Arquitectura Del Software_patrones de Diseño

Patrones de Diseo

Arquitectura del Software

Curso 2003/2004

Captulo 3

Jess Garca MolinaDepartamento de Informtica y Sistemas

Universidad de Murciahttp://dis.um.es/~jmolina

Patrones de diseo 2

Contenidos

Introduccin a los patrones de diseo GoF Patrones de creacin Patrones estructurales Patrones de comportamiento

Patrones de diseo 3

Arquitectura software y patrones

Una arquitectura orientada a objetos bien estructurada est llena de patrones. La calidad de un sistema orientado a objetos se mide por la atencin que los diseadores han prestado a las colaboraciones entre sus objetos.

Los patrones conducen a arquitecturas ms pequeas, ms simples y ms comprensibles

G. Booch

Patrones de diseo 4

Diseo orientado a objetos

Disear software orientado a objetos es difcil pero disear software orientado a objetos reutilizable es ms difcil todava. Diseos generales y flexibles son muy difciles de encontrar la primera vez

Qu conoce un programador experto que desconoce uno inexperto?

Reutilizar soluciones que funcionaron en el pasado: EXPERIENCIA

Patrones de diseo 5

Patrones

Describen un problema recurrente y una solucin. Cada patrn nombra, explica, evala un diseo

recurrente en sistemas OO. Elementos principales:

Nombre Problema Solucin: Descripcin abstracta Consecuencias

Patrones de diseo 6

Granularidad

Patrones de Cdigo Nivel de lenguaje de programacin

Frameworks Diseos especficos de un dominio de aplicaciones.

Patrones de Diseo Descripciones de clases cuyas instancias colaboran entre s

que deben ser adaptados para resolver problemas de diseo general en un particular contexto.

Un patrn de diseo identifica: Clases, Instancias, Roles,Colaboraciones y la distribucin de responsabilidades.

Patrones de diseo 7

Patrones y frameworks

Un framework es una coleccin organizada de clases que constituyen un diseo reutilizable para una clase especfica de software.

Necesario adaptarlo a una aplicacin particular. Establece la arquitectura de la aplicacin Diferencias:

Patrones son ms abstractos que los frameworks Patrones son elementos arquitecturales ms pequeos Patrones son menos especializados

Patrones de diseo 8

Modelo-Vista-Control

Utilizado para construir interfaces de usuario en Smalltalk-80.

Basado en tres tipos de objetos: Modelo: objetos del dominio Vista: objetos presentacin en pantalla (interfaz de usuario) Controlador: define la forma en que la interfaz reacciona a

la entrada del usuario.

Desacopla el modelo de las vistas.

0102030405060708090

1er trim. 2do trim. 3er trim. 4to trim.

EsteOesteNorte

1tr3tr

4tr2tr

1tr. 2tr. 3tr. 4tr.Este 20 25 90 20Oeste 30 38 32 32Norte 47 47 45 45

Vistas

t1=20t2=25t3=90t4=20

Modelo

Patrones de diseo 10

Modelo-Vista-Control

Utiliza los siguientes patrones: Observer Composite Strategy Decorator Factory method


Plantilla de definicin

Nombre Propsito

Qu hace?, Cul es su razn y propsito?, Qucuestin de diseo particular o problema aborda?

Sinnimos Motivacin

Escenario que ilustra un problema particular y cmo el patrn lo resuelve.



Aplicabilidad En qu situaciones puede aplicarse?, Cmo las

reconoces?, ejemplos de diseos que pueden mejorarse.

Estructura Diagramas de clases que ilustran la estructura

Participantes Clases que participan y sus responsabilidades

Colaboraciones Diagramas de interaccin que muestran cmo

colaboran los participantes.



Consecuencias Cmo alcanza el patrn sus objetivos?, Cules son los

compromisos y resultados de usar el patrn?, Alternativas, Costes y Beneficios

Implementacin Tcnicas, heursticas y consejos para la implementacin Hay cuestiones dependientes del lenguaje?

Ejemplo de Cdigo Usos conocidos Patrones relacionados


Clasificacin

mbito

Propsito

Estructural ComportamientoCreacin

Clase

Objeto

Factory Method Adapter InterpreterTemplate Method

Abstract FactoryBuilderPrototypeSingleton

AdapterBridge

CompositeDecoratorFacade

FlyweightProxy

Chain of ResponsabilityCommand

IteratorMediatorMementoObserver

StateStrategyVisitor


A qu ayudan los patrones?

Encontrar los objetos Tarea difcil Debemos considerar: encapsulacin, flexibilidad,

dependencias, reutilizacin, extensibilidad, rendimiento,.. Clases del anlisis vs. Clases del diseo Clases del diseo no tienen contrapartida en el dominio

Strategy, State, Prototype,... Clases del diseo son claves para hacer el sistema ms

flexible.

16


Determinar granularidad de los objetos Facade, Flyweight, Builder, Visitor,..

Especificar interfaces Memento, Decorator, Proxy,..

Especificar implementacin de clases Muchos patrones dependen de la distincin entre

herencia de implementacin y herencia de interfaces Observer, State, Chain of Responsability,

programar hacia la interfaz, no hacia la implementacin



Especificar implementacin de clases

programar hacia la interfaz, no hacia la implementacin

No declarar variables de clases concretas sino abstractas.

Patrones de creacin permiten que un sistema estbasado en trminos de interfaces y no en implementaciones.


Favorecen la reutilizacin

HERENCIA COMPOSICION- Definicin esttica - Definicin dinmica- Sencilla de usar - Uso ms complicado- Fcil modificar la implem. - Es posible cambiar en

estticamente pero no en t.e. tiempo de ejecucin- Se rompe la encapsulacin - No se rompe la encapsulacin

- Requiere que se satisfaga cierta interfaz-Se puede sustituir la implem. en tiempo de ejecucin.



Favorecer la reutilizacin

Favorecer la composicin sobre la herencia de clases

Herencia y composicin trabajan juntasSe suele abusar de la herencia. Los diseos suelen ser ms reutilizables si dependen de la composicin.



Delegacin Forma de hacer que la composicin sea tan potente

como la herencia. Un objeto receptor delega operaciones en su delegado Delegacin vs. forwarding Software ms flexible pero ms complicado. Difcil saber cuando conviene usarla. Presente en muchos patrones: State, Strategy, Visitor,.. Caso extremo de composicin, muestra que siempre

puede sustituirse la herencia por composicin.


Delegacin

Window

area()

Rectanguloanchoalto

area()

+rectangulo

return ancho * altoreturn rectangulo.area


Ejercicio

Supuesto Eiffel, C++ o Java, seala tres formas de escribir una rutina de ordenacin de modo que la comparacin que usa para comparar no sea fija.



La clave para la reutilizacin es anticiparse a los nuevos requisitos y cambios, de modo que los sistemas evolucionen de forma adecuada.

Cada patrn permite que algunos aspectos de la estructura del sistema puedan cambiar independientemente de otros aspectos.

Facilitan reuso interno, extensibilidad y mantenimiento.


Causas comunes de rediseo

i) Crear un objeto indicando la clase.ii) Dependencia de operaciones especficasiii) Dependencia de plataformas hardware o softwareiv) Dependencia sobre representacin de objetos.v) Dependencias de algoritmosvi) Acoplamiento fuerte entre clasesvii) Extender funcionalidad mediante subclasesviii) Incapacidad de cambiar clases convenientemente


Patrones frente a esos peligros

i) Abstract factory, Method factory, Prototypeii) Chain of Responsability, Commandiii) Abstract factory, Bridgeiv) Abstract factory, Bridge, Memento, Proxy,v) Builder, Iterator, Strategy, Template Method, Visitorvi) Abstract factory, Bridge, Chain of Responsability, Command,

Facade, Mediator, Observervii) Bridge, Chain of Responsability, Composite, Decorator,

Observer, Strategyviii) Adapter, Decorator, Visitor


Cmo seleccionar un patrn?

Considera de que forma los patrones resuelven problemas de diseo

Lee la seccin que describe el propsito de cada patrn

Estudia las interrelaciones entre patrones Analiza patrones con el mismo propsito Examina las causas de redisear Considera que debera ser variable en tu diseo


Cmo usar un patrn?

Lee el patrn, todos sus apartados, para coger una visin global.

Estudia la Estructura, Participantes y Colaboraciones Mira el ejemplo de cdigo Asocia a cada participante del patrn un elemento

software de tu aplicacin. Implementa las clases y mtodos relacionados con el

patrn.


Patrones de Creacin

Abstraen el proceso de creacin de objetos. Ayudan a crear sistemas independientes de

cmo los objetos son creados, compuestos y representados.

