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laboratorio di calcolo IIAA 2003/04

nona settimana

a cura di

Domizia Orestano

Dipartimento di FisicaStanza 159 - tel. (06 5517) 7281

www.fis.uniroma3.it/~orestanoorestano@fis.uniroma3.it

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI ROMA TRE

DIPARTIMENTO DI FISICA “E. AMALDI”

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Design Patterns

Il testo di riferimento (avanzato!): Design Patterns, Elements of Reusable Object-Oriented Software, di Gamma, Helm,Johnson e Vlissides, edito da Addison-Wesley

Soluzioni per problemi ricorrenti di disegno del software.

Si distinguono 3 tipi di strutture (patterns):

•creazionali (Creational Patterns): factory, singleton ...•strutturali (Structural Patterns): composite...•funzionali (Behavioral Patterns): strategy, observer, visitor...

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Elenco (da www.dofactory.com)

Creational Patterns

Abstract Factory Creates an instance of several families of classes

Builder Separates object construction from its representation

Factory Method Creates an instance of several derived classes

Prototype A fully initialized instance to be copied or cloned

Singleton A class of which only a single instance can exist

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Elenco (da www.dofactory.com)

Structural Patterns

Adapter Match interfaces of different classes

Bridge Separates an object’s interface from its implementation

Composite A tree structure of simple and composite objects

Decorator Add responsibilities to objects dynamically

Façade A single class that represents an entire subsystem

Flyweight A fine-grained instance used for efficient sharing

Proxy An object representing another object

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Elenco (da www.dofactory.com)Behavioral Patterns

Chain of Resp. A way of passing a request between a chain of objects

Command Encapsulate a command request as an object

Interpreter A way to include language elements in a program

Iterator Sequentially access the elements of a collection

MediatorDefines simplified communication between classes

Memento Capture and restore an object's internal state

Observer A way of notifying change to a number of classes

State Alter an object's behavior when its state changes

Strategy Encapsulates an algorithm inside a class

Template Method Defer the exact steps of an algorithm to a subclass

Visitor Defines a new operation to a class without change

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Factory (method)Struttura creazionale che consente di disaccoppiare l’utilizzo di un oggetto dalla sua creazione.

Grazie all’ereditarietà e al polimorfismo un client (ad esempio il programma main o un altro oggetto) può manipolare un oggetto derivato dipendendo (e quindi includendo la dichiarazione!) solo dalla classe base. La dipendenza (e quindi la necessità di includere l’header file) dalla classe derivata è indispensabile solo per la costruzione degli oggetti.

Esempio: nel problema del sistema solare il client SistemaSolare tratta solo dei CorpiCelesti. La classe Sonda è nota solo al main che costruisce esplicitamente gli oggetti. L’uso di una factory consentirebbe di spostare la dipendenza da Sonda rendendo anche il client main dipendente solo dalla classe base e dalla factory.

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Factory: diagramma UML

AbstractProduct

ConcreteProduct1 ConcreteProduct2

Factory

createProduct1 () : AbstractProductcreateProduct2 () : AbstractProduct

Clientmain

creaCorpoCeleste: CorpoCelestecreaSonda: CorpoCelestecreaSatellite: CorpoCeleste

corpoCeleste

Sonda Satellite

Di solito è una classe astratta

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SingletonStruttura creazionale che consente di assicurarsi che di una classe esista un’unica istanza (un unico oggetto) e che ne fornisce un accesso globale (da qualsiasi blocco del programma).

Serve per realizzare una struttura dati visibile da tutto il programma e garantirne l’unicità.

Si realizza rendendo privato il costruttore della classe Singleton, mantenendo tra gli attributi un puntatore all’oggetto stesso e fornendo un metodo pubblico che costruisca l’oggetto qualora questo ancora non esista e ne restituisca sempre il puntatore.L’attributo puntatore e il metodo che lo restituisce devono essere dichiarati static per garantire l’accesso globale ad un puntatore che deve assumere sempre lo stesso valore.

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Singleton: diagramma UML

Singleton

_instance : Singleton

instance () : SingletonspecificService ()

if (_instance==0) _instance = new Singleton(); return _instance;

user_code() { Singleton::instance()->specificService(...);}

user_code() { Singleton::instance()->specificService(...);}

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CompositePermette di descrivere oggetti organizzati gerarchicamente in strutture ad albero trattando in modo uniforme oggetti singoli e composti attraverso un’unica interfaccia. La composizione può essere ricorsiva.

