Structural Patterns. B. Sc. Andreas Meißner

Transkript

1 Structural Patterns B. Sc. Andreas Meißner Seminar Software-Entwurf Fachgebiet Software Engineering, Institut für Angewandte Systeme, Universität Hannover 11/16/2004

2 Gliederung 1. Wiederholung Entwurfsmuster 2. Strukturmuster - Allgemein - einzelne Strukturmuster - Beispiel (Motivation) - allgemeiner Aufbau - evtl. Diskussion / Abgrenzung 3. Fazit 2

3 Entwurfsmuster Entwurfsmuster sind Beschreibungen zusammenarbeitender Objekte und Klassen, die maßgeschneidert sind, um ein allgemeines Entwurfsproblem in einem bestimmten Kontext zu lösen. Schablonen für guten Entwurf benennen, abstrahieren und identifizieren relevante Aspekte einer allgemeinen Entwurfsstruktur Ziel: bessere Flexibilität, Wiederverwendbarkeit, Modularität und Verständnis eines Entwurfs 3

4 Entwurfsmuster Aufgabe Creational Patterns (Erzeugungsmuster) Structural Patterns (Strukturmuster) Behavioral Patterns (Verhaltensmuster) Entwurfsmuster Abstract Factory (Abstrakte Fabrik), Builder (Erbauer), Factory Method (Fabrikmethode), Prototype (Prototyp), Singleton Adapter, Bridge (Brücke), Composite (Kompositum), Decorator (Dekorierer), Facade (Fassade), Flyweight (Fliegengewicht), Proxy Observer (Beobachter), Command (Befehl), Chain of Responsibility (Zuständigkeitskette), Interpreter, Iterator, Mediator (Vermittler), Memento, State (Vermittler), Strategy (Strategie), Template Method (Schablonenmethode), Visitor (Besucher), 4

5 Strukturmuster Strukturmuster befassen sich mit der Zusammensetzung bzw. Komposition von Klassen und Objekten, um größere Strukturen zu bilden. bei klassenbasierten Strukturmustern wird Vererbung benutzt, um Schnittstellen oder Implementierungen zusammenzuführen bei objektbasierte Strukturmuster werden Objekte zusammengeführt, um neue Funktionalität zu gewinnen 5

6 Willis BurgerShop Willi 6

7 Problem No. 1 Implementation von Willi 7

8 Problem No. 1 - Lösung Variante 1: Vererbung Variante 2: Delegation 8

9 Adapter (Wrapper) passt Schnittstelle einer Klasse an eine andere (erwartete) an lässt Klassen zusammenarbeiten, die wegen inkompatibler Schnittstellen dazu nicht in der Lage wären Klassenadapter Objektadapter lediglich ein Objekt Methoden können überschrieben werden Schnittstelle des Adapters evtl. größer als benötigt nicht immer möglich zusätzliches (delegierendes) Objekt Adapter kann an mehrere Adaptees anbinden 9

10 Wiederholung Singleton Willi ist einzigartig!!! public class Willi implements Angestellter { private static Willi singleton = null; public static Willi createwilli() { if (singleton == null) return new Willi(); return singleton; } private Willi() { } } public void bulettebraten { } public void kaffeekochen { } public void saubermachen { } 10

11 Problem No. 2 Implementation der BurgerShop-Geräte 11

12 Problem No. 2 - Lösung 12

13 Facade (Fassade) vereinfacht die Verwendung von (Sub-)Systemen bietet einheitliche Schnittstelle zu einer Menge von Schnittstellen eines (Sub-)Systems Konsequenzen: Subsystem kann unabhängig von den Klienten angepasst werden Funktionalität der Subsystemkomponenten kann nicht endgültig verborgen werden 13

14 Adapter vs. Facade Unterschied zwischen Adapter und Fassade ist subtil Frage Adapter Facade Gibt es bereits existierende Klassen mit unpassender Schnittstelle? Wird ein Objekt erzeugt, welches die gewünschte Schnittstelle aufweist? Muss dieses Objekt polymorph verwendet werden können? Gibt es Vorgabe für eine Schnittstelle, die erfüllt werden müssen? Ist eine vereinfachte Schnittstelle notwendig? Ja Ja Möglich Ja Nein Ja Ja Nein Nein Ja 14

15 Problem No. 3 Implementation der Burger

16 Problem No. 3 - Lösung jede Garnierung als Dekoration betrachten 16

17 Problem No. 3 - Lösung Burger burger = new TomatenDekorierer( new SalatDekorierer( new KaeseDekorierer( new Hamburger()))); 17

18 Decorator (Dekorierer) erweitert Objekte dynamisch um Zuständigkeiten flexible Alternative zur Unterklassenbildung Konsequenzen mehrfaches Hinzufügen der Funktionalität möglich Objektidentität des Dekorierers und dessen Komponente ist unterschiedlich viele kleine Dekorierobjekte möglich Entwurf evtl. schwerer zu verstehen 18

19 Wiederholung Builder (Erbauer) Burger burger = new TomatenDekorierer( new SalatDekorierer( new KaeseDekorierer(new Hamburger()))); public class BurgerBuilder { private Burger burger = null; public void startburger() { burger = new Hamburger(); } public void addkaese() { burger = new KaeseDekorierer(burger); } BurgerBuilder bb = new BurgerBuilder(); bb.startburger(); bb.addkaese(); bb.addsalat(); bb.addtomate(); Burger burger = bb.getresult(); } public void addsalat() { burger = new SalatDekorierer(burger); } public void addtomate() { } public Burger getresult() { return burger; } 19

20 Problem No. 4 Implementation von Menus 20

21 Problem No. 4 - Lösung 21

22 Composite (Kompositum) repräsentiert Teil-Ganzes-Hierarchien primitive Objekte und Kompositionen von diesen können einheitlich betrachtet werden Konsequenzen unbegrenzte Tiefe/Komplexität möglich Komponenten eines Kompositums sind schwierig einschränkbar Implementationsfragen (Schnittstellen, Elternobjekte referenzieren) 22

23 Dekorator vs. Composite Dekorierer kann als degeneriertes Kompositum angesehen werden aber Dekorierer fügt zusätzliche Funktionalität hinzu Kompositum ist für Objektaggregation vorgesehen 23

24 Problem No. 5 Implementation der Anzeigetafel 24

25 Problem No. 5 - Lösung jedes Zeichen als eigenes Objekt Problem: hohe Speicherkosten jedes Zeichen einmal vorhanden gemeinsame Nutzung Trennung des intrinsischen und extrinsischen Zustandes notwendig 25

26 Problem No. 5 - Lösung 26

27 Flyweight (Fliegengewicht) gemeinsame Nutzung großer Mengen leichtgewichtiger Objekte Anwendbarkeit große Mengen von Objekten viele Gruppen von Objekten können gemeinsam genutzt werden Großteil des Objektzustandes ist extrinsisch Konsequenzen gemeinsame Nutzung gemeinsame Objektidentität 27

28 Bridge (Brücke) entkoppelt eine Abstraktion von ihrer Implementierung, so dass beide unabhängig verändert werden können Konsequenzen Implementierung kann zur Laufzeit ausgewählt und gewechselt werden eine Implementierung kann von mehreren Objekten genutzt werden übersichtlichere Klassenhierarchien 28

29 Proxy stellt ein vorgelagertes Stellvertreterobjekt dar kontrolliert bzw. steuert den Zugriff auf das eigentliche Objekt Anwendbarkeit Remote-Proxy: Stellvertreter für Objekte in einem anderen Adressraum Virtuelle Proxy: erzeugt teure Objekte erst auf Verlangen Schutzproxy: kontrolliert den Zugriff auf das Objekt 29

30 Fazit Entwurfsmuster sind nicht kompliziert stellen einfache Lösungsstrategien für Entwurfsprobleme Strukturmuster zeigen interessante Möglichkeiten für die Komposition von Objekten auf aber Muster sind keine Silberkugel Muster können den Entwurf auch unnötig aufblähen nur benötigte Flexibilität mit Mustern begegnen 30

31 Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit! 31

32 Literatur Eilebrecht, K., Starke, G. (2004). Patterns kompakt: Entwurfsmuster für effektive Software-Entwicklung (Spektrum 2004). Gamma, E., Helm, R., Johnson, R., Vlissides, J. (1996). Entwurfsmuster: Elemente wiederverwendbarer objekt-orientierter Software (Addison- Wesley 1996). Goldfedder, B. (2002). Entwurfsmuster einsetzen: Einstieg in die Anwendungsentwicklung mit Design Patterns (Addison-Wesley 2002). Shalloway, A., Trott, J. R. (2003). Entwurfsmuster verstehen (mitp- Verlag 2003). Vlissides, J. (1999). Entwurfsmuster anwenden: Die Fortsetzung des Klassikers der Gang of Four (Addison-Wesley 1999). 32