Антишаблоны проектирования

Big ball of mud. «Большой Ком Грязи» – термин для системы или просто программы, которая не имеет хоть немного различимой архитектуры. Как правило, включает в себя более одного антишаблона. Этим страдают системы, разработанные людьми без подготовки в области архитектуры ПО.

Software Bloat. «Распухание ПО» – пренебрежительный термин, используемый для описания тенденций развития новейших программ в направлении использования бóльших объемов системных ресурсов (место на диске, ОЗУ), чем предшествующие версии. В более общем контексте применяется для описания программ, которые используют больше ресурсов, чем необходимо.

Yo-Yo problem. «Проблема Йо-Йо» возникает, когда необходимо разобраться в программе, иерархия наследования и вложенность вызовов методов которой очень длинна и сложна. Программисту вследствие этого необходимо лавировать между множеством различных классов и методов, чтобы контролировать поведение программы. Термин происходит от названия игрушки йо-йо.

Magic Button. Возникает, когда код обработки формы сконцентрирован в одном месте и, естественно, никак не структурирован.

Magic Number. Наличие в коде многократно повторяющихся одинаковых чисел или чисел, объяснение происхождения которых отсутствует.

Gas Factory. «Газовый Завод» – необязательный сложный дизайн или для простой задачи.

Analiys paralisys. В разработке ПО «Паралич анализа» проявляет себя через чрезвычайно длинные фазы планирования проекта, сбора необходимых для этого артефактов, программного моделирования и дизайна, которые не имеют особого смысла для достижения итоговой цели.

Interface Bloat. «Распухший Интерфейс» – термин, используемый для описания интерфейсов, которые пытаются вместить в себя все возможные операции над данными.

Smoke And Mirrors. Термин «Дым и Зеркала» используется, чтобы описать программу либо функциональность, которая еще не существует, но выставляется за таковую. Часто используется для демонстрации финального проекта и его функционала.

Improbability Factor. «Фактор Неправдоподобия» – ситуация, при которой в системе наблюдается некоторая проблема. Часто программисты знают о проблеме, но им не разрешено ее исправить отчасти из-за того, что шанс всплытия наружу у этой проблемы очень мал. Как правило (следуя закону Мерфи), она всплывает и наносит ущерб.

Сreeping featurism. Используется для описания ПО, которое выставляет напоказ вновь разработанные элементы, доводя до высокой степени ущербности по сравнению с ними другие аспекты дизайна, такие как простота, компактность и отсутствие ошибок. Как правило, существует вера в то, что каждая новая маленькая черта информационной системы увеличит ее стоимость.

Accidental complexity. «Случайная сложность» – проблема в программировании, которой легко можно было избежать. Возникает вследствие неправильного понимания проблемы или неэффективного планирования.

Ambiguous viewpoint. Объектно-ориентированные модели анализа и дизайна представляются без внесения ясности в особенности модели. Изначально эти модели обозначаются с точки зрения визуализации структуры программы. Двусмысленные точки зрения не поддерживают фундаментального разделения интерфейсов и деталей представления.

Boat anchor. «Корабельный Якорь» – часть бесполезного компьютерного «железа», единственное применение для которого – отправить на утилизацию. Этот термин появился в то время, когда компьютеры были больших размеров. В настоящее время термин «Корабельный Якорь» стал означать классы и методы,, которые по различным причинам не имеют какого-либо применения в приложении и в принципе бесполезны. Они только отвлекают внимание от действительно важного кода.

Busy spin. Техника, при которой процесс непрерывно проверяет изменение некоторого состояния, например ожидает ввода с клавиатуры или разблокировки объекта. В результате повышается загрузка процессора, ресурсы которого можно было бы перенаправить на исполнения другого процесса. Альтернативным путем является использование сигналов. Большинство ОС поддерживают погружение потока в состояние «сон» до тех пор, пока ему отправит сигнал другой поток в результате изменения своего состояния.

Caching Failure. «Кэширование Ошибки» – тип программного бага (bug), при котором приложение сохраняет (кэширует) результаты, указывающие на ошибку даже после того, как она исправлена. Программист исправляет ошибку, но флаг ошибки не меняет своего состояния, поэтому приложение все еще не работает.