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Esempio: esperimento ARGO-YBJ

L’implementazionemediante una catenadi aggregazioni porterebbea duplicazioni di codicee sarebbe inefficiente

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Composite: diagramma UML

Leaf

operation( )

Component

operation( )

Composite

operation( )

1..*1..*

Client

for c in all _children c->operation();

_children

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Composite: diagramma UML di ARGO-YBJ

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Esempio: calcolo della potenza dissipata in un rack di moduli di

elettronica

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Uso di Composite

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class DaqComposite; // forward declaration

class DaqComponent {public: DaqComponent() : parent_(0) {} virtual float power() const=0protected: DaqComposite * parent_;};

#include “DaqComponent.h”

class DaqLeaf: public DaqComponent { public: DaqLeaf(float ip=0): power_(ip) {}

float power() const { return power_;} protected: float power_;};

DaqComponent.h

DaqLeaf.h

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#include “DaqComponent.h”

class DaqComposite : public DaqComponent {public: typedef vector<DaqComponent *> VC; typedef VC::const_iterator CIter; DaqComposite(){} float power() const { tp =0; CIter p=components.begin(); CIter pe=components.end(); while (p!=pe) {tp+=(*p)->power(); ++p;} return tp; }protected: VC components;};

DaqComposite.h

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Strategy

Consente di prevedere l’uso di diversi algoritmi concreti, alternativi tra loro, facendo dipendere il client solo da una classealgoritmica astratta.

L’algoritmo da eseguire può essere scelto a run-time e si possono introdurre nuovi algoritmi senza modificare il client.

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Strategy: diagramma UML

ConcreteStrategyA

doAlgorithm( )

ConcreteStrategyB

doAlgorithm( )

ConcreteStrategyC

doAlgorithm( )

Client Strategy

doAlgorithm( )

{ . . . Strategy* s; s->doAlgorithm(); . . .}

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Observer

Definisce una relazione tra oggetti che consente di notificare la variazione dello stato di un oggetto a tutti gli altri in modo automatico.

Si usa quando due oggetti devono evolvere in modo correlato, quando non si sappia quanti oggetti devono essere modificati in seguito alla variazione di stato di un oggetto o quando non si vogliano introdurre vincoli stretti tra di essi.

Lo stato dell’Observer dipende dallo stato del Subject. Il Subject notifica a tutti gli Observer registrati che il suo stato è cambiato. Ogni Observer si aggiorna in maniera che dipende dall’implementazione concreta.

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Observer

update( )Subject

_observers : Observer

attach (Observer)notify ()

0..*0..*

for all o in _observables o->update();

_observers

return _status;_status = _subject->status();

ConcreteSubject

_status : Status

status( )

ConcreteObserver

_status : Status_subject . ConcreteSubject

update( )

_subject

Observer: diagramma UML

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VisitorPermette di aggiungere funzionalità ad una classe senza modificarne la struttura.

Si usa quando si hanno delle classi che definiscono la struttura degli oggetti la cui interfaccia deve essere “congelata” e si vuole mantenere la possibilità di aggiungervi dei metodi, quando tali metodi servono solo nell’ambito di alcune applicazioni e non si vuole quindi appesantire la struttura nelle altre, quando le operazioni da compiere nelle diverse classi concrete sono differenti.

L’oggetto visitato ha un metodo che, ricevendo il puntatore di un visitor, invoca un metodo del visitor passandogli il puntatore a se stesso e rendendo quindi tale metodo equivalente ad un membro della classe.

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Visitor: diagramma UML

Visitor

visit1 (ConcreteElement1)visit2 (ConcreteElement2)

ConcreteVisitor1

visit1 (ConcreteElement1)visit2 (ConcreteElement2)

ConcreteVisitor2

visit1 (ConcreteElement1)visit2 (ConcreteElement2)

Element

accept (Visitor)

ConcreteElement1

accept (Visitor v)

ConcreteElement2

accept (Visitor v)

Client

v->visit1(this) v->visit2(this)