Dos tipos: Clase: usa herencia para variar la clase que es

instanciada Objeto: delega instanciacin a otro objeto


Patrones de Creacin

Se encapsula: qu clases concretas usa el sistema cmo se crean las instancias de esas clases

El sistema conoce las clases abstractas Flexibilidad en qu se crea, quin lo crea, cmo se

crea y cundo se crea.

30

Ejemplo: Laberinto

Muro

entrar()

PuertaestaAbierta

entrar()

Laberinto

addHabitacion()numHabitacion()

Sitio

entrar()

Habitacionnumero

entrar()getLado()setLado()

+lados

public class JuegoLaberinto {public Laberinto MakeLaberinto () {

Laberinto unLab = new Laberinto();Habitacion h1 = new Habitacion(1);Habitacion h2 = new Habitacion(2);Puerta unaPuerta = new Puerta(1,2)

unLab .addHabitacion (h1);unLab .addHabitacion (h2);

h1.setLado(Norte, new Muro());h1.setLado(Sur, new Muro());h1.setLado(Este, new Muro());h1.setLado(Oeste,unaPuerta);

h2.setLado(Norte, new Muro);return unLab;}

}


Ejemplo: Laberinto

Poco Flexible: diseo laberinto cableado Cmo crear laberintos con otros tipos de

elementos como habitacionesEncantadas o puertasQueEscuchan?

Patrones de creacin permiten eliminar referencias explcitas a clases concretas desde el cdigo que necesita crear instancias de esas clases.


Abstract Factory (Factora Abstracta)

Propsito Proporcionar una interfaz para crear familias de

objetos relacionados o dependientes sin especificar la clase concreta

Motivacin Un toolkit interfaz de usuario que soporta diferentes

formatos: Windows, Motif, X-Windows,..

MotivacinWidgetFactory

createScroolBar()CreateWindow()

MotifWidgetFactory

createScroolBar()createWindow()

PMWidgetFactory

createScroolBar()createWindow()

PMWindow

ScrollBar

PMScroolBar MotifScroolBar

Window

MotifWindow

Cliente

Abstract Factory

EstructuraAbstractFactory

CreateProductA()CreateProductB()

ConcreteFactory1

createProductA()createProductB()

ConcreteFactory2

createProductA()createProdcutB()

ProdA2

AbstrProdB

ProdB2 ProdB1

AbstrProdA

ProdA1

Cliente

Abstract Factory


Abstract Factory

Aplicabilidad Un sistema debera ser independiente de cmo sus

productos son creados, compuestos y representados Un sistema debera ser configurado para una familia de

productos. Una familia de objetos productos relacionados es

diseada para ser utilizado juntos y se necesita forzar la restriccin.

Se quiere proporcionar una librera de clases de productos y se quiere revelar slo la interfaz, no la implementacin.


Abstract Factory

Consecuencias Aisla a los clientes de las clases concretas de

implementacin. Facilita el intercambio de familias de productos. Favorece la consistencia entre productos Es difcil soportar nuevas clases de productos.


Abstract Factory

Implementacin Factoras como singleton. Se necesita una subclase de AbstractFactory por cada

clase de producto que redefine un mtodo factora. Posibilidad de usar el patrn Prototype.

Definir factoras extensibles: AbstractFactory slo necesita un mtodo de creacin.


Ejemplo: Laberinto

public class FactoriaLaberinto {public Laberinto makeLaberinto { return new Laberinto();}public Muro makeMuro {return new Muro();};public Habitacion makeHabitacion(int n)

{ return new Habitacion(n); };public Puerta makePuerta (Habitacion h1, Habitacion h2)

{return new Puerta(h1,h2);}}

public class JuegoLaberinto {public Laberinto makeLaberinto (FactoriaLaberinto factoria) {

Laberinto unLab = factoria.makeLaberinto();Habitacion h1 = factoria.makeHabitacion(1);Habitacion h2 = factoria.makeHabitacion(2);Puerta unaPuerta = factoria.makePuerta(h1,h2);

unLab.addHabitacion(h1);unLab.addHabitacion(h2);

h1.setLado(Norte, factoria.makeMuro());h1.setLado(Este, unaPuerta)..h2.setLado(Oeste, unaPuerta);h2.setLado(Sur, factoria.makeMuro())return unLab; }

}


Builder (Constructor)

Propsito Separa la construccin de un objeto complejo de su

representacin, as que el mismo proceso de construccin puede crear diferentes representaciones.

Motivacin Un traductor de documentos RTF a otros formatos. Es

posible aadir una nueva conversin sin modificar el traductor?

Motivacin

ASCIIConversor

convertirCaracter()getTextoASCII()

ConversorTeX

convertirCaracter()convertirCambioFont()convertirParrafo()getTextoTeX()

ConversorTexto

convertirCaracter()convertirCambioFont()ConvertirParrafo()

RTFTraductor

parseRTF()

TextoASCII TextoTeX

Builder

parseRTF {while (t = obtener siguiente token) {

switch(t.tipo) {case Car:

builder.convertirCaracter(t.char);break;case Font:

builder.convertirCambioFont(t.font);break;case Par:

builder.convertirParrafo(); break}

}}

44

Estructura

BuilderConcreto

buildParte()getResultado()

Director

Construir()

Builder

buildParte()

+builder

para todo objeto en estructura { builder.buildParte}

Producto

Builder


Builder

Aplicabilidad Cuando el algoritmo para crear un objeto complejo

debe ser independiente de las piezas que conforman el objeto y de cmo se ensamblan.

El proceso de construccin debe permitir diferentes representaciones para el objeto que se construye.


Builder

Consecuencias Permite cambiar la representacin interna del producto. Separa el cdigo para la representacin y para la

construccin. Los clientes no necesitan conocer nada sobre la estructura

interna. Diferentes directores pueden reutilizar un mismo

builder Proporciona un control fino del proceso de construccin.


Builder

Implementacin La interfaz de Builder debe ser lo suficientemente

general para permitir la construccin de productos para cualquier Builder concreto.

La construccin puede ser ms complicada de aadir el nuevo token al producto en construccin.

Los mtodos de Builder no son abstractos sino vacos. Las clases de los productos no tienen una clase

abstracta comn.


Ejemplo: Laberinto

public class BuilderLaberinto {public void buildLaberinto { };public void buildPuerta { };public void buildHabitacion(int n) { };public Laberinto getLaberinto() { };protected BuilderLaberinto() { };

}

public class JuegoLaberinto {public Laberinto makeLaberinto (BuilderLaberinto builder) {

builder.buildLaberinto();

builder.buildHabitacion(1);builder.buildHabitacion(2);builder.buildPuerta(1,2);

return builder.getLaberinto(); }}

class BuilderLaberintoNormal extends BuilderLaberinto {Laberinto labActual;// se define la construccin de un laberinto con determinado tipo de// puertas y habitaciones...

} Oculta la estructura interna


Factory Method (Mtodo Factora)

Propsito Define un interfaz para crear un objeto, pero permite a

las subclases decidir la clase a instanciar: instanciacindiferida a las subclases.

Motivacin Una clase C cliente de una clase abstracta A necesita

crear instancias de subclases de A que no conoce. En un framework para aplicaciones que pueden

presentar al usuario documentos de distinto tipo: Clases Aplicacin y Documento.

Se conoce cundo crear un documento, no se conoce de qu tipo.

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Motivacin

MiDocumento

Documento

open()close()save()revert()

Aplicacion

crearDocumento()nuevoDocumento()openDocumento()

MiAplicacion

crearDocumento()

return new MiDocumento

Documento dd = crearDocumento();

setDoc.add(d);d.open()

mtodo factoria

Factory Method

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Estructura

Creador

metodoFactoria()unaOperacion()

ProductoConcretoCreadorConcreto

metodoFactoria()

Productos


Factory Method

Aplicabilidad Una clase no puede anticipar la clase de objetos que debe

crear. Una clase desea que sus subclases especifiquen los

objetos que debe crear. Una clase delega responsabilidad a una entre varias

sublcases clases accesorias (helper) y se quiere localizar el conocimiento de en qu subclase helper se delega.


Factory Method

Consecuencias Evita ligar un cdigo a clases especficas de la aplicacin. Puede suceder que las subclases de Creador slo se crean

con el fin de la creacin de objetos. Mayor flexibilidad en la creacin: subclases ofreciendo

versiones extendidas de un objeto. El mtodo factora puede ser invocado por un cliente, no

slo por la clase Creador: jerarquas paralelas


Linea

crearManipulador()

Circulo

crearManipulador()

ManipuladorLinea ManipuladorCirculo

Manipulador

downClick()drag()upClick()

ClienteFigura

crearManipulador()

Factory Method

56

Factory Method

Implementacin Dos posibilidades

Creador es una clase abstracta con un mtodo factora abstracto.

