Softwarewiederverwendung und Patterns

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1 Begrifflichkeiten und Beschreibungssystematik Begriffe Literatur zu Patterns Übersicht über die behandelten Konzepte Beschreibungsschema 97

2 Begriffe Glossar Patterns (Muster) sind ein Mittel der Wiederverwendung von Wissen. Die Idee der Patterns stammt ursprünglich von Chr. Alexander (1977), um typische Lösungen für häufig wiederkehrende Probleme auf dem Gebiet der Architektur im Bauwesen zu beschreiben. Software Patterns werden auf verschiedenen Abstraktionsstufen und mit unterschiedlichen Zielstellungen benutzt. Es werden drei Kategorien von Software Patterns unterschieden: Architecture Patterns (Architekturmuster, architectural style), Design Patterns (Entwurfsmuster), Idioms (Idiome, partielle Realisierungsschemata). 98

3 Begriffe Glossar Softwarearchitekturmuster Beschreibt die Typen (Syntax und Semantik) der Softwarebauelemente und Interaktionen einer Familie von Softwaresystemen sowie die Kopplungsregeln für Softwarebauelemente und Interaktionen und die Prüfbedingungen dafür, ob ein Softwaresystem dem Architekturmuster genügt. Entwurfsmuster Ein Entwurfsmuster beschreibt ein Schema zur Verfeinerung von Systemtypen oder Bauelementetypen eines Softwaresystems oder von Beziehungen zwischen ihnen. Es beschreibt eine häufig auftretende Struktur von miteinander kommunizierenden Softwarebauelementetypen, die ein allgemeines Entwurfsproblem in einem bestimmten Kontext löst. 99

4 Begriffe Glossar Idiom Ein Idiom ist ein für eine bestimmte Programmiersprache spezifisches Codemuster auf einer niedrigen Abstraktionsebene. Es beschreibt, wie man bestimmte Aspekte von Softwarebauelementen oder den Beziehungen zwischen ihnen, mit den Mitteln einer Programmiersprache ausdrücken kann. 100

5 Begriffe Glossar Framework Ein Framework ist ein partiell vollständiges Softwaresystem (oder Teilsystem), das noch angepasst und instanziiert werden muss. Es definiert die Architektur für eine Familie von (Teil-) Systemen und spezifiziert diejenigen Stellen, an denen Anpassungen für spezifische Funktionalitäten vorgenommen werden müssen. In einer objektorientierten Umgebung besteht ein Framework aus einer Reihe von abstrakten, generischen und konkreten Klassen. Somit liegt das Framework ebenso wie das Idiom nahe der Implementationsebene, wird aber für umfassendere Lösungsstrukturen eingesetzt. Es ist selbst generisch und/oder instanziierbar. 101

6 Begriffe Literatur zu Patterns Gamma, E., Helm, R., Johnson, R., Vlissides, J.: Design Patterns, Addison-Wesley, Buschmann, F., Meunier, R., Rohnert, H.,Sommerlad, P., Stal, M.: Pattern-orientierte Softwarearchitektur, Addison-Wesley, Vlissides, J.: Entwurfsmuster anwenden, Addison-Wesley, Goldfedder, B.: Entwurfsmuster einsetzen, Addison-Wesley,

7 Behandelte Patterns 103

8 Behandelte Patterns 104

9 Behandelte Patterns 105

10 Beschreibungsschema Name des Konzepts (Name des Patterns) Problembeschreibung und Beispiele Designentscheidungen Architekturlösungen Programmtechnische Lösungen Bemerkungen 106

11 Konzepte Vertragskonzept (Design by Contract) Ausnahmebehandlung (Exception Handling) Verwaltung von Architekturinformationen (Architecture Description) Objektkonstruktion (Object Construction) Polymorphe Mengen (Polymorphic Set) Objektpersistenz (Persistence Management) Ereignisbehandlung (Event Handling) Komposite Klassen (Composite Class)

12 Vertragskonzept (Design by Contract) Problembeschreibung und Beispiele Das Fehlverhalten von objektorientierter Software, z.b. ein Programmabsturz, resultiert oftmals daraus, dass während des Programmablaufs eine Methode mit aktuellen Parametern aufgerufen wurde, für die ihr Algorithmus nicht gedacht ist, oder auf ein Objekt mit einem ungültigen Zustand zugegriffen wird. 108