Задания к главе 5

Вариант A

Выполнить описание логики системы и использовать шаблоны проектирования для определения организации классов разрабатываемой системы. Использовать объекты классов и подклассов для моделирования реальных ситуаций и взаимодействий объектов.

1. Создать суперкласс Транспортное средство и подклассы Автомобиль, Велосипед, Повозка. Подсчитать время и стоимость перевозки пассажиров и грузов каждым транспортным средством.

2. Создать суперкласс Пассажироперевозчик и подклассы Самолет, Поезд, Автомобиль. Задать правила выбора транспорта в зависимости от расстояния и наличия путей сообщения.

3. Создать суперкласс Учащийся и подклассы Школьник и Студент. Определить способы обучения и возможности его продолжения.

4. Создать суперкласс Музыкальный инструмент и классы Ударный, Струнный, Духовой. Определить правила организации и управления оркестром.

5. Создать суперкласс Животное и подклассы Собака, Кошка, Тигр, Мустанг, Дельфин. С помощью шаблонов задать способы обитания.

6. Создать базовый класс Садовое дерево и производные классы Яблоня, Вишня, Груша, Слива. Принять решение о пересадке каждого дерева в зависимости от возраста и плодоношения.

Тестовые задания к главе 5

Вопрос 5.1.

Какой шаблон создает объекты путем их копирования?

1) Factory;

2) Prototype;

3) Builder;

4) Singleton.

Вопрос 5.2.

Какие из шаблонов относятся к порождающим? (выберите два)

1) Factory;

2) Command;

3) Strategy;

4) Singleton.

Вопрос 5.3.

Какой шаблон позволяет обращаться к группе объектов таким же образом как и к одному?

1) Visitor;

2) Composite;

3) Prototype;

4) Observer.

Вопрос 5.4.

Какой шаблон реализует постоянную часть алгоритма, а реализацию изменяемой оставляет потомкам?

1) Strategy;

2) Decorator;

3) Template Method;

4) Visitor.

Вопрос 5.5.

Какой шаблон подменяет собой сложный объект и контролирует доступ к нему.

1) Adapter;

2) Decorator;

3) Proxy;

4) Bridge.

ИНТЕРФЕЙСЫ И ВНУТРЕННИЕ КЛАССЫ

Интерфейсы

Интерфейсы подобны полностью абстрактным классам, но не являются классами. Ни один из объявленных методов не может быть реализован внутри интерфейса. В языке Java существуют два вида интерфейсов: интерфейсы, определяющие контракт для классов посредством методов, и интерфейсы, реализация которых автоматически (без реализации методов) придает классу определенные свойства. К последним относятся, например, интерфейсы Cloneable и Serializable, отвечающие за клонирование и сохранение объекта в информа­ционном потоке соответственно.

Все объявленные в интерфейсе методы автоматически трактуются как public и abstract, а все поля – как public, static и final, даже если они так не объявлены. Класс может реализовывать любое число интерфейсов, указываемых через запятую после ключевого слова implements, дополняющего определение класса. После этого класс обязан реализовать все методы, полученные им от интерфейсов, или объявить себя абстрактным классом.

На множестве интерфейсов также определена иерархия наследования, но она не имеет отношения к иерархии классов.

Определение интерфейса имеет вид:

[ public ] interface Имя [ extends Имя1, Имя2,…, ИмяN] {

/*реализация интерфейса*/ }

Например:

/* пример # 1: объявление интерфейсов: LineGroup.java, Shape.java */

package chapt06;

public interface LineGroup {

// по умолчанию public abstract

double getPerimeter(); // объявление метода

}

package chapt06;

public interface Shape extends LineGroup {

//int id; // ошибка, если нет инициализации

//void method(){} /* ошибка, так как абстрактный метод не может

иметь тела! */

double getSquare(); // объявление метода

}

Для более простой идентификации интерфейсов в большом проекте в сообществе разработчиков действует негласное соглашение о добавлении к имени интерфейса символа ' I ', в соответствии с которым вместо имени Shape можно записать IShape.

