Czym są wzorce projektowe: po co je stosować, klasyfikacja, zalety i wady

W inżynierii oprogramowania wzorce projektowe są optymalnymi rozwiązaniami problemów często występujących przy projektowaniu oprogramowania.

Są jak wstępne projektydefiniezłe, wypróbowane i przetestowane narzędzia, które możesz dostosować, aby rozwiązać powtarzający się problem projektowy w kodzie.

Szacowany czas czytania: 6 minuti

Co to jest wzorzec projektowy

Wzorzec projektowy nie jest kodem, który możemy skopiować i wstawić do naszego programu, tak jak możemy to zrobić w przypadku standardowych funkcji lub bibliotek. Wzorzec projektowy to ogólna koncepcja zdolna do rozwiązania konkretnego problemu. W zasadzie model, którego szczegóły możemy śledzić i wdrożyć rozwiązanie pasujące do rzeczywistości naszego programu.

Modele są często mylone z algorytmami, ponieważ oba pojęcia opisują typowe rozwiązania niektórych znanych problemów. Podczas gdy algorytm defiJeśli zawsze istnieje jasny zestaw działań, które mogą osiągnąć określony cel, model jest opisem rozwiązania wyższego poziomu. Kod z tego samego modelu zastosowany do dwóch różnych programów może się różnić.

Chcąc dokonać analogii, możemy pomyśleć o przepisie kulinarnym: oba mają jasne kroki, aby osiągnąć cel. Jednak model bardziej przypomina projekt, z którego widać jaki jest wynik i jakie są jego cechy, jednak dokładna kolejność realizacji zależy od nas, piszących kod.

Z czego składa się wzorzec projektowy?

Większość wzorców jest opisana bardzo formalnie, dzięki czemu ludzie mogą je odtworzyć w wielu kontekstach. Przyjrzyjmy się poniżej elementom, które występują w opisie modelu:

• Zamiar modelu krótko opisuje zarówno problem, jak i rozwiązanie.
• Motywacja wyjaśnia dalej problem i rozwiązanie, które umożliwia model.
• Struktura klas pokazuje każdą część modelu i ich wzajemne powiązania.
• Przykład kodu w jednym z najpopularniejszych języków programowania ułatwia zrozumienie idei stojącej za modelem.

Dlaczego ich używać?

Programista może tworzyć oprogramowanie, nie wiedząc o istnieniu wzorców projektowych. Wielu tak robi i dlatego wdrażają pewne schematy, nie wiedząc o tym. Ale w takim razie dlaczego mielibyśmy poświęcać czas na ich naukę?

• Wzory projektowe są zestawem wypróbowane i przetestowane rozwiązania do typowych problemów w projektowaniu oprogramowania. Nawet jeśli nigdy nie spotkasz się z takimi problemami, znajomość wzorców będzie nadal przydatna, ponieważ uczy, jak rozwiązywać wszelkiego rodzaju problemy przy użyciu zasad projektowania obiektowego.
• Modele projektowe defiTworzą wspólny język, którego Ty i Twój zespół możecie używać do skuteczniejszej komunikacji. Możesz powiedzieć: „Och, po prostu użyj do tego Singletona” i wszyscy zrozumieją ideę stojącą za twoją sugestią. Nie trzeba wyjaśniać, czym jest singleton, jeśli znasz wzór i jego nazwę.

Klasyfikacja wzorców projektowych

Wzorce projektowe różnią się złożonością, poziomem szczegółowości i skalą zastosowania w całym projektowanym systemie.

Analogicznie możemy zwiększyć bezpieczeństwo skrzyżowania instalując kilka sygnalizacji świetlnych lub budując cały wielopoziomowy węzeł przesiadkowy z podziemnymi przejściami dla pieszych.

Często nazywane są najbardziej podstawowe modele niskiego poziomu frazeologia . Zwykle dotyczą one tylko jednego języka programowania.

Najbardziej uniwersalne i wysokiej klasy modele to modele architektoniczne . Programiści mogą implementować te wzorce w praktycznie dowolnym języku. W przeciwieństwie do innych wzorców, można je wykorzystać do zaprojektowania architektury całej aplikacji.

Ponadto wszystkie modele można klasyfikować według ich wypróbowany lub cel. Trzy główne klasy to:

• Modele twórcze zapewniają mechanizmy tworzenia obiektów, które zwiększają elastyczność i ponowne wykorzystanie istniejącego kodu.
• Modele strukturalne wyjaśniają, jak łączyć obiekty i klasy w większe struktury, utrzymując te struktury elastyczne i wydajne.
• Modele behawioralne zajmują się efektywną komunikacją i podziałem obowiązków pomiędzy obiektami.

Przykład wzorca projektowego w Laravel: Fasada

Fasada to strukturalny wzorzec projektowy, który zapewnia uproszczony interfejs do biblioteki, frameworku lub dowolnego innego złożonego zestawu klas.

problem

Załóżmy, że musimy sprawić, aby oprogramowanie działało w oparciu o duży zestaw obiektów należących do zaawansowanej biblioteki lub frameworka. Zwykle musielibyśmy inicjować wszystkie te obiekty, śledzić zależności, wykonywać metody we właściwej kolejności i tak dalej.