Creador es una clase concreta que ofrece una implementacin por defecto del mtodo factora.

El mtodo factora puede tener un parmetro que identifica a la clase del objeto a crear.

Se evita crear subclases de Creador con: Metaclases (Smalltalk y Java) Genericidad (C++)

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Factora y Metaclases

Factoria

crear(tipo : String) : Producto

P1 P2

Cliente

Producto

return (Producto) Class.forName(tipo).newInstance()


Ejemplo: Laberinto

public class JuegoLaberinto {public Laberinto nuevoLaberinto () {...};

public Laberinto crearLaberinto() {return new Laberinto();};public Habitacion crearHabitacion(int n)

{return new Habitacion(n);};public Muro crearMuro() {return new Muro();};public Puerta crearPuerta(Habitacion h1, Habitacion h2)

{return new Puerta(h1,h2);};

}

public Laberinto nuevoLaberinto () {Laberinto unLab = crearLaberinto();Habitacion h1 = crearHabitacion(1);Habitacion h2 = crearHabitacion(2);Puerta unaPuerta = crearPuerta(h1,h2);

unLab.addHabitacion(h1);unLab.addHabitacion(h2);

h1.setLado(Norte, crearMuro);h1.setLado(Este, unaPuerta)..h2.setLado(Oeste, unaPuerta);h2.setLado(Sur, crearMuro)return unLab; }

}


Prototype (Prototipo)

Propsito Especificar los tipos de objetos a crear utilizando una

instancia prototpica, y crear nuevas instancias mediante copias del prototipo.

Motivacin GraphicTool es una clase de un framework que permite

crear editores grficos, que crea objetos grficos, instancias de subclases de Graphic y los aade a un documento, cmo puede hacerlo si no sabe qu objetos grficos debe crear?

Motivacin

Prototype

p = prototipo.clone();while (usuario arrastra mouse) { p.draw(nuevapos) }

insertar p in dibujo

Tool

manipular()

Pentagrama

dibujar()clone()

NotaMusical

Entera

dibujar()clone()

Media

dibujar()clone()

Graphic

dibujar()clone()

GraphicTool

manipular()

+prototipo

return copy of self

Estructura

return copia de self

PrototipoConcr1

clone()

PrototipoConcr2

clone()

Cliente

operacion()

(from FactoryMethod) Prototipo

clone()

+prototipo

p = prototipo.clone()

Prototype


Prototype

Aplicabilidad Cuando un sistema deba ser independiente de cmo sus

productos son creados, compuestos y representados y: las clases a instanciar son especificadas en tiempo de ejecucin. para evitar crear una jerarqua de factoras paralela a la de

productos. cuando las instancias de una clase slo pueden encontrarse en

uno de un pequeo grupo de estados. Inicializar un objeto es costoso

64

Prototype

Consecuencias Al igual que con Builder y Factory Abstract oculta al

cliente las clases producto concretas. Es posible aadir y eliminar productos en tiempo de

ejecucin: mayor flexibilidad que los anteriores. La composicin reduce el nmero de clases que es

necesario crear. Un objeto prototipo puede estar formado por otros

primitivos. Reduce la necesidad de crear subclases. Posibilidad de usar clases cargadas dinmicamente.

65

Prototype

Implementacin Importante en lenguajes que no soportan el concepto de

metaclase, as en Smalltalk o Java es menos importante. Usar un manejador de prototipos que se encarga del

mantenimiento de una tabla de prototipos. Implementar la operacin clone es lo ms complicado. A veces se requiere inicializar el objeto creado

mediante copia: prototipo con operaciones set.


Ejemplo: Laberintopublic class FactoriaPrototipoLaberinto {

factoriaPrototipoLaberinto (Laberinto l, Puerta p, Habitacion h, Muro m);

{protoLab = l; protoPuerta = p; protoHab = h; protoMuro = m;}

public Laberinto makeLaberinto() {return (Laberinto)protoLab.clone()};public Muro makeMuro {return (Muro) protoMuro.clone() };public Habitacion makeHabitacion(int n) {

Habitacion h = (Habitacion) protoHab.clone(); h.initialize(n); return h;}

public Puerta makePuerta (Habitacion h1, Habitacion h2) {Puerta p = (Puerta) protoPuerta.clone();p.initialize(h1,h2); return p}

}

JuegoLaberinto juego;FactoriaPrototipoLaberinto LaberintoSimple =

new FactoriaPrototipoLaberinto (new Laberinto, new Puerta, new Habitacion, new Muro);

Laberinto unlab = juego. makeLaberinto(LaberintoSimple)

JuegoLaberinto juego;FactoriaPrototipoLaberinto otroLaberinto =

new FactoriaPrototipoLaberinto (new Laberinto, newPuertaQueOye, new HabitacionEncantada, new Muro);

Laberinto unlab = juego. makeLaberinto(otroLaberinto)

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Factora Abstracta con Prototipo

// crea objetos de una jerarqua de productosclass Factoria {

private HashTable catalogo;public Producto getProducto(String s) {

return (Producto) ((Producto) catalogo.get(s)).clone();}public Factoria (String familia) {inicializa el catalogo}...

}


Singleton

Propsito Asegurar que una clase tiene una nica instancia y

asegurar un acceso global

Motivacin Una nica instancia de la clase que maneja las ventanas,

o de un spooler de impresoras o de un sistema de ficheros o de una factora.

La clase se encarga de asegurar que exista una nica instancia y de su acceso.

70

Estructura

return unicaInstancia

SingletonunicaInstanciadatoSingleton

instancia()operacionSingleton()getSingleton()

Singleton

Singleton.instancia().operacionSingleton()


Singleton

Aplicabilidad Debe existir una nica instancia de una clase, accesible

globalmente.

Consecuencias Acceso controlado a la nica instancia Evita usar variables globales Generalizar a un nmero variable de instancias La clase Singleton puede tener subclases.

72

Singleton Puede suceder que Singleton tenga subclases y el

cliente desee asociar a UnicaInstancia un objeto de una de las subclases. Anlisis de casos en instancia() Singleton maneja un registro de singleton

En Smalltalk con variables de clase instancia podemos conseguir que cada subclase tenga su propio singleton.

Singleton Implementacin Java

public class Singleton {public static Singleton instancia()

{ if (unicaInstancia = = null){unicaInstancia = new Singleton()};

return unicaInstancia};protected Singleton();private static Singleton unicaInstancia = null;

Implementacin Smalltalknew

self error: no se puede crear el objetodefault -- mtodo de clase

UnicaInstancia isNil ifTrue: [UnicaInstancia:= super new].^UnicaInstancia.


Patrones estructurales

Cmo clases y objetos se combinan para formar estructuras ms complejas.

Patrones de clase Usan herencia (p.e. Adapter)

Patrones de objeto Describen formas de combinar objetos para obtener nueva

funcionalidad Posibilidad de cambiar la composicin en tiempo de

ejecucin. Ej.: Composite, Proxy


Adapter / Wrapper (Adaptador)

Propsito Convertir la interfaz de una clase en otra que el cliente

espera. Permite la colaboracin de ciertas clases a pesar de tener interfaces incompatibles

Motivacin Un editor grfico incluye una jerarqua que modela

elementos grficos (lneas, polgonos, texto,..) y se desea reutilizar una clase existente TextView para implementar la clase que representa elementos de texto, pero que tiene una interfaz incompatible.

76

Motivacin

ElemLinea

marco()crearManipulador()

EditorElementoGrafico


ElemTexto


TextView

getExtension()

+texto

return text.getExtension

return new ManipuladorTexto

*

Adapter / Wrapper (Adaptador)

77

Estructura Adapter/Clase

Adaptado

especificoMet1()

Adaptador

metodo1()

especificoMet1

ClienteObjetivo

metodo1()

( )

78

Estructura Adapter/Objeto

Cliente Objetivo

metodo1()

Adaptador

metodo1()

Adaptado

especificoMet1()

+adaptado

adaptado. especificoMet1()


Adapter

Aplicabilidad Se desea usar una clase existente y su interfaz no coincide

con la que se necesita: se quiere usar una clase que invoca a un mtodo a travs de una interfaz,

pero quiere usarse con otra clase que no implementa la interfaz

Se desea crear una clase reutilizable que debe colaborar con clases no relacionadas o imprevistas.

(slo adaptador-objeto) se necesita usar varias subclases y es incmodo adaptar su interfaz aplicando subclassing.

80

Adapter Consecuencias

Un adaptador-clase no funciona cuando queramos adaptar una clase y sus subclases.

Un adaptador-clase puede redefinir comportamiento heredado de Adaptado.

Un adaptador-clase no implica ninguna indireccin, slo introduce un objeto.