13 Vertragskonzept (Design by Contract) Designentscheidungen Um die Benutzungsbedingungen von Methoden zu beschreiben, werden Zusicherungen eingeführt. Zusicherungen sind ein Mittel zur Erhöhung der Korrektheit von Programmen {require} F {ensure}. Sie gehen auf Dijkstra zurück. Sie sind logische Ausdrücke, die Abschnitten von Programmen zugeordnet werden. Im Kontext der objektorientierten werden Zusicherungen z.b. in der Programmiersprache Eiffel durch Ausdrucksmittel unterstützt. Arten von Zusicherungen Vorbedingungen: Sie drücken die Bedingungen aus, die vor dem Betreten eines Programmabschnitts erfüllt sein müssen (Schlüsselwort require). Nachbedingungen: Sie drücken die Bedingungen aus, die nach dem Verlassen eines Abschnitts erfüllt sein müssen, wenn die Ausführung des Programmabschnitts erwartungsgemäße Ergebnisse liefert (Schlüsselwort ensure). Invarianten: Sie drücken die Bedingungen aus, die immer für die Klasse und/oder ihre Instanzen erfüllt sein müssen (Schlüsselwort invariant) 109

14 Vertragskonzept (Design by Contract) Designentscheidungen Beispiel für Vor- und Nachbedingungen Methode Insert() der Klasse CSetOfPersons Insert(in pers CPerson, out t: Boolean); // inserts the person pers into the set, if it is possible // require: the set is not full and does not contain pers // ensure: the set contains pers Beispiel für Invariante class CSetOfPersons // invariant: the invariance of each person of the set // is valid 110

15 Vertragskonzept (Design by Contract) Designentscheidungen Inhalt eines Vertrags sind zwischen zwei Partnern festgelegt, dem Lieferer (Server): ein Softwarebauelement, das eine Leistung anbietet, und dem Kunden (Client): ein Softwarebauelement, das ein anderes Softwarebauelement benutzt. In einem Vertrag sind enthalten der Vertragsgegenstand (hier z.b. eine Methode), Voraussetzungen für die Benutzung des Vertragsgegenstands (Vorbedingungen) und die Spezifikation der Leistungen, die mit der Benutzung des Vertragsgegenstands zur Verfügung gestellt werden (Ergebnisse oder Nachbedingungen, Invarianten). 111

16 Vertragskonzept (Design by Contract) Architekturlösungen Ausschnitt für die Überprüfung von Invarianten CPerson CEmployee pers3 pers5 Vorgehen empl0 empl4 empl7 1. eine Kopie der Instanz außerhalb des festgelegten Ausschnitts erzeugen (z.b. pers5 als Kopie von pers3) 2. die wertverändernde Methode auf die Kopie anwenden 3. die Überprüfung der Invariante der Kopie vornehmen 4. bei Gültigkeit der Invariante für die Kopie auch die Methode auf die ursprüngliche Instanz anwenden 5. die Kopie vernichten 112

17 Vertragskonzept (Design by Contract) Programmtechnische Lösungen Beispiele: bool CSetOfPersons::ClassInvariant() const { // the invariance of each person of the set is valid for (int i = 0; i < MAX_PERSONS; i++) if (Set[i]!= NULL) if (! Set[i] -> ClassInvariant()) // call method ClassInvariant() of CPerson return false; return true; } 113

18 Vertragskonzept (Design by Contract) Programmtechnische Lösungen bool CPerson::ClassInvariant() const { // FirstName, Name, Address are not empty, Birthday is valid // (ClassInvariant() of CDate is true) // the invariance of Sex is always valid if ((FirstName!= "") && (Name!= "") && (Address!= "")&& Birthday.ClassInvariant()) return true; else return false; } bool CEmployee::ClassInvariant() const { // EmployeeID is not empty, Salary and Vacation // are greater zero. if ((CPerson::ClassInvariant()) && (EmployeeID!= "") && (Salary > 0) && (Vacation > 0)) return true; else return false; } 114

19 Vertragskonzept (Design by Contract) Programmtechnische Lösungen Invarianten bei Vererbungsbeziehungen ClassInvariant() ist in jeder erbenden Klasse überschreiben (Regelfall). Rückgabewert von ClassInvariant() ist gleich der Konjunktion des der Invariante(n) der Elternklasse(n) und klassenspezifischen Bedingungen. 115

20 Vertragskonzept (Design by Contract) Bemerkungen Nur wenige Programmiersprachen besitzen Ausdrucksmittel für die Beschreibung und Laufzeitüberprüfung von Vor- und Nachbedingungen sowie Invarianten. Ein Beispiel für eine solche Sprache ist Eiffel. Eine weitere Möglichkeit, Zusicherungen zu prüfen, ist die Nutzung des assert()-makros in C++ oder der assert-anweisung in Java. 116

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