W rezultacie logika biznesowa klas zostałaby ściśle powiązana ze szczegółami implementacji klas innych firm, co utrudniłoby ich zrozumienie i zarządzanie.

rozwiązanie

A facade to klasa zapewniająca prosty interfejs do złożonego podsystemu zawierającego wiele ruchomych części. A facade może zapewniać ograniczoną funkcjonalność w porównaniu do bezpośredniej pracy z podsystemem. Zawiera jednak tylko te funkcje, na których naprawdę zależy klientom.

Miej jeden facade przydaje się, gdy potrzebujemy zintegrować aplikację z rozbudowaną biblioteką, która posiada dziesiątki funkcji, ale potrzebujemy tylko niewielkiej części jej funkcjonalności.

Na przykład aplikacja przesyłająca do mediów społecznościowych krótkie śmieszne filmy z kotami może potencjalnie skorzystać z profesjonalnej biblioteki konwersji wideo. Jednak tak naprawdę potrzebujemy tylko klasy z jedną metodą encode(filename, format). Po utworzeniu takiej klasy i podłączeniu jej do biblioteki konwersji wideo będziemy mieli naszą pierwszą facade.

Na przykład operator telefoniczny centrum telefonicznego jest jak facade. Tak naprawdę, gdy dzwonimy do obsługi telefonicznej sklepu, aby złożyć zamówienie telefoniczne, operator jest nasz facade wobec wszystkich usług i działów sklepu. Operator zapewnia prosty interfejs głosowy do systemu zamówień, bramek płatniczych i różnych usług dostawy.

Prawdziwy przykład w PHP

Myśleć o Fasada jako prosty adapter dla niektórych złożonych podsystemów. Facade izoluje złożoność w obrębie jednej klasy i pozwala innemu kodowi aplikacji korzystać z prostego interfejsu.

W tym przykładzie Facade ukrywa złożoność interfejsu API YouTube i biblioteki FFmpeg przed kodem klienta. Zamiast pracować z dziesiątkami klas, klient korzysta z prostej metody na Fasadzie.

<?php

namespace RefactoringGuru\Facade\RealWorld;

/**
 * The Facade provides a single method for downloading videos from YouTube. This
 * method hides all the complexity of the PHP network layer, YouTube API and the
 * video conversion library (FFmpeg).
 */
class YouTubeDownloader
{
    protected $youtube;
    protected $ffmpeg;

    /**
     * It is handy when the Facade can manage the lifecycle of the subsystem it
     * uses.
     */
    public function __construct(string $youtubeApiKey)
    {
        $this->youtube = new YouTube($youtubeApiKey);
        $this->ffmpeg = new FFMpeg();
    }

    /**
     * The Facade provides a simple method for downloading video and encoding it
     * to a target format (for the sake of simplicity, the real-world code is
     * commented-out).
     */
    public function downloadVideo(string $url): void
    {
        echo "Fetching video metadata from youtube...\n";
        // $title = $this->youtube->fetchVideo($url)->getTitle();
        echo "Saving video file to a temporary file...\n";
        // $this->youtube->saveAs($url, "video.mpg");

        echo "Processing source video...\n";
        // $video = $this->ffmpeg->open('video.mpg');
        echo "Normalizing and resizing the video to smaller dimensions...\n";
        // $video
        //     ->filters()
        //     ->resize(new FFMpeg\Coordinate\Dimension(320, 240))
        //     ->synchronize();
        echo "Capturing preview image...\n";
        // $video
        //     ->frame(FFMpeg\Coordinate\TimeCode::fromSeconds(10))
        //     ->save($title . 'frame.jpg');
        echo "Saving video in target formats...\n";
        // $video
        //     ->save(new FFMpeg\Format\Video\X264(), $title . '.mp4')
        //     ->save(new FFMpeg\Format\Video\WMV(), $title . '.wmv')
        //     ->save(new FFMpeg\Format\Video\WebM(), $title . '.webm');
        echo "Done!\n";
    }
}

/**
 * The YouTube API subsystem.
 */
class YouTube
{
    public function fetchVideo(): string { /* ... */ }

    public function saveAs(string $path): void { /* ... */ }

    // ...more methods and classes...
}

/**
 * The FFmpeg subsystem (a complex video/audio conversion library).
 */
class FFMpeg
{
    public static function create(): FFMpeg { /* ... */ }

    public function open(string $video): void { /* ... */ }

    // ...more methods and classes... RU: ...дополнительные методы и классы...
}

class FFMpegVideo
{
    public function filters(): self { /* ... */ }

    public function resize(): self { /* ... */ }

    public function synchronize(): self { /* ... */ }

    public function frame(): self { /* ... */ }

    public function save(string $path): self { /* ... */ }

    // ...more methods and classes... RU: ...дополнительные методы и классы...
}


/**
 * The client code does not depend on any subsystem's classes. Any changes
 * inside the subsystem's code won't affect the client code. You will only need
 * to update the Facade.
 */
function clientCode(YouTubeDownloader $facade)
{
    // ...

    $facade->downloadVideo("https://www.youtube.com/watch?v=QH2-TGUlwu4");

    // ...
}

$facade = new YouTubeDownloader("APIKEY-XXXXXXXXX");
clientCode($facade);

Ercole Palmeri