Un adaptador-objeto permite adaptar una clase y sus subclases, pudiendo aadir funcionalidad a todos los adaptados a la vez.

Para un adaptador-objeto es complicado redefinir comportamiento de Adaptado.

81

Adapter Consecuencias

La funcionalidad de Adaptador depende de la similitud entre la interfaz de las clases Objetivo y Adaptado.

Adaptores pluggable:

Clases que incorporan una adaptacin de interfaz

Cmo podemos conseguir que una clase reutilizable pueda incorporarse en sistemas existentes que esperan interfaces diferentes a la de la clase?

Ejemplo: Clase TreeDisplay para visualizar estructuras jerrquicas (widget), exige que los objetos a visualizar tengan una determinada interfaz, p.e. clase abstracta Tree?

82

Adapter

Implementacin En C++, la clase Adaptador hereda en modo privado de

Adaptado y en modo pblico de Objetivo. Tres posibles implementaciones de adaptadores

plugabbles: Con operaciones abstractas Con delegacin de objetos Adaptadores parametrizados

Adapter

TreeDisplay

getChildren(Node)CreateGraphicNode(Node)display()BuilTree(Node n)

DirectoryTreeDisplay

getChildren(Node)createGraphicNode(Node)

getChildren(n);for each child {

addGraphicNode(CreateGraphicNode(child));buildTree(child)

}

FileSystemEntity

adaptadoradaptado

Objetivo, Cliente

AdapterCliente

adaptadorDirectoryBrowser

getChildren()CreateGraphicNode()createFile()deleteFile()

FileSystemEntity

delegate.getChildren(this,n);for each children {

addGraphicNode(delegate.createGraphicNode(this,child));

buildTree(child)}

TreeDisplay

setDelegate(delegate)display()buildTree(Node n)

TreeAccesorDelegate

getChildren(TreeDisplay, Node)CreateGraphicNode(TreeDisplay, Node)

+delegate

Objetivo

adaptado


Ejercicio

Supuesto el sistema de terminal de punto de venta, disea una solucin basada en los patrones vistos para que el sistema pueda soportar diferentes servicios externos de terceras partes para clculo de impuestos o autorizacin de pagos.


Bridge / Handle Propsito

Desacoplar una abstraccin de su implementacin, de modo que los dos puedan cambiar independientemente.

Motivacin Clase que modela la abstraccin con subclases que la

implementan de distintos modos. Herencia hace difcil reutilizar abstracciones e

implementaciones de forma independiente Si refinamos la abstraccin en una nueva subclase, est tendr

tantas subclases como tena su superclase. El cdigo cliente es dependiente de la plataforma.

Patrones de diseo

Bridge / Handle

MotivacinImplementacin de una abstraccin window portable en una librera GUI.

XWindow

Window

PMWindow IconWindow

XIconWindowPMIconWindow

Window

XWindow PMWindow

Motivacin

IconWindow

mostrarBorde()

TransientWindow

mostrarCaja()

XWindowImp

devMostrarTexto()devMostrarLinea()

PMWindow

devMostrarLinea()devMostrarTexto()

WindowImp

devMostrarTexto()devMostrarLinea()

Window

mostrarTexto()mostrarRect()

+imp

mostrarRect()mostrarTexto() XmostrarTexto()

mostrarRect()mostrarTexto() XmostrarLinea()

imp.devMostrarLinea()imp.devMostrarLinea()imp.devMostrarLinea()imp.devMostrarLinea()

Bridge / Handle

89

Estructura

Bridge / Handle

AbstraccionRefinadaImplemA

operacionImp()

ImplemB

operacionImp()

Implementacion

operacionImp()

Abstraccion

operacion()

+imp

imp.operacionImp


Bridge

Aplicabilidad Se quiere evitar una ligadura permanente entre una

abstraccin y su implementacin, p.e. porque se quiere elegir en tiempo de ejecucin.

Abstracciones e implementaciones son extensibles. Cambios en la implementacin de una abstraccin no

deben afectar a los clientes (no recompilacin). Ocultar a los clientes la implementacin de la interfaz. Se tiene una proliferacin de clases, como suceda en la

Motivacin.


Bridge

Consecuencias Un objeto puede cambiar su implementacin en t.e. Cambios en la implementacin no motivarn

recompilaciones de la clase Abstraccin y sus clientes. Se mejora la extensibilidad Se ocultan detalles de implementacin a los clientes

Bridge Implementacin

Aunque exista una nica implementacin puede usarse el patrn para evitar que un cliente se vea afectado si cambia.

Cmo, cundo y dnde se decide que implementacin usar?

Constructor de la clase Abstraccion Elegir una implementacin por defecto Delegar a otro objeto, p.e. un objeto factora

Se puede usar herencia mltiple para heredar de la abstraccin y de una implementacin concreta, pero se liga una interface a una implementacin de forma permanente.


Composite Propsito

Componer objetos en estructuras jerrquicas para representar jerarquas parte/todo. Permite a los clientes manejar a los objetos primitivos y compuesto de forma uniforme.

Motivacin Modelar figuras compuestas Modelar paquetes de valores (acciones, bonos,..)

94

Motivacin

Linea

dibujar()

Rectangulo

dibujar()

Figura

dibujar()add(Figura)remove(Figura)getHijo(int)

FiguraCompuesta

dibujar()add(Figura)remove(Figura)getHijo(int)

Composite

95

Estructura

Hoja

operacion()

Componente

operacion()add(Componente)remove(Componente)getHijo(int)

Composite

operacion()add(Componente)remove(Componente)getHijo(int)

Cliente

+hijos

Composite


Composite

Aplicabilidad Se quiere representar jerarquas parte/todo Se quiere que los clientes ignoren la diferencia entre

objetos compuestos y los objetos individuales que los forman.


Composite

Consecuencias Jerarqua con clases que modelan objetos primitivos y

objetos compuestos, que permite composicin recursiva. Clientes pueden tratar objetos primitivos y compuestos de

modo uniforme. Es fcil aadir nuevos tipos de componentes. No se puede confiar al sistema de tipos que asegure que

un objeto compuesto slo contendr objetos de ciertas clases, necesidad de comprobaciones en tiempo de ejecucin.

Composite Implementacin

Referencias de componentes hijos a su padre puede ayudar a el recorrido y manejo de la estructura compuesta.

Debe contener Componente operaciones que no tienen significado para sus subclases?

Dnde colocamos las operaciones de aadir y eliminar hijos?

Compromiso entre seguridad y transparencia. Transparencia: clase Componente Seguridad: clase hijo

Puede ser necesario especificar un orden en los hijos. Uso de cach. Qu estructura de datos es la adecuada?


Decorator (Decorador)

Propsito Asignar dinmicamente nuevas responsabilidades a un

objeto. Alternativa ms flexible a crear subclases para extender la funcionalidad de una clase.

Motivacin Algunas veces se desea aadir atributos o comportamiento

adicional a un objeto concreto no a una clase. Ejemplo: bordes o scrolling a una ventana. Herencia no lo permite.

Motivacin

TextView

mostrar()

VisualComponente

mostrar()

Decorator

mostrar() +componente

ScrollDecoratorposicionScroll

mostrar()scrollTo()

BorderDecoratoranchoBorde

mostrar()mostrarBorde()

componente.mostrar

super.mostrar;mostrarBorde


MotivacinunBorderDecorator

unScrollDecorator

unTextView


Estructura

componente.operacion

CompConcreto

operacion()

Componente

operacion()

Decorator

operacion() +componente

DecoratorConcrAestadoAdicional

operacion()

DecoratorConcrBestadoAdicional

operacion()comportAdicional()

super.operacion;comportAdicional




Aplicabilidad Aadir dinmicamente responsabilidades a objetos

individuales de forma transparente, sin afectar a otros objetos.

Responsabilidades de un objeto pueden ser eliminadas. Para evitar una explosin de clases que produce una

jerarqua inmanejable.


Consecuencias Ms flexible que la herencia: responsabilidades pueden

aadirse y eliminarse en tiempo de ejecucin. Diferentes decoradores pueden ser conectados a un mismo

objeto. Reduce el nmero de propiedades en las clases de la parte

alta de la jerarqua. Es simple aadir nuevos decoradores de forma

independiente a las clases que extienden. Un objeto decorador tiene diferente OID al del objeto que

decora. Sistemas con muchos y pequeos objetos.

105


Implementacin La interfaz de un objeto decorador debe conformar con la

interfaz del objeto que decora. Clases decorador deben heredar de una clase comn.

Componentes y decoradores deben heredar de una clase comn que debe ser ligera en funcionalidad.

Si la clase Componente no es ligera, es mejor usar el patrn Strategy que permite alterar o extender el comportamiento de un objeto.

Un componente no sabe nada acerca de sus decoradores, con Strategy sucede lo contrario.