Класс, который будет реализовывать интерфейс Shape, должен будет определить все методы из цепочки наследования интерфейсов. В данном случае это методы getPerimeter() и getSquare().

Интерфейсы обычно объявляются как public, потому что описание функциональности, предоставляемое ими, может быть использовано в нескольких пакетах проекта. Интерфейсы с областью видимости в рамках пакета могут использоваться только в этом пакете и нигде более.

В языке Java интерфейсы обеспечивают большую часть той функциональности, которая в C++ представляется с помощью механизма множественного наследования. Класс может наследовать один суперкласс и реализовывать произвольное число интерфейсов.

Реализация интерфейсов классом может иметь вид:

[доступ] class ИмяКласса implements Имя1, Имя2,…, ИмяN {

/*код класса*/ }

Здесь Имя1, Имя2,…, ИмяN – перечень используемых интерфейсов. Класс, который реализует интерфейс, должен предоставить полную реализацию всех методов, объявленных в интерфейсе. Кроме этого, данный класс может объявлять свои собственные методы. Если класс расширяет интерфейс, но полностью не реализует его методы, то этот класс должен быть объявлен как abstract.

/* пример # 2: реализация интерфейса: Rectangle.java */

package chapt06;

public class Rectangle implements Shape {

private double a, b;

public Rectangle(double a, double b) {

this. a = a;

this. b = b;

}

//реализация метода из интерфейса

public double getSquare() { //площадь прямоугольника

return a * b;

}

//реализация метода из интерфейса

public double getPerimeter() {

return 2 * (a + b);

}

}

/* пример # 3: реализация интерфейса: Circle.java */

package chapt06;

public class Circle implements Shape {

private double r;

public Circle(double r) {

this. r = r;

}

public double getSquare() { //площадь круга

return Math.PI * Math.pow(r, 2);

}

public double getPerimeter() {

return 2 * Math.PI * r;

}

}

/* пример # 4: неполная реализация интерфейса: Triangle.java */

package chapt06;

/* метод getSquare() в данном абстрактном классе не реализован */

public abstract class Triangle implements Shape {

private double a, b, c;

public Triangle(double a, double b, double c) {

this. a = a;

this. b = b;

this. c = c;

}

public double getPerimeter() {

return a + b + c;

}

}

/* пример # 5: свойства ссылки на интерфейс: Runner.java */

package chapt06;

public class Runner {

public static void printFeatures(Shape f) {

System. out. printf("площадь:%.2f периметр: %.2f%n",

f.getSquare(), f.getPerimeter());

}

public static void main(String[] args) {

Rectangle r = new Rectangle(5, 9.95);

Circle c = new Circle(7.01);

printFeatures (r);

printFeatures (c);

}

}

В результате будет выведено:

площадь:49,75 периметр: 29,90

площадь:154,38 периметр: 44,05

Класс Runner содержит метод printFeatures(Shape f), который вызывает методы объекта, передаваемого ему в качестве параметра. Вначале ему передается объект, соответствующий прямоугольнику, затем кругу (объекты с
и r). Каким образом метод printFeatures() может обрабатывать объекты двух различных классов? Все дело в типе передаваемого этому методу аргумента – класса, реализующего интерфейс Shape. Вызывать, однако, можно только те методы, которые были объявлены в интерфейсе.

В следующем примере в классе ShapeCreator используются классы и интерфейсы, определенные выше, и объявляется ссылка на интерфейсный тип. Такая ссылка может указывать на экземпляр любого класса, который реализует объявленный интерфейс. При вызове метода через такую ссылку будет вызываться его реализованная версия, основанная на текущем экземпляре класса. Выполняемый метод разыскивается динамически во время выполнения, что позволяет создавать классы позже кода, который вызывает их методы.

