilidade ou portabilidade do sistema, facilitando avaliar o nível de reusabilidade do mesmo; Apresentam o funcionamento do padrão também em relação a espaço e tempo, ou utilização de memória e processamento; Sua análise é fundamental na avaliação das alternativas de padrões cabíveis ao projeto e no entendimento dos custos e benefícios do padrão.

18 Requisitos de um Padrão de Software Um Padrão de Software Deve: solucionar um problema de design específico, estruturando os elementos do sistema de maneira flexível, elegante e reusável; ser geral o suficiente para servir de solução para problemas e requisitos futuros que apresentem aspectos similares; ser facilmente referenciado e permitir sua reutilização em um novo projeto a partir de uma experiência em um projeto anterior.

19 Quanto à Finalidade Padrões Criacionais Referem-se ao processo de criação dos objetos. Ex.: Builder: separa a construção de um objeto complexo de sua representação, permitindo a utilização de um mesmo processo na criação de diferentes representações.

20 Quanto à Finalidade Padrões Estruturais Tratam a composição das classes e objetos. Ex.: Composite: Compõe objetos em árvores de agregação (relacionamento parte-todo), permitindo que objetos agregados sejam tratados como um único objeto.

21 Quanto à Finalidade Padrões Comportamentais Caracterizam a forma com que as classes e os objetos se interagem e compartilham as responsabilidades. Ex.: Iterator: Provê um modo de acesso sequencial a elementos de um agregado de objetos, sem exposição da estrutura interna do objeto.

22 Quanto ao Escopo Classe Tratam o relacionamento entre as classes e suas subclasses. Como essas relações são estabelecida por meio de herança, elas são estáticas (fixadas em tempo de compilação). Ex.: Um padrão estrutural de classe utiliza herança para compor as classes.

23 Quanto ao Escopo Objeto Tratam o relacionamento entre os objetos. Essas relações são mais dinâmicas, podendo ser alteradas em tempo de execução. Ex.: Um padrão estrutural de objeto descreve como estes devem ser agrupados.

24 Quadro de Classificações dos Padrões de Projetos

25 Como Descrever um Padrão? Apesar de muito importante, a representação gráfica dos elementos do padrão não é suficiente, já que apresenta apenas a estruturação dos elementos no design. Para garantir a compreensão do padrão e facilitar seu reuso, são necessários também registros tratando informações como as alternativas existentes, as decisões tomadas, as vantagens e desvantagens do padrão, exemplos de sua aplicação, etc. Seguindo a proposta de Gang of Four, a descrição de cada um dos padrões será dividida em 13 informações categóricas, facilitando assim a compreensão, comparação e utilização dos padrões.

26 Elementos da Descrição dos Padrões Nome do Padrão e Classificação Uma denominação curta que transmite a essência do padrão e passa a fazer parte do vocabulário dos projetistas. Classificações quanto a finalidade e escopo. Propósito Uma breve descrição que deve responder a perguntas como: O quê o padrão faz?, Qual a sua pretensão? e Que tipo de problema ou característica particular de Design ele trata? Também Conhecido Como Conjunto de outros nomes e denominações que refereciam o padrão, caso exista algum.

27 Elementos da Descrição dos Padrões Motivação Um cenário que ilustra o problema de Design e como as estruturas de classes e objetos no padrão o resolvem. Aplicabilidade Uma breve descrição que deve responder a perguntas como: Quais são as situações em que este padrão pode ser aplicado?, Quais são os exemplos de designs ruins que a utilização dele pode resolver? e Como você pode reconhecer estas situações?. Estrutura Uma representação gráfica das classes no padrão.

28 Elementos da Descrição dos Padrões Participantes As classes e/ou objetos pertencentes àquele parão e suas responsabilidades. Colaborações Como os participantes interagem para cumprir suas responsabilidades. Conseqüências Uma breve descrição que deve responder a perguntas como: Como o padrão alcança seus objetivos?, Quais são as vantagens e desvantagens da utilização do padrão? e Quais aspectos da estrutura do sistema podem variar de forma independente?.

29 Implementação Elementos da Descrição dos Padrões Dicas e técnicas úteis no processo de implementação, e possíveis armadilhas para as quais o projetista deve estar preparado. Relações do padrão com uma ou outra linguagem. Código Exemplo Fragmentos de código que ilustrem como o padrão deve ser implementado Usos Conhecidos Exemplos da utilização do padrão em sistemas já implementados. Padrões Relacionados Lista de todos os padrões fortemente relacionados ao padrão em questão e as suas principais diferenças.

30 Obrigado pela atenção! Dúvidas?