106


Implementacin El decorador enva los mensajes al componente que

decora, pudiendo extender la operacin con nuevo comportamiento.

Las clases que modelan los decoradores concretos pueden aadir responsabilidades a las que heredan de Decorator.


Facade / Fachada Propsito

Proporciona una nica interface a un conjunto de interfaces de un subsistema. Define una interface de ms alto nivel que facilita el uso de un subsistema.

Motivacin Reducir las dependencias entre subsistemas. Un entorno de programacin que ofrece una librera de

clases que proporcionan acceso a su subsistema compilador: Scanner, Parser, ProgramNode, ByteCodeStream y ProgramNodeBuilder. Clase Compileracta como fachada.

EstructuraFachada


Facade / Fachada

Aplicabilidad Proporcionar una interfaz simple a un subsistema. Hay muchas dependencias entre clientes y las clases que

implementan una abstraccin. Se desea una arquitectura de varios niveles: una fachada

define el punto de entrada para cada nivel subsistema.


Facade / Fachada

Consecuencias Una fachada ofrece los siguientes beneficios:1) Facilita a los clientes el uso de un subsistema, al ocultar

sus componentes.2) Proporciona un acoplamiento dbil entre un subsistema y

los clientes: cambios en los componentes no afectan a los clientes.

3) No se impide a los clientes el uso de las clases del subsistema si lo necesitan.

111

Facade / Fachada

Implementacin Es posible reducir el acoplamiento entre clientes y

subsistema, definiendo la fachada como una clase abstracta con una subclase por cada implementacin del subsistema.

La fachada no es la nica parte pblica de un subsistema, sino que es posible declarar clases individuales del subsistema como pblicas (paquetes en Java, name spaceen C++).


Flyweight

Propsito Uso de la comparticin para soportar eficientemente un

gran nmero de objetos de poco tamao

Motivacin En una aplicacin editor de documentos, modelamos los

caracteres mediante una clase? Un flyweight es un objeto compartido que puede ser

utilizado en diferentes contextos simultneamente. No hace asunciones sobre el contexto Estado intrnseco vs. Estado extrnseco


Flyweight Estado intrnseco se almacena en el flyweight y

consiste de informacin que es independiente del contexto y se puede compartir.

Estado extrnseco depende del contexto y por tanto no puede ser compartido.

Objetos clientes son responsables de pasar el estado extrnseco al flyweight cuando lo necesita.

Flyweight se usan para modelar conceptos o entidades que son muy abundantes para representarse con objetos, p.e. caracteres de un texto.

Flyweight Flyweight carcter de un texto:

estado intrnseco: cdigo del carcter estado extrnseco: informacin sobre posicin y estilo

Caracterchar c

mostrar(contexto)intersec(point, contexto)

Fila


Elemento


+hijos

Columna


+hijos

EstructuraFlyweight

operacion(estadoExt)

FlyweightFactory

getFlyweight()

ClienteConcreto

estadoIntrinseco


ConcretoSinCompartirtodoEstado


Flyweight


Flyweight

flyweight getFlyweight (key) {if (flyweight[key]) existe {return flyweight existente}else {crear nuevo flyweight;

aadirlo al conjunto de flyweight;return el nuevo flyweight}

}


Flyweight

Aplicabilidad Aplicarlo siempre que se cumplan las siguientes

condiciones:1) Una aplicacin utiliza un gran nmero de objetos.2) El coste de almacenamiento es alto debido al excesivo

nmero de objetos.3) La mayor parte del estado de un objeto puede hacerse

extrnseco.4) Muchos grupos de objetos pueden reemplazarse por unos

pocos objetos compartidos al separar el estado extrnseco.5) La aplicacin no depende de la identidad de los objetos.


Flyweight

Consecuencias Puede introducir costes run-time debido a la necesidad de

calcular y transferir el estado extrnseco. La ganancia en espacio depende de varios factores:

la reduccin en el nmero de instancias el tamao del estado intrnseco por objeto si el estado extrnseco es calculado o almacenado

Interesa un estado intrnseco calculado Se suele combinar con el Composite.


Flyweight

Implementacin La aplicabilidad depende de la facilidad de obtener el

estado extrnseco. Idealmente debe poder calcularse a partir de una estructura de objetos que necesite poco espacio de memoria.

Debido a que los flyweight son compartidos, no deberan ser instanciados directamente por los clientes: clase FlyweightFactory.


Proxy

Propsito Proporcionar un sustituto (surrogate) de un objeto para

controlar el acceso a dicho objeto.

Motivacin Diferir el coste de crear un objeto hasta que sea necesario

usarlo: creacin bajo demanda. Un editor de documentos que incluyen objetos grficos. Cmo ocultamos que una imagen se crear cuando se

necesite?: manejar el documento requiere conocer informacin sobre la imagen.

Motivacin

EditorDocumentos

Grafico

dibujar()getExtension()store()load()

ProxyImagennombreFichextension


ImagenimpImagenextension


+imagen

if (image == null) {image = loadImage(nombreFich)}else {imagen. dibujar()}

if (imagen == null) { return extension}else {imagen.getExtension}

Proxy

122

EstructuraCliente(from flyweight)

Sujeto

operacion()

Proxy

operacion()

SujetoReal

operacion() +sujeto

sujeto.operacion()

Proxy


Proxy

Aplicabilidad Siempre que hay necesidad de referenciar a un objeto

mediante una referencia ms rica que una referencia normal. Situaciones comunes;1) Proxy acceso remoto (acceso a un objeto en otro espacio de

direcciones)2) Proxy virtual (crea objetos grandes sobre demanda)3) Proxy para proteccin (controlar acceso a un objeto)4) Referencia inteligente (smart reference)


Proxy

Consecuencias Introduce un nivel de indireccin para:1) Un proxy remoto oculta el hecho que objetos residen en

diferentes espacios de direcciones.2) Un proxy virtual tales como crear o copiar un objeto bajo

demanda.3) Un proxy para proteccin o las referencias inteligentes

permiten realizar tareas de control sobre los objetos accedidos.


Proxy

Implementacin Sobrecargar el operador de acceso a miembros (->) en

C++. En Smalltalk, posibilidad de definir Proxy como una clase

que hereda de nil (no comprende ningn mensaje) y redefinir doesNotUnderstand para redirigir los mensajes al objeto sujeto.

Puede suceder que baste con definir una nica clase Proxypara todos los tipos de sujetos.


Patrones de comportamiento

Relacionados con la asignacin de responsabilidades entre clases.

Describen no solo patrones de clases y objetos, sino tambin patrones de colaboracin entre objetos.

Caracterizan un flujo de control ms o menos complejo que ser transparente al que utilice el patrn.

Patrones de clase: Template Method e Interpreter Patrones de objeto: Mediator, Observer,..


Chain of Responsibility (Cadena de Responsabilidad)

Propsito Evita acoplar el emisor de un mensaje a su receptor

dndole a ms de un objeto la posibilidad de manejar la solicitud. Se define una cadena de objetos, de modo que un objeto pasa la solicitud al siguiente en la cadena hasta que uno la maneja.

Motivacin Facilidad de ayuda sensible al contexto. El objeto que proporciona la ayuda no es conocido al

objeto (p.e. Un Button) que inicia la solicitud de ayuda.

128

Chain of Responsibility

Motivacin

Aplicacion1 Widget

Dialog Button

manejarAyuda()mostrarAyuda()

manejador.manejarAyuda

if puedo manejar { mostrarAyuda() }else { super manejarAyuda() }

ManejadorAyuda

manejarAyuda()

+manejador



printBoton : But ton

OKBoton : But ton

printDialogo : Dialog

GuardarDialogo : Dialog

: Aplicacion

130

Estructura

Manejador

manejarSolicitud()

+sucesorCliente(from FactoryMethod)

ManejadorConcr1

manejarSolicitud()

ManejadorConcr2

manejarSolicitud()




Aplicabilidad Ms de un objeto puede manejar una solicitud, y el

manejador no se conoce a priori. Se desea enviar una solicitud a uno entre varios objetos sin

especificar explcitamente el receptor. El conjunto de objetos que puede manejar una solicitud

puede ser especificado dinmicamente.



Consecuencias Reduce acoplamiento Proporciona flexibilidad al asignar responsabilidades No se garantiza el manejo de la solicitud



Implementacin Dos posibles formas de implementar la cadena

Definir nuevos enlaces (en Manejador) Usar enlaces existentes (p.e. un objeto composite)

class ManejadorAyuda {public ManejadorAyuda (ManejadorAyuda s) {sucesor = s};public void ManejarAyuda () {if sucesor != null {

sucesor.manejarAyuda;};};private ManejadorAyuda sucesor;

}


Chain of Responsibility Implementacin

Qu sucede si tenemos diferentes tipos de solicitudes?