/* пример # 6: динамический связывание методов: ShapeCreator.java */

package chapt06;

public class ShapeCreator {

public static void main(String[] args) {

Shape sh; /* ссылка на интерфейсный тип */

Rectangle re = new Rectangle(5, 9.95);

sh = re;

sh.getPerimeter(); //вызов метода класса Rectangle

Circle cr = new Circle(7.01);

sh = cr; // присваивается ссылка на другой объект

sh.getPerimeter(); //вызов метода класса Circle

// cr=re; // ошибка! разные ветви наследования

}

}

Невозможно приравнивать ссылки на классы, находящиеся в разных ветвях наследования, так как не существует никакого способа привести один такой тип к другому. По этой же причине ошибку вызовет попытка объявления объекта в виде:

Circle c = new Rectangle(1, 5);

Пакеты

Любой класс Java относится к определенному пакету, который может быть неименованным (unnamed или default package), если оператор package отсутствует. Оператор package имя, помещаемый в начале исходного программного файла, определяет именованный пакет, т.е. область в пространстве имен классов, где определяются имена классов, содержащихся в этом файле. Действие оператора package указывает на месторасположение файла относительно корневого каталога проекта. Например:

package chapt06;

При этом программный файл будет помещен в подкаталог с названием chapt06. Имя пакета при обращении к классу из другого пакета присоединяется к имени класса: chapt06.Student. Внутри указанной области можно выделить подобласти:

package chapt06.bsu;

Общая форма файла, содержащего исходный код Java, может быть следующая:

одиночный оператор package (необязателен);

любое количество операторов import (необязательны);

одиночный открытый (public) класс (необязателен)

любое количество классов пакета (необязательны)

В реальных проектах пакеты часто именуются следующим образом:

· обратный интернет-адрес производителя программного обеспечения,
а именно для www.bsu.by получится by.bsu;

· далее следует имя проекта, например: eun;

· затем располагаются пакеты, определяющие собственно приложение.

При использовании классов перед именем класса через точку надо добавлять полное имя пакета, к которому относится данный класс. На рисунке приведен далеко не полный список пакетов реального приложения. Из названий пакетов можно определить, какие примерно классы в нем расположены, не заглядывая внутрь. При создании пакета всегда следует руководствоваться простым правилом: называть его именем простым, но отражающим смысл, логику поведения и функциональность объединенных в нем классов.

Рис. 6.1. Организация пакетов приложения

Каждый класс добавляется в указанный пакет при компиляции. Например:

// пример # 7: простейший класс в пакете: CommonObject.java

package by.bsu.eun.objects;

public class CommonObject implements Cloneable {

public CommonObject() {

super ();

}

public Object clone()

throws CloneNotSupportedException {

return super. clone();

}

}

Класс начинается с указания того, что он принадлежит пакету by.bsu.eun.objects. Другими словами, это означает, что файл CommonObject.java находится в каталоге objects, который, в свою очередь, находится в каталоге bsu, и так далее. Нельзя переименовывать пакет, не переименовав каталог, в котором хранятся его классы. Чтобы получить доступ к классу из другого пакета, перед именем такого класса указывается имя пакета: by.bsu.eun.objects.CommonObject. Чтобы избежать таких длинных имен, используется ключевое слово import. Например:

import by.bsu.eun.objects.CommonObject;

или

import by.bsu.eun.objects.*;

Во втором варианте импортируется весь пакет, что означает возможность доступа к любому классу пакета, но только не к подпакету и его классам. В практическом программировании следует использовать индивидуальный import класса, чтобы при анализе кода была возможность быстро определить месторасположение используемого класса.

Доступ к классу из другого пакета можно осуществить следующим образом:

// пример # 8: доступ к пакету: UserStatistic.java

package by.bsu.eun.usermng;

public class UserStatistic

extends by.bsu.eun.objects.CommonObject {

private long id;

private int mark;

public UserStatistic() {

super ();

}

public long getId() {

return id;

}

public void setId(long id) {

this. id = id;

}

public int getMark() {

return mark;

}

public void setMark(int mark) {

this. mark = mark;

}

}

При импорте класса из другого пакета рекомендуется всегда указывать полный путь с указанием имени импортируемого класса. Это позволяет в большом проекте легко найти определение класса, если возникает необходимость посмотреть исходный код класса.

