Automaten und das State Pattern

Transkript

1 Automaten und das State Pattern Axel Böttcher 24. September 2012

2 (GUI-)Logik mittels Automaten realisieren Das Problem, komplizierte Logik zu implementieren tritt recht häufig auf. Smells: häufig wiederholte switch-statements ( wicked switch ) komplizierte und verschachtelte if/else-konstrukte Häufig anzutreffen, um den Zustand von GUIs zu speichern. Es lohnt sich, darüber nachzudenken, ob sich eine standardisierte Automatenimplemntierung lohnt (muss nicht unbedingt das recht aufwändige State Pattern sein).

3 Exkurs: Endliche Automaten Automat zum Filtern von Kommentaren aus C-/Java-Code (nicht ganz vollständig!). Zeichenweises Lesen von Zeichen char. kein "*"-->"" "*"-->"" Comment kein "/"-->"" "*"-->"" "*"-->"" Asterisk kein "/"-->char "/"-->"" Slash "/"-->"" kein newline-->"" Programm kein "*"-->"/"+char newline-->"" LEComment "/"-->"" Legende: an den Zustandsübergängen bedeutet x > y, dass x eingelesen wurde und y ausgegeben wird.

4 Implementierungsvariante I (geradeaus) State wird durch enum modelliert: 1 public enum StateEnum { 2 PROG, SLASH, ASTERISK, COMMENT 3 } Programmausschnitt: 1 StateEnum state = StateEnum. PROG; 2 3 while((character = reader.read())!= -1) { 4 switch(state) { 5 case PROG: 6 if (character == / ) { 7 state = StateEnum.SLASH; 8 } 9 else { 10 writer.print(( char)character); 11 } 12 break; 13 case SLASH: 14 if (character == * ) { 15 state = StateEnum. COMMENT; 16 } 17 else { 18 writer.print("/" + ( char) character); 19 state = StateEnum.PROG; 20 } 21 break; 22...

5 Implementierungsvariante II (Tabellen-basiert) Zwei Interfaces beschreiben Zeichenprüfung und auszuführende Aktion(en): 1 private interface TestInput { 2 boolean test(char c); 3 } 4 5 private interface Output{ 6 void write(char c); 7 }

6 Basis ist eine Klasse für die Transitionen: 1 private static class Transition { 2 private StateEnum z1; 3 private StateEnum z2; 4 Output action; 5 private TestInput input; 6 7 public Transition( final StateEnum z1, 8 TestInput input, 9 StateEnum z2, 10 Output action) { 11 this.z1 = z1; 12 this.input = input; 13 this.action = action; 14 this.z2 = z2; 15 } 16 }

7 Automatentabelle Die Automaten-Tabelle wird fast so hingeschrieben, wie man das in den Grundlagenvorlesungen lernt: 1 private Transition[] autotab = new Transition[] { 2 new Transition( 3 StateEnum.PROG, 4 new TestInput() {public boolean test(char c){return c!= / ;}}, 5 StateEnum.PROG, 6 new Output() {public void write(char c){writer.print(c);}}), 7 new Transition( 8 StateEnum.SLASH, 9 new TestInput() {public boolean test(char c){return c!= * ;}}, 10 StateEnum.PROG, 11 new Output() {public void write(char c){writer.print("/" + c);}}), };

8 Tabelle wird bei jedem auftretenden Ereignis durchsucht: 1 public final void handleevent( final char event) { 2 for (int i = 0; i < autotab.length; i++) { 3 if (currentstate == autotab[i].z1 4 && autotab[i].input.test(event)) { 5 autotab[i]. action. write(event); 6 currentstate = autotab[i].z2; 7 break; 8 } 9 } 10 } 11

9 Hoher wieder verwendbarer Anteil Generierung automatisierbar Automatentabelle steht in Tabellenform da Leicht erweiterbar Günstig, wenn Events als kleiner enum-bereich dargestellt werden kann Aufwändig, wenn große Menge möglicher Events, von denen für viele eine Default-Aktion auszuführen ist Achtung: Dies ist nicht objekt-orientiert. Diese Variante bietet sich in embedded systems an.

10 Implementierungsvariante III (State Pattern) Für jeden möglichen Zustand gibt es eine Klasse 1 public interface AutoState { 2 public AutoState handlechar(char c, PrintStream writer); 3 }... 1 public class StateSlash implements AutoState { 2 3 public AutoState handlechar(char c, 4 PrintStream writer) { 5 if (c == * ) { 6 re turn new StateComment(); 7 } 8 writer.write( / ); 9 writer. write(c); 10 re turn new StateProg(); 11 } 12 }

11 Der Client delegiert dann einfach an das jeweilige Zustandsobjekt: 1 AutoState currentstate = new StateProg(); 2 3 while((character = br.read())!= -1) { 4 currentstate = currentstate. 5 handlechar(( char) character, writer); 6 }

12 Klassendiagramm

13 Beispiel: Refactoring einer GUI-Blob-Klasse 1 private final JButton door = new JButton(); private Timer timer; 4 timer = new Timer(6000, new ActionListener () { 5 public void actionperformed ( final ActionEvent e) { 6 tube. setbackground(color. GREEN); 7 lamp. setbackground(color. WHITE); 8 }}); 9 startbutton. addactionlistener (new ActionListener () { 10 public void actionperformed ( final ActionEvent e) { 11 if (!isdooropen) { 12 lamp. setbackground(color.red); 13 tube. setbackground(color. YELLOW); 14 timer.start(); 15 } 16 }});

14 1 door. addactionlistener (new ActionListener () { 2 public void actionperformed ( final ActionEvent e) { 3 if (!isdooropen) { 4 door. seticon(new ImageIcon(" openimage.gif")); 5 lamp. setbackground(color.red); 6 tube. setbackground(color. GREEN); 7 timer.stop(); 8 isdooropen = true; 9 } 10 else { 11 door. seticon(new ImageIcon(" closedimage. gif")); 12 lamp. setbackground(color. WHITE); 13 isdooropen = false ; 14 } 15 }});

15 1. Schritt: Modell extrahieren Das Modell ist relativ dumm (die Logik steckt später im Controller): 1 public interface OvenModel { 2 public void setlamp(boolean on); 3 public boolean islampon(); 4 public void setheating(boolean on); 5 public boolean isheating(); 6 public void setdoor(boolean open); 7 public boolean isdooropen(); 8 public void addovenmodelobserver ( final OvenModelObserver observer); 9 } Observer Pattern für Aktualisierung von Views erforderlich: 1 public interface OvenModelObserver { 2 public void update(ovenmodel model); 3 }

16 2. Schritt: Controller extrahieren Der Controller soll alle Events aus dem View behandeln: 1 public interface OvenController { 2 void setmodel( OvenModel model); 3 public void handleevent( final OvenEvent event); 4 } Die Listener der GUI-Widgets delegieren ausschließlich an den Controller weiter: 1 door. addactionlistener (new ActionListener () { 2 public void actionperformed ( final ActionEvent e) { 3 controller. handleevent( OvenEvent.DOOR); 4 }});

17 Sequenzdiagramm Die erforderlichen Events müssensntsprechend definiert werden: 1 private enum OvenState { 2 IDLE, OPEN, HEATING 3 } Die Controller-Implementierung ist damit vollständig austauschbar.

18 Übung: Controller implementieren