En Manejador un mtodo para cada solicitud En el caso de Java, una interfaz por solicitud En Manejador un nico mtodo con un parmetro que

representa el tipo de solicitud, por ejemplo un String. En Manejador un nico mtodo que tiene un

parmetro de una clase Solicitud que representa la solicitud.


Recursion OO

Una variante del patrn es que un objeto de la cadena pueda realizar parte del trabajo antes de pasar la solicitud al siguiente objeto: Recursin OO

En Recursin OO no se est interesado en la organizacin de la cadena de objetos, slo que una estructura puede recorrerse.


Recursion OO

Persona >> = unaPersona^self nombre = unaPersona nombre

NombrePersona >> = unaPersona^ (self nombre = unaPersona nombre)

and: [self apellidos = unaPersona apellidos]

String >> = aString...



Ejemplo 1: Java 1.0 AWT Mecanismo de delegacin de eventos: Un evento es

pasado al componente donde ocurre que puede manejarlo o lo pasa a su contenedor.

Ejemplo 2: Sistema de control de seguridad Existen varios sensores que transmiten el estado a un

ordenador central. La accin de un sensor depende del contexto que lo incluye (jearqua de reas o zonas de seguridad). Un sensor pasa el evento al agregado que lo icnluye.


Command

Propsito Encapsula un mensaje como un objeto, permitiendo

parametrizar los clientes con diferentes solicitudes, aadir a una cola las solicitudes y soportar funcionalidad deshacer/rehacer (undo/redo)

Motivacin Algunas veces es necesario enviar mensaje a un objeto sin

conocer el selector del mensaje o el objeto receptor. Por ejemplo widgets (botones, mens,..) realizan una

accin como respuesta a la interaccin del usuario, pero no se puede explicitar en su implementacin.

139Motivacin

MenuItem

clicked()

Command

ejecutar()

+command

Cut

execute()command.execute()

Menu

add(MenuItem)

Aplicacion2

add(Document)

Document

open()close()cut()copy()paste()

Paste

execute()

+document

document.paste

Command

140

Estructura

Cliente1Command

ejecutar()

Invocador

Receptor

accion()

CommandConcretoestado

ejecutar()

+receptor

receptor.accion()

Command

141

Colaboracin

Command

r : Receptor : Cliente co : Command : Invocador

1. Command (r)

2. regist rarCommand(co)

3. ejecutar()

3.1. accion()


Command

Aplicabilidad Parametrizar objetos por la accin a realizar (en lenguajes

procedurales con funciones Callback: funcin que es registrada en el sistema para ser llamada ms tarde; en C++ se puede usar punteros a funciones).

Especificar, aadir a un cola y ejecutar mensajes en diferentes instantes: un objeto Command tiene un tiempo de vida independiente de la solicitud original.

Soportar facilidad undo/redo. Recuperacin de fallos. Modelar transacciones


Command Consecuencias

Desacopla el objeto que invoca la operacin del objeto que sabe cmo realizarla.

Cada subclase CommandConcreto especifica un par receptor/accion, almacenando el receptor como un atributo e implementando el mtodo ejecutar.

Objetos command pueden ser manipulados como cualquier otro objeto.

Se pueden crear command compuestos (aplicando el patrn Composite).

Es fcil aadir nuevos commands.


Command

Implementacin Cul debe ser la inteligencia de un command?

No delegar en nadie Encontrar dinmicamente el objeto receptor y delegar en l

Soportar undo/redo Atributos para almacenar estado y argumentos de la

operacin. Lista de objetos commands En la lista se colocan copias.


Command Implementacin

Un objeto Command es realmente un Adapter: Commandplugabble.

Podemos evitar la jerarqua de subclases de Command si no necesitamos la facilidad undo/redo. En Smalltalk,

self receptor perform: unSelector with: unArg

Es posible asociar a un command ms de una accin (evento en un widget).


Command Ejemplo 1: Comparar dos objetos utilizando cualquier

criterio de ordenacin: interface Comparator en Javapublic interface Comparator {

int compare (Object o1, Object o2); }

Un objeto Comparator puede pasado a una rutina de ordenacin o ser utilizado por una coleccin para mantener el orden de sus elementos.

Ejemplo 2: Interfaz Observer en el patrn Observer.


Interpreter

Propsito Dado un lenguaje, definir una representacin para su

gramtica junto con un intrprete que utiliza la representacin para interpretar sentencias en dicho lenguaje.

Motivacin Interpretar una expresin regular. Usa una clase para representar cada regla, los smbolos en la

parte derecha son atributos. Usar si la gramtica es simple y la eficiencia no es

importante.


Interpreter

Estructura

Cliente3

Contexto

ExpresionTerminal

interpretar(Contexto)

ExpresionAbstracta


ExpresionNoTerminal


149

Iterator (Iterador)

Propsito Proporciona una forma para acceder a los elementos de

una estructura de datos sin exponer los detalles de la representacin.

Motivacin Un objeto contenedor tal como una lista debe permitir una

forma de recorrer sus elementos sin exponer su estructura interna.

Debera permitir diferentes mtodos de recorrido Debera permitir recorridos concurrentes No queremos aadir esa funcionalidad a la interfaz de la

coleccin

150

Iterator (Iterador)

Motivacin Una clase Iterator define la interfaz para acceder a una

estructura de datos (p.e. una lista). Iteradores externos vs. Iteradores internos. Iteradores externos: recorrido controlado por el cliente Iteradores internos: recorrido controlado por el iterador


Iterador Externo

ListIterator

first()next()hasNext()item()index()

Lista

count()append()remove()

+list


Iterador Externo

List list = new List();...ListIterator iterator = new ListIterator(list);

iterator.first();while (!iterator.isDone()) {

Object item = iterator.currentItem();// cdigo para procesar itemiterator.next();

}...


Iteradores Externos en Java

interface Iterator {boolean hasNext();Object next();void remove();

}Iterator it = lista.iterator();while (it.hasNext()) {

Object item = it.next();// cdigo para procesar item

}


Iterador Externo Polimrfico

ListaAbstracta

crearIterador()count()append()remove()

Lista

Cliente

Iterator

first()next()isDone()CurrentItem()

ListIterator

Iterador Interno

ListaAbstracta

count()append()remove()

Iterator

doAll()doIf()action()test()

Lista

IteradorLista

action()test()doAll()doIf()

IteradorConcreto

action()test()

Cliente


Iterador Interno

public void doIf() {iterator.first();while (!iterator.isDone()) {

Object item = iterator.currentItem();if (test(item)) action(item)

iterator.next();}

}


Iterator

Consecuencias Simplifica la interfaz de un contenedor al

extraer los mtodos de recorrido Permite varios recorridos, concurrentes Soporta variantes en las tcnicas de recorrido


Mediator

Propsito Define un objeto que encapsula como interaccionan un

conjunto de objetos. Favorece un bajo acoplamiento, liberando a los objetos de referenciarse unos a otros explcitamente, y permite variar la interaccin de manera independiente.

Motivacin Muchas interconexiones entre objetos dificulta la

reutilizacin y la especializacin del comportamiento. Ventana que incluye un conjunto de elementos grficos

con dependencias entre ellos.

159

Motivacin

ListBox

getSelection()

FontDialogDirector

createWidgets()widgetChanged(Widget)

+list EntryField

setText()

+field

director.WidgetChanged(this)

DialogDirector

showDialog()createWidgets()widgetChanged(Widget)

Widget

changed()

(from Logical View)+director

Mediator

160

Mediator

Motivacin:Cliente :FontDialogDirector :ListBox :EntryField

showDialog

widgetChanged

setText

getSelection

161

Estructura

Mediator

Colega+mediator

ColegaConcr1MediatorConcreto ColegaConcr2

Mediator


Mediator

Aplicabilidad Un conjunto de objetos se comunica entre s de una forma

bien definida, pero compleja. Las interdependencias son poco estructuradas y difciles de comprender.

Reutilizar una clase es difcil porque tiene dependencias con muchas otras clases.

Un comportamiento que es distribuido entre varias clases debera ser adaptable sin crear subclases.


Mediator

Consecuencias Evita crear subclases Desacopla a los colegas. Simplifica los protocolos entre las clases Abstrae el cmo cooperan los objetos Centraliza el control en el mediador: clase difcil de

mantener


Mediator

Implementacin No hay necesidad de definir una clase abstracta Mediator

si los colegas trabajan con un nico mediador. Los colegas deben comunicarse con el mediador cuando

un evento de inters ocurre, varias posibilidades: patrn Observer interfaz de notificacin especializada en Mediator

(Smalltalk-V): clase ViewManager


Memento

Propsito Captura y exterioriza el estado interno de un objeto, sin

violar la encapsulacin, de modo que el objeto puede ser restaurado a este estado ms tarde.

Motivacin Algunas veces es necesario registrar el estado interno de

un objeto: mecanismos checkpoints y deshacer cambios que permiten probar operaciones o recuperacin de errores.

Mecanismo de transacciones

166

Estructura

Memento

Creatorestado

setMemento(Memento)CrearMemento()

Mementoestado

getEstado()setEstado()

Guardian+memento

return new Memento(estado) estado = m. getEstado

167

Colaboracin

Memento

: Guardian : Creador m : Memento

1. crearMemento()1.1. new

1.2. setEstado()

2. setMemento(m)2.1. getEstado()


Memento

Aplicabilidad Una parte del estado de un objeto debe ser guardado para

que pueda ser restaurado ms tarde.

Una interfaz para obtener el estado de un objeto podra romper la encapsulacin exponiendo detalles de implementacin.


Memento

Consecuencias Mantiene la encapsulacin Simplifica la clase Creador ya que no debe preocuparse

de mantener las versiones del estado interno. Podra incurrir en un considerable gasto de memoria:

encapsular y restaurar el estado no debe ser costoso. Puede ser difcil en algunos lenguajes asegurar que slo el

Creador tenga acceso al estado del Memento.


Memento

Implementacin Memento tiene dos interfaces, una para los creadores y

otra para el resto de clases: clase amiga (C++), exportacin selectiva (Eiffel).

Un memento puede registrar cambio incremental sobre el estado del creador: cuando se usa el patrn Commandpara el mecanismo undo/redo.


Observer / Publish-Subscribe

Propsito Define una dependencia uno-a-muchos entre objetos, de

modo que cuando cambia el estado de un objeto, todos sus dependientes automticamente son notificados y actualizados.

Motivacin Cmo mantener la consistencia entre objetos

relacionados, sin establecer un acoplamiento fuerte entre sus clases?

Ejemplo: Separacin Modelo-Vista

0102030405060708090

1er trim. 2do trim. 3er trim. 4to trim.

EsteOesteNorte

1tr3tr

4tr2tr

1tr. 2tr. 3tr. 4tr.Este 20 25 90 20Oeste 30 38 32 32Norte 47 47 45 45

Vistas

t1=20t2=25t3=90t4=20

Modelo

Motivacin

173

ObserverEstructura

Observer

Update()

Subject

subjectState

Attach()Detach()Notify()

1..*1..1 1..*

+observers

1..1

ConcreteSubject

subjectState

getState()setState()

ConcreteObserver

observerState

update()

+subject

observerState=subject->getState()

for all o in observers{o->update()}

174

Observer

Colaboracin : Subject o1 : Observer o2 : Observer : Otra

1. setEstado()

1.1. notify()1.1.1. update()

1.1.2. update()


Observer

Aplicabilidad Cuando un cambio de estado en un objeto requiere cambios

en otros objetos, y no sabe sobre cuntos objetos debe aplicarse el cambio.

Cuando un objeto debe ser capaz de notificar algo a otros objetos, sin hacer asunciones sobre quines son estos objetos.


Observer

Consecuencias Permite modificar independientemente subjects y

observers. Acoplamiento abstracto y mnimo entre Subject y

Observer: puede reutilizarlos por separado observers pueden aadirse sin modificar el subject Subject no necesita conocer las clases concretas de

Observers


Observer

Consecuencias Soporte para comunicacin de tipo broadcast:

el subject no especifica al receptor concreto de la notificacin

es posible aadir y eliminar observers en cualquier instante.

Actualizaciones inesperadas Interfaz de Observer simple requiere que los

observers tengan que deducir el item cambiado


Observer

Implementacin Es posible que un observer est ligado a ms de un

subject: la operacin update tendr como argumento el subject.

Quin dispara la notificacin? Mtodos set en la clase Subject Clientes de la clase Subject

Asegurarse de notificar siendo el estado de Subjectconsistente

Cunta informacin sobre el cambio se le enva a los observers con la notificacin?

Modelo Push (Mucha) y Modelo Pull (Muy Poca)


Observer

Implementacin Al registrar un observer es posible asociarle el evento

sobre el que quiere ser notificado

attach(Observer obs, Evento interes);

Cuando las relaciones de dependencia entre Subject y Observer son complicadas encapsular la semntica de actualizacin en una clase ManejadorCambio (Mediador).

En Smalltalk, las interfaces de las clases Subject y Observer se definen en la clase Object.


Observer en Javapublic class Observable {

private boolean changed = false;private Vector obs;public Observable() {

obs = new Vector();}public synchronized void addObserver (Observer o) {..}public synchronized void deleteObserver (Observer o) {..}public void notifyObservers (Object arg) {..}protected synchronized void setChanged() {..}protected synchronized void clearChanged() {..}public synchronized boolean hasChanged() {.. }


Observer en Java

public interface Observer {void update (Observable o, Object arg);

}Argumento pasado al

mtodo notifyObservers, puede indicar el tipo de

cambio


Observer en Java

Problema Que la clase que deseamos que acte como

Observable ya herede de otra clase: En Java no hay herencia mltiple!

Usar delegacin Una clase ConcreteSubject contendr a un objeto de

una clase que heredar de Observable: implementaaddObserver y deleteObserver e invoca anotifyObservers()

Se delega el comportamiento que necesita ConcreteSubject al objeto Observable que contiene.

Por qu una subclase de Observable?


Modelo de Eventos de Java 1.1

Java 1.1 introdujo un nuevo modelo de eventos para GUI basado en el patrn Observer.

Componentes GUI que pueden generar eventos son llamados fuentes de eventos (event sources).

Objetos que desean ser notificados de eventos GUI son llamados oyentes de eventos (event listeners).

Una fuente juega el papel de ConcreteSubject y un listener juega el papel de ConcreteObserver.

Los listeners deben registrarse en las fuentes.


Modelo de Eventos de Java 1.1

Un listener debe implementar una interfaz que proporciona los mtodos que deben ser llamados por la fuente cuando ocurre el evento.

Hay 11 interfaces listener cada una apropiada para un diferente tipo de evento GUI: ActionListener, ItemListener, KeyListener,

MouseListener, WindowListener, ... En algunos casos la interfaz listener incluye ms de

un mtodo: Java proporciona adaptadores


State (Estado)

Propsito Permite a un objeto cambiar su comportamiento cuando

cambia su estado. El objeto parece cambiar de clase.

Motivacin Una conexin TCP puede encontrarse en uno de varios

estados, y dependiendo del estado responder de un modo diferente a los mensajes de otros objetos para solicitudes tales como abrir, cerrar o establecer conexin.

186

State

Motivacin

TCPEstablished

open()close()acknowledge()

TCPListen


TCPClosed


TCPState


TCPConexion


+state

state.acknowledge()

187

State

Estructura

StateConcr1

operacion()

StateConcr2

operacion()

State

operacion()

Context

solicitud()

+state

state.operacion()


State

Aplicabilidad El comportamiento del objeto depende de su estado, y debe

cambiar su comportamiento en tiempo de ejecucin dependiendo de su estado.

Las operaciones tienen grandes estructuras CASE que dependen del estado del objeto, que es representado por uno o ms constantes de tipo enumerado.


State

Consecuencias Coloca todo el comportamiento asociado a un particular

estado en una clase. Subclases vs. Sentencias CASE. Ayuda a evitar estados inconsistentes Transiciones de estado son ms explcitas. Incrementa el nmero de objetos Los objetos State pueden ser compartidos.


State

Implementacin Quin define las transiciones entre estados? Context o

subclases estado. Una alternativa es definir tablas que representan la matriz

de transiciones de estado: no es posible asociar acciones a los cambios de estado y ms difcil de comprender.

Cundo son creados los objetos estado? Pueden crearse cuando se necesiten o con antelacin y que Context tenga una referencia a ellos.


Strategy/Policy (Estrategia)

Propsito Define una familia de algoritmos, encapsula cada uno, y

permite intercambiarlos. Permite variar los algoritmos de forma independiente a los clientes que los usan

Motivacin Existen muchos algoritmos para justificacin de texto,

debe implementarlo el cliente que lo necesita?

192

Strategy

Motivacin

JustificacionSimple

justificar()

JustificacionTeX

justificar()

algoJustif.justificar

Justificacion

justificar()

Composicion

recorrer()formato()

+algoJustif

193

Strategy

Estructura

EstrategiaA

algoritmoInterface()

EstrategiaB


Estrategia


Contexto

InterfaceContexto()

+estrategia


Strategy

Aplicabilidad Configurar una clase con uno de varios comportamientos

posibles. Se necesitan diferentes variantes de un algoritmo. Una clase define muchos comportamientos que aparecen

como sentencias CASE en sus mtodos.