// пример # 9: доступ к пакету: CreatorStatistic.java

package by.bsu.eun.actions;

import by.bsu.eun.objects.CommonObject;

import by.bsu.eun.usermng.UserStatistic;

public class CreatorStatistic {

public static UserStatistic createUserStatistic(long id) {

UserStatistic temp = new UserStatistic();

temp.setId(id);

// чтение информации из базы данных по id пользователя

int mark = полученное значение;

temp.setMark(mark);

return temp;

}

public static void main(String[] args) {

UserStatistic us = createUserStatistic (71);

System.out.println(us.getMark());

}

}

Если пакет не существует, то его необходимо создать до первой компиляции, если пакет не указан, класс добавляется в пакет без имени (unnamed). При этом unnamed-каталог не создается. Однако в реальных проектах классы вне пакетов не создаются, и не существует причин отступать от этого правила.

Статический импорт

Константы и статические методы класса можно использовать без указания принадлежности к классу, если применить статический импорт, как это показано в следующем примере.

// пример # 10: статический импорт: ImportDemo.java

package chapt06;

import static java.lang.Math.*;

public class ImportDemo {

public static void main(String[] args) {

double radius = 3;

System. out. println(2 * PI * radius);

System. out. println(floor (cos (PI /3)));

}

}

Если необходимо получить доступ только к одной константе класса или интерфейса, например Math.E, то статический импорт производится в следующем виде:

import static java.lang.Math.E;

import static java.lang.Math.cos; //для одного метода

Внутренние классы

Классы могут взаимодействовать друг с другом не только посредством наследования и использования ссылок, но и посредством организации логической структуры с определением одного класса в теле другого.

В Java можно определить (вложить) один класс внутри определения другого класса, что позволяет группировать классы, логически связанные друг с другом, и динамично управлять доступом к ним. С одной стороны, обоснованное использование в коде внутренних классов делает его более эффектным и понятным. С другой стороны, применение внутренних классов есть один из способов сокрытия кода, так как внутренний класс может быть абсолютно недоступен и не виден вне класса-владельца. Внутренние классы также исполь­зуются в качестве блоков прослушивания событий (глава «События»). Одной из важнейших причин использования внутренних классов является возможность независимого наследования внутренними классами. Фактически при этом реализуется множественное наследование со своими преимуществами и проблемами.

В качестве примеров можно рассмотреть взаимосвязи классов «Корабль», «Двигатель» и «Шлюпка». Объект класса «Двигатель» расположен внутри (невидим извне) объекта «Корабль» и его деятельность приводит «Корабль» в движение. Оба этих объекта неразрывно связаны, то есть запустить «Двигатель» можно только посредством использования объекта «Корабль», например, из машинного отделения. Таким образом, перед инициализацией объекта внутреннего класса «Двигатель» должен быть создан объект внешнего класса «Корабль».

Класс «Шлюпка» также является логической частью класса «Корабль», однако ситуация с его объектами проще по причине того, что данные объекты могут быть использованы независимо от наличия объекта «Корабль». Объект класса «Шлюпка» только использует имя (на борту) своего внешнего класса. Такой внутренний класс следует определять как static. Если объект «Шлюпка» используется без привязки к какому-либо судну, то класс следует определять как обычный независимый класс.

Вложенные классы могут быть статическими, объявляемыми с модификатором static, и нестатическими. Статические классы могут обращаться к членам включающего класса не напрямую, а только через его объект. Нестатические внутренние классы имеют доступ ко всем переменным и методам своего внешнего класса-владельца.

Внутренние (inner) классы

Нестатические вложенные классы принято называть внутренними (inner) классами. Доступ к элементам внутреннего класса возможен из внешнего класса только через объект внутреннего класса, который должен быть создан в коде метода внешнего класса. Объект внутреннего класса всегда ассоциируется (скрыто хранит ссылку) с создавшим его объектом внешнего класса – так называемым внешним (enclosing) объектом. Внешний и внутренний классы могут выглядеть, например, так:

public class Ship {

// поля и конструкторы

// abstract, final, private, protected - допустимы

publicclass Engine { // определение внутреннего класса

// поля и методы

public void launch() {

System. out. println("Запуск двигателя");

}

} // конец объявления внутреннего класса

public void init() { // метод внешнего класса

// объявление объекта внутреннего класса

Engine eng = new Engine();

eng.launch();

