Wahlpflichtfach Design Pattern

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1 Wahlpflichtfach Design Pattern Dipl.-Inf., Dipl.-Ing. (FH) Michael Wilhelm Hochschule Harz FB Automatisierung und Informatik Raum Tel / FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 1 Inhalt 1. Einleitung 2. Singleton 3. Observer 4. Decorator 5. Abstract Factory 6. Command 7. Adapter vs. Bridge 8. Komposition 9. Strategie FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 2 1

2 Entwurfsmuster: Abstrakte Factory Fabrik-Entwurfsmuster dienen zur konsistenten Erzeugung voneinander abhängiger Klassen. Die Abstrakte Fabrik ist ein Entwurfsmuster der Softwareentwicklung und gehört zu der Kategorie der Erzeugungsmuster. Es definiert eine Schnittstelle zur Erzeugung einer Familie von Objekten. Die konkreten Klassen der zu instanziierenden Objekte werden nicht näher festgelegt. Einsatz des Fabrikmusters Fabriken werden genutzt, um Software flexibel gegenüber Änderungen zu machen. Im nächsten Beispiel muss ein neuer Kämpfer nur (an einer Stelle) in die Fabrik integriert werden. FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 3 Einstieg-Beispiel Student will Bücher lesen: Person: Student Objekt: Buch Aktion: Buch lesen Benutzt wird ein Generator zum Erzeugen der drei Objekte: Generator: createstudent() createbuch() createlesen() FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 4 2

3 Student Buch Lesen Generator createstudent(): Student createbuch(): Buch createlesen(): Lesen Über den Generator, der Fabrik, kann der Anwender beliebige Elemente erstellen: Über den Generator erstellt der Client seine konkreten Spielweltelemente FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 5 Mehrere Generatoren Student Buch Lesen Fussballer Ball Spielen Generator createstudent(): Student createbuch(): Buch createlesen(): Lesen Generator createfussballer(): Fussballer createball(): Ball createspielenlesen(): Spielen FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 6 3

4 Vorteile und Nachteile Inkonsistenz. Der Programmierer kann nun die Klassen beliebig miteinander kombinieren. Dies ist nicht vorgesehen, da Studenten nicht Fussball spielen können und Fussballer nicht lesen. Das "Framework" ermöglicht Inkonsistenz und damit Fehlfunktionen. Keine Allgemeingültigkeit. Der Programmierer kann keinen allgemeingültigen Code schreiben. Hat er Code für das Lesen geschrieben und will nun die Fussballer programmieren, so muss sein Code komplett umschreiben (ein Wartungsalptraum). Keine Erweiterbarkeit. Ein Hauptgrund liegt in der Verwendung von konkreten Klassen. Dies führt zu einer engen Kopplung. Eine Factory, die konkrete Klassen zurückgibt, ist sinnlos. Sie verfehlt den Zweck der Factorys: Flexibler Austausch von Implementierungen. FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 7 Abhilfe: Interfaces IPerson Eigenschaften Die Interfaces bilden ein abstraktes Schema für die einzelnen Objekte Student Fussballer Ritter Trotzdem kann man die Instanzen mischen (ArrayList) Buch IObject Ball Schwert Abhilfe: Definition eines abstrakten Generators Einbau von drei Generatoren IAction lesen spielen kämpfen FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 8 4

5 Interface: AbstractGenerator AbstractGenerator createperson():iperson createobject():iobject createaction():iaction StudentGenerator createstudent():iperson createbuch():iobject createlesen():iaction FussballGenerator createfussballer():iperson createball():iobject createspielen():iaction MittelalterGenerator createritter():iperson createschwert():iobject createkaempfen():iaction FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 9 Klassen und Interfaces MainArena.java Arena.java Fighter.java Ort.java Generator.java Gen_AngryBirds.java Gen_CatsDogs.java IFighter.java IOrt.java JFrame-Hauptprogramm Eigentliche Action-Datei Implementiert einen Kämpfer Implementiert einen Ort Abstrakter Generator Generator für Angry Birds Generator für Cats and Dogs Schnittstelle für den Kämpfer Schnittstelle für einen Ort FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 10 5

6 Klassen public abstract class Generator { public abstract IFighter getangreifer(); public abstract IFighter getverteidiger(); public abstract ; public class Fighter implements IFighter { String name; public Fighter(String name) { this.name=name; public String getname() { return name; public interface IFighter { public String getname(); FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 11 Klassen public interface IOrt { public String getname(); public class Ort implements IOrt{ String name; public Ort(String name) { this.name=name; public String getname() { return name; FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 12 6

7 Klassen public class Gen_CatsDogs extends Generator { public IFighter getangreifer() { return new Fighter("Cats"); public IFighter getverteidiger() { return new Fighter("Dogs"); public { return new Ort("Innenstadt"); FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 13 Klassen public class Gen_AngryBirds extends Generator { public IFighter getangreifer() { return new Fighter("Birds"); public IFighter getverteidiger() { return new Fighter("Pigs"); public { return new Ort("Wald und Sumpf, AngryBirds"); FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 14 7

8 public class Arena extends JFrame implements ActionListener{ JTextArea editor = new JTextArea(); JButton bnfight = new JButton("Kämpfen"); IFighter vert; IFighter angrf; IOrt ort; public Arena(Generator gen) { vert = gen.getverteidiger(); angrf = gen.getangreifer(); ort=gen.getort(); private void bnfight_click() { editor.append("\n\nkampf:"+ angrf.getname()+" vs. "+ vert.getname()+"\n"); editor.settext("arena:"); editor.append("\nperson1: "+vert.getname()); editor.append("\nperson2: "+angrf.getname()); editor.append("\nort: "+ort.getname()); bnfight.addactionlistener(this); setvisible(true); FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 15 Eigenschaften Code des Interfaces AbstractGenerator und die jeweilige Implementierungen ist unabhängig. Welches konkrete Objektfamilie durch den Generator zurückgeliefert wird, entscheidet allein die Implementierung. Was ändert sich für den Programmierer? Er ist von der realen Implementierung entkoppelt. Er benutzt die Schnittstellen-. Der Programmierer kann nun allgemeingültigen Code schreiben. FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 16 8

9 Eigenschaften Abstrakte Fabriken erlauben eine Flexibilität und Allgemeingültigkeit durch Entkopplung des Programmieres von konkreten Implementierungen. Der Typ der Welt, echter Generator, wird an einer zentralen Stelle festgelegt. Danach kann man die abtrakten benutzen. Der Programmierer weiß nicht, dass er in Wirklichkeit mit Ritter, Fussballer, Studenten arbeitet. Das ermöglicht das denkbar einfache Austauschen des Generators und damit der gesamten Objektfamilie. Erweiterbarkeit und Wartbarkeit. Damit können schnell neue Welten ins System integriert werden. Dazu muss lediglich der AbstractGenerator implementiert werden Alles ohne bestehenden Code zu brechen.. FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 17 Eigenschaften Wartbarkeit. Man kann damit auch sehr leicht Änderungen an bestehenden Welten durchführen. Statt Ritter gibt es nun Degenkämpfer. Es entsteht kein Änderungsaufwand am Client, dank allgemeingültigen, auf Abstraktion gestützten Code. Konsistenz. Die zusammengefassten Generatoren stellen sicher, dass nur Objekte erstellt werden, die auch zueinander passen und miteinander funktionieren. Mit einem Singleton kann man nun einen neue Fabrik erstellen. Diese Fabrik kapselt dann die drei Fabriken. Damit kann ein Anwender nicht zwei Generatoren erzeugen. FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 18 9

10 Anwendungsbeispiel: Angry Birds FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 19 AbstractGenerator AbstractGenerator IFighter getangreifer() IFighter getverteidiger() Gen_AngryBirds IFighter getangreifer() IFighter getverteidiger() Gen_CatsDogs IFighter getangreifer() IFighter getverteidiger() FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 20 10

11 AbstractGenerator AbstractGenerator IPerson getperson1() IPerson getperson2() IWaffe getwaffe1() IWaffe getwaffe2() Gen_England IPerson getperson1() IPerson getperson2() IWaffe getwaffe1() IWaffe getwaffe2() Gen_Weltall IPerson getperson1() IPerson getperson2() IWaffe getwaffe1() IWaffe getwaffe2() Gen_Spanien IPerson getperson1() IPerson getperson2() IWaffe getwaffe1() IWaffe getwaffe2() FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 21 Klassen und Interfaces des Vorlesungsbeispiels MainLabor.java Arena.java Generator.java Gen_England.java Gen_Spanien.java Gen_Starwars.java IOrt.java IPerson.java IWaffe.java Pers_England.java Pers_Spanien.java Pers_Weltall.java Pers_England.java Pers_Spanien.java Pers_Weltall.java Lichtschwert.java Ball.java PfeilBogen.java Schwert_Schild.java Rasen.java Wald.java Weltall.java FB Automatisierung und Informatik: Design Pattern 22 11