Strategy

Consecuencias Define una familia de algoritmos relacionados. Una alternativa a crear subclases de la clase Contexto. Elimina sentencias CASE El cliente puede elegir entre diferentes estrategias o

implementaciones: debe conocer detalles Se incrementa el nmero de objetos: usar Flyweight State y Strategy son similares, cambia el Propsito:

ejemplos de composicin con delegacin


Strategy

Implementacin Cmo una estrategia concreta accede a los datos del

contexto? Pasar datos como argumentos Pasar el contexto como argumento Estrategia almacena una referencia al contexto


Template Method (Mtodo Plantilla)

Propsito Define el esqueleto (esquema, patrn) de un algoritmo en

una operacin, difiriendo algunos pasos a las subclases. Permite a las subclases redefinir ciertos pasos de un algoritmo sin cambiar la estructura del algoritmo.

Motivacin Fundamental para escribir cdigo en un framework. Clase Aplicacin que maneja objetos de la clase

Documento: mtodo OpenDocument


Template Method

void openDocument (String name) {if (! canOpenDocument(nombre){return};Document doc = openDocument();if !(doc = null) {

docs. addDocument(doc);aboutToOpenDocument (doc);doc.open;doc.read();

}}


Template Method

has(v:G): Boolean is dofrom start until after or else equal(v,item)loop forth endResult := not after

end


Template Method

Aplicabilidad Implementar las partes fijas de un algoritmo y dejar que

las subclases implementen el comportamiento que puede variar.

Cuando el comportamiento comn entre varias subclases debe ser factorizado y localizado en una superclase comn.

Controlar extensiones de las subclases: algoritmos con puntos de extensin


Template Method Consecuencias

Tcnica fundamental para la reutilizacin: factorizar comportamiento comn en libreras de clases

Estructura de control invertida conocida como Principio de Hollywood: No nos llames, nosotros te llamaremos.

Un mtodo plantilla (template) invoca a los siguientes tipos de mtodos:

operaciones concretas en la subclase concreta o en clientes operaciones concretas en la clase abstracta operaciones abstractas (primitivas) mtodos factora mtodos hook que proporcionan comportamiento por defecto


Template Method

Implementacin Minimizar el nmero de mtodos que es necesario

redefinir en las subclases. Nombrar a los mtodos que se deben redefinir

aadindole cierto prefijo, p.e. do. En C++, mtodos a redefinir son protegidos y virtuales, el

mtodo plantilla no ser virtual.


Visitor

Propsito Representa una operacin que debe ser aplicada sobre los

elementos de una estructura de objetos. Permite definir una nueva operacin sin cambiar las clases de los elementos sobre los que opera.

Motivacin Un compilador que representa los programas como rboles

de derivacin de la sintaxis abstracta necesita aplicar diferentes operaciones sobre ellos: comprobacin de tipos, generacin de cdigo, listados cdigo fuente, reestructuracin de programas,...

204

Visitor

MotivacinNodo

comprobarTipo()generarCodigo()prettyPrint()

NodoVariableRef


NodoAsignacion


205

Visitor

Motivacin

NodoVariableRef

aceptar(VisitorNodo v)

NodoAsignacion

Aceptar(VisitorNodo v)

Nodo

aceptar(VisitorNodo v)

Programa

v.visitarVariableRef(this) v.visitarAsignacion(this)

206

Visitor

MotivacinVisitorNodo

visitarAsignacion(NodoAsignacion)visitarVariableRef(NodoVariableRef)

VisitorComprobacionTipos


VisitorGeneracionrCodigo



Visitor Aplicabilidad

Tenemos una jerarqua de clases que representan objetos de propsito general (p.e. nodos de un rbol de derivacin de sintaxis) y podemos utilizarlo en diferentes aplicaciones, lo que implicara aadir mtodos en las clases de la jerarqua.

Una estructura de objetos contiene muchas clases de objetos con diferentes interfaces, y se quiere realizar operaciones sobre los objetos que dependen de las clases concretas.

Las clases definiendo la estructura de objetos cambian con poca frecuencia, pero a menudo se definen nuevas operaciones sobre la estructura. Mejor definir las operaciones en clases aparte.


Visitor

Consecuencias Facilidad para aadir nuevas operaciones: en vez de

distribuir la funcionalidad, se aade un nuevo visitor. Un visitor recoge comportamiento relacionado, lo que

simplifica las clases de los elementos. Es difcil aadir nuevas subclases de elementos concretos,

ya que implica cambiar la jerarqua de Visitor. A diferencia de un iterador, Visitor puede visitar objetos

de clases que no tienen una superclase comn. Compromete la encapsulacin: los elementos concretos

deben permitir a los visitors hacer su trabajo.


Visitor

Implementacin El patrn permite aadir operaciones a clases sin

cambiarlas. Esto se consigue aplicando la tcnica double-dispatch.

Quin es responsable del recorrido de la estructura de objetos?

Estructura de objetos Un iterador El visitor


Double-Dispatch

Point>> + delta^delta isPoint

ifTrue:[(x+delta x) @ (y + delta y)]ifFalse:[(x+delta) @ (y + delta)]

Point>> + delta^delta addPoint: self

Number>> addPoint: aPoint^(self + aPoint x) @ (self + aPoint y)

Point>> addPoint: aPoint^(self x + aPoint x) @ (self y + aPoint y)

Patrones de Diseo ContenidosArquitectura software y patronesDiseo orientado a objetosPatronesGranularidadPatrones y frameworksModelo-Vista-ControlModelo-Vista-ControlPlantilla de definicinPlantilla de definicinPlantilla de definicinClasificacinA qu ayudan los patrones?A qu ayudan los patrones?A qu ayudan los patrones?A qu ayudan los patrones?A qu ayudan los patrones?A qu ayudan los patrones?DelegacinEjercicioA qu ayudan los patrones?Causas comunes de rediseoPatrones frente a esos peligrosCmo seleccionar un patrn?Cmo usar un patrn?Patrones de CreacinPatrones de CreacinEjemplo: LaberintoEjemplo: LaberintoAbstract Factory (Factora Abstracta)Abstract FactoryAbstract FactoryAbstract FactoryAbstract FactoryAbstract FactoryEjemplo: LaberintoBuilder (Constructor)BuilderBuilderBuilderBuilderBuilderEjemplo: LaberintoFactory Method (Mtodo Factora)Factory MethodFactory MethodFactory MethodFactory MethodFactory MethodFactora y MetaclasesEjemplo: LaberintoPrototype (Prototipo)PrototypePrototypePrototypePrototypePrototypeEjemplo: LaberintoFactora Abstracta con PrototipoSingletonSingletonSingletonSingletonSingletonPatrones estructuralesAdapter / Wrapper (Adaptador)Adapter / Wrapper (Adaptador)AdapterAdapterAdapterAdapterAdapterAdapterEjercicioBridge / HandleBridge / HandleBridge / HandleBridge / HandleBridgeBridgeBridgeCompositeCompositeCompositeCompositeCompositeCompositeDecorator (Decorador)Decorator (Decorador)Decorator (Decorador)Decorator (Decorador)Decorator (Decorador)Decorator (Decorador)Decorator (Decorador)Decorator (Decorador)Facade / FachadaFacade / FachadaFacade / FachadaFacade / FachadaFlyweightFlyweightFlyweightFlyweightFlyweightFlyweightFlyweightFlyweightProxyProxyProxyProxyProxyProxyPatrones de comportamientoChain of Responsibility (Cadena de Responsabilidad)Chain of ResponsibilityChain of ResponsibilityChain of ResponsibilityChain of ResponsibilityChain of ResponsibilityChain of ResponsibilityChain of ResponsibilityRecursion OORecursion OOChain of ResponsibilityCommandCommandCommandCommandCommandCommandCommandCommandCommandInterpreterInterpreterIterator (Iterador)Iterator (Iterador)Iterador ExternoIterador ExternoIteradores Externos en JavaIterador Externo PolimrficoIterador InternoIterador InternoIteratorMediatorMediatorMediatorMediatorMediatorMediatorMediatorMementoMementoMementoMementoObserver / Publish-SubscribeObserverObserverObserverObserverObserverObserverObserverObserver en JavaObserver en JavaObserver en JavaModelo de Eventos de Java 1.1Modelo de Eventos de Java 1.1State (Estado)StateStateStateStateStateStrategy/Policy (Estrategia)StrategyStrategyStrategyStrategyStrategyTemplate Method (Mtodo Plantilla)Template MethodTemplate MethodTemplate MethodTemplate MethodTemplate MethodVisitorVisitorVisitorVisitorVisitorVisitorVisitorDouble-Dispatch

Arquitectura Del Software_patrones de Diseño

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