}

}

При таком объявлении объекта внутреннего класса Engine в методе внешнего класса Ship нет реального отличия от использования какого-либо другого внешнего класса, кроме объявления внутри класса Ship. Использование объекта внутреннего класса вне своего внешнего класса возможно только при наличии доступа (видимости) и при объявлении ссылки в виде:

Ship.Engine obj = new Ship().new Engine();

Основное отличие от внешнего класса состоит в больших возможностях ограничения видимости внутреннего класса по сравнению с обычным внешним классом. Внутренний класс может быть объявлен как private, что обеспечивает его полную невидимость вне класса-владельца и надежное сокрытие реализации. В этом случае ссылку obj, приведенную выше, объявить было бы нельзя. Создать объект такого класса можно только в методах и логических блоках внешнего класса. Использование protected позволяет получить доступ к внутреннему классу для класса в другом пакете, являющегося суперклассом внешнего класса.

После компиляции объектный модуль, соответствующий внутреннему классу, получит имя Ship$Engine.class.

Методы внутреннего класса имеют прямой доступ ко всем полям и методам внешнего класса, в то же время внешний класс может получить доступ к содержимому внутреннего класса только после создания объекта внутреннего класса. Внутренние классы не могут содержать статические атрибуты и методы, кроме констант (final static). Внутренние классы имеют право наследовать другие классы, реализовывать интерфейсы и выступать в роли объектов наследования. Допустимо наследование следующего вида:

public class WarShip extends Ship {

protected class SpecialEngine extends Engine {}

}

Если внутренний класс наследуется обычным образом другим классом (после extends указывается ИмяВнешнегоКласса.ИмяВнутреннегоКласса), то он теряет доступ к полям своего внешнего класса, в котором он был объявлен.

public class Motor extends Ship.Engine {

public Motor(Ship obj) {

obj. super ();

}

}

В данном случае конструктор класса Motor должен быть объявлен с параметром типа Ship, что позволит получить доступ к ссылке на внутренний класс Engine, наследуемый классом Motor.

Внутренние классы позволяют окончательно решить проблему множествен­ного наследования, когда требуется наследовать свойства нескольких классов.

При объявлении внутреннего класса могут использоваться модификаторы final, abstract, private, protected, public.

Простой пример практического применения взаимодействия класса-владельца и внутреннего нестатического класса проиллюстрирован на следующем примере.

/* пример # 11: взаимодействие внешнего и внутреннего классов: Student.java: AnySession.java */

package chapt06;

public class Student {

private int id;

private ExamResult[] exams;

public Student(int id) {

this. id = id;

}

private class ExamResult { // внутренний класс

private String name;

private int mark;

private boolean passed;

public ExamResult(String name) {

this. name = name;

passed = false;

}

public void passExam() {

passed = true;

}

public void setMark(int mark) {

this. mark = mark;

}

public int getMark() {

return mark;

}

public int getPassedMark() {

final int PASSED_MARK = 4; // «волшебное» число

return PASSED_MARK;

}

public String getName() {

return name;

}

public boolean isPassed() {

return passed;

}

} // окончание внутреннего класса

public void setExams(String[] name, int [] marks) {

if (name.length!= marks.length)

throw new IllegalArgumentException();

exams = new ExamResult[name.length];

for (int i = 0; i < name.length; i++) {

exams[i] = new ExamResult(name[i]);

exams[i].setMark(marks[i]);

if (exams[i].getMark() >= exams[i].getPassedMark())

exams[i].passExam();

}

public String toString() {

String res = "Студент: " + id + "\n";

for (int i = 0; i < exams.length; i++)

if (exams[i].isPassed())

res += exams[i].getName() + " сдал \n";

Else

res += exams[i].getName() + " не сдал \n";

return res;

}

}

package chapt06;

public class AnySession {

public static void main(String[] args) {

Student stud = new Student(822201);

String ex[] = {"Meханика","Программирование"};

int marks[] = { 2, 9 };

stud.setExams(ex, marks);

System. out. println(stud);

}

}

В результате будет выведено:

Студент: 822201

Meханика